套返水平井单封拖动管柱快速找水方法研究与应用

慕立俊，王 百，崔文昊，朱洪征，李大建，牛彩云

（1.长庆油田公司 油气工艺研究院，西安710021；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安710021）

套返水平井单封拖动管柱快速找水方法研究与应用

慕立俊1，2，王 百1，2，崔文昊1，2，朱洪征1，2，李大建1，2，牛彩云1，2

（1.长庆油田公司 油气工艺研究院，西安710021；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安710021）

水平井某层段与注水井沟通，压力远高于未见水层段的产油层段，使产油层段被抑制，甚至水倒灌向地层驱油，导致水平井全井筒为水，使井口返水。采用皮碗封隔器拖动卡封找水方法，各层段逐一组合不同喷点的油管／套管同时生产，通过录取井口油管及套管的返液量及含水资料，准确快速地判断出水层段。配套形成了2套工艺管柱，单井找水周期1～2 d，大幅缩短找水周期，为套返水平井的快速找水提供技术手段。

水平井；拖动卡封；快速找水；管柱

长庆油田属于低渗透、低压、低丰度油藏，油井需压裂改造提高储层导油能力、注水补充能量开发，水平井见水不可避免，且井下油水缝网关系复杂，水平井见水已成为制约水平井高效开发的关键因素。目前，长庆油田投产水平井已超过1 000口，含水大于80%的高含水油井200多口，已占总井数的1／4，受见水影响，日损失产能1 000多t。

近年来，水平井作为长庆油田提高单井产量和转变开发方式主要技术手段，应用规模逐年扩大，高含水井数也随之增加，水平井找水技术是控水稳油措施的前提，是高含水井有效治理的关键技术。目前国内常规产液剖面测试、中子氧活化水流测井等，不能满足长庆油田水平井找水要求，机械分段逐一生产找水测试周期长，找水效率低。因此，开展了小流量水平井快速找水技术研究。针对长庆油田超前注水开发、压裂改造，部分井投产即水淹，井口返液的特征，研究形成了套返水平井拖动管柱、逐一卡封层段、井口判断出液量的快速找水技术。

1 套返水平井生产特征

1.1 生产过程中见水和井口返水

长庆低渗透油田具有“低压、低渗、低丰度”的特征，需要注水补充能量、多段压裂改造，且采用五点法、七点法、九点法、米字型等多种注水井网来探索开发。由于多种开发技术的综合应用，储层微裂缝发育，致使本身较复杂的井下油水关系更加复杂，水平井在生产过程中见水不可避免。

在注水开发井网中，水驱优势方向基本与人工裂缝方向一致，当人工裂缝与井筒方向的锐角夹角较小时，各条裂缝、井筒方向、水驱优势方向趋于一致，注入水将很容易沿人工裂缝突进至井筒，致使注入水和裂缝快速沟通见水，甚至快速导致水淹，使井口返水。例如，长庆油田长平1井，其生产曲线如图1。

图1 长平1井生产曲线

1.2 投产高含水和井口返水

在超前注水开发区块，受储层微裂缝发育，水驱前缘到达油井附近，在压裂改造时，人工裂缝直接与注水井沟通，造成投产即高含水，井口返水。例如，长庆油田长平2井，其超前注水生产曲线如图2。

图2 长平2井超前注水生产曲线

2 国内水平井找水技术现状

目前国内各油田应用的找水工艺技术主要有产液剖面测试、气举测试工艺技术和机械找水工艺技术。

2.1 产出剖面测试找水方法

产出剖面测试［1］是在油井正常生产情况下，从环空下入产液剖面测试仪器进行测试，找出产水层。该工艺受井况条件限制较多，仪器环空起下困难，应用范围有限。产液剖面综合测试仪如图3。

图3 产液剖面综合测试仪示意

工艺特点：

1） 流量测试可达到5 m3／d。

2） 含水范围不受限制。

3） 找水费用高（80万元／井次）。

2.2 脉冲中子氧活化测井

脉冲中子氧活化测井是一种能测定井下水流速度的方法，在注入剖面的测试中测得的是分小层绝对注入量。适用于地面油套分注井、井下偏心配水器分注井、存在大孔道地层的井及注聚合物井的注入剖面测试，还可以用于油、水井的查窜找漏。因此，该技术在油田注入剖面监测及油、水井查窜、找漏等工作中将发挥越来越重要的作用。氧活化测井仪结构如图4。

