电缆爬行器找水测试技术应用研究

张玺亮，张凤辉，薛德栋，李志勇

（中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司，天津 300457）

0 引言

水平井作为老油田调整挖潜提高采收率、新油田实现少井高效开发的一项重要技术，得到了大力推广及应用。常规直井生产动态评价技术已经成熟，水平井由于井下多相流流态复杂，水平井产出剖面测试存在相当大的难度[1]，生产时测试仪器难以下入井内，对测量仪器和输送方式要求较高，生产过程中的找水测试一直是亟待解决的难题之一。国外常利用井下爬行器携带生产测井仪器进行生产动态评价。同时，由于渤海油田大多数水平井的完井方式是裸眼防砂完井，后期出水问题在工艺的具体实施上难度比较大，加之水平井井身结构复杂，需要可精确控制移动的输送工具、管内动态分段测试工艺。

因此，针对目前该技术在海上油田的紧迫需求，以及国内外在该技术上的进展情况，针对性地开展此项技术研究，解决目前海上油田水平井面临的找水难题，为中国海上油田的上产、稳产提供更好的技术支持。

图1 水平井爬行器找水管柱Fig.1 Water pipe alignment by crawler in horizontal well

图2 电液爬行器仪器构成Fig.2 Composition of electro-hydraulic crawler

1 海上油田水平井找水工艺难点

据2014年统计，中国海油每年水平井数量增长20%～30%，现仅渤海油田有水平井近600口。目前，海上油田水平井完井方式多采用裸眼完井，也有部分尾管完井和套管完井，其优质筛管规格有4-1/2in、5-1/2in和7in，管外没有任何分隔措施，无法保证找水的准确性。

2 海上水平井爬行器找水测试工艺原理及关键工具研究

海上水平生产井为了实现在正常生产条件下进行测试，需要在分采井实施，通过Y接头中的生产堵塞器实现水平井正常生产条件下的分段流量测试，确定主力出水层段。利用产液剖面测井仪，采用爬行器输送方式，配合管内分段工具进行精确找水规律研究。

2.1 水平井爬行器找水测试工艺原理

工艺管柱图如图1所示。在电缆作业时，捞出Y接头中的生产堵塞器，下入测试仪器工具串，包括：测试堵塞器、电缆头、振动解卡短接、旋转及张力短接、爬行器、柔性短接、扶正器、产液剖面测试仪、分隔仪。

2.2 爬行器找水工艺流程

爬行器输送测试仪器的测试工艺，垂直井段靠仪器（包括爬行器和测试仪器）自然重力下放遇阻位置。1）地面操控牵引器在水平井生产段的前进或后退到指定目的层段；2）在水平井找水测试作业时，通过地面控制分隔仪的胀封和收缩，完成裸眼防砂完井任意层段的管内分隔；3）利用连接在分隔仪之间的含水测试仪器进行油井产液量和含水率测试；4）通过地面软件模拟计算井筒流场变化，分析判断已测试层段与出水位置变质量流体的流动规律，定位“出水段”，从而实现精确找水。

2.3 关键工具研究

2.3.1 输送工具井下爬行器

针对国外Sondex公司以及国内现有54mm水平井电动爬行器在实际应用中存在的问题，仪器过长、外径过大，导致适用性减小，越障能力下降。根据海上油井特点和工程需要，结合国内目前的工业和技术水平，提出了新一代水平井动力自由组合式电液爬行器（详细结构见图2），创新性地由液电驱动代替传统电机驱动，最大牵引力达到4.5kN，打破国内同尺寸爬行器牵引力纪录。在陆地某油田成功完成推送固放磁测井仪器至水平井目的层段2井次，验证了工艺技术的可靠性，为今后海上油田推广实施奠定了基础。

2.3.2 水平井动态封隔集流测试分隔仪

测试分隔仪是用于海上水平井裸眼防砂完井管内分段测试过程中大通径动态分隔的专用仪器，整个系统采用上、下分隔仪辅助分段，配合爬行器及找水仪进行现场作业。如图3所示，分隔仪主要由分隔总成胀缩控制机构及地面控制软件组成。上、下分隔仪可独立控制，其连接方向不同。动态分隔工作过程需要与爬行器配合使用，爬行器工作时确保集流伞布处于收缩状态；爬行器锁止，集流伞布和辅助定位打开。分隔仪成对使用，分段最短长度为找水仪的长度，可以控制在2m以内。找水时，爬行器作为输送工具，两支分隔仪相向安装，之间连接找水仪，实现分段找水。

测试分隔仪主要技术参数：

◇ 外径：φ54mm

◇ 整机耐压：60MPa

图3 测试分隔仪结构设计Fig.3 Structure design of test separator

图4 找水测量仪结构设计Fig.4 Structure design of water finding measuring instrument

◇ 整机耐温：0℃～125℃

◇ 工作电压：140V DC

◇ 适用管径：2-7/8in～7in

◇ 日产液流量：最大500m3/d

2.3.3 找水测量仪

国外各大测井公司针对水平井都推出了相应的测量仪器，如斯伦贝谢公司的多参数产出剖面测井仪Flagship，可以实现在复杂水平多相流流态下的产液剖面测量，但仪器市场价格昂贵，维护周期长[2]。如图4所示，找水测量仪是专为水平井管内分段集流测试设计的流量及含水测量工具，与爬行器、分隔仪配接。具有低频段、高频段自动辨识切换功能的全量程流量测试功能，提高井下原油含水数据采集的准确度，解决传统方法在水平井介质分层流动时测量不准确的问题。

