分布式复合缆光纤产出剖面测井工艺在海上油气田的应用

董家永，杨华侨，徐太保，张耿浩，武林芳，李敏

(1.中海石油有限公司海南分公司，海南 海口 570000；2.中海油田服务股份有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057)

1 技术问题来源

为了高效开发低渗透油气藏，海上油田多数采用大斜度、水平井开采方式，且水平段开采以裸眼、筛管或打孔管类完井为主，测试时仪器下入困难，水平井测试下入工艺是目前海上乃至陆地油田测井测试面临的一大挑战。此外该类井水平段储层厚度大、有效储层分布复杂、产出情况不明确，可能个别储层产能较低，常规生产测井涡轮无法满足精确定量评价的需求。为解决这些难题，海上作业引入分布式复合缆光纤产出剖面测井工艺。

分布式复合缆光纤产出剖面测井工艺是针对水平生产井复杂管柱测试提出的一种组合测试技术，是分布式光纤测井和常规电缆测井的组合工艺。与常规光纤测井工艺、连续油管光纤测井工艺对比，复合缆光纤测井可实现一次下井同时完成光纤测井和电缆常规测井等多个测量项目，作业时效、质量控制及施工安全性方面更为优越。同时，该工艺技术可延伸至压裂改造效果监测、油气生产动态监测、注入和产出剖面分析和井筒完整性监测等多种测井项目。

2 测井工艺及工作原理

2.1 分布式复合缆光纤产出剖面测井工艺

生产井井斜过大，常规测井电缆输送工具串无法依靠自身重力到达目的层，因此无法获取到目的层的生产资料，这种情况下，海上作业一般采用两种方式进行测井：第一种为连续油管分布式光纤测井，其优点为操作简单、风险较小、可顺利达到目的层；其缺点为对产出层容易形成截流，无法获取精确的产出情况，占用场地较大，无法满足大部分平台作业。第二种为爬行器+PLT(production logging technolgy)产出剖面测井，其优点为爬行效率高、场地占用较小、满足大多数平台作业；其缺点为多次活动电缆、操作复杂，产量较低时涡轮无法满足测试需求。

在海上平台作业空间受限、水平生产井管柱复杂、油藏开发急需决策依据的情况下，选择两种方式进行组合测试，形成复合缆光纤产出剖面测井工艺[1]。该工艺在测井过程中无需多次重复活动电缆，确保了测试稳定性，另外消除了传统生产测井工艺因井下环境及水平多相流复杂流态影响所造成的测量误差，保证了测试精度，该工艺测井时效性、稳定性和测试精度优势明显[2]。

2.2 分布式复合缆光纤测井原理

将穿有光纤的铠装钢丝下入到目标井的目的层段，采用分布式光纤温度感应技术(DTS)和分布式光纤声波感应技术(DAS)组合的方式进行联合监测。测试时激光发生器向部署到井下的光纤射入激光并分析散射回的光信号，获得整个光缆长度上的温度、声音以及单点压力等变化信息，并根据测得的数据进行联合推演，最终得到井筒内各产层产出油气水的情况，如图1所示。

图1 光纤测试原理

2.2.1 DAS测井技术

分布式声波传感监测(distributed acousticsensing，DAS)利用相干技术检测瑞利散射光的相位实现音频范围内的声音或振动信号探测，其特点为不仅可以通过解调相位得到对应的振动事件，而且可以线性地提供振动强度的幅值，即可以提供振动事件的幅度及频率信息。DAS工作原理为光脉冲在光纤里传输，当光遇到光纤里的不均匀材料时会产生后向散射，外界的扰动将影响后向散射光的相位，通过检测相位变化即可得知发生的振动事件。同时，由于光速是固定的，通过计算散射光返回的时间，即可获得发生振动事件的位置信息。

2.2.2 DTS测井技术

分布式温度传感监测(distributed temperature sensing, DTS)利用后向散射光谱中的拉曼散射原理，在后向散射光谱中的拉曼散射的反斯托克斯光对温度变化较为敏感。DTS测量井下某一深度的温度变化可以用来判断地层的热稳定性。在产液井或产气井中，生产状态下测量温度曲线与原始地温曲线存在差异变化，可以反映产出流量大小[2]。通过DTS数据采集、处理方法、解释模型和解释软件的低成本、高精度技术体系可获取稳定阶段的生产监测数据，寻找合理的单井生产制度，提高采收率，指导生产井后续开发方案调整。

3 工艺配套工具结构

3.1 测井工具

复合光缆由铠装钢丝、电缆缆芯及2单模2多模光纤组成，既可通过电缆缆芯进行电缆测井，又可通过光纤进行井下数据的连续采集。复合光缆综合性能强，具有高速、低衰减、抗干扰、低噪声等特点，可同时传输光信号和电信号，充分发挥了光缆和电缆的优点，节省布线空间，提高设备的集成度。复合式光缆测井能够利用光纤的特性反映各层位温度及振动的变化，并通过现代地面系统技术进行计算，获得产出层位流态变化，判断产出层是否存在出水问题。PLT产出剖面测井仪器中的产出剖面生产测井仪器串由XTU、PGR、QPC、FDI、CTF、CFBM等工具串组成，可通过测量的自然伽马、磁性记号、流量、密度、持水率、压力和温度分析井内的分层产量，了解产层动态，在本工艺中可对光纤的测量结果进行比对及校正。