图4 氧活化测井仪结构

工艺特点：

1） 适用流量大于50 m3／d。

2） 含水大于85%的水平井找水。

3） 找水费用高（80万元／井次）。

2.3 长庆油田水平井分段生产找水技术［2-3］

皮碗封隔器将水平井射孔段分开，智能开关器在地面设定开关采集时间在井下定时开启和关闭，地面抽油机连续生产，地下单层采油，求出各段产液量、含水、压力及温度等数据，为分段分析和评价提供依据。管柱及原理如图5～6。

图5 水平井分段生产找水管柱示意

图6 三段式水平井找水原理

工艺特点：

1） 不受油井产液量影响，可进行低产水平井分段测试分析。

2） 抽油过程采用过桥采油泵，使得泵下载荷由过桥外挂承载，泵筒不受载荷。

3） 采用自封形式皮碗封隔器卡层，坐封不需加压，起钻无解封载荷。

4） 开关器自动开关，不通过地面作业实现井下换层。

5） 测试层段独立生产，测试数据直接得到，而不用通过差减法计算。

6） 单段找水周期6～8 d，找水周期长。

7） 找水费用（20万元／井次）

3 单封拖动管柱快速找水方法

针对套管完井多段压裂自喷（溢流）水平井，提出并设计了单封拖动管柱快速判断出水层段的管柱及方法，工艺过程简单、安全可靠。下测试管柱及合采过程中，开关器处于打开状态，分段生产过程中，开关器处于关闭状态，利用皮碗封隔器封隔下层，生产皮碗封隔器油套环空以上射孔段，根据井口产液量及含水变化情况确定出水层段，若井口产水量突降或者不出水表明找出出水层段，若井口产水量无法变化，表明出水点在该射孔段之上，直接上提管柱至上一射孔段上部，重新将井口与地面单量系统流程连接进行生产直至找水出水层段，为水平井的控水增油措施提供可靠的依据。

3.1 工艺原理

从跟部到趾部拖动管柱，用封隔器和油管依次将水平井射孔段与井口连通，在地面计量油管及油套环空返水量，判断主要出水层段。

3.2 管柱结构

找水管柱由智能开关器、皮碗封隔器、扶正器、筛管、母堵组成，如图7所示。

图7 拖动管柱快速找水工艺管柱及原理

3.3 工艺特点

1） 该找水工艺较分段生产、产液剖面测试大幅缩短找水周期，找水周期仅为1～2 d。

2） 该工艺找水费用较其他工艺低（8万元／井次），仅为其他工艺费用的1／10。

3） 该找水方法仅适用套管完井多段压裂改造的套返井。

3.4 关键工具

3.4.1 智能开关［4］

主要由桥通体和开关器芯体2部分组成，上下与油管连接，如图8。

图8 智能开关器示意

采用高能电池供电。在到达设定时间时，由微电脑给微电动机驱动系统发出指令，使驱动系统开始工作，从而带动开关阀打开或关闭，实现及时对目的层的自动切换。

3.4.2 封隔器

在油井找水测试中，考虑到水平井的井身结构特点，要保证测试的准确性及起钻安全性，通过分析，认为皮碗封隔器进行测试最为理想。

1） 皮碗封隔器结构原理 皮碗封隔器是一种自封式封隔器，它主要依靠皮碗与套管内壁的过盈接触和井内压差来达到封隔油套环空的目的。通过材料及结构的优化改进，承压压差可达30 MPa以上。外形如图9。

图9 高压皮碗封隔器示意

2） 结构特点 ZF皮碗封隔器以其皮碗的金属骨架结构来提高封隔器的承压能力，随管柱下入就可封隔油、套环空，不需动管柱或打压坐封；皮碗可对装（保持来自两个方向的压力），也可同向（向上或向下）；修井时可直接上提起出管柱，不需要附加其他动力设备，无解封载荷。

