底水油藏水平井套外光纖智能完井技術試驗

中圖分類號：TE348 文獻標識碼：A DOI：10.12473/CPM.202406051

LiDajian，Wu Chunsheng，Cui Ziyue，etal.Testofthe external-casing optical fiberintellgent completion technologyforhorizontalwels in bottom-waterreservoirs[J].China Petroleum Machinery，2025，53（7）：129-135.

Test of the External-Casing Optical Fiber Intelligent Completion Technology for Horizontal Wells in Bottom-Water Reservoirs

Li Dajian ^1，2 Wu Chunsheng1.2Cui Ziyue3Wang Xu4Yang Haitao ^1，2 Gao Yu1，2 （1.Oilamp;Gas TechnologyResearchInstitute，PetroChinaChangqingOilfieldCompany；2.NationalEngineeringLaboratoryfor ExploratinandDevelopmentofLowPermeabilityOilamp;GasFields；3.ExplorationDivision，PetroChinaChangqingOilfeldCompany;4. No.9 Oil ProductionPlant，PetroChina Changqing Oilfield Company）

Abstract：In the production process of horizontal wels in botom-water reservoirs，water production and flooding caused bybotom-water coningare keyfactors restricting the development effctof horizontal wells.There is an urgent need to figure out efective techniques of water control in the whole life cycleof bottom-water reservoirs.In Changqing Oilfield，water productionand flooding occur in horizontal wels for developing bottom-water reservoirs.To solve these problems，for purpose of the integration ofperformance monitoring and control at producing intervals，following the idea of intelligent completion of oil wells，and combining with the conditions of well completions，a solutionof water control during intellgent completion was proposed，which incorporates the external-casing distributed optical fiber for permanent monitoring on production performanceat the producing interval and the switchable sliding sleeve ofcasing for performance control atthe producing interval.A string consisting of external-casing distributed optical fiber + switchable sliding sleeve of casing + permanent downhole gauge was designed innovatively，and supporting keytoos were designedand manufactured.Thus，anew intelligent completion technologyforhorizontal wells inbotom-waterreservoirs was formed，and it has been testedat Well Chi97H The results show that the use of the external-casing distributedoptical fiber for continuous，real-time monitoring and interpretation of the temperature，acoustic vibration and downhole pressure signals ofthe whole welbore，especiallthe producing interval，helps fullunderstandthe performanceatthe producing interval andlocate the waterproducing interval，sothat the sliding sleeveofcasing atthecorresponding interval is closed to resume the well productivity.In this way，the water-flooded wels inbotom-water reservoirscan beeffectivelycontrolled.The study demonstrates thattheexternal-casingopticalfiber intellgentcompletion technology for horizontal wels is an ffective option to realize the water control in bottom-water reservoirs.

Keywords： bottom-water reservoir； horizontal well; intellgent completion;switchable sliding sleeve；distributed fiber

0 引言

邊底水油藏是油田開發的一種重要油藏類型，受到開發油層構造高度、邊底水層位置、油井生產制度等因素影響，生產過程中常伴隨邊底水抬升、底水錐進，導致油井過早見水甚至水淹，嚴重影響了油井產能發揮，降低了油藏采收率與開發效益，亟需建立相適應的技術手段進行干涉治理。

