水平井生產測井配套技術及關鍵工具分析

謝新華，梁玉斌，劉 鵬，冼甲豪，李志達，李曉軍

(中海油能源發展股份有限公司 工程技術分公司，廣東 湛江 524057)

水平生產井具有泄油面積大、生產壓差小、采液指數高及無水采油期長等特點，逐漸成為新老油田開發與挖潛、提高儲層采收率的有效方法與增產措施[1]。根據統計，中海油的東海、南海東部和西部的海上油氣田的水平井數占油氣井總數的70%，隨著水平井開發逐步進入中、后期，其生產見水后含水迅速上升，產油量急劇下降，嚴重影響了油田開發效果。因此，對水平井的生產動態評價，尤其是對水平井段的分段產出情況、主力產出層段的監測顯得越來越重要[2]。為獲得真實有效的水平井測井數據，在優選測井儀器[3]的同時，更關鍵的環節是如何把這些測井儀器輸送到井下目的層位，在輸送方法選擇上要優先考慮測井施工的安全[4]。

目前，海上油田水平井生產測井一般采用井下爬行器輸送技術。該技術在實際應用中暴露出其局限性[5-7]，例如，井下爬行器對井筒要求非常高，在爬行過程中易打滑、砂卡等，存在無法回收的風險；由于水平井段長段不一，波狀起伏，儀器在推送過程中易遇阻；不適用于復雜井況。

連續油管技術[8-9]在水平井中具有其它測井輸送方法無法比擬的優勢[10-11]，如果連續油管輸送與電纜測井相結合(即連續油管內穿電纜測井輸送技術[12-13])，在工程測井、動態監測及生產測井中具有普遍適用性，是最具有發展前途的生產測井輸送技術[14]。具體表現在：

1) 適用于地層評價和生產測井，范圍廣。

2) 能夠進入大斜度井和水平井中，并長距離輸送測井儀器。

3) 儀器輸送不依靠重力，輸送動力大。

4) 與電纜結合，可供選的儀器最多。

5) 作業速度快、效率高，成功率高。

6) 可穿過短距離的螺旋式扭曲管段。

7) 可以過油管連續作業。

8) 能夠在帶壓或有液流的情況下作業，并保持井控。

圖1 Y-Tool電泵生產水平井生產測試原理

1 配套工具分析

1.1 生產測試堵塞器

在電潛泵采油生產管柱中，為了在生產狀態下能準確地對地層參數進行測試，需要將測試通道和采油通道密封分隔開。因此，連續油管測井儀器輸送管串需要連接1個生產測試堵塞器。該工具需要與連續油管一起下入井中，并可鎖定在與Y接頭連接的工作筒中，任由連續油管上下移動。同時，也需要在進行生產測試前實現與連續油管脫離，從而使連續油管在測試部位可以自由上下移動。除此之外，該堵塞器還能在生產測試完畢后與連續油管測井儀器輸送管串一起提出地面。

結合海上油田Y-Tool電泵生產管柱上的生產堵塞工作筒結構特征，設計出了適用于連續油管生產測井的生產測試堵塞器[17-18]，如圖2所示。該工具由測井儀器輸送管串通過生產管柱的旁通管下入井內，在生產測井過程中，不僅滿足電泵生產堵塞要求，同時也滿足輸送管串拖動儀器測井的要求。

圖2 生產測試堵塞器結構示意

作業步驟：

1) 與工作筒匹配的生產測試堵塞器通過剪切銷釘鎖定，并與連續油管連接。

2) 下入過程中由工具的定位臺階判斷其是否到位。

3) 通過連續油管的下壓力，使生產測試堵塞器的鎖塊進入工作筒的擴徑部位，與工作筒相互作用而實現鎖定。

4) 上提連續油管，當上提力超過銷釘剪切設計值，生產堵塞器與連續油管連接的銷釘被剪切，工具與連續油管分離。此時，生產測試堵塞器鎖定在工作筒處，并與連續油管脫離，連續油管能夠自由上下拖動，進行生產測井。

5) 生產測井作業結束后，上提連續油管至設計值，鎖緊銷釘剪切，鎖塊回收，生產測試堵塞器解鎖，并隨連續油管一起提出至地面。

1.2 單向密封短節

連續油管下入后既要能夠實現注入流體從連續油管通道內部進入井內，同時還要保證井下氣、液不會從連續油管通道內返出。解決本問題的方法是在連續油管與測試工具之間加裝單向短節，如圖3所示。

圖3 單向密封短節結構示意

單向密封短節由單向短接和密封短接2部分組成。

1) 單向短接。其作用是使井內的液體不能進入到連續油管內，通過地面加壓可以使連續油管內的液體進入套管內。工作時，地面加壓，壓力達到一定值時，壓力推動閥芯擠壓彈簧，連續油管內的液體進入套管內。不進行地面加壓時，彈簧復位，閥芯密封通道，井內的液體不能進入到連續油管內。

2) 密封短接。使連續油管內的電纜與連續油管固定、密封，同時又能夠與下井儀器配接。

1.3 釋放短節

測試工具下入井中，特殊情況下會出現遇卡現象。此時，如果上提力過大會導致連續油管變形、斷裂，危及作業安全。加裝釋放短節則能解決該問題，即，在無法解卡時使短節脫手。釋放短節的結構如圖4所示。

