謝南星 孫風(fēng)景 王威林 譚 昊 任 科 李力民 王 巖

1. 中國(guó)石油西南油氣田公司工程技術(shù)研究院 2. 中國(guó)石油西南油氣田公司儲(chǔ)氣庫(kù)管理處

0 引言

對(duì)地下儲(chǔ)氣庫(kù)氣井注采能力的評(píng)價(jià)是儲(chǔ)氣庫(kù)注采井方案優(yōu)化、注采計(jì)劃合理部署的基礎(chǔ)，而評(píng)價(jià)氣井注采能力的前提是要獲得準(zhǔn)確的注采井動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料[1]。通常，采用電纜測(cè)井和試井等工藝對(duì)氣井進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)井和產(chǎn)能測(cè)試，但上述工藝在西南地區(qū)首座地下儲(chǔ)氣庫(kù)——重慶相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)的氣井測(cè)試中面臨巨大的困難，具體表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：①相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)的注采井以大斜度井和水平井為主[2]，電纜無(wú)法到達(dá)注采井段，從而使注采井段的溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)無(wú)法獲得；②氣井完井管柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，普遍采用雙封隔器篩管完井，電纜作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大；③相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)采用“稀井、單井大注采氣量”的模式，單井注采氣量大，最大采氣量超過(guò)400×104m3/d，最大注氣量超過(guò)200×104m3/d，常規(guī)電纜作業(yè)無(wú)法滿足要求；④測(cè)試儀器長(zhǎng)時(shí)間處于高強(qiáng)度注、采工況條件下，對(duì)儀器可靠性的要求高。因此，常規(guī)測(cè)試工具、儀器和工藝都無(wú)法滿足相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)氣井注采能力測(cè)試的需要，需要研發(fā)與之相適應(yīng)的測(cè)試技術(shù)。為此，針對(duì)相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)單井注采能力測(cè)試面臨的困難，通過(guò)工具配套、儀器改進(jìn)、工藝優(yōu)化，形成了適用于大注采氣量水平井注采能力測(cè)試的連續(xù)油管測(cè)試技術(shù)。

1 連續(xù)油管測(cè)試技術(shù)

1.1 儀器輸送方式

目前，針對(duì)水平井而言，測(cè)井工具的輸送主要采用爬行器和連續(xù)油管兩種方式。爬行器存在輸送動(dòng)力較小，對(duì)井筒技術(shù)條件要求較高(內(nèi)徑規(guī)則、井筒內(nèi)無(wú)雜物)，且施工風(fēng)險(xiǎn)大的缺點(diǎn)[3]。而采用連續(xù)油管的輸送方式具有輸送動(dòng)力大、抗拉抗壓能力強(qiáng)、成功率高、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)小和可以過(guò)油管作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，分析認(rèn)為該輸送方式能滿足儲(chǔ)氣庫(kù)大注采氣量水平井的注采能力測(cè)試要求[4]。

1.2 測(cè)試制度

儲(chǔ)氣庫(kù)氣井注采能力測(cè)試的目的是通過(guò)對(duì)不同注采氣量下注采井段的溫度、壓力及流量進(jìn)行測(cè)試，掌握氣井的儲(chǔ)層滲透率、地層壓力等特征參數(shù)，了解注采氣剖面、采氣過(guò)程中井底附近儲(chǔ)層污染或改善狀況、儲(chǔ)層微觀和宏觀非均質(zhì)性，建立注采方程，定量評(píng)價(jià)氣井注采能力，為儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行的優(yōu)化提供依據(jù)。根據(jù)測(cè)試目的制訂測(cè)試制度，如表1所示，包括井筒靜壓/靜溫測(cè)試、注采氣能力測(cè)試、注采井段剖面測(cè)試、壓力恢復(fù)（采氣階段）/壓力降落（注氣階段）測(cè)試以及井筒流壓/流溫梯度測(cè)試，全部測(cè)試由連續(xù)油管一趟作業(yè)完成。

表1 氣井注采能力測(cè)試內(nèi)容統(tǒng)計(jì)表

1.3 儀器及工具

圖1 存儲(chǔ)式測(cè)井儀器組合圖

1.3.1 測(cè)試儀器

測(cè)試儀器選用加拿大Lee Specialties公司儲(chǔ)存式測(cè)井儀器，包含電池倉(cāng)、存儲(chǔ)模塊、自然伽馬儀、套管接箍定位儀（以下簡(jiǎn)稱為CCL）、內(nèi)嵌式流量計(jì)、全井眼流量計(jì)、溫度計(jì)、壓力計(jì)（圖1）。測(cè)試參數(shù)包含溫度、壓力、流量、自然伽馬等。儀器采用井下電池供電，主要工作參數(shù)為：耐溫175 ℃，耐壓103 MPa，本體外徑為 35 mm，壓力計(jì)精度為±0.02 MPa，溫度計(jì)精度為±1 ℃，流量計(jì)啟動(dòng)流速為1 m/min。由于連續(xù)油管存在一定幅度的彎曲和拉伸，在測(cè)試其下入深度時(shí)將產(chǎn)生較大誤差，通過(guò)自然伽馬儀及CCL的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行校正，可以保證其下入深度的準(zhǔn)確性。流量測(cè)量采用全井眼流量計(jì)和內(nèi)嵌式流量計(jì)的組合，并針對(duì)其在正/反向及大轉(zhuǎn)速的條件下，流量計(jì)渦輪易脫扣、脫落等問(wèn)題，改進(jìn)了渦輪連接結(jié)構(gòu)，保證了流量計(jì)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.3.2 連續(xù)油管

