油井智能分层找堵水技术

油井智能分层找堵水技术韩佳平朱明哲摘要：本文介绍了一种井下智能分层采油技术，一趟管柱实现井下找水、堵水、生产、调层、测试等多项功能。用封隔器将井下各层位封隔，管柱上对应的每一个目的层段安装一套智能开关器。找堵水过程中井下智能开关能按照设定的时间顺序自动打开或关闭油层，实现油井的找水、堵水措施，达到任意选层开采，降水增油的目的。同时在生产过程中，内置压力计可连续监测分层压力资料，分析油层分层参数（分层压力、渗透率、污染系数）等资料，为精细掌握油藏动态特性提供依据。一、概述油田进入高含水期开采阶段以后，必须对高含水层采取堵水措施，开采低含水层，封堵高含水层，以达到稳油控水、增产降耗的目的。目前各油田采用的几种找堵水方法，在应用中或多或少受到各种因素的限制，如井况、成本、周期、成功率等，因而在现场的应用还比较有限。本文介绍的“井下智能找堵水分层采油技术”，只需一趟管柱就实现了找水、堵水、生产、调层、测试等多项功能。其原理是用封隔器将井下各层位封隔，管柱上对应每一个目的层位安装一套智能开关器，找堵水过程中开关器能按照设定的时间顺序自动打开或关闭油层，无需地面复杂的操作，就可实现油井的找水、堵水措施，达到任意选层开采，降水增油的目的。同时在生产过程中，内置压力计可连续监测分层压力资料，直接解释出油井分层资料如分层压力、渗透率、污染系数等。该项技术以其创新的思维、科学的设计、低廉的施工成本和方便的调层方法，为稳油控水提供了一种全新的技术方案，将使油田开发水平跨上一个新台阶，具有广阔的应用空间。二、国内外技术背景目前国内外常用的找水、堵水方法，主要有以下几种：1、产液剖面测试找水技术在油井正常生产情况下，从环空下入产液剖面测试仪器进行测试，找出产水层，然后作业实施分层开采。该技术的优点是能在抽油机不停抽的情况下获得井下分层的流量、含水率等数据，为分析油井动态，制定合理的工作制度及采取增产措施提供了可靠依据。其缺点是受井况条件限制较多，仪器环空起下困难，应用范围有限。2、封隔器找水－堵水技术用封隔器分割每个油层，使其单独生产，再重新调整管柱，逐一换层生产，直至找到产水层后，采用封隔器堵水，进行分层开采。该技术的优点是工艺简单，可靠性高。缺点是该工艺施工成本高，周期长。3、井下液压开关调层找堵水技术该方法是下入含有压控开关器的分层开采管柱后，通过地面泵压控制井下开关动作，完成调换生产层位的目的。该技术的优点是下入一趟管柱即能实现找堵水，简化了常规找堵水工艺，有效的解决了因选层失误而造成的堵水失败的问题。其缺点是受井况影响大，施工成功率不高。4、井下电动开关调层找堵水技术利用堵水封隔器将各个油层卡开，在每一层段的管柱上带有滑套开关器。通过偏心井口用电缆从环空下入开关控制仪至相应油层的滑套开关器中，由地面控制电源给开关控制仪供电，撑开对接爪，通过开关控制仪对接爪与滑套开关器内的上或下弹簧爪相配合，上提电缆，完成滑套开关器的打开或关闭动作，进而找出油层，封堵水层，达到分层开采的目的。其优点是实现了在抽油机井内下入一趟管柱即可完成找堵水，并可在任意堵水层段反复调整。但该方法需要环空起下仪器操作，受井况影响大，现场实施比较困难。三、井下智能找堵水技术原理井下智能分层找堵水技术的核心为内置的智能开关器，图2为其结构示意图。开关器设计为一工具短节，上下与油管连接。短节与油层沟通并开有上下层位的直通孔。液体进入短节后由球阀、出液筒进入油管。开关器内有电池、电路板（微处理器）、电机驱动机构等，通过微处理器控制电机运转，带动阀体运动来实现层位的打开和关闭。同时，开关器内置有压力传感器，时刻监测井下压力的变化，来作为微处理器程序运行的判断依据。1、设计管柱并下井：根据井况参数设计找堵水丢手管柱，利用堵水封隔器将各个油层卡开，在每一油层位置串接一个智能开关器，一起随丢手管柱下入井中（见图1）。2、坐封丢手并投产：油管打液压使封隔器坐封，然后再投球至丢手接头，加压实现管柱丢手。起出施工管柱后下入泵抽生产管柱，油井投入正常生产。井下各个智能开关器按程序设定的时间表运行（见图3），在规定的时间打开或关闭油层。