為有效解決邊底水油藏開發油井過早見水問題，近年來國內外油田、油服公司開展了不同形式的技術攻關試驗與探索。一方面主要通過開展不同類型工藝措施進行被動治理，如化學堵劑（凝膠堵劑 + 納米高強堵劑）堵底水、注入化學軟隔板封底水、底水油藏氣頂驅控底水以及液控智能自適應控流量裝置2、優化生產制度的方式抑制底水過快錐進突破等，在礦場試驗取得了初步效果。但受到油藏特征、油井完井方式以及不同井況特征影響，目前尚處于試驗應用階段，還沒有達到技術成熟、推廣應用的程度。另一方面，在充分調研智能完井技術原理[4-5]、關鍵技術[6]、技術方向[、技術思路的基礎上[8]，進行主動防治。主要通過研制配套關鍵工具，在井筒內構建實時監測系統、產層段控制系統4，依據產層段產出類型、產出特征監測與解釋分析，判識出水層段，通過產層段流量無級調控，達到穩油控水、高效生產的目的。技術調研表明，針對邊底水油藏主動防治智能完井工藝技術，主要基于在井筒內建立監測系統、控制系統的方式實現工藝目的。如智能完井用遠程控制開關技術[9]，遼河油田雷64-34-22井試驗的液壓無級流量調控智能完井技術[]，貝克休斯公司研發的MultiNodeTM全電動智能完井系統（TEC電纜連接至地面控制單元 + AFC井下閥）[1]，蓬萊油田試驗的SmartWell智能完井技術[12]，液控多級流量控制閥智能完井裝置研制與應用[13-16]，多節點智能完井技術研究與應用[17]等。以上工藝技術整體來說系統結構復雜，對井筒狀況要求高，受到井筒結蠟、結垢、出砂等因素影響嚴重，技術適應性低，同時對后期井筒工藝配套提出了新的挑戰。

針對邊底水油藏生產見水問題，筆者借鑒智能完井主動防治策略，按照找水 - 控水一體化技術思路[18]，基于目前分布式光纖監測產剖解釋方法的建立與發展[19-20]，以及現場應用效果的驗證分析[21-22]，提出了套外布放分布式光纖全井筒實時監測、可開關套管滑套實現產層段產出控制為核心的新型智能完井工藝技術方案。相對目前主體智能完井技術，該方案具有井筒配套工具少、不影響井筒內通徑與后期各種措施實施等技術優勢，提高了技術適應性。同時開展現場試驗1口井，初步實現了底水油藏水淹水平井產能快速恢復的工藝目的，為同類油藏高效防治提供了新的技術手段。

1底水油藏水平井智能完井工藝管柱設計

通過構建底水油藏水平井智能完井井下監測系統、產層段液流控制系統，設計形成了新型智能完井工藝管柱，如圖1所示。

井下監測系統：套管外布放分布式光纖、井底設置永置式壓力計，利用光纖本身既是傳感器又是數據傳輸介質的雙重屬性，通過對全井筒（包括產層段）溫度剖面、聲波振動等信號的連續實時監測，結合井下壓力監測數據，解釋分析井筒內不同位置發生的流體流動事件，進而全面實時了解產層段及其他異常點（套破引起套漏等）產出（或流入）狀態，準確分析定位主要出水層段或出水位置。相對于井筒內布放電纜/光纜、井下設置傳感器的方式，不改變井筒內部環境，從而為后期井筒作業、井筒配套、措施實施提供了前提條件，同時工藝系統結構簡單、適應性強，技術優勢明顯。

液流控制系統：主要通過在水平井段設置可開關套管滑套的方式，實現對產層段液流的控制。可開關套管滑套在完井時隨套管一同下人設計產層段，壓裂改造時，通過連續管輸送可開關滑套開關鑰匙，工具逐級打開套管滑套，對方案設定的油層段進行壓裂改造。在完井后正常生產過程中，依據分布式光纖、井下壓力計監測數據，解釋產層段產出類型及特征，判識出水層段或位置；通過井筒內普通油管連接開關鑰匙工具對出水層段對應的可開關滑套進行關閉作業，控制出水層段產出，使產油層段產出，實現智能完井控制出水層段、快速發揮產油層段潛力的目的。