圖4 釋放短節結構示意

釋放短節連接在馬龍頭與儀器串頂部之間，內部的貫通線提供短節頂部和底部之間的電氣連接。在測井施工過程中如果井下儀器遇卡，需要與馬龍頭斷開時，連續油管上提一定拉力，超過拉力棒的斷裂拉力時，拉力棒脫開，釋放短節的上半部分隨馬龍頭提出，露出打撈帽，方便下一步的打撈作業。脫開狀態時，貫通線斷脫，下接頭的貫通線接口為承壓結構，能夠直接承受井內液體的壓力，不會對儀器串造成影響。

1.4 旋轉短節

使用連續油管下入測試工具，在下入深度較深時連續油管和測試工具之間會發生扭曲，如果不采取措施，可能會扭斷測試工具。解決該問題的方法是在測試工具與連續油管間加裝旋轉短節，如圖5所示，連續油管扭曲轉動時也不會將轉矩傳遞給測試工具。

圖5 旋轉短節結構示意

連續油管在下放和上提的過程中有旋轉的趨勢，而測井過程中有些儀器是不能旋轉的。旋轉短節使其連接的上部分可自由旋轉。旋轉接頭內部是單芯插頭，并有貫通線貫穿儀器，頂部和底部的連接軸及自由旋轉的球軸承連結組件可支撐來自橫向和縱向的力，內部只需很少的油便可維持內外的壓力平衡。

1.5 張力測試短節

當測試工具串在井下活動時，需監測整串儀器向上(拉伸)或下向(壓縮)所承受的縱向力。特別是在遇卡時，解卡過程中會受到較大沖擊載荷，很容易損壞測試工具串。在測試工具與連續油管之間加裝張力測試短節，能有效解決上述問題。張力測試短節能實時顯示儀器上提和下放過程中的受力情況，對工具串起下過程中的遇卡、遇阻情況進行監控與警示。

1.6 柔性短節

當轉向部位曲率半徑較小時，連續油管轉向會遇到困難。在測試工具串與連續油管間加裝柔性短節，可以使儀器串居中，減少連續油管對儀器串的側向載荷。在較高造斜率的井眼中，柔性短節會增加儀器串的柔韌性，對測試儀器在較小曲率半徑處的轉向具有輔助作用。

2 內穿電纜連續油管測井配套工藝

該配套測井技術可進行以下測井項目：

1) 動態監測測井。產液剖面、吸水剖面監測。

2) 工程測井。套損檢測、固井質量檢測等。

3) 剩余油飽和度測井。雙源距碳氧比測井、中子壽命測井等。

4) 特殊井作業。復雜井測井、電纜切割等。

2.1 常規測井工藝

1) 井下儀器的連接方式。吊裝連接方式。

2) 防噴裝置。液壓防噴器。

3) 適用條件。井內無壓力，井口無返液。

常規測井內穿電纜連續油管配套工具連接如圖6所示。

1—連續油管；2—電纜；3—單向短接；4—密封短接；5—旋轉短節；6—柔性短節；7—張力短節；8—釋放短節；9—測井儀。圖6 內穿電纜連續油管常規測井工具連接示意圖

2.2 動態監測測井工藝

1) 井下儀器的連接方式。吊裝連接方式。

2) 防噴裝置。液壓防噴器、防噴管。

3) 適用條件。井內有壓力，需要測井全過程密閉作業。

動態監測測井內穿電纜連續油管配套工具在常規測井管柱串上增加生產測試堵塞器，如圖7所示。

圖7 內穿電纜連續油管動態監測測井工具連接示意圖

3 現場應用

海上某油田A1H井是1口裸眼完井水平生產井，采用優質篩管簡易防砂，油井井深1 810 m，水平段長度271 m。該井由于產液量和含砂量突然大幅上升，懷疑井下篩管存在漏點，需對儲層進行生產測試以確定具體原因。

連續油管測試工具組合：?38 mm穿電纜連續油管+連接器+?43 mm單向節+?43 mm電纜密封頭+?43 mm旋轉短節+?43 mm張力短節+?43 mm柔性短節+?43 mm釋放短節+MIT測試工具串。順利完成水平段測試，測試資料顯示擴徑，判斷有孔洞。成像后，圖像顯示為優質篩管篩網“紐扣”脫落，如圖8所示。目前已應用穿電纜連續油管配套工具完成測試作業近20井次，充分體現了該配套技術的高效性、可靠性與實用性。

圖8 測試結果與原因分析

4 結論

1) 與其它水平井測井輸送技術相比，連續油管輸送技術在水平井的生產測試中具有較大的優勢。連續油管穿電纜技術在國內日趨成熟，促進了連續油管內穿電纜測井技術的應用和發展。

2) 生產測試堵塞器是生產測井中的關鍵工具和技術難點。連續油管的下入和上提速度對堵塞器的密封性能有較大影響，速度越大，密封性能越差。根據現場試驗結果，建議生產測試時下入和上提速度控制在10～15 m/min。

3) 連續油管生產測試技術和相關井下工具在現場成功應用多井次，滿足國內連續油管內穿電纜生產測試在海上油田水平井中的工藝要求，具有廣闊的應用前景。