新型电缆控制分层测试技术研究与应用

陈永昌 魏 鹏 王 静 李 硕

(1.中国石油测井有限公司华北分公司，河北 062552；2.中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司第四采油厂，河北 065006)

1 电缆控制分层测试技术原理

电缆控制分层测试技术，井下开关可随时由地面发送命令来控制其打开或关闭；不使用电池，没有工作时间的限制；压力数据可以实时传送到地面系统；配合网络，还可以实现远程数据传输和远程控制开关的功能。该项技术可以广泛地应用于常规油气井、煤层气及其他非常规油气井的多层合采过程中的快速分层测试。

用封隔器将油层或煤层射孔段分隔开，每一段安装开关和压力计，用电缆将井下每一个层的开关和压力计连接到一起，并且最终与地面仪器连接，地面仪器通过发送命令可以控制任意一个开关的打开或关闭(图1)。如果选择测试第一段，需要打开第一段的开关，关闭其它各段的开关，开启抽油机，待产量稳定后计量产液量、产气量和含水率。关闭开关，记录压力恢复数据，通过对数据的处理得可以获得地层有效渗透率、表皮系数等参数。测试第二段的程序与测试第一段相同，只不过这时需要关闭其它层段，仅对第二段的开关进行打开和关闭的动作，同时记录第二段的压力恢复数据。其它层段的测试以此类推。

图1 电缆分层测试原理图

2 施工过程

电缆控制分层测试需要两次下入管柱。第一趟管柱为丢手管柱，它由若干个封隔器、开关压力仪器、油管和一个丢手构成，该管柱中丢手为投球式打压式丢手，封隔器为过线封隔器。电缆将每一段的开关和压力仪器连接到仪器，管柱下入过程中同时下入了电缆，在丢手上面适当位置(井斜小于50°)连接一根校深油管短接。管柱下入过程中需要将开关全部打开，当管柱下到预定位置后校深并调整管柱。关闭所有开关，井口打压使封隔器坐封。确定封隔器坐封后，投球打压使丢手脱开，观察油套环空是否有液体返出可以确定丢手是否脱开，确定丢手脱开后提出丢手以上的管柱。

第二趟管柱为生产管柱，由采油泵和油管构成，该管柱的下入深度应小于丢手深度。生产管柱下完后，在油管内下入抽油杆，安装抽油机就可以进行测试。管柱下入过程中始终要观察下井仪器工作情况，一旦发现异常，应停止作业查找原因。

3 技术改进

3.1 创立了用压力计算流量的方法

压差流量计存在漂移，涡轮流量计容易损坏，就采用压力计算流量。根据渗流理论，指示曲线的表达式为：

Q=J(ΔP)n=J(PR-Pwf)n

式中：Q为产量(或注入量)；J为采油指数；n为渗流指数(0.5≤n≤1)；ΔP为生产压差；PR为地层压力；Pwf为井筒流压。

通常情况下，我们所应用的指示曲线为线性段，即n=1。此时，Q=J(ΔP)=J(PR-Pwf)

通过控制产液量(或注入量)并且测量流量和流压，得到井筒流压为Pwf1时对应的产量为Q1；井筒流压Pwf2时对应的产量为Q2。于是，

Q1=J(ΔP1)=J(PR-Pwf1)

Q2=J(ΔP2)=J(PR-Pwf2)

由此得到：

当井筒附近的流压为Pwf时，流量为：

Q=J(ΔP)=J(PR-Pwf)

(1)

式中，Pwf1、Q1、Pwf2、Q2都是试验得到的数据，因此通过测量井筒附近的流压Pwf就可以由上式求得流量Q。

3.2 去掉二次对接工艺

现用的电缆控制分层测试需要二次对接。其原理是，第一趟管柱上面有一个母插座，第二趟管柱下面有一个公插头，第二趟管柱与第一趟管柱对接后，也就是公、母插头座对接后电缆才能接通。实际使用过程中发现二次对接经常失败，影响了作业成功率。本项工艺用电缆从最上一段的开关及压力计一直连到井口，避免了二次对接的问题。

3.3 用常规封隔器实现过线的功能

本技术没有采用特制的过线封隔器，而是在常规封隔器的上下两端各加装一个电缆密封接头从而解决了封隔器的过线问题。这样就省去了特制封隔器的设计，可以选用成熟的、性能好的封隔器。我们所使用的封隔器是耐压35MPa、带锚的逐级解封封隔器，由于封隔器自带锚，所以第一趟不需要单独连接金属锚。

3.4 新型分层测试管柱结构有利于打捞

现用的电缆控制分层测试管柱管内有的部位有仪器，有的部位有母插座，这些部位一旦落井很难打捞。新型电缆控制分层测试管柱内通径为62mm或50mm，一旦出现管柱落井事故，可以使用打捞锚打捞。

3.5 井下开关采用了压力平衡设计

现用的井下开关当压差超过15MPa时，很难打开或关闭。本项研究设计的开关由于采用了压力平衡结构，开关的打开或关闭不受压差的限制，实际试验压差为60MPa时开关工作正常，该项创新已取得专利。