2 關鍵工具設計加工

根據底水油藏套外分布式光纖、可開關套管滑套智能完井工藝系統構成，設計加工了與工藝系統相適配的關鍵工具。

2.1 光電復合纜

光電復合纜集成了光纜與電纜（見圖2）。光纜主要用來監測全井筒不同位置溫度、聲波振動信號，內部設計為3芯光纖（1芯單模光纖監測聲波振動，2芯多模光纖監測溫度剖面）；電纜主要是實時連續監測井底壓力，為產層段產出流體流態解釋分析提供依據。井底設置套管壓力計及托筒連接光電復合纜，井下永置式壓力計選用成熟的電子壓力計，確保了井下壓力監測的精度和穩定性。光電復合纜采用耐腐蝕825合金鋼管內鎧、方形PVC外鎧設計，在功能上兼顧了光纖溫度、聲波振動監測與電子壓力計供電、數據傳輸的綜合技術要求，滿足與套管同步下鉆過程中耐磨、耐壓及抗拉性能，保障了光電復合纜與套管固定后在下鉆過程中避免損傷，為油井完井后全生命周期生產過程永久式監測打下基礎。

2.2 可開關套管滑套

為實現產層段產出調控，設計加工了一種新型P110材質可開關套管滑套及開關鑰匙工具（見圖3）。通過開關鑰匙工具對套管滑套實施打開與關閉作業，滿足產層段從前端壓裂改造到后端生產過程中產出調控。可開關套管滑套內通徑與完井套管內徑相同，確保后期井筒處理、施工作業不受內通徑變化影響。套管滑套外部設置過電纜槽，用于光電復合纜下井保護與穿越?；组_關鑰匙設計為膠圈密封，承壓 70MPa 、耐溫 120°C ，滿足儲層壓裂改造承壓性、密封性以及后期層段關閉過程中密封性要求?；组_關鑰匙打開力設為 15～25kN ，確?；状蜷_、關閉作業順利，成功率高。

滑套開關鑰匙工具設計為液壓驅動、凸鍵式結構。工具內驅動壓力較低時凸鍵能夠自動回收，整體上結構簡單、安全性高。

2.3 配套工具與裝置

依據水平井套外分布式光纖智能完井工藝技術要求，設計加工了與工藝相適配的配套工具，主要包括光電復合纜穿越套管頭、井口復合纜密封器、復合纜保護卡子以及地面控制柜，如圖4所示。

光電復合纜穿越套管頭主要是通過在套管頭上設置穿越孔實現復合纜井口穿越與密封，耐壓能力 70MPa 。井口復合纜密封器主要是實現復合纜穿越套管頭后光纜、電纜分離穿越并密封，穿越密封耐壓 103MPa 為確保信號傳輸穩定、密封可靠，設計了專用套管復合纜保護卡子，卡子內設纜槽，通過卡子骨架以及纜槽固定實現了復合纜有效保護。地面設計了專用控制柜，內置DTS、DAS、壓力監測裝置。當光電復合纜井口穿越后，連接地面控制柜，在控制柜進行光纜、電纜接頭安裝與保護，并連接光纜、電纜采集裝置、便攜式計算機，實現井下信號連續實時監測、存儲和顯示。

3礦場試驗與效果

為了評價工藝系統及配套工具性能，在池97H^* 井上開展了現場試驗評價，完成了產層段從壓裂改造到后期生產過程壓裂層段流體流入與改造層段流體產出的連續實時動態監測。依據監測結果，通過可開關套管滑套關閉作業，控制出水層段產出、發揮產油層段潛力。

3.1 試驗井井況

池 97H^* 井開發油藏為三疊系延長組長2油層，底水發育，油層有效厚度 6.8m 、電阻率8.0Ω?m 、聲波時差 235.0μs/m 、孔隙度 12.9% 、視滲透率 3.4mD 。該井完鉆井深 2 493m ，水平段長達 173m ，設計壓裂改造段數5段。

2022年10月對該井開展了智能完井技術試驗評價，套管外置光電復合纜、可開關套管滑套、井下永置式壓力計與托筒等工藝配套工具。工具順利下人設定位置，保障了該井從壓裂改造到后期生產全過程井下動態監測與解釋分析。

