水平井射流舉升連續(xù)油管產(chǎn)出剖面測(cè)試工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

姜廣彬，張瑞霞，張化強(qiáng)，周景彩，劉永順，田浩然

中國(guó)石化勝利油田分公司石油工程技術(shù)研究院

0 引言

勝利油田目前開(kāi)發(fā)水平井4 000余口，累產(chǎn)油超5 000 t，水平井開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為老油田提高采收率、挖潛增效的有效手段。但隨著水平井的不斷開(kāi)發(fā)，水平井的綜合含水率逐年上升，已經(jīng)高達(dá)91.5%。開(kāi)井的3 000余口水平井中，日產(chǎn)油＜4 t的井有2 000余口，占比高達(dá)70%以上，其中日產(chǎn)油＜1 t的井有800余口，占比高達(dá)20%以上，水平井的綜合效益明顯變差，嚴(yán)重影響了水平井的開(kāi)發(fā)效果。了解水平井各層段的產(chǎn)出狀況也就是產(chǎn)出剖面［1-3］，是進(jìn)行高含水水平井治理的首要條件和數(shù)據(jù)支持。

水平井的產(chǎn)出剖面測(cè)試存在著很大的難題，從測(cè)試工藝角度來(lái)講，主要存在幾大難題［4-8］：

（1）由于水平井井身軌跡的特殊性，測(cè)試儀器難以下入到水平段。為提高測(cè)試儀器在水平井段的可下入性，采用爬行器或者連續(xù)油管是兩種可行的方式，但爬行器對(duì)井身軌跡有較高的要求，同時(shí)對(duì)出砂井不適合應(yīng)用，連續(xù)油管具有更廣泛的適應(yīng)性。

（2）產(chǎn)出剖面測(cè)試是在生產(chǎn)狀態(tài)下的測(cè)試，生產(chǎn)和測(cè)試需要同時(shí)進(jìn)行。目前現(xiàn)用的常規(guī)舉升方式，如抽油機(jī)舉升等，都不具備測(cè)試儀器的下入通道，無(wú)法滿(mǎn)足舉升狀態(tài)下的產(chǎn)出剖面測(cè)試。必須設(shè)計(jì)新型的舉升裝置，實(shí)現(xiàn)舉升和測(cè)試的同時(shí)進(jìn)行，提高測(cè)試的準(zhǔn)確性。

（3）連續(xù)油管輸送手段的應(yīng)用給生產(chǎn)方式帶來(lái)了較大的難題。連續(xù)油管裝備應(yīng)用后，地面無(wú)法再次應(yīng)用抽油機(jī)舉升、螺桿泵舉升等有桿泵舉升設(shè)備，會(huì)導(dǎo)致地面設(shè)備發(fā)生相互干涉，因此必須設(shè)計(jì)可以下入連續(xù)油管的無(wú)桿泵舉升方式。

1 水平井射流舉升連續(xù)油管產(chǎn)出剖面測(cè)試工藝和管柱

針對(duì)水平井產(chǎn)出剖面測(cè)試的需要和存在的幾大難題，提出了水平井射流舉升連續(xù)油管產(chǎn)出剖面測(cè)試工藝，在連續(xù)油管輸送測(cè)試儀器的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出和測(cè)試的同時(shí)進(jìn)行。

1.1 測(cè)試工藝管柱

水平井射流舉升連續(xù)油管產(chǎn)出剖面測(cè)試工藝管柱如圖1所示，主要包括外管柱和內(nèi)管柱。外管柱自上而下為：油管+偏置式空心射流泵+內(nèi)封封隔器+外封封隔器。外管柱為舉升管柱，用于實(shí)現(xiàn)地層流體的舉升；內(nèi)管柱自上而下為：連續(xù)油管+連續(xù)油管連接器+扶正器+測(cè)試儀器。內(nèi)管柱為測(cè)試管柱，實(shí)現(xiàn)水平井各層段的產(chǎn)出情況測(cè)試。

