国内外分层连续试油技术方案研究

张友义，刘 猛，王 鑫，王 芹

国内外分层连续试油技术方案研究

张友义1，刘 猛1，王 鑫2，王 芹1

（1．中国石油勘探开发研究院，北京100083；2．中海油能源发展股份有限公司工程技术公司，天津300452）①

针对一井多层试油时合层试油与上返试油中存在的问题；分析了提高分层试油比例的必要性。阐述了一次管柱多层射孔测试联作技术；电子智能阀分层测试技术；井下；一次起下作业无线传输多层测试系统；一井多层测试注入生产系统；不动管柱多层压裂及排液一体化管柱；碳酸盐岩分层测试酸压完井体化管柱等国内外分层连续试油技术的工艺原理及优缺点，得出了应加快推广先进适用的分层连续试油技术、探索试油提速提效的技术。

一次管柱；分层；连续；试油

在试油测试中，当多产层合层试油时，不同产液类型、不同压力系统的地层之间存在互相干扰，各产层对于整体的产液能力贡献不同，导致笼统试油难以录取各小层的产能、液性、压力恢复曲线等资料，影响了试油结论及对储层的准确定性，也影响到测井解释图版界限层的判断和图版边界、过渡带的确定；同时分层试油也是油藏开发中最直接、可靠的产量劈分方法以及了解各油层的出油、出水、注水情况、压力高低的重要手段。

传统的分层试油采用逐层试油、封层上返的方式，缺点是多次起下管柱、下桥塞（或灰塞），占用钻机久，施工周期长、费用高，多次压井还容易造成储层污染。如果舍弃一些层不试，又担心漏掉产层；如果多个层一起笼统试油，就会影响试油结论以及对储层的准确判断，万一合试层中出现水层，带来的麻烦就更大。

目前，多产层试油中合层试油比例偏高的问题突出（由于成本控制因素，部分油田甚至超过45%），推广分层连续试油工艺、探索试油提速提效技术对于降低试油成本、提高分层试油比例非常必要。

1　分层连续试油技术

1．1 技术需求分析

1） 随着勘探开发的深入，多层系、低渗透、非均质等复杂油藏对快速、高效、低成本的分层试油技术提出了新的要求。以长庆油田为例，一般油气田常常发育有多套产油气层组，各井在纵向上含油气层系较多，平均单井为3．2层，且层间非均质性较强，分层试油是解决这类油藏勘探开发问题的理想技术手段［1-2］。

2） 直井、水平井分层分段改造新技术的快速发展对分层测试求产、分层效果评价提出了新的需求。为了对每个油气层段进行均衡、充分的改造，提高单井产量，近年来，国内各油田陆续开展了水力喷射压裂、限流压裂、上提管柱或不动管柱等分层分段改造新技术的研究及应用，相应的设备与技术取得了长足的发展，在降低作业成本、节省试油时间、提高设备利用率等方面积累了宝贵的经验。但是，一部分分层段改造工艺（如水力喷射压裂、限流压裂、不动管柱酸压）施工后往往只能局限于采取多层合试的方式测试求产，难以录取各小层的产能、液性、油水界面、压力恢复曲线等资料，严重影响了分层改造后对各产层的产能评价。

3） 减少高温、高压、高产井试油的起下钻次数及压井频率催生了对分层连续试油技术的需求。以碳酸盐岩为代表的部分高温、高压、高产井分层试油试采常常具有较大的不确定性，由于碳酸盐岩储层测试产量具有不稳定和不确定性，单层试采经常在很短的时间就发生枯竭或水淹，需要上返试采其它井段，往往需要多次起下管柱。但是，频繁的起下管柱和压井既浪费时间，又增加成本，也污染了油层，而且，起下管柱时间过长也容易发生井喷事故，频繁的起下管柱也容易发生井下落物，不动管柱连续试油可作为一种理想的选择。

