水平井找水技术现状与快速找水方法探讨

李大建，朱洪征，马国伟，杨海涛，杜向前

（1.中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院，陕西西安 710018； 2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710018）

近15 年以来，水平井开发规模快速增长，已成为各大油田，尤其是低渗透油田经济效益开发的重要方式。为了有效建立压力驱替系统，主要采用注水方式开发，受到储层非均质性、天然裂缝及人工裂缝等因素的综合影响，水平井开发过程中出现见水、水淹等问题，产能损失严重，已成为水平井规模效益开发的拦路虎。

围绕见水水平井的有效治理目标，国内外油田持续开展了水平井找水测试技术攻关试验，以期探索建立一整套有效的找水测试技术模式，用于指导水平井控水措施，最大程度减少产能损失，提高水平井开发效益。水平井找水测试技术目前整体上处于试验探索阶段，还没有形成适应不同类型油藏、不同液量的水平井高效快速找水测试技术。为了促进水平井高效快速找水测试技术发展，有力支撑控水措施，在综合调研摸排国内外油田水平井找水测试技术现状基础上，对技术特点、适应性、试验应用效果进行了综合分析、评判，逐步明确了水平井高效快速找水测试技术的发展方向，提出了一种全新高效快速找水测试技术方案，能够满足不同类型油藏、不同液量水平井找水测试要求，为水平井高效快速找水测试技术的试验攻关提供了新的思路与借鉴。

1 国内外水平井开发现状

自90 年代开始，水平井开发技术迅速发展，在薄层、边底水、低渗透、常规稠油、天然裂缝发育以及非常规等油气藏开发中得到广泛应用，成为转变开发方式的重要手段。从水平井技术发展历程看，主要经历了五次技术发展：1920—1930 年，反射地震技术的突破，促进水平井开发取得进展，产量由1×108t 提高到2×108t；1960—1970 年，板块构造、生油理论、注水开发、喷射钻井等技术的发展，推动水平井产量由10×108t 提高到20×108t；1980—1990 年，基于盆地模拟、水平钻井、三维地震、二次采油技术发展，水平井产量稳定在30×108t 左右；2000—2015 年，集中体现在旋转导向钻井、水平井分段压裂、随钻测井、超高密度数据采集等技术，产量迈上40×108t；2020—2035 年，将以智能油田、智能钻井、纳米驱油、原位改质等新技术为代表，有望助推产量迈向新高。

2011 年起，美国水平井钻井进尺开始超过直井；2016 年，其水平井新钻井数占比69%，进尺占比83%；截至2017 年底，其水平井总数12.3×104口（占比13%），水平井成为美国非常规储层大规模开发的核心技术之一。2007 年起，国内水平井钻井呈跨越式发展，截至2019 年底，中国石油水平井总井数近1.0×104口（占比3.8%），年产量1 207.7×104t（占比9.8%），主要分布在长庆、新疆、辽河等油田，其中低渗透油藏水平井超过3 000 口，年产量突破350.0×104t。

国内水平井开发主要采用套管完井，多段压裂改造方式投产。储层渗透率低，为了有效建立压力驱替系统，主要采用直井注水、水平井采油方式生产。受储层非均质性、天然裂缝与人工裂缝等综合因素影响，开发过程中，注入水沿高渗通道突进、边底水水窜或井间裂缝沟通现象普遍，油井含水急剧上升或暴性水淹问题突出，降低了水平井的开发效益。以长庆油田低渗透储层水平井开发为例，2 707口投产水平井中，平均产液量6.8 m3，见水水平井1 255 口井，含水大于80%的井690 口，高含水关井160 口，年损失产能20×104t 以上。

2 水平井找水测试技术现状

为实现见水水平井有效治理，近年来国内外油田依据水平井开发及井况特征，开展了不同类型找水测试技术攻关试验，主要试验形成9 种适应不同液量、不同完井方式的找水测试技术[1–11]。

2.1 常规水平井产液剖面测试

常规PLT 测井技术，主要通过阵列测试仪（阵列式含水持率仪、阵列式涡轮流量仪）对水平井段产液剖面进行监测、解释，确定各层段产液、含水特征。该技术主要应用于自喷井，采用爬行器或连续油管输送仪器，对于低液量机采井，采用爬行器提前预置井底。爬行器遇阻率达40%以上，且应用成本较高，阵列式流量测试仪流量门槛高（50 m3/d以上）。

2.2 中子氧活化产液剖面测试

电缆连接可控源脉冲中子测井仪器预置于油管内，采用液力泵送方式将测井仪输送至井底，配套气举方式举升井筒内井液，上提电缆时对测试井段进行测试。通过中子探测器探测氧活化水流的流速，反演水平井段产液剖面。该技术适应高液量井，气举举升作业效率高，但配套难度大、成本高。

2.3 存储式微声差微温差组合找水测试

普通油管输送聚能多发多收测井仪，测井仪在井下产生声波，通过声波在油水中传播时差来确定水平井段油水分布，结合测试井段温度、压力剖面曲线分析，进一步确定水平井段油水分布。该技术成本低，适用于低产井，但解释出水段范围宽、精确低，符合率不到60%。

2.4 连续管缆（挠性管）产液剖面测试

针对套管完井和低液量水平井找水测试，采用连续管缆携带测井仪，通过地面注入设备将测井仪从偏心井口输送至测试井段，集流式测井仪定点测试井段温度、压力、流量、含水等参数，实时分析水平井段产液量剖面特征（图1）。现场试验成功率61%，因井筒结蜡、出砂、仪器直径大等原因常导致仪器下不到设计位置，对低于5 m3/d 液量水平井测试解释符合率不高。

