复合光纤温压监测系统在深层稠油火烧吞吐中的应用

刘清栋， 王晓燕， 陈 超， 徐 浩， 李晓辉， 罗 中

(吐哈油田公司工程技术研究院)

鲁克沁东区油藏埋深2 200 m，油层温度65℃，地层温度下原油黏度8 800 mPa·s，渗透率221 mD，目前未形成有效动用技术。借鉴国内外稠油火烧油层开发实践[1-3]，认为火烧油层技术可以解决鲁克沁东区超稠油难动用的技术难题。目前见报道的稠油火驱试验多数井深在1 700 m以内，超过1 700 m埋深的油藏开展火烧油层试验在世界上尚无先例[4-8]。

目前火烧油层试验多为井下单点测温，测温电缆随油管捆绑下入，电缆高压下易损坏，不能重复使用。光纤测温技术是近几年迅速发展起来的新型传感测温技术，测温系统最高监测300℃，也无法满足鲁克沁东区火烧吞吐的测试需求[9-12]。本文提出一种连续管复合光纤温压监测系统，解决了耐高压、耐高温、温压同测及可移动式重复使用的问题。

一、工作原理及系统组成

1. 技术思路

1.1 耐压可移动式

为解决传统测温电缆高压下易损坏的难题，采用将测温电缆预制在连续管内的方式。连续管材料选择耐温、耐压、抗拉的316L不锈钢，其塑性、耐温、耐压、拉伸强度、屈服强度满足鲁克沁火烧吞吐技术要求，具有较强耐腐蚀性，可防止CO2、H2S等气体腐蚀。

1.2 温压同测

国内火烧油层试验，多数采用单一测温或者单一测压的方式，未见温压同测的报道。将1根Ø6.35 mm测温光纤与2根Ø6.35 mm测压毛细管同时预制在Ø20 mm耐高温连续管内，实现井筒温度及井底压力同测。

结合上述思路研制的监测系统通过连接地面光端机与毛细管测压控制系统，实现全井段分布式温度测量及井下单点压力连续监测。温压监测复合连续管指标见表1。

2. 工作原理

超高温分布式光纤测试系统的技术基础是光时域反射技术。工作原理是脉冲激光器向被测光纤发射光脉冲，一部分光会偏离原来的传播向空间散射，在光纤中形成后向散射光和前向散射光。由于每一个向后传播的散射光对应光纤总线上的一个测点，散射光的延时即反应在光纤总线上的位置，背向反射光的强度可以反映出反射点的温度。测量出背向反射光的强度，就可以计算出反射点的温度。

表1 温压监测复合连续管技术参数

测压毛细管系统工作原理为井下测压点处的压力作用在测压毛细管内，压力传感器测得地面端毛细管中的氮气压力后，将信号传送到数据采集器，根据测压深度和补偿温度值完成井下氮气柱压力的计算及校正，并将校正好的井下压力数据显示并储存起来，由计算机储存回放后处理分析。

3. 系统组成

超高温复合光纤温压监测系统主要包括地面控制系统、撬装式连续管起下装置、连续管注入井口及配套等。

温压监测地面控制系统由“仪器舱+控制舱+动力舱”三部分组成，仪器舱主要安装测压系统和测温光端机系统，控制舱是整个系统的主控舱，设有用户操作面板，进行毛细管打压、吹扫及测温测压控制等操作。动力舱是系统的动力源，包括空气压缩机、氮气瓶、增压泵。

撬装式连续管起下装置包括撬装式连续管注入器、连续管巻放滚筒、井口控制系统等，见图1。技术指标见表2。

图1 撬装式连续管起下装置

井口配套系统包括多功能井口防喷装置、多级密封装置和多路液压控制系统。多功能井口防喷装置和多级密封装置用于连续管带压安全起下，油井放喷后卸掉，安装抽油机转抽生产。多功能井口防喷装置本体由高强度合金钢30CrMo锻造，耐压69 MPa，耐温250℃、耐O2、CO2腐蚀，具有全封、半封、悬挂、剪切四项功能。多级密封装置由4个独立密封装置组成，用于实现连续管点火器及监测电缆的带压起下密封。每个独立密封装置均装有螺旋密封盘根和压紧装置，适用于酸性气体条件下的工作要求。

表2 撬装式起下装置技术指标

二、温压监测系统入井工艺

分布式光纤复合温压监测连续管及电点火连续管采用同管柱设计。通过地面撬装式连续管起下装置及井口多级密封器，由油管下入至井底指定位置，下入之前施工程序为洗井、环空注气替液、油套同时注空气，此时分别下入温压监测连续管及电点火连续管。

连续管起下作业均采用先快后慢匀速下入方式，开始下放速度小于10 m/min，分别在井下100 m、1 000 m停机，采用OTDR检测光缆状态，光缆指标无异；下入至距注采管柱特殊油管鞋位置200 m时，下放速度小于2 m/min，直至遇阻停止下放，微上提使连续管处于拉直状态，用无痕卡箍固定连续管，再次采用OTDR检测光缆，指标无异常。根据连续管深度计量系统，判断温压监测连续管下入深度。

三、现场试验应用

2015年6月鲁克沁火烧吞吐先导试验首先在英试3井开展现场实施。英试3井射孔层段 2 099.6～2 111.3 m，孔隙度21.2%，地层压力24.3 MPa，管柱结构设计为底部150 m钛合金隔热管+上部BG80H-3Cr油管组合，注气管脚2 096.7 m(底部为Ø108 mm特殊油管鞋，用于托住双连续管)，防砂筛管悬挂器2 097.5 m。

英试3井点火全过程，点火器功率最高65 kW，注气排量200～1 000 m3/h，点火、注气阶段温压监测情况见图2～图4。

图2 英试3井点火参数曲线

从图2可知，监测温度最高1 200℃，点火持续时间总长为448 min，温压监测系统全程记录了井底温度、压力及全井段温度数据。

图3 英试3井点火过程全井段温度分布

从井筒温度剖面图3可以看出，2 060 m以上井筒温度为150℃～400℃，高温大于400℃主要分布在 2 060 m以下，这为判断点火器加热状态及井底燃烧状态提供了准确数据。

图4 英试3井火烧吞吐全过程井底压力曲线

由图4可知，在英试3井整个试验过程中，分布式光纤温压监测系统全程记录井底流压，监测压力最高47 MPa，全程地面直读数据，为判断地层燃烧状态提供了基本依据。

四、结论

(1)连续管分布式超高温光纤复合温压监测系统，全程记录了英试3井点火过程全井段温度、井底压力数据，解决下深2 200 m、耐压47 MPa、耐温1 200℃的温压监测技术难题，为成功实施深层稠油火烧吞吐试验提供重要技术支撑。

(2)首次将测温光纤与测压毛细管预制在一根连续管内，配合井口多级密封器及连续管撬装起下装置，实现带压安全起下，满足现场重复使用要求。

(3)英试3井火烧吞吐试验在同类油田火烧油层试验中，油藏最深、录取温度数据最全、监测温度最高、井底压力最高，拓宽了火烧油层的技术应用界限，为同类油藏开发提供了宝贵的技术借鉴。

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