1．2 对待测试层的要求

1） 设计前应详细了解测试层段的分布情况，测试层间隔不能太大，压力计离多层测试最底层的距离不能太远。

2） 从地质角度，考虑对资料的影响程度，若不允许，则只能采用单层测试的，应慎重选择；若影响的程度不大，可以由地质师根据地质设计要求决定是否采用连续分层试油工艺。

3） 测试层间隔不宜太大，若D S T管柱以下至最底层的口袋过大，口袋内的完井液过多也会影响测试效果（如低产层）。

4） 周边井及测试层位均无明显的砂埋油层记录，地层不出砂；井况良好，储层之间的岩性致密而且固井质量完好，无套管外窜槽、无套管变形。

图1　一次管柱多层射孔分测管柱

2　国内外分层连续试油技术方案对比分析

2．1 一次管柱多层射孔测试联作技术

2．1．1 工艺原理

采用双封隔器管柱，下封隔器采用机械坐封，上封隔器采用液压坐封，如图1所示。封隔器坐封后，油管内加压，打开上面的压力开孔阀V1，再通过下面的循环阀V2给下封隔器以下的射孔枪点火，然后通过测试组合工具进行第1层测试。第1层测试完成后，环空加压，关闭V2的球阀，阻断下层的生产通道，继续环空加压，给V2上面的一层射孔枪点火，然后进行第2层测试。如果射开第3层，只能进行第2层和第3层合试，所以严格地说，多层射孔分测管柱实际上是两层分射分测管柱［3］。

2．1．2 优点

可实现直／斜井一趟管柱3层以内射孔测试联作，可作为浅层、薄层、多产层、油气水层难于划分的探井高效射孔、测试的解决方案，可大幅缩短试油周期。

2．1．3 缺点

1） 不适合高温、深井、长跨距、长射孔段。

2） 控制管线采用毛细管线，易发生磨损，风险大。

3） 最多射3层，不适合测试后需要长时间排液的低渗、低产、存在污染堵塞的储层。

2．2 电子智能阀分层测试技术

2．2．1 工艺原理

根据试油设计方案，结合分层测试层段实际，完成分层管柱及施工设计，在地面对电子压力计和各级智能阀门开关进行编程，电子压力计放置于测试偏心托筒内、测试托筒连接在各级智能阀门开关下面，共同组成智能阀分层测试工具（如图2），与封隔器等一起组成分层测试管柱（如图3）下至各目的层后，油管内加压坐封全部封隔器，各级智能阀开关会按照设定好的时间程序分别进入开、关状态。当某层的阀门开关开启时，即可测试该层，录取流压、产量及液性等资料；当某层的阀门开关关闭时，该层流体也进入关闭状态，可录取该层的恢复压力资料。根据所取得的资料进行评价解释，获得相关油藏的地质参数［4-6］。

2．2．2 主要技术指标

2．2．3 优点

采用地面编程、预置各层的开关时间，并存储在芯片内，实现分层测试。

2．2．4 缺点

仪器承压、耐温能力低，可靠性不高；开关井时间预先设定，测试时缺乏灵活性。

图2　智能阀分层工具示意

图3　电子智能阀分层测试管柱

2．3 井下一次起下作业无线传输多层测试系统

2．3．1 工艺原理

发明专利（公开号：CN101878350 A）公开了一种用于对地层进行测试的多层测试系统，如图4，可对一井多层（3层以内）进行分层射孔测试联作。包括以下步骤：将多层测试系统下入并定位到井内，使得每一个单独设备对应于将被测试层，通过无线控制站与地面、控制站与每层设备之间的通讯，控制每层设备的远距离启动，使之按顺序对相应层进行测试。