連續(xù)油管的選擇主要需考慮盡量減少其對(duì)井筒流動(dòng)的影響，同時(shí)又保證連續(xù)油管能夠順利抵達(dá)測(cè)試位置，不發(fā)生螺旋鎖死。根據(jù)連續(xù)油管下入深度的模擬結(jié)果，分析下入深度對(duì)井筒流動(dòng)的影響，若下入連續(xù)油管（即采用小環(huán)空生產(chǎn)）后，井底流壓與采用油管生產(chǎn)時(shí)的井底流壓越接近，則表明連續(xù)油管的影響越小。推薦采用外徑為31.75 mm的連續(xù)油管，并配套單流閥、機(jī)械丟手及旋轉(zhuǎn)短節(jié)，如表2所示，采用該連續(xù)油管生產(chǎn)時(shí)的井底壓力與油管生產(chǎn)的井底壓力較接近。

1.3.3 全尺寸通井工具

通井是為了保證測(cè)試作業(yè)的正常實(shí)施，常規(guī)通井工具只模擬測(cè)試工具的本體外徑及長(zhǎng)度。為了保證復(fù)雜管柱條件下的作業(yè)安全，配套了全尺寸通井工具，采用1∶1的比例模擬測(cè)試儀器的外徑、長(zhǎng)度及外形，特別是扶正器及全井眼流量計(jì)的外形，以盡可能模擬實(shí)際測(cè)試工況。

表2 連續(xù)油管（外徑31.75 mm）對(duì)井筒流動(dòng)影響結(jié)果表

1.4 測(cè)試工藝

1.4.1 測(cè)試工序

測(cè)試工序主要在滿足測(cè)試參數(shù)需求的條件下，保障測(cè)試作業(yè)安全和減少連續(xù)油管作業(yè)趟數(shù)。首先，連續(xù)油管連接全尺寸通井工具進(jìn)行通井，確保井筒的通暢，保障測(cè)試作業(yè)的順利實(shí)施；然后連續(xù)油管連接儲(chǔ)存式測(cè)試儀器，按照井筒靜壓/靜溫測(cè)試、注采氣能力測(cè)試、注采井段剖面測(cè)試、壓力恢復(fù)（采氣階段）/壓力降落（注氣階段）測(cè)試以及井筒流壓/流溫梯度測(cè)試的順序，進(jìn)行測(cè)試作業(yè)，一趟完成全部測(cè)試項(xiàng)目后起出測(cè)試工具串，進(jìn)行數(shù)據(jù)回放[5]。

1.4.2 工藝關(guān)鍵參數(shù)

1）連續(xù)油管通過(guò)井口段和井下工具時(shí)，速度應(yīng)不大于5 m/min，通過(guò)直井段和斜井段時(shí)速度應(yīng)不大于20 m/min，通過(guò)水平井段時(shí)速度不大于10 m/min。

2）剖面測(cè)試應(yīng)不少于2趟（用于渦輪流量計(jì)啟動(dòng)速度回歸計(jì)算）；每一趟測(cè)試期間均應(yīng)保持勻速拖動(dòng)，其波動(dòng)范圍應(yīng)小于10%；每一趟測(cè)試的拖動(dòng)速度差應(yīng)大于5 m/min。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

利用連續(xù)油管測(cè)試技術(shù)，在相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)開(kāi)展了10口井12井次的注采能力測(cè)試，其中注氣狀態(tài)3井次，采氣狀態(tài)9井次，取全、取準(zhǔn)了相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)，其中測(cè)試的最大注氣量達(dá)260×104m3/d，最大采氣量達(dá)225×104m3/d，為注采能力的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)奠定了基礎(chǔ)。

2.2 測(cè)試結(jié)果分析

在相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)開(kāi)展的大注采氣量水平井的注采能力測(cè)試在國(guó)內(nèi)尚屬首次，同時(shí)測(cè)試結(jié)果也帶來(lái)了新的認(rèn)識(shí)。

