水平井产液剖面测试工艺管柱及应用

程世伟

（吉林油田公司油气工程研究院采油工艺研究所 吉林松原 138000）

1 概述

水平井技术在目前的国内外石油工程领域得到了非常广泛的应用，水平井与传统的直井相比，具有泄油面积大、生产井段长、井底压降小等优势，大大提高了油藏的采收率。在水平井石油开采过程中出现了一部分水平井的产量很低、生产效果不好的现象，特别是在吉林油田这种致密油藏的开采过程中，采用水平井分段压裂投产后，提高了致密油藏单井产量，但生产过程中出现了大量油井因含水上升而导致的产出油量快速降低。并且油井出水后因无法判断出水层段位置，而无法开展有针对性的堵水措施，导致油藏整体开发效果变差。随着油田开发期的延长、开发程度的提高，制定合理开发方案、实施有效措施方案难度越来越大，对井下产出层位认识不清，严重制约着水平井产能的发挥。因此，开展水平井产液剖面测试技术研究，加强水平井的产层认知，可以有效指导油田开发，对油井的增产措施起到至关重要的作用。

目前，国内外水平井测试工艺技术主要有连续油管输送、特制硬电缆输送、地面水动力输送及井下爬行器输送四种方式（表1）。

这四种方式均需要采用电缆输送的方式，全井段电缆裸露在油管内，电缆容易受损伤，且需要针对各个层位分别进行测试，故存在测试效率低的技术问题，还存在占井时间长、劳动强度大、成本较高的缺点。通过对比现有的水平井测试工艺技术，研究适合吉林油田的测试管柱尤为关键。

2 水平井产液剖面测试管柱组成

为了能够在油井正常生产状态下准确测量井下生产数据，同时有针对性地分析每一层位的生产状况，需要研究设计水平井产液剖面测试一体化管柱。该工艺管柱主要包括生产管柱和测试管柱两部分，生产管柱由抽油泵、油管和抽油杆组成，测试管柱由电控滑套、软金属扶正器、电控封隔器、存储式流量组成，可根据测试需要，适当增加或减少测试管柱段数（图1）。

图1 水平井产液剖面测试工艺管柱示意图

3 水平井产液剖面测试工艺原理

根据水平井生产层段的井下数据，配置好测试段数及下入位置数据，地面设置好各测试层段中电控滑套、电控封隔器及存储式流量仪的开关时间，将一体化工艺管柱下入预定位置，通过液压打压的方式，先将扶正器扶正，在油井正常生产状态下通过设置好的各仪器的开关时间，达到分隔各层段进行测试的目的。

表1 现有测试方式优缺点对比分析情况表

3.1 电动滑套的设计

根据现场的实际需求定时设置滑套的开关，保证油套空间的液流正常流动。通过预约设置电机工作时间，使得电机带动丝杠运转时推动外工作筒向一边运动，从而让液体通过过液通道，保证滑套开关的可靠性，使得油套空间的液流正常流动。采用进口电机、联轴器等可保证供电系统的可靠性。

3.2 软金属扶正器的设计

3.2.1 软金属扶正器的工作原理

（1）扶正：液体通过上接头进水阀进入，扶正块伸出扶正体，起到扩张扶正的作用。

（2）解封：上提上接头后，内部压力通过上钢套上端水孔排出，扶正块失去扩张支撑，在储能弹簧力下复位。

（3）重复扶正：液压通过中心管下端水孔进入复位液缸，使扶正体及坐封液缸复位后，继续加压即可使扶正块伸出工作

3.2.2 软金属扶正器特点

（1）外径φ100并且在下井过程中，扶正块含在扶正体内部，只有工作时才伸出扶正体。下井过程中不易刮坏。

（2）使用储能弹簧和液压控制扶正块位置，在扶正块上设计储能弹簧，液压启动扶正时储存能量，并辅助锁紧扶正。解压后，扶正块在弹簧力下复位，防止卡井。

（3）含有锁定装置，泄压后依旧对管柱起到扶正作用，提拉解封。

（4）如因扶正块发生卡井事故，直接提拉即可使铝合金扶正块产生变形，不会形成真正意义上的卡井事故。

（5）只要铝合金材质的扶正块不发生变形就可在井下重复使用。

3.2.3 电控封隔器的设计

针对水平井水平段层间压差小，较低密封压力即可达到分隔层段的需求，设计研发了电动皮碗式封隔器，可根据现场实际需求定时设置封隔器的胀封、解封，其皮碗材质较软，不会造成卡井事故，为产液剖面测试分隔油层提供有效的技术保障。

该封隔器通过地面设置电机工作时间，使得电机带动丝杠运转时推动外工作筒作往复运动，从而使得封隔器胀封、解封。采用皮碗式胶筒，在待机状态时被钢件整齐得包裹起来，需要密封时，只需钢件收回即可靠自身弹力直接封隔油套环空。其优点是简单、省力，缺点是承压小。在实际试验中，温度越高，胶筒越软，密封性越好。

3.2.4 存储式含水流量仪的设计

由于水平井井身结构的特殊性，传统检测手段无法将仪器下入水平段，因此采用了存储式含水流量仪，可同时监测井下产液量、产出液的含水率、油层压力、油层温度等四项参数。同时要保证测试管柱的各种工具工作正常，设计了具有可以控制地层与油管连通状态的井下电子控制开关与流量仪进行配合。仪器的井下测试工作过程全部由数据采集模块完成，自动连续记录油井生产过程中各层位的生产数据。

4 现场应用实例

2017年12月，扶余采油厂扶平261井为了提高油井产能，降低含水，有效封堵井下出水层位，进行了水平井产液剖面测试管柱的现场应用。由于该井井下有5个生产层段，确定了测试管柱部分电动封隔器的位置后，下入工艺管柱进行生产测试30天。随后起出管柱，在地面读取了井下各段的生产数据，综合分析判断出1、4、5生产层段为高含水层段，2、3生产层段为主要产液层段。根据此结果进行了堵水施工，见到了很好的增油效果。

5 结论与认识

（1）水平井产液剖面测试工艺管柱采用的是一体化管柱，减少作业费用，其配套工具可重复利用，节省操作费用，定点测试，准确度高，工具串外径小，安全性高。

（2）产液剖面测试工具：电控滑套、电控封隔器、扶正器、测试仪等能够在井下能够正常工作。

（3）水平井产液剖面测试管柱的应用，能够取得水平井各层段的产量、含水、压力、温度等四项参数。对水平井的产层认知，为合理优化水平井措施方案提供可靠依据。