3.6 小直径四通接头设计

每一段都有压力计、开关两根引线，还有向上和向下的两条线，为了将这4根线连接在一起又要与外界绝缘，需要有一个四通接头。我们研制的四通接头直径仅为22mm，可以放置在油管外面，从而让出油管内部的通道用于测试或打捞。

4 施工风险及削减措施

4.1 挤伤电缆

该项技术中油管外面自下而上都有电缆，如果施工不当或缺乏保护措施在油管下放或上提过程中很容易挤伤电缆，从而导致电缆短路或绝缘破坏。管柱下入或上提过程中至关重要的是，始终要保持电缆有一定的张力。最好采用具有随动功能的绞车，如果采用常规绞车，绞车工一定要随着油管的下入和上提操作绞车，并且始终保持电缆被拉直，不能使电缆堆积。否则可能挤伤电缆或造成管柱遇卡。

为了保护电缆，丢手以下每个接箍上都安装电缆保护卡子，最好将丢手设计在井斜40°以上的位置，丢手之上要连接油管扶正器。为了防止第一趟管柱起出时电缆缠绕油管，下管柱时每隔500m要安装一个油管扶正器。

管柱上下过程中，井口部分的电缆容易被碰伤，因此需要在井口安装电缆保护器。

4.2 仪器故障

井下开关和压力计需要在井下高温高压的环境下长时间工作，因此要求仪器必须具备较高的可靠性。下井前必须对仪器进行严格的检查，地面上需要对仪器进行温度压力试验，并且要对仪器进行长时间通电检查，有条件的情况下最好对仪器进行下井试验。

4.3 砂卡管柱

对于出砂的井建议采用杆式泵，采用一趟管柱将井下开关、封隔器、杆式泵支撑座下入井内。为了实现开关的控制和压力数据的传输，电缆同样从最下面一个开关连接到井口，管柱下到预定位置后通过地面打压使封隔器坐封。在油管内下入杆式泵和抽油杆，地面面板控制井下开关的打开或关闭，从而进行分层测试。

由于第一个封隔器以上油管内外是隔离的，因此第一个封隔器以上不可能产生积砂，为了防止下面的封隔器被砂卡，采取了以下措施。

(1)开关直接与下面的封隔器连接，减少封隔器之上的积砂。

(2)封隔器上端设计了安全接头，一旦封隔器砂卡，可以提出安全接头以上的部分进行冲砂。

(3)封隔器的胶筒紧靠封隔器上端。

(4)采用逐级解封封隔器。

5 分层测试主要用途

5.1 测量各层段地层压力、温度

电缆控制分层采油采气工艺中每一段都安装了压力计和温度计，因此当开关关闭并且稳定一个时期后，就可以准确求取该段的压力和温度数据。例如，马XX井共分了四段。四段的温度和压力数值见表1。

表1 马XX井各段温度和压力

5.2 求取各层段渗流参数

对于任意一个层段生产一段时间后，关闭开关记录压力恢复曲线。通过对压力曲线的拟合处理可以求取地层有效渗透率、表皮系数、井筒储存系数、流动系数和边界等参数。

5.3 提供合适的工作制度

合采情况下，通过改变油井的工作制度可以求得每一种工作制度下各层段的压力，再根据公式(1)可以计算出合采时每一层段的产液量。表2是赵X-8井在工作制度为3.5(次/分/5m)情况下分层生产时得到的数据，表3是该井合采变工作制度下测量和计算得到的数据。

表2 赵X-8井分层压力及产液量

表3 赵X-8井不同工作制度下分层压力及产液量

从表3可以看出，在工作制度为3.2(次/分/5m)情况下上层的产量仅为0.8m3/d。当工作制度调整为2.1(次/分/5m)情况下上层出现了倒灌的现象。为了使合采时两层都有贡献，建议此井的最小工作制度为3.2(次/分/5m)。

5.4 搞清分层测试井与注水井间的连通情况

通过在分层测试井周围的注水井中停止注水、开始注水和改变注水量，记录分层测试井的压力曲线可以确定注水井与测试井的连通情况等信息。赵X-8井是一口分层测试的井，赵X-5井是一口相邻的注水井。通过在赵X-5井改变注入量，得到赵X-8井上下层的压力曲线如图2、图3所示。赵X-5井注水流程为：注水200m3/d→停止注水→注水150m3/d→停止注水→注水100m3/d→停止注水→注水50m3/d→停止注水。

图2 赵X-8井上层压力曲线

图3 赵X-8井下层压力曲线

由图2、图3得出如下结论。

(1)随着赵X-5井注水的变化，赵X-8两个层段压力均有相应的变化，因此两口井具有很好的连通性。

(2)上部层段干扰波要强于下部层段。上部层段在激动量小于100m3/d，压力响应值明显减小。而当激动量为50m3/d时，上层的响应仅为150m3/d时的1/10(0.025MPa)，这表明赵X-5井的注水量至少要大于50m3/d时，才能使油井赵X-8井受效。