2.2.1 同一口氣井注、采氣能力之間存在差異

注氣和采氣是兩個(gè)不同的過(guò)程，其中注氣過(guò)程伴隨的是地層壓力增加，由此引起儲(chǔ)層孔隙擴(kuò)大；而采氣過(guò)程伴隨的是地層壓力的降低，由此引起儲(chǔ)層孔隙收縮，之前由于缺乏注氣能力測(cè)試數(shù)據(jù)，在實(shí)際儲(chǔ)氣庫(kù)方案設(shè)計(jì)中，氣井采用同一個(gè)產(chǎn)能方程來(lái)描述注、采氣這兩個(gè)過(guò)程，造成設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)存在一定誤差[6-7]。通過(guò)連續(xù)油管測(cè)試技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)獲得了實(shí)際注、采氣過(guò)程對(duì)應(yīng)的產(chǎn)能方程。利用氣井注、采氣產(chǎn)能方程預(yù)測(cè)相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)某井在不同地層壓力下注采井的最大注采氣量，如表3所示，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，氣井的注入能力與采出能力差異顯著，若采用同一個(gè)產(chǎn)能方程來(lái)描述注、采氣這兩個(gè)過(guò)程，將出現(xiàn)較大偏差。因此，針對(duì)相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)的大注采氣量井，有必要針對(duì)每口井在不同注采周期進(jìn)行注采能力的測(cè)試與評(píng)價(jià)，掌握各井注采潛力的動(dòng)態(tài)變化，為儲(chǔ)氣庫(kù)注采運(yùn)行計(jì)劃的合理制訂提供依據(jù)，以保證儲(chǔ)氣庫(kù)安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

表3 某井在不同地層壓力下的最大注采氣量結(jié)果對(duì)比表

圖2 某井在不同注氣量下的流量計(jì)轉(zhuǎn)速、井底溫度變化曲線圖

2.2.2 大注氣量下近井地帶呈現(xiàn)高速非達(dá)西滲流狀態(tài)

在注氣測(cè)試過(guò)程中，兩口井在大注氣量下近井地帶均呈現(xiàn)高速非達(dá)西滲流，主要表現(xiàn)為溫度、壓力以及流量的波動(dòng)。相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)某井在不同注氣量下的流量計(jì)轉(zhuǎn)速和井底溫度變化曲線如圖2所示，注氣量為100×104m3/d時(shí)，流量計(jì)曲線是相對(duì)平穩(wěn)的曲線，當(dāng)注氣量達(dá)到200×104m3/d時(shí)，流量計(jì)曲線波動(dòng)劇烈，表明在井底產(chǎn)層段產(chǎn)生了湍流[8]。長(zhǎng)時(shí)間處于這種湍流狀態(tài)將會(huì)對(duì)近井地帶的儲(chǔ)層以及管柱安全產(chǎn)生影響。在注采過(guò)程中需要避免湍流狀態(tài)的出現(xiàn)，該條件也約束了單井注采能力的發(fā)揮。

2.2.3 周期注氣后，近井地帶儲(chǔ)層溫度降低

根據(jù)氣井在注氣階段靜溫測(cè)試的結(jié)果來(lái)看，在儲(chǔ)層段普遍存在溫度降低的情況，主要原因是由于注入氣溫度低，在大氣量、長(zhǎng)時(shí)間注入后，熱交換作用使得井筒附近的儲(chǔ)層溫度不斷降低。溫度降低的程度、波及的范圍和注氣時(shí)間、注氣量有關(guān)，相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)氣井在注氣時(shí)井底溫度降幅最高達(dá)15 ℃。儲(chǔ)層溫度降低將對(duì)庫(kù)容大小形成較大影響。

2.2.4 臨界沖蝕流量成為制約相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)注采能力的主要因素

如表3所示，由于相國(guó)寺儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)層條件好，氣井注采能力普遍大于其臨界沖蝕流量，后者限制了氣井注采能力的充分發(fā)揮。臨界沖蝕流量由式（1）計(jì)算得到，其中系數(shù)C的取值是根據(jù)常規(guī)氣井的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定的[9]，而儲(chǔ)氣庫(kù)氣井的氣質(zhì)條件好（一般為管輸凈化氣），生產(chǎn)狀態(tài)簡(jiǎn)單，若仍按照常規(guī)氣井來(lái)考慮其取值就偏保守。若C值能適當(dāng)放大，將大大提高氣井的注采潛力。

式中Qmax表示臨界沖蝕流量，104m3/d；C表示經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，取值為100～150；D表示油管內(nèi)徑，mm；p表示油管內(nèi)流動(dòng)壓力，MPa；γ表示氣體相對(duì)密度；Z表示氣體偏差系數(shù)；T表示氣體溫度，K。

3 結(jié)論

1）通過(guò)改進(jìn)流量計(jì)連接、配套全尺寸通井工具、優(yōu)化測(cè)試工序和工藝控制參數(shù)形成的連續(xù)油管測(cè)試技術(shù)能夠滿足大注采氣量水平井的注采能力測(cè)試要求，為該類氣井注采能力的評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ)。

2）同一口井的注采能力也存在差異，有必要針對(duì)每口井在不同注采周期進(jìn)行注采能力的測(cè)試與評(píng)價(jià)，掌握各井注采能力的動(dòng)態(tài)變化，為儲(chǔ)氣庫(kù)發(fā)揮調(diào)峰作用提供指導(dǎo)。

3）大注氣量下近井地帶呈現(xiàn)高速非達(dá)西滲流狀態(tài)，對(duì