低产液量水平井快速找水技术研究与试验.pdf
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1、 钻 采 工 艺DRILLING&PRODUCTION TECHNOLOGY2023 年 5 月May 2023基金项目:中国石油集团(股份)重大工程技术现场试验项目“水平井找堵水技术试验”(编号:2019F-28)。作者简介:李大建(1979-),硕士,高级工程师,2006 年毕业于中国地质大学(北京)构造地质学专业,从事水平井采油工艺研发试验工作。地址:(710018)陕西西安未央区明光路凤城三路,电话:13363971601,E-mail:ldj_cq 开采工艺低产液量水平井快速找水技术研究与试验李大建1,2,陆红军1,2,郑 刚1,2,马斯骏3,茹 琦3,黄 伟4,杨啟桂41 中国石油
2、长庆油田分公司油气工艺研究院 2 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室3 中国石油玉门油田分公司老君庙采油厂 4 中国石油长庆油田分公司第四采油厂摘 要:找水控水是水平井见水后的开发政策调整、综合治理的重要手段。低渗透油田注水开发水平井单井液量低、水平井段长、改造段数多,常规生产测井找水受井筒低流量限制无法适应,现有封隔器分段生产找水技术作业效率低、周期长,无法满足现场快速制定调控措施的需求。为了实现低渗透油田见水水平井精细找水目的,采用技术集成思路,提出了连续油管起下钻作业、井筒电潜泵排液增大流量、拖动 MAPS 测井仪对产层段连续监测为核心的快速找水新方法,设计了内穿复合电缆连续油管+电潜泵
3、+MAPS 测井仪的快速找水工艺管柱,研制了配套的复合电缆、撬装滚筒、高压滑环、穿越接头、测井仪器连接接头等工具和装置,系统具备了电潜泵供电和数据传输功能,形成了低渗透油田水平井快速找水技术。在对工艺系统运行安全性评价的基础上,开展了现场先导试验 2 口井,实现找水周期由 25 d 缩短至1 d,为低产液量水平井高效找水开拓了新的技术途径。关键词:水平井;找水测试;连续油管;电潜泵;产液剖面;低产液量DOI:10.3969/J.ISSN.1006-768X.2023.03.12引用格式:李大建,陆红军,郑刚,等.低产液量水平井快速找水技术研究与试验J.钻采工艺,2023,46(3):72-77
4、LI Dajian,LU Hongjun,ZHENG Gang,et al.Research and Experiment on Rapid Diagnosis of Excessive Water Production for Low Production Horizontal WellsJ.Drilling and Production Technology,2023,46(3):72-77Research and Experiment on Rapid Diagnosis of Excessive Water Productionfor Low Production Horizontal
5、 WellsLI Dajian1,2,LU Hongjun1,2,ZHENG Gang1,2,MA Sijun3,RU Qi3,HUANG Wei4,YANG Qigui41.Oil&Gas Technology Research Institute,PetroChina Changqing Oilfield Company,Xian,Shaanxi 710018,China;2.Low Permeability Oil and Gas Field Exploration and Development of the National Engineering Laboratory,Xian,S
6、haanxi 710018,China;3.Laojunmiao Oil Production Plant of PetroChina Yumen Oilfield Company,Jiuquan,Gansu 735200,China;4.No.4 Oil Production Plant of PetroChina Changqing Oilfield Company,Yinchuan,Ningxia 750000,ChinaAbstract:Diagnosis and control of excessive water production is an important means o
7、f adjusting development process and comprehensive management after water breakthrough in horizontal wells.Water injection develop-ment in low-permeability oilfield involves low single-well production,long horizontal sections and multiple frac-turing segments conventional diagnosis of excessive water