3.2監測結果與解釋分析

在完成了層段壓裂改造過程的動態監測后，依據套管外分布式光纖溫度及聲波振動實時連續動態監測結果，從聲波振動高能帶分布特征（炮眼附近流量突然增大而產生高強度聲波振動）、溫度剖面溫降變化（地層大量集中進液時產生溫降反應）能夠實時反映改造層段壓裂液、支撐劑進入地層情況（見圖5）。該井完井后關井階段、開井生產階段全井筒溫度剖面監測顯示，溫度變化明顯，主要是產層段產出及井筒流動造成了溫升現象，溫度曲線發生了正向偏移（見圖6。投產后日產液量 10.76m³ ，含水體積分數 83.5% ，日產油1.78t 生產一段時間后底水錐進突破，造成該井含水體積分數上升至 100% 。根據分布式光纖產出監測解釋結果顯示，主要為第3層段、第4層段見油藏底水（見圖7）。

3.3產層段調控作業及效果

針對池 97H^* 井完井生產后底水突破見水情況，為了抑制出水層段，有效恢復油井產能，分別開展了生產制度優化調整、見水產層段套管滑套關閉措施作業。初期對該井生產制度進行了優化（主要是減小生產參數），進一步降低井底生產壓差，緩解產層段底水錐進程度，從生產動態曲線上看，起到了一定程度的控液增油效果，但效果有限。2023年11月，采用普通油管 + 滑套開關鑰匙工具進行滑套關閉措施作業，將第3、4產層段套管滑套進行了關閉，措施后該井日產液量、含水體積分數均實現了明顯下降，日產油由0.56t上升到了2.87t（見圖8），并持續有效，初步實現了該井底水錐進突破的有效控制與產能恢復。同時，套管滑套關閉作業后，從套外分布式光纖水平井段溫度瀑布圖、聲波振動瀑布圖以及產液剖面監測解釋結果可以看出，第3、4產出層段關閉有效，層段附近沒有溫差、聲波振動產出信號特征，表明可開關套管滑套井下工作穩定，開關部件密封性可靠。底水油藏套管外分布式光纖 + 可開關套管滑套智能完井技術試驗取得明顯效果，證明該技術滿足了產層段動態連續監測與產出調控的生產需求。

新型智能完井工藝現場試驗評價1口井雖然取得初步效果，但工藝系統的穩定性，尤其是井下壓力計、光電復合纜在井下長期運行的安全有效性需要進一步試驗驗證；同時也暴露出整個工藝系統成本較高，還需要通過系統優化、關鍵工具改進等方式進一步降低成本，推動工藝技術切實成為底水油藏控水增油的有效方式。

4結論

（1）針對底水油藏生產矛盾，借鑒現有智能完井工藝技術思路，創新設計了水平井套管外分布式光纖、可開關套管滑套為核心的新型智能完井工藝管柱，拓寬了智能完井技術手段。（2）根據水平井套外分布式光纖智能完井工藝結構與技術要求，設計加工了與工藝相匹配的全套工具，現場試驗結果表明，工具關鍵性能指標滿足工藝技術需求。（3）池97H*井套外光纖智能完井礦場試驗效果明顯，表明新型智能完井技術能夠實現油井從壓裂改造到后期生產的全過程產層段產出監測解釋，為后期生產制度優化調整、產層段調控提供了有效依據。根據套管滑套關閉作業前后生產動態分析，產出監測解釋準確，滑套關閉可靠，有效恢復了水淹井產能，對于國內同類油藏的有效治理拓展了技術方向，具有一定指導借鑒意義。

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第一

作者簡介：李大建，生于1979年，高級工程師2006年畢業于中國地質大學（北京）構造地質學專業，現主要從事機械采油工藝技術研發、試驗與推廣應用工作。地址：（710018）陜西省西安市。電話：（029）86590731。email：ldj_cq@petrochina.com.cn。

收稿日期：2024-12-19 修改稿收到日期：2025-02-16（本文編輯南麗華）