含水测量原理：采用单传感器加电导率传感器补偿的测量含水方案，测量天线传感器测量油水混合液，相含率测量原理为短波吸收法，测量范围为0～100%含水率。

流量测量原理：找水测量仪下到水平段产层后，通过单芯电缆供电，分隔仪打开集流伞，产液通过集流伞集流后通过进液管进入整流测试取样管中，推动涡轮转动，涡轮转轴上镶嵌的一块导磁材料旋转时，就会在附近的霍尔元件中感应出电信号，从而测量流量。

2.3.4 水平井找水测试及动态分隔定位方法

海上油田水平井找水测试工艺仪器组合包括井下爬行器、分隔仪、含水测试仪器。含水测试仪器利用上述找水测试仪器组合进行动态分隔定位的方法，包括以下步骤：

1）组装找水测试仪器串。

2）下入找水测试仪器串：将找水测试仪器组合下入井内，靠仪器自重自由下入井下直至不能下入为止；然后，通过地面控制器启动井下爬行器，牵引找水测试仪器串至指定测试水平层段趾端[3]。

3）在线找水测试：通过地面控制器控制上分隔仪和下分隔仪的胀封和收缩，完成裸眼防砂完井任意层段的管内分隔，待上分隔仪和下分隔仪锁定之后，含水测试仪器进行油井产液量和含水率测试，记录测试数据，并将数据反馈地面，以便进行数据解释。

4）模拟分析定位：将获得的数据通过地面软件模拟计算井筒流场变化，分析判断测试水平层段与出水位置关于筛管——流量、下入仪器管内分隔后流场等情况的关联特点，以此定位“出水段”，从而实现该测试水平层段的精确找水。

5）分段封隔找水：完成一段水平层段的测试后，井下爬行器牵引找水测试仪器组合至下一段测试水平层段，按上述步骤再一次进行找水测试，并依次循环直至完成整体水平层段的找水测试。

6）起出找水仪器串：找水测试完成后，收拢上分隔仪和下分隔仪，关闭含水测试仪器，使用电缆滚筒起出找水测试仪器串。

3 找水方法室内评价验证

如图5所示，利用水平井（定向井）防砂物模试验装置，下入7in筛管进行砾石充填，模拟水平井筛管防砂完井出水，在水平井段设置多个出液点，每个出液管线装有分相计量设备，并实现独立控制。进行水平井产出剖面测井，模拟全水平井段长度的井下生产状况，确定主要产水部位。采用单芯电缆供电及通信的电液爬行器、上下分隔仪以及含水测试仪器进行测试。

图5 井筒模拟找水试验流程方案Fig.5 Flow scheme of wellbore simulation water finding test

数值模拟与物模分析方法结合，建立了室内模拟海上水平井筛管防砂完井出水找水的研究方法，完成了水平井出水位置与分段找水位置关系变化规律研究，可精确判断出水位置，找水符合率达到90%。

4 海上水平井爬行器找水技术的适用性探讨

根据水平井地质油藏条件、需求、经济性等，油田开发时会选择不同的完井方式，完井方式对找水工艺有着直接影响[4]。

对于射孔完井的水平井，可利用封隔器将各层分开，每层加上配产器，然后分层求产，找出出水部位，这种方法比较直接。

在渤海油田，裸眼筛管完井是水平井完井中最多的由于筛管外面并没有与油层分隔，这类完井管柱给后续的找水和堵水作业带来不便，一般采用示踪剂测井，通过化学封隔器用来后续分隔层/段，但毕竟有作业风险，不能保证每次施工的成功。所以，将来这种完井方式的水平井可以采用爬行器找水工艺实施准确找水。

当然，如果能在完井时根据地质油藏特点，完井时直接在隔层/段处设置管外封隔器，则为后续的找堵水作业提供极大便利。

5 结论

水平井爬行器找水技术形成了一套以爬行器为输送方式的水平井测试工艺及配套工具，建立了海上水平井筛管防砂完井出水找水的研究方法；为套管井、筛管完井水平井测井提供了一种更快捷、更经济、更安全的新工艺，为老井挖潜、找水、堵水和调整注采关系等提供了可靠的技术保障，也为水平井的动态监测提供了一种全新的技术手段，对确定剩余油分布，提高油气采收率具有重要意义。

同时，水平井爬行器找水测试技术在全国还处于摸索应用阶段，随着不断的试验和研究，逐步认识到了一些方法的局限性和不足，随之而来的是更加先进的测井技术不断得到应用。因此，要求随时掌握水平井测井新方法的应用情况，开发一种成功率高、适用性强、测量结果准确的测井方法。