8、 production is limited by low wellbore flow and cannot adapt.The existing segmental diagnostic technology of excessive water production by packers has low efficiency and long cycle,which cannot meet on-site production needs.In order to achieve the goal of precise diagnosis in horizontal wells with w
9、ater breakthrough in low-permeability oil fields,based on technical research and demon-stration,a new rapid method with the core of coiled tubing tripping operation,wellbore electric submersible pump discharge to increase flow rate,and dragging MAPS logging tool for continuous detection of productio
10、n in-tervals is proposed by using a technology integration approach.A rapid water exploration process string with an inner composite cable coiled tubing,electric submersible pump,and MAPS logging tool is designed,the support-ing tools and devices such as composite cables,skid-mounted drums,high-volt
11、age slip rings,crossing joints,and 27第 46 卷 第 3 期Vol.46 No.3钻 采 工 艺DRILLING&PRODUCTION TECHNOLOGY logging tool connection joints are developed.The system has the functions of electric submersible pump power supply and data transmission.On the basis of evaluating the operational safety of the process
12、 system,two on-site pilot tests are conducted to shorten the diagnostic cycle from 25 days to 1 day,forming a rapid diagnostic technol-ogy of excessive water production for horizontal wells in low-permeability oil fields,and finding a new way to ef-ficient diagnosis of excessive water production in
13、low production horizontal wells.Key words:horizontal well;diagnosis of excessive water production;coiled tubing;electric submersible pump;fluid production profile;low liquid production0 引言低渗透油田水平井主要采用注水方式开发,同时受储层裂缝、高渗通道等因素影响,见水现象普遍,见水井数占比不断增大,已严重影响水平井开发效益。长庆油田为例,目前水平井开井 3 700 余口,其中 895口井平均含水率大于 80%,
14、248 口井因水淹而关井,年损失产能几十万吨,严重制约了开发效果。围绕见水水平井有效治理的目标,国内外油田持续开展了水平井产液剖面、测井为主的找水技术攻关试验1-10,以期建立一整套有效的找水技术,指导水平井针对性开展控水措施,最大程度减少产能损失,发挥水平井开发效益。针对低产液量水平井找水测试,常规测井方法受到低液量影响,井下测井仪器响应信号弱,测试结果误差大;机械封隔器分段生产测试方法虽然能够在一定程度上解决出水位置判识的问题,但存在找水效率低、周期长的问题,无法满足现场规模应用需求11-13。为了探索水平井高效快速找水技术,支撑控水措施,在综合调研国内外油田水平井找水技术的基础上,尤其是