图1 连续管缆起下产液剖面测试示意图

2.5 流体扫描成像（FSI)产液剖面测试

FSI 测井仪是斯伦贝谢公司研发的新型产液剖面测试仪器（图2），采用多传感器组合方式，监测井段温度、压力、流速、持水率、持气率、井径等参数，实现多相流产出剖面准确测试。采用连续油管输送、光纤数据传输，实时生成测试井段流体成像，生动快捷，数据解释可分辨分段、分簇产量贡献率及主要产水层。该技术适用于套管完井、自喷井（液量大于50 m3/d）产液剖面测试，对于低液量井（小于30 m3/d）、筛管完井油井技术适应性低。

图2 流体扫描成像（FSI)产液剖面测井仪示意图

2.6 分布式光纤产液剖面测试

分布式光纤温度剖面、声波剖面监测是哈里伯顿公司研发的一种产液剖面测试技术。光纤既是传感器也是一种信号传输介质，通过在测试井段布放分布式光纤，监测井段温度分布和光纤沿线每个位置声波振动相位、振幅、强度信息，对温度、声波数据综合解释分析，反演测试井段产液剖面，间接判识出水层段。目前主要采用连续油管内穿光纤（光缆）方式进行输送（图3）。该技术适应于套管完井自喷井或气井测试，气液界面解释精度高，油水界面解释精度有待提高。

图3 分布式光纤产液剖面测井示意图

2.7 分段示踪找水测试

采用油管输送方式将不同种类示踪剂短节（如人造同位素、化学示踪剂、量子示踪剂）布放测试井段，井筒井液单向流动、并将水溶性示踪剂带至地面，通过地面井口取样、监测不同时段示踪剂含量，依据层段产液量与携带出示踪剂含量成正比的原理，解释分析主要出水井段及层段出水量。该测试工艺管柱简单，对井筒及完井方式适应性强（图4），测试井液量界限要求低。

图4 分段示踪找水测试示意图

2.8 动态监测找水

采用专用测试举升泵抽汲、挺杆输送、电缆对接组合工艺，通过特种监测仪对水平井逐层段监测自然伽马、温度、压力、流量、含水等参数，结合水平井综合解释模型，反演水平井段产液剖面（图5）。挺杆输送测试仪器方式在水平井段输送距离受限（目前最大水平输送位移730 m），长水平段井上应用受限。

2.9 分段生产找水测试

利用封隔器对水平井段分段封隔，配套抽油泵举升，采用双封单卡逐层段生产测试（图6），井口计量、化验含水，标定各层段产液、含水，确定出水层段。该测试工艺管柱简单，对层段液量要求低，适应低液量井找水测试要求；单段测试周期5～7 d，单 试周期长、效率低。

图5 动态监测找水测试示意图

图6 拖动管柱分段生产找水测试示意图

综合以上水平井找水测试技术测井原理、仪器输送方式差异，考虑不同技术对单井液量、水平段长的适应性，从水平井液量、水平段长二维度对9 种不同找水测试技术应用界限进行了定性划分、界定（表1）。

3 水平井高效快速找水技术方法探讨

从水平井找水测试技术现状看，主体技术主要适应于高液量井，针对低液量井虽然通过试验形成了非主体技术，但适应性不强、测试效率低、测试周期长。水平井高效快速找水技术的试验探索，尤其是针对低液量井的快速找水技术现场需求迫切。

3.1 水平井井况变化对找水测试技术提出新挑战

近年来，水平井作为超低渗透、致密油藏较为实现经济效益开发方式，应用规模快速扩大，且整体表现出压裂改造段数、水平段长大幅度增加，但平均液量仍然较低。以长庆油田为例，2013 年至今，水平井平均改造段数由9 段大幅度提高到22 段，平均水平段长由880 m 增加到1 760 m，单井平均产液量10～20 m3，现有水平井找水测试技术突出表现为找水测试仪器水平井段输送难度大、单井找水测试周期长、现场作业效率低，已经无法满足现场水平井找水测试需求。

表1 不同类型水平井找水测试技术适应界限

3.2 水平井高效快速找水工艺设计

针对现有水平井找水测试技术存在的不足，以提高找水测试效率为目标，设计出了水平井高效快速找水工艺（图7），技术应用后预期单井测试周期缩短60%以上、作业效率提高50%以上。

为了克服长水平井段找水测试仪器输送问题，提高仪器输送效率，设计了连续油管快速输送方式，通过连续油管作业提高工艺实施的整体效率。为了满足水平井段井筒井液流动、找水测试仪工作条件，设计了小直径电潜泵放置水平井段举升方式。通过 调整电潜泵参数，实现井筒井液流动由低排量到中排量的转变，进一步提高低液量井找水测试时测井仪监测响应条件，测试仪对流量适应界限有望下降到10 m3/d 左右。采用常规MAPS 测井仪监测水平井段的流量、含水、压力、温度等参数，能够有效地消除水平井段油水分层对测试误差的影响。

图7 连续油管+电潜泵快速找水测试工艺示意图

水平井高效快速找水工艺可以使连续油管作业实现高效率、拖动管柱测试实现高速度、电潜泵宽范围排量举升实现测井仪监测精度提高及适应流量界限变宽，能够适应不同液量水平井快速找水测试技术需求。

4 认识与结论

（1）水平井找水测试技术整体上处于试验探索阶段，调研的9 种不同类型找水测试技术适应性差异明显。

（2）针对低液量井，综合考虑测井仪器输送方式、举升系统配套，通过最新单项技术集成融合创新，提出了水平井高效快速找水工艺设计方案。