圖1 水平井射流舉升連續(xù)油管產(chǎn)出剖面測(cè)試管柱示意圖

測(cè)試工藝原理：將內(nèi)管柱下至水平段產(chǎn)層的最下端，地層流體在測(cè)試儀器的外部流過(guò)，測(cè)試儀器可以檢測(cè)到儀器對(duì)應(yīng)地層深度的地層產(chǎn)液的溫度、壓力、流量、含水率等參數(shù)［9］，地層產(chǎn)液繼續(xù)向上流動(dòng)，與此同時(shí)，地面油套環(huán)空注入高壓動(dòng)力液，地層產(chǎn)液通過(guò)外封、內(nèi)封封隔器的內(nèi)部流道繼續(xù)向上流動(dòng)，內(nèi)封封隔器密封連續(xù)油管與?88.9 mm油管的環(huán)空面積，地層流體最終被射流泵舉升至地面。不斷上提內(nèi)管柱，實(shí)現(xiàn)所有井下深度的產(chǎn)液情況測(cè)試，最終得到整個(gè)生產(chǎn)狀態(tài)下水平段的產(chǎn)出剖面情況。

1.2 測(cè)試工藝流程

（1）下入外管柱，將射流泵下至設(shè)計(jì)泵深。

（2）下入內(nèi)管柱，將測(cè)試儀器下至水平段產(chǎn)層的最下端。

（3）井口油套環(huán)空注入高壓動(dòng)力液，內(nèi)封、外封隔器分別坐封，實(shí)現(xiàn)正常舉升。

（4）首先測(cè)試水平段最下端的產(chǎn)出情況，穩(wěn)定一段時(shí)間后，上提一定距離測(cè)試，穩(wěn)定一段時(shí)間后繼續(xù)上提進(jìn)行測(cè)試，直至完成水平段各產(chǎn)層的測(cè)試（具體每次上提距離可以根據(jù)水平井段的長(zhǎng)度以及對(duì)測(cè)試參數(shù)的要求來(lái)確定）。

（5）井口停止高壓動(dòng)力液注入，停止舉升。

（6）提出內(nèi)管柱。

（7）提出外管柱，完成測(cè)試。

（8）恢復(fù)正常生產(chǎn)。

1.3 工藝特點(diǎn)

（1）工藝實(shí)現(xiàn)了舉升狀態(tài)下的產(chǎn)出情況測(cè)試，真實(shí)反映水平段的產(chǎn)出情況。

（2）射流泵具備舉升和測(cè)試多通道，保證了舉升和測(cè)試的同時(shí)進(jìn)行。

（3）內(nèi)封封隔器有效封隔射流泵舉升流體和地層流體。

（4）外封封隔器有效封隔井口高壓動(dòng)力液和地層流體。

（5）內(nèi)封封隔器和外封封隔器的同時(shí)應(yīng)用保證了射流泵的順利舉升。

（6）射流泵、內(nèi)封封隔器、外封封隔器均具備多流道，滿(mǎn)足高壓動(dòng)力液、地層流體、舉升流體多流體的分開(kāi)。

2 主要配套工具研究

水平井射流舉升連續(xù)油管產(chǎn)出剖面測(cè)試工藝管柱涉及到的配套工具主要包含射流泵、內(nèi)封封隔器、外封封隔器等。

2.1 偏置式空心射流泵

射流泵是測(cè)試工藝實(shí)施的關(guān)鍵部件，測(cè)試工藝對(duì)射流泵的要求：①可實(shí)現(xiàn)舉升；②在管柱內(nèi)部可以下入連續(xù)油管以及測(cè)試儀器；③具備高壓力動(dòng)力液、地層流體等多通道。

為同時(shí)滿(mǎn)足上述3個(gè)要求，研制了偏置式空心射流泵。即將常規(guī)的中心射流泵改進(jìn)為空心射流泵，并將噴嘴、喉管、擴(kuò)散管等射流泵組件偏心放置。