15、借鉴白田增14、徐昊洋15、姜广彬16等开展水平井连续油管产液剖面测试找水技术的攻关研究思路,通过现有技术集成、融合,提出了连续油管+电潜泵+测井仪为核心的低产液量水平井快速找水工艺方法,研发了与该工艺相配套的装置和工具,现场 2口试验井表明,达到了工艺技术设计目标,验证了技术可行性,为水平井找水技术提供了借鉴。1 水平井找水技术现状目前针对水平井产液剖面测试,相对成熟的工艺技术是爬行器+多相阵列测井仪(MPAS)、爬行器+流体扫描成像测井仪(FSI)监测技术。通过爬行器作为仪器输送工具,将测井仪器输送至水平井段,依据阵列式涡轮流量计、持水率计和光电传感器探头,在管柱上提、下放过程中完成产层段
16、产出特征的监测。该系统存在以下限制:受到涡轮流量计启动流量限制(要求井筒流量大于 50 m3/d),在低产液量水平井上不适应或测不准;对机采井测试,测井仪器串需要提前预置到井底,在管杆泵生产的同时开展井下监测;受到油套环空尺寸的限制,爬行器供电电缆易缠绕遇阻,而导致测试失败;爬行器在水平井段爬行过程中,对井筒状况要求较高,极易在井筒内发生砂卡、蜡垢卡,或测井仪器被油泥杂质卡堵导致测试失败;目前爬行器在水平井段的爬行距离受到限制,一般适应水平段 1 500 m 以内的井。针对低产液量水平井找水,长庆油田自主研发了封隔器分段生产找水技术11-12,有效解决了常规测井找水技术无法适应低产液量井的难题
17、,但与此同时,该找水系统在实施过程中存在作业效率低(7 8 d/段)、监测周期长等不足,无法规模化应用以满足现场快速制定调控措施的需求。2 水平井快速找水工艺设计为了从根本上解决现有低产液量水平井找水测试效率低、常规产液剖面测试适应性差的问题,实现快速高效准确找水测试,通过技术集成创新融合,设计了基于连续油管作业、电潜泵举升、测井仪监测为核心、多项配套技术协调融合的水平井快速找水工艺系统(图 1)。通过连续油管作业,上提下放工艺管柱完成找水测试,相对常规普通油管作业,测试效率显著提升;同时,近年来随着连续油管作业技术的日趋成熟,实现了长水平井段(大于 1 500 m)连续油管作业,提高了技术适
18、应性。通过优选配套小直径宽幅电潜泵举升,提升井筒液流速度,满足了常规 MPAS、FSI 等测井仪器对井筒排量的要求。基于“连续油管+电潜泵”作业的快速找水方法,还可以结合现有成熟的、不同类型测井仪器对水平井段的产出特征进行监测,进一步拓宽了找水技术手段。3 工艺系统研发与配套水平井快速找水工艺系统主要包括电潜泵系统、37 钻 采 工 艺DRILLING&PRODUCTION TECHNOLOGY2023 年 5 月May 2023连续油管系统、测井仪器系统。图 1 水平井快速找水工艺示意图3.1 电潜泵系统结合低渗透油田开发水平井平均动液面情况(1 2001 500 m),设计电潜泵扬程 1
19、6001 800 m。考虑现有水平井产液剖面测井仪器启动流量门限范围宽,选配多级电潜泵作为井筒举升装置,单级离心泵排量范围 2080 m3/d 可调。根据水平井实际动液面、水平井段井眼轨迹情况,优化电潜泵级数组合、电机运行频率,满足不同类型测井仪器对井筒排量最低界限要求。电机运行频率调整范围 5070 Hz,当油井动液面比较高的时候,单机离心泵的排量范围即可满足监测需求。为提高电潜泵机组系统在水平井井筒通过性能,选配国内外最小外径电潜泵机组(图2a),多级离心泵外径 85 mm、潜油电机外径 95 mm、额定功率 46.3 kW、额定交流电压 875 V。集成电潜泵控制、变压、变频、防爆系统,
20、设计加工了地面撬装式控制柜(图 2b),提升装置现场作业可操作性及技术适应性。图 2 电潜泵系统3.2 连续油管的内穿承载电缆系统依据电潜泵功率、额定电压以及电缆电压压损、承载能力要求,研发了外径 25.3 mm、5 芯(3 根动力电源线、2 根信号传输线)承载铠装复合电缆,电缆抗拉 12 t,满足垂直井深 2 000 m 水平井找水测试作业电缆悬挂承载要求。综合考虑复合电缆外径、井筒排量 50 80 m3/d技术要求,配套了长度 3 700 m、60 mm 型号连续油管,采用连续油管加工预置方式完成承载电缆内穿。内穿铠装复合电缆连续油管总吨位达到 39 t,为了提高现场作业可操作性,加工了专
21、用连续油管撬装滚筒(图 3a),通过改进滚筒马达+减速器+链条传动结构,实现了撬装滚筒能够独立运行,便于现场吊装运输。连续油管撬装滚筒导电滑环是整个系统供电、监测数据传输的关键环节,现有导电滑环主要是低电压、直流供电,无法满足快速找水工艺系统要求。通过系统地面供电电压计算分析,结合撬装滚动结构,研发设计了超高交流电压导电滑环(图 3b),最高承压 AC1 200 V、电流 50 A,防爆等级 Exd IIB T4,国内资质部门对其安全性评价认证为合格。图 3 连续油管系统3.3 连续油管与电潜泵系统兼容连续油管内穿承载电缆与电潜泵系统的连接、运行主要存在以下难点:大尺寸承载电缆的井下穿越及密封
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