3） 技术参数 ZF皮碗封隔器技术参数如表1。

表1 ZF皮碗封隔器技术参数

4 现场试验

4.1 找水测试

长平X井于2013-04投产，分段多簇压裂改造6段（喷点1为2 590 m；喷点2为2 530 m；喷点3为2 475 m；喷点4为2 424 m；喷点5为2 372 m；喷点6为2 296 m），投产即高含水，日产液16.72 m3，日产油0 t，含水100%，井口套管返水。

设计采用皮碗封隔器分别从喷点6到喷点2逐一拖动、卡封，从油管出液生产，通过判断井口油套环空返液动态变化情况，确定具体出水位置。

管柱结构从上到下为：油管＋智能开关器＋皮碗封隔器＋筛管 ＋尾管＋锥形母堵。

封隔器卡封位置依次为：2 320、2 400、2 460、2 515、2 555 m。

根据封隔器卡封不同位置，油套溢流量测试结果（如表2）分析认为，喷点1、喷点3为主要出水层段；喷点2、喷点4、喷点5、喷点6为出油层段。如图10～11。

表2 拖动管柱找水各位置溢流量测试数据

图10 套管喷点6与油管喷点1～5

图11 套管喷点5、6与油管喷点1～4

4.2 堵水效果

根据测试结果，机械桥塞卡封趾部喷点1～3，生产喷点4～6，含水由100%降至89.81%，日增油0.76 t。长平X井机械桥塞封堵趾部堵水后生产动态曲线如图12。

图12 长平X井机械桥塞封堵趾部堵水后生产动态曲线

5 结论

1） 通过关键配套工具设计，创新技术思路，形成了满足见水后出水段压力高、井口套返井的单封拖动管柱测试快速找水技术。

2） 该工艺技术大幅缩短了找水周期，单井找水周期由60～80 d下降至1～3 d，为尽快恢复高含水井产能提供了手段。

3） 采用油管输送方式，大幅降低测试成本，找水成本为常规产液剖面的1／8。

4） 该技术具有找水成本低、速度快的特征，成为长庆油田水平井规模应用、高效开发的关键技术之一，应用前景广阔。

［1］ 刘猛，高进伟，熊万军，等.水平井井下仪器送进技术的现状及发展建议［J］.石油矿场机械，2004，33（6）：16-18.

［2］ 吕亿明，王百，黄伟，等.水平井找水测试一体化工艺技术［J］.石油矿场机械，2011，40（2）：93-95.

［3］ 王百，吕亿明，韩二涛，等.水平井生产测试管柱防垢工艺［J］.石油矿场机械，2010，39（9）：74-77.

［4］ 王百，黄伟，吕亿明，等.旋转活塞控制式智能开关器的研制与应用［J］.石油矿场机械，2011，40（11）：47-50.

Study and Application of Fast-water Detection in Set Return Horizontal Well Using Single Packing Drag Pipe

MU Li-jun1，2，WANG Bai1，2，CUI Wen-hao1，2，ZHU Hong-zheng1，2，LI Da-jian1，2，NI U Cai-yun1，2
（1.Oil&Gas Technology Research Institute，Changqing Oil f iel d Company，Xi’an 710021，China；2.National Engineering Laborator y f or Exploration And Develop ment of Low Per meability Oil and Gas Fiel d，Xi’an 710021，China）

In case of certain inter val of horizontal well connected wit h injection wells，t he pressure is much higher than that of no water in oil producing interval，the oil producing layers is made suppressed，even water flow back war d to drive t he oil flow reser voir deep，resulting horizontal wellbore all into water，make the wellhead water retur n.Drag packing with cup packer is used to detect water met hod，at each interval by co mbination of different perf orated inter val pr oducing with tubing／casing at the same ti me，through ad missions well head tubing and casing retur n fluid pr oduction and water factor，confir m water pr oduction interval accuratel y and rapidl y.Matching string for med t wo sets of process，in 1-2 days single well water cycle，greatly shorten the water detection cycle，which pr ovide technical means f or sets of fast ret ur n of horizontal wells f or water.

horizontal well；drag packing；fast detect water；string

TE935

B

1001-3482（2014）06-0053-06

2013-11-15

中国石油长庆油田分公司科研项目“长庆油田生产5000万吨采油采气关键技术研究”（2012-1-4）

慕立俊（1969-），男，甘肃庆阳人，高级工程师，博士，2011年毕业于西安交通大学，现主要从事采油工艺研究及管理工作。