3.2 井下辅助设备

爬行器是在水平及大斜度套管井内输送测井仪器的工具，当测井仪器在水平井或大斜度井无法依靠重力继续下放至目的井段时，爬行器能利用自身的动力装置将测井仪器输送到目标井段。由于在作业期间需要由测井设备连接井口并由电缆设备输送测井工具，测井设备装置主要由测井工房、测井拖撬、发动机、防喷装置等几部分组成。测井拖撬是液压驱动装置，在下入电缆及仪器时可控制电缆及井下仪器的上下动作，使仪器在井内实现上提下放；测井拖撬为测井作业操作场所，测井面板存放于拖撬内，作业期间收集井下电缆采集的数据信号并进行测井作业。发动机为测井拖撬提供液压动力源，主要由内燃机、液马达、滤清器、油箱和液压阀等组成。测井工房为测井设备供电，以及存放测井所需要的仪器工具及设备。防喷系统为复合光缆带压作业提供密封功能，防止井喷。

3.3 地面采集设备

DAS采集主机用于采集光纤DAS数据，通过分析返回到接收端的信号，获取外界作用的振幅、频率，实时监测井下事件发生的过程和状态。DTS采集通过光纤技术实现对井内温度和应变的实时监测，可以帮助工程师更好地了解井内情况，以便更好地进行油气开采和管理。测井仪器采集面板主机用于采集井下仪器测井的实时数据，通过数据对光缆进行校深及温度刻度。

4 作业实施

4.1 前期准备

(1)制定作业方案。根据井型、井深、井壁材质等因素，确定测井工具、控制系统及数据采集等设备的类型和数量，制定详细的作业方案。(2)检查设备状态。对测井工具、控制系统、数据采集设备及光缆进行严格检查，确保设备完好无损，并进行必要的校准和测试。(3)确定作业人员。组建作业小组，确定每个人员的分工和职责，制定安全操作规程和紧急处理措施。

4.2 作业实施

(1)井口作业。在井口设置测井设备控制系统并进行调试，刻度光纤系统的DAS＆DTS地面数据，确保测井数据的准确性和稳定性。(2)下井作业。使用电缆绞车将测井工具下放至井底，对井筒进行测量和探测，记录井内持水、地层压力、温度等数据，并对井下工具的位置进行校深，以确认工具深度；当在大斜度井进行作业，测井工具无法依靠自身重力到达目的层时，需启用爬行器将工具输送到位。(3)数据采集。待井筒状态稳定后，连接光纤至DAS＆DTS采集面板，并将测得的数据通过光缆传输到地面数据采集设备，进行数据处理和分析，生成相应的测井曲线和报告，为得到该井生产状态的精确数据，一般会使用多种模式进行切换，以便观察井筒生产的变化。(4)作业结束。将测井工具缓慢升至井口并进行清洗，拆除控制系统并进行设备维护和保养，导出测量原始数据交给陆地解释进行进一步分析，并形成最终的解释报告。

复合光纤电缆测井作业需要在充分准备和严格操作的基础上进行，确保测井数据的准确性和安全性，同时因光纤电缆一经损坏无法修复，需加强设备维护和保养，提前做好检测，提高测井作业的效率和精度[3]。

5 作业应用实例

X井是海上油田一口生产井，作业井深5432 m，最大井斜90°，水平段长达600多米。该井水平段生产管柱为10.16 cm(4 in)打孔管，水平段为一套较厚的低孔低渗储层，项目要求落实水平段储层具体产出情况，为后续区块油气开发提供依据。通过调研国内外先进技术及案例，优化施工工艺，完善施工方案，规避可能的作业风险，最终制定了“液压爬行器+复合缆光纤产出剖面测井”的组合工艺技术。

组合工艺的作业流程：连接组合井下工具串，1.688"测井马龙头+爬行器+七参数产出剖面测井仪器，连接工具前，测量并记录各入井工具长度及直径，并对光纤进行地面DAS＆DTS刻度；下入复合光缆及测井工具串，每500 m上提下放测一次悬重，直到无法依靠重力进行下放；下至无法自由下放深度，进行七参数仪器上提校深，并记录测井曲线；开启爬行器，将仪器及复合光缆送至目标深度；连接光纤至DAS＆DTS采集面板，采集生产井内多种制度的生产数据(开井、关井、放喷等)；采集完毕，将数据传输给陆地进行解释及刻度并形成解释报告。测试期间，光纤数据实时上传，其中DAS数据上传后可实时成图显示数据特征。通过不同生产制度转换测试，DAS数据显示井筒内主要产出段、产出较少和基本不产出的层段，为油藏初步决策提供依据。通过综合分析DTS温度变化响应、DAS声信号变化特征及常规电缆测试数据，可以得到井筒总产出情况及水平段储层详细产出剖面，为油藏制定后续开发决策提供有力依据。

6 结语

分布式复合缆光纤产出剖面测井工艺在海上油气田首次作业成功，证明了该工艺在大斜度、水平复杂生产管柱井中获取生产动态数据的可行性，为油田该类井测试并获取资料提供借鉴。该工艺可获取水平生产井目标层较为丰富的测试数据，为目标区油气藏研究和开发决策提供较为可靠的数据支持。