图4　一次起下作业无线传输多层测试系统

该井下多层测试系统由上子系统、下子系统和通信系统组成，全部仪器均可远程控制。

上子系统包括：流量计、无线控制站、取样器、流体分析器、主测试阀、主隔离封隔器等；主隔离封隔器用于将上子系统与下子系统隔离。下子系统包括：一组组串联连接的单独设备和一系列远距离启动工具，且每一组层间设备（包括封隔器、射孔枪、层间开关阀、生产通道等）对应一层进行测试，所有测试器可以根据需要重复开关；所述远距离启动工具用于液压隔离相应层并对相应层进行测试；所述通信系统包括：控制站与地面之间的通信装置；控制站与每一个单独设备之间的通信装置。所述通信装置控制单独设备的远距离启动工具，用于按顺序对相应层进行测试［7］。

2．3．2 优点

该多层测试系统配备了先进、齐全的全井筒远距离无线传输系统、远程控制的取样器、流体分析器等测试工具与仪器，能够使各个层从井底开始单独并且按顺序进行分层射孔、分层测试，也可进行合层测试，并对井下取样进行实时分析与井下数据无线传输。适合海上、重点井试油等周期要求较高、数据传输及时、不需长时间排液的地区。

2．3．3 缺点

1） 由于火工件在高温下会加速分解，不宜在井下长时间停留，不适合高温井、深井。

2） 射孔枪与生产管柱并列为双排管柱，结构较复杂，风险大，适合177．8mm（7英寸）以上大尺寸套管作业。

3） 最多可进行3层射孔、测试联作，不适合水平井、长时间排液求产井。

2．4 一井多层测试注入生产系统

2．4．1 工艺原理

专利（US2006／0207764A1）公开了一种“一井多层测试、注入、生产系统”，涉及一种能够使多个目的层被连续测试的组件。如图5所示，所述组件包括多个阀，且每一个阀可通过将阀致动物体（如：球）投入到相应的阀内而致动。阀可以按预定顺序被相继致动到打开状态，并且在将相应的阀致动到打开状态之后对不同层进行测试或采取增产措施［8］。

2．4．2 优点

可对一井多层进行测试、注入，试油结束后可作为完井管柱。

2．4．3 缺点

管柱组装、起、下工序较复杂，控制管线易发生损坏、可靠性不高。

2．5 不动管柱多层压裂及排液一体化管柱

该技术主要用于满足探井录取测试压裂前后温度、压力、排液求产数据要求，包括3种形式：压裂两层、排液一体化管柱、选择压裂第1层、排液一体化管柱及选择压裂第2层、排液一体化管柱［7-8］。

2．5．1 工艺原理

1） 管柱一。如图6，管柱下至预定位置后，投球加压，使水力锚锚定、坐封两级封隔器，然后，剪断销钉，使滑套快速下行，打开喷砂口，实现对下部油层的压裂。第1层压裂后，地面投杆，打开控制开关，同时封堵下层，实现对上一层的压裂。当压裂结束后地面采用油嘴控制放喷，此时井下开关在地层压力的作用下反向打开，实现两层不动管柱的压后排液。排液后期，若地层压力较低，不能自动打开控制开关，可待油压降为0后打捞投杆、排液、求产［5-6］。

2） 管柱二。如图7，管柱下至预定位置后，地面加压，使水力锚锚定、封隔器逐层坐封到位，然后，地面投杆，打开控制开关，控制防喷、捞杆，完成对上层的压裂。

3） 管柱三。如图8，管柱下至预定位置后，旋转座封下部封隔器，地面投球加压，使水力锚锚定、封隔器逐层坐封到位，然后，剪断销钉，使滑套快速下行，打开喷砂口，此时地面打入压裂液，实现对下部油层的压裂。对第1层实施压裂后，地面投杆，打开控制开关，同时封堵下层，实现对上一层的压裂。压裂结束后，地面采用油嘴控制放喷、排液、求产［9-10］。