3、找水过程：井下每个智能开关器的时间表是不同的，在找水阶段，同一时间内只有一个开关器是打开的，也就是单层生产，每个层轮流打开单独生产几天（见图3），地面人员通过计量化验确定出各层的流体性质，得到该层的流量、含水率等数据。4、测试过程：开关器内置有压力测试电路，下部也留有压力测试仪连接口，可根据要求配接用于分层测试。当开关器处在关闭状态时，仪器可测试得到地层的压力恢复曲线，当开关器处在打开状态进行生产时，仪器可测试得到地层的压力降落曲线。对存储的压力数据进行试井解释，可得到宝贵的井下分层地质参数，如分层压力、分层渗透率、分层污染系数等。图1管柱结构示意图图1管柱结构示意图图2智能开关器结构示意图。天数开关关关关开关关开mnp关关开自动换层等待指令图3智能开关器工作状态表图4压力指令波格式5、堵水过程：当各层的产液状态确定后，地面技术人员综合分析，确定一个最佳开采方案，也即确定出关闭哪层、打开哪层。此时停抽抽油机，在不动管柱的情况下，先用泵车从井口将套管注满水，然后根据图4选择层位对应的压力指令波形图，进行“打压—泄压—打压”操作。井下智能开关器接收并识别指令后，按指令要求产生动作，打开需要生产的层，关闭不需要生产的层，实现地面遥控井下，任意选层生产的目的。6、再次调层：当需要再次调层时，地面重复第5步的操作，智能开关器根据监测到的压力波指令信号，产生动作，从原来的状态改变到新的状态。这个过程可多次重复操作。四、主要技术指标1）开关器尺寸：Ф110mm×1.6m2）最高工作温度：135℃3）最高工作压力：60MPa4）有效工作时间：18个月5）压力测试范围：0～60MPa精度0.5%FS6）温度测试范围：0～135℃精度±1.5℃7）时序状态：1~8个，每个状态0.1小时~255天五、技术特点1）一趟管柱完成全部措施：找水、堵水、测试、生产等过程只需一趟管柱就可完成，而且分层数量几乎不受限制，井况限制条件少，斜井、水平井均可应用，适应范围宽。2）找堵水过程自动完成：运用先进的微处理器技术，开关器在井下按预定的程序自动执行，完成对层位的打开和关闭动作。开关器耐温耐压能力强、功耗低、智能化程度高。3）简单实现多次调层：在正常生产过程中，可以根据油井生产情况进行多次调层，地面只需打压施工即可，无需起下仪器或进行管柱作业，使得施工成本大大降低。而且开关器内设计有单向阀，可保证地面打压时液体不会进入油层，不会对油层造成伤害。4）实现了井下分层压力测试：可以对层位的压力、温度变化进行长期测试，对了解油藏性质具有重要的指导意义。六、选井条件1、根据地质动态分析，选择高含水井及需要调层生产，了解分层产液情况的井；2、套管完好，没有漏点，套管外无串槽，便于打压施工。3、无严重出砂、结垢、结蜡井。4、油层间距最好大于2m，便于用封隔器卡开油层。5、全井的产液量应尽可能大，避免在单层生产时出现因供液不足造成抽油泵干抽的现象。七、现场应用情况该项技术从2007年6月进入现场以来，已在江汉、长庆、南阳等油田进行了6井次的应用，取得了良好的效果。例如：P77－81井共有两层，设计上层单采27天，下层单采10天，再合采，从产量曲线上看出，井下的智能开关器在自动换层后，地面产量出现了明显变化，基本摸清了各层的产液特性，为该井的措施挖潜提供了宝贵的依据。又如：W198井，该井共有三层，在各层的自动找水时序运行完后，在地面进行了调层施工，用泵车在井口分别发送了“中层关”“上层开”、“下层开”三条指令。从回放的开关器记录的曲线看（见图6），井口发送的三组压力指令波均被井下智能开关器正确识别，开关动作准确无误，其中上层由关变成了开，中层由开变成了关，下层由关变成了开，当天地面产量也发生了明显变化。ES8井在生产两年后于2006年因暴性水淹停产。2007年11月决定采用智能找堵水技术，将其上下两个射孔层段卡开，分别单独生产。在下入井下智能找堵水管柱，关闭上层（3488.0－3506.0）、打开下层（3512.0－3519.0）生产后，获得每天产油2.0~2.8t的良好效果，该技术的成功应用，使这口“死”井重新焕发了生命！图6W198井下层开关器记录曲线（部分）12月13日12月14日中层关指令上层开指令下层开指令