油气田水平井测试技术研究

2022-08-08白云翔

中国资源综合利用 2022年7期

白云翔

（新疆大学，乌鲁木齐 830046）

水平井可以有效提高油气田产量，显著改善油气田经济效益，其出现被称为石油工业技术的大革命。目前，我国投入使用的水平井数量逐年增加，随着油气田生产时间的延长，水平井容易受到地下水流入的影响，导致井内含水量明显上升，部分井含水量超过99%。水平井产液剖面测试仪用于监测水平井生产段的生产状态。涡轮流量计和同轴相位水化仪可用于记录每个井筒层段的产液量、含水率，为制定进一步的矿床开发措施提供关键数据参考。水平井测试技术不但要满足地质要求，以获得可靠的测试数据，而且应具有安全环保、简单经济等优点，在测试中做好油气层、井筒的保护。为此，有必要深入研究油气田水平井找水、剖面测试、砾石填充和测试设备输送等关键技术。

1 水平井测试关键技术

1.1 找水技术

当前，我国许多水平井因含水率过高而被迫关闭，井内高水位对水平井生产带来严重的负面影响。为了方便后续堵水，要采用有效的找水技术，准确测量水平井的含水量，做好充分的技术准备。目前，国内外工程实践中，多种方法可以测量水平井的含水量。我国对国外引入的找水技术进行了完善，发展出多种水平井找水方法。

1.1.1 连续油管运输+液氮提升法

氮气通过气举阀吹入环形空间和管道，氮气气举可以模拟生产区域，使用内径2.54 cm油管输送氧活化测试仪到检测水层。

1.1.2 连续油管+机抽测井

使用连续油管、电缆油管传输并记录水平井的产液量、温度、压力和保水性等参数，以便更完整地评估生产区，克服测试设备不能进入水平剖面的问题，但抽油机组运行时可能会损伤油管，风险较大。

1.1.3 光缆分布式井廓温度监测

光纤被泵入水平井，生产层段通过多次静温和流温测试确定，结合地质资料，可定性地确定水段。

1.1.4 氧气活化+抽吸泵找水

氧活化测井工具通过水力输送机运至井底，诱喷后开展氧活化测井测试。该方法优点是设备少，操作简单，成本低，缺点是可能无法输送到指定深度。

1.1.5 封隔器+抽汲找水

采用封隔器+过滤器+封隔器的组合对特定压裂段进行封隔，通过抽汲法确定井段流体地层，以此类推，检测井段流体地层。最后确定出水井段。该方法优点是可以定量和定性分析特定水平井段的液体输出。缺点是找水时间长、密封效果难以保证、成本较高。

1.2 剖面测试技术

1.2.1 常规剖面测试

水平井结构复杂，井流复杂，相应的测试工作也变得复杂化。只有基于具体的测试目标，结合具体的井筒环境，合理选择测试工艺和测试设备组合，才能达到水平井测试目的。适用于长半径水平井的常规剖面测试设备组合如表1所示。

表1 长半径水平井的常规剖面测试设备组合

1.2.2 非常规剖面测试

Flagship水平井测试技术是一种水平井渗透油管综合生产测试技术，可用于水平井非常规剖面测试，主要使用的测试设备有3种。一是油藏饱和度测试仪，测试设备代号为RST，主要测油藏水饱和度和油藏油饱和度。二是示踪测试仪（相速度测试仪），测试设备代号为TET，主要测油流速和水流速。三是局部相滞留量测试仪，测试设备代号为FloView，主要测局部流动状态、持油量和持水量。

1.3 砾石充填技术

砾石充填技术可提高水平井充填的防砂强度，对油藏伤害小，油井产量高，防砂后使用寿命长。砾石充填过程可能会形成空隙。若在充填过程中没有发现异常，则无法检测到砾石充填空隙，这些空隙会造成安全隐患。实践中通常采用光子探测技术，通过检测仪器与地层之间的物质密度变化，准确检测砾石充填后的空隙，确保砾石充填成功和无砂生产。

1.4 测试设备输送技术

若测试设备自重不足以使其到达测量区域，则无法进行水平井测试。最初利用钻杆将测试设备输送至水平井内，这种方法不仅风险高、效率低，而且耗费大量人力物力，操作非常复杂。目前，我国在国内外水平井测试的基础上开发出新的水平井测试设备输送方法，即连续油管输送和井下牵引器输送。相较于后者，前者运输成本高，不适用于水平井大规模测试，而后者对井下条件提出很高的要求，部分油气田现场测试因出砂而失败。因此，有必要研究和应用更加合理的测试工艺，将测试设备安全输送到井下，测试地层的实际压力、温度和地质参数，了解井筒积液情况。

2 水平井测试工艺优化

2.1 测试设备输送工具优化

某油气田水平井测试要求井下工具能够越过斜坡，移动到更接近水平段的位置，因此，传统的垂直井测试工具不再适用。为确保测试设备顺利通过造斜段，首先对现有垂直井测试工具进行改造，缩短每根配重杆长度，将十字万向节加装在配重杆上。该油气田水平井传统测试中，再生水的高压和大量气体的产生使设备在下降过程中难以下落，且线材容易扭曲，给测试带来困难。改进后，配重杆的质量有所增加。由于万向节的两轴夹角较小，设备在造斜段容易受阻，导致设备距离水平段太远，测试数据不能准确反映井内实际情况。因此，要对万向节进行优化，设计一种结构简单、强度高、耐用性极佳、两连接轴夹角大（45°）、连接顺畅的双十字万向节，满足水平井测试的设备软连接要求。双十字万向节可以使设备顺利通过造斜段，但是其自身无法旋转，砂卡容易使设备无法到达指定位置，因此要对其进行进一步优化，得到球形万向节。多次测试证明，球形万向节基本满足测试要求，但为了进一步提高数据准确性，使仪器依靠自重顺利滑行通过造斜段，同时减少设备所需配重，提高水平井测试的成功率，可在球形万向节基础上设计轮式柔性滑行器，其结构如图1所示。轮式柔性滑行器为柔性钢体结构，本体采用球形万向节连接，外壁装有全向垂直滚轮，使测试设备在自重的影响下能在造斜段更好地滑行。

图1 轮式柔性滑行器

2.2 井口防喷装置优化

为了使测试设备在自重作用下顺利到达测试深度，该油气田采用增加配重杆数量的方式满足测试仪器的配重要求，因此，水平井测试所用的防喷管长度比传统垂直井长。工程实践发现，3.5 m长的防喷管吊装时难以与井口法兰保持垂直，拆装极为不便，很容易损伤防喷管与法兰连接部位的螺纹。可以在防喷管上设置一个活接头，其下部与井口法兰螺纹连接，上部与防喷管连接，底部旋入井口法兰，上部快速接头与防喷管连接，有效解决防喷管装拆不便的问题。可在防喷管上安装捕捉器，并在防喷管底部设置防掉装置，防止防喷管落入水平井。此外，对防喷管设计进行优化，以提高现场作业安全性。防喷管上部采用机械和液压密封，底部采用手动液压泵调节密封，不仅简化了井口作业，还避免了高空作业时的安全隐患。