图5　一井多层测试、注入、生产系统

图6　压裂两层及排液一体化管柱

图7　选压第1层及排液一体化管柱

2．5．2 优点

不动管柱对1～2层压裂、压后排液求产、测试，试油工序衔接更紧密，缩短压裂液对储集层的浸泡时间，已得到广泛应用。

2．5．3 缺点

采用地面投杆、捞杆，不能带测试阀，难以实现井下多次开关井；压裂后只能进行合层排液与求产，难以获取各小层的产能和液性。

图8　选压第2层及排液一体化管柱

2．6 碳酸盐岩分层测试酸压完井一体化管柱

2．6．1 工艺原理

如图9，下钻时将滑套二设置于打开位置，其它两级滑套设置于关闭位置，两封隔器之间的伸缩接头设置于半开或收缩状态。

管柱下到位后，先用轻质原油或完井液替换井内的压井液，关闭滑套二，再坐封两级封隔器；两级封隔器坐封后，从环空打压对上封隔器验封；打开滑套三，开井放喷。如能自喷，通过地面开关井进行地面直读试井；如不能自喷，用连续油管诱喷；如需酸压，再用连续油管替入酸液到井下，进行酸压作业，酸压结束后用连续油管进行排液，残酸排完后进行酸压后测试。

第1层施工结束后，将滑套三关闭、滑套二打开，再对第2层进行施工。测试结束最后将滑套二和滑套三全部打开投入生产。

2．5．2 优点

能够进行分层测试、分层酸化作业；能够测取每一层酸化前后的测试资料；试油结束后直接转完井投产。

2．5．3 缺点

1） 不能进行井下关井，不适用非自喷井。

2） 只能采用连续油管替酸、气举诱喷、排液。

3） 完井投产一体化作业，成本高，不适合低产井或产能不确定井况。

4） 依靠钢丝滑套开关各层及压井循环阀，操作要求高，深井可靠性不高。

图9　碳酸盐岩分层测试酸压完井体化管柱

3　结论

1） 一趟管柱分层试油技术可减少起下管柱，减少钻机占用时间、压井作业次数，解决笼统试油与分层测试之间存在的矛盾，达到缩短试油测试周期、提高试油效率、节省成本、减少井控风险、减少储层污染等目的。

2） 现有的一井多层连续试油技术具有一定的适用性，但也存在诸多局限，优选高效、合适的分层连续试油技术，对于提高测试资料录取质量、降低成本、降低探井合试层的比例具有重要的意义。

3） 建议开展针对碎屑岩、碳酸盐岩等不同储层的分层连续试油工艺技术适应性研究，探索试油提速提效技术，加快推广先进适用的分层连续试油技术。

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Study onmultilayer Successive Testing Technology

ZHANG Youyi1，LIUMeng1，WANG Xing2，WANG Qin1
（1．Research Institute of PetroleumE xploration and Deuelopment，Beijing100083，China；2．Engineering Technology Com pany，CNOOC Energy Deuelopment Limited Com pany，Tianjin300452，China）

The necessity of the proportion enhancement of separatelayer testing is analyzed based on the existing problems of commingled oil test and

oil test．The technical principles and characteristics ofmultilayer successive testing technologies are described in his article，such asmultilayer perforating and testing with onetrip string，layered testing technology with intelligent valve，dow nhole，one trip shift operation，wireless transmission，m ultilayer testing system，testing／injection／producing system of amultizone well，m ultilayer fracturing with fixed sting and drainage integration string，layered testing／acid fracturing／well completion in carbonate formation，etc．The conclusion ismade that the available advancedmultilayer successive testing technology should be promoted for high speed and high efficiency welltesting．

onetrip string；separatelayer；successive；oil testing

TE932

A

10．3969／j．issn．10013842．2015．03．006

10013482（2015）03002407

①2014-09-18

中国石油天然气股份有限公司科技项目“多层多段连续测试—排液装置研究与应用”（2012-Y051）

张友义（1969-），男，湖北监利人，高级工程师，主要从事试油、完井的研究及推广工作，Email：yyzhang＠petrochina．com．cn。