水平注水井电磁流量计注入剖面测井技术试验研究

牛小希

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163000)

0 引 言

水平井开发技术在大庆油田已经开始规模应用，并在大庆外围油田开发中见到良好的开发效果[1-2]。近几年，利用水平井进行注水开发已经在油田开发中得到应用[3-4]。由于水平井井身结构和井内注入流体的流动状态复杂性,导致水平井的注入剖面测井技术与传统的直井测试技术相比有着显著的不同。直井可以直接依靠仪器自身重量或带加重杆起下，而水平井必须借助外力把仪器送到目的层位，适用于直井流量测量的技术不能满足水平注水井的需要，因此，水平注水井剖面测试的难点主要是解决仪器在水平段的输送问题和水平条件下的流量测量问题。垂直井注入剖面测井技术主要有同位素吸水剖面、涡轮流量计、脉冲中子氧活化测井仪和电磁流量计[5]。其中，电磁流量计广泛应用于垂直井注入剖面测井，具有测量精度高、可靠性高的优点[6]。本文利用电磁流量计开展了不同倾斜角度条件下的模拟实验，实验结果证明，电磁流量计测量水流量不受井眼角度影响，可以用于水平管流的流量测量。因此，利用电磁流量计研制了水平井注入剖面测井仪器。水平井生产测井工艺主要有油管输送工艺、连续管输送工艺、硬电缆输送工艺和牵引器输送工艺[7-10]。本文采用牵引器研究并试验了适用于水平井笼统注入井的测井工艺技术，实现了测井仪与牵引器的配接，形成了适合水平注水井的注入剖面测井技术，进行了现场试验并获得成功，为水平井注入剖面的动态监测提供了有效的技术手段。

1 水平井注入剖面测井组合仪

水平井注入剖面测井组合仪是针对水平井笼统注水井注入剖面测井专门研制的，仪器结构如图1所示。井下仪器主要包括通用短节(遥测、温度、压力和CCL)、电磁流量计和滚轮式扶正器。测量参数包括流量、温度、压力、自然伽马和深度。流量计采用的是非集流电磁流量计和集流型电磁流量计，对于注入量较大的井采用非集流电磁流量计，注入量较小的井采用集流型电磁流量计[11]，测量方式采用定点测量。仪器采用遥测技术实现了多参数同时测量和传输，仪器外径38 mm，耐压80 MPa，耐温150 ℃，流量测量范围为1～800 m3/d，测量精度±5%。

图1 水平井注入剖面测井组合仪结构示意图

2 不同角度情况下的室内实验

为了考察井眼斜度变化对电磁流量计测量流量的影响，开展了非集流电磁流量计在不同斜度情况下的流量测量模拟实验。模拟实验在大庆油田多相流实验室进行，仪器外径38 mm，模拟井筒内径为124 mm，实验介质是水，倾斜角度分别为0°、40°、80°和90°(水平)，流量范围为5～850 m3/d。实验结果表明，在仪器居中条件下，井眼斜度变化对电磁流量计的仪表常数没有影响，满量程误差不大于4%，因此可以应用电磁流量计进行水平井注水剖面测量。不同角度情况下的实验结果如图2所示。

图2 不同角度情况下的流量标定结果

3 水平井注入剖面测井工艺

水平井注水井注入剖面测井工艺原理如图3所示。在垂直井段，仪器在重力作用下可以通过注入管柱下入到井内，注入管柱下端须装有喇叭口，且喇叭口应在造斜点以上，保证测井完成后仪器顺利起出，不发生卡仪器问题。仪器通过喇叭口以后在重力作用下继续向下移动，当仪器不能靠重力下移时，启动牵引器，利用牵引器将仪器推送到井底，上提电缆过程中进行测井。

图3 注入剖面测井工艺原理示意图

牵引器采用的是Sondex公司的牵引器[12],如图4所示。仪器外径54 mm，长度7.4 m，牵引力273 kg，耐压103 MPa，耐温150 ℃，牵引速度540 m/h。牵引器连接于电缆头和测井仪器之间。在水平段和造斜段仪器不能靠自重下放，利用牵引器可以将仪器推送到测井目的层段。井下牵引器由两组呈90°交叉分布的驱动臂和扶正器组成。在进行井下仪器牵引时，首先打开牵引器驱动臂，使驱动臂端部的驱动轮支撑到套管壁并保持足够的正压力，然后驱动轮旋转实现对仪器的推送。井下仪器牵引过程可在地面进行人工控制，通过控制命令和调整供电电压可控制井下牵引速度和方向。该牵引器提供了多种井下测量参数，包括电缆头电压和张力、牵引速度、接箍深度等数据，所有这些沿井身测量到的参数均可在地面显示出来，使施工具有安全性和可操作性。当断开电源时, 驱动臂在外力作用下可收回，保证仪器安全取出。

图4 井下牵引器结构示意图

4 现场试验及分析

2017年9月在大庆油田采油八厂肇X-平X水平井注水井中首次进行了水平井注入剖面测井现场试验。该井斜深2 055.42 m，水平段长度为568.46 m，试验目的是通过注入剖面测井了解该井各层段的注水情况，同时对水平井测井工艺、仪器的适用性、井下牵引器及井口辅助装置等设备的工作有效性和可靠性进行评价。现场试验中，在密闭条件下录取到了该井的注入剖面测井资料，进行了重复测量，重复测量结果在误差允许范围内,测井成果见表1。该井施工压力6.0 MPa，注入量45.4 m3/d，有7个射孔层，分8个测点测量，2个层有吸入显示，其中，P13(1)(1 734～1 767 m)层绝对吸入量4.5 m3/d，相对吸入量为9.91 %， P13(1)(1 899～1 943 m)层绝对吸入量40.9 m3/d，相对吸入量为90.09%，测井成果见表1。通过与甲方的交流，再结合该井的动静态资料及周围井的工作状况，采油厂的地质人员认为本次测井结果能比较准确地反映该井的注入情况。

表1 肇X-平X电磁流量计注入剖面测井解释成果表

5 结 论

1)室内实验表明，在仪器居中条件下，单相水流随着井眼斜度变化对电磁流量计的仪表常数没有影响，即井眼斜度变化对电磁流量计的流量测量结果没有明显影响，电磁流量计能够满足水平注水井注入剖面测井要求。

2)现场试验证明，本文所研究的测井工艺和测井仪器能够满足水平井笼统注水井注入剖面的测井要求，目前现场已投入小规模应用，为水平井开发提供了有效的注入剖面监测手段。