偏置式空心射流泵的結(jié)構(gòu)如圖2（a）所示，主要由泵筒、壓帽、噴嘴、支撐套、喉管、擴(kuò)散管等幾部分組成。泵筒是射流泵的主體部分，在其內(nèi)部放置噴嘴、喉管、擴(kuò)散管等組件。如圖2（b）所示，泵筒是偏心泵筒，有3個(gè)主要通道，中心大通道提供連續(xù)油管、測(cè)試儀器等通過(guò)的通道；側(cè)邊圓形通道提供射流泵舉升的噴嘴、喉管、擴(kuò)散管、穩(wěn)流管等主要作用件的放置空間；側(cè)邊大C型通道用于提供地層流體的上行通道。

圖2 偏置式空心射流泵示意圖

偏置式空心射流泵的工作原理為：地面注入一定壓力的高壓動(dòng)力液，經(jīng)過(guò)噴嘴，產(chǎn)生較高的流速，由噴嘴射入喉管內(nèi)，在噴嘴、喉管之間形成低壓區(qū)，同時(shí)，地層產(chǎn)液在泵以下進(jìn)入到偏心射流泵的大C型流道。高速流動(dòng)的低壓動(dòng)力液與被吸入低壓區(qū)的油層產(chǎn)出液在喉管中混合，流經(jīng)截面不斷擴(kuò)大的擴(kuò)散管時(shí)，因流速降低，將高速流動(dòng)的液體動(dòng)能轉(zhuǎn)換成低速流動(dòng)的壓能，混合液的壓力提高后進(jìn)入到射流泵與連續(xù)油管之間的環(huán)空并最終被舉升到地面。

2.2 內(nèi)封封隔器

測(cè)試工藝對(duì)內(nèi)封封隔器的要求：①密封油管與連續(xù)油管之間的環(huán)空空間；②提供地層流體的上行通道。

因?yàn)槌Ｒ?guī)的封隔器密封均為外部空間，由于橡膠的彈性，具備向外擴(kuò)張并且密封的能力［10-11］，但是測(cè)試工藝封隔器需要滿(mǎn)足的是膠筒向內(nèi)擴(kuò)張，即密封住油管與連續(xù)油管之間的環(huán)形空間，因此，研制了新型的封隔器，利用過(guò)盈自密封和壓力向內(nèi)擠壓來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓可靠密封，以滿(mǎn)足特殊需求。

內(nèi)封封隔器主要由上/下接頭、外管、密封外管、上/下硫化接頭、膠筒等組成。在上接頭與上硫化接頭、上接頭與密封外管之間，下硫化接頭與下接頭、下接頭與密封外管之間，下接頭與外管之間均設(shè)置有密封機(jī)構(gòu)。

地層流體通道的建立：外管與密封外管之間的環(huán)形空間C（如圖3中件號(hào)6所示）構(gòu)成了地層流體的上行通道，地層流體自下接頭的軸向通道B進(jìn)入，向上流入到外管與密封外管之間形成的環(huán)形空間C。外管的上端母扣與偏置式空心射流泵下端大公扣相連，地層流體被引入到偏置式空心射流泵的長(zhǎng)圓槽大C型形通道。

圖3 內(nèi)封封隔器結(jié)構(gòu)示意圖

內(nèi)封封隔器密封原理：膠筒內(nèi)徑略小于連續(xù)油管的外徑，開(kāi)始即與連續(xù)油管之間形成過(guò)盈初密封。同時(shí)，地面注入高壓動(dòng)力液作為內(nèi)封封隔器的坐封流體進(jìn)入油套環(huán)空，由于下端外封封隔器的密封作用，高壓動(dòng)力液會(huì)通過(guò)下接頭內(nèi)部通道A進(jìn)入到內(nèi)封膠筒的外部，在高壓動(dòng)力液的作用下，內(nèi)封膠筒向內(nèi)擴(kuò)張，并密封至連續(xù)油管的外壁上，加強(qiáng)密封。在初密封與加強(qiáng)密封的雙作用下，內(nèi)封封隔器實(shí)現(xiàn)承壓密封的功能。

2.3 外封封隔器

外封封隔器結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要由上接頭、內(nèi)中心管、外中心管、支撐桿、膠筒、皮碗骨架、承托環(huán)、調(diào)節(jié)環(huán)、下接頭、收縮管等組成。收縮管的目的是為了便于內(nèi)管柱順利地從外管柱中起出。

圖4 外封封隔器結(jié)構(gòu)示意圖

外封封隔器地層流體通道的建立：內(nèi)中心管與外中心管之間的環(huán)形空間構(gòu)成了地層流體的上行通道B，地層流體自調(diào)節(jié)環(huán)的側(cè)向通道A引入內(nèi)中心管與外中心管的環(huán)形空間，與之相連通，地層流體向上流動(dòng)，上接頭的母扣和內(nèi)中心管的母扣與內(nèi)封封隔器下接頭的兩個(gè)公扣相連，地層流體被引入到內(nèi)封封隔器下接頭的偏心通道，并向上繼續(xù)流動(dòng)。

外封封隔器的密封原理：地面注入高壓動(dòng)力液進(jìn)入油套環(huán)空，向下流動(dòng)進(jìn)入到皮碗膠筒的內(nèi)部間隙，在壓力的作用下，膠筒繼續(xù)向外擴(kuò)張，使膠筒與套管之間的過(guò)盈量進(jìn)一步加大，密封油套環(huán)空。

2.4 主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需求，目前水平井產(chǎn)出剖面測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1所示。

表1 產(chǎn)出剖面測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

水平井連續(xù)油管產(chǎn)出剖面測(cè)試技術(shù)在ZX106-P15井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。該井采用?177.8 mm篩管完井，井深2 800 m，在測(cè)試之前產(chǎn)液量109.5 m3/d，產(chǎn)油量1.6 t/d，含水率高達(dá)97.2%，處于特高含水階段，為了對(duì)該井實(shí)施有效的堵水措施，進(jìn)行產(chǎn)出剖面測(cè)試了解各產(chǎn)層的產(chǎn)出情況。

對(duì)該井產(chǎn)層段2 550～2 770 m的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以水平段每10 m作為一個(gè)數(shù)據(jù)單元，得到了水平段每10 m的流量和含水率曲線(xiàn)，如圖5所示，分析曲線(xiàn)可以看出，2 560～26 00m的產(chǎn)液量較高，同時(shí)含水率高達(dá)99.8%，出水量占到了整個(gè)水平段的61.4%，因此，對(duì)該井采取了化學(xué)堵水措施［12］，含水率由98%降低至91%，產(chǎn)油量由1.6 t/d增加至初期3.6 t/d，取得了較好的降水增油效果。

圖5 ZX106-P15井產(chǎn)出剖面測(cè)試后流量和含水率曲線(xiàn)圖

4 結(jié)論

（1）提出了水平井射流舉升連續(xù)油管產(chǎn)出剖面測(cè)試工藝方案，利用偏置式空心射流泵實(shí)現(xiàn)舉升，利用連續(xù)油管攜帶測(cè)試儀器自下而上進(jìn)行整個(gè)產(chǎn)層段的測(cè)試。

（2）偏置式空心射流泵中心具備連續(xù)油管和測(cè)試儀器的下入通道，舉升部件布置在偏心通道上，偏置式空心射流泵的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了在舉升狀態(tài)下的產(chǎn)出剖面測(cè)試。

（3）內(nèi)封封隔器和外封封隔器的使用實(shí)現(xiàn)了油管與連續(xù)油管以及油管與套管之間環(huán)空的雙重密封，保證了射流泵舉升過(guò)程的順利進(jìn)行。

（4）該測(cè)試工藝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用1井次，取得了水平井的產(chǎn)出剖面，為該井的高含水治理提供了技術(shù)支撐，應(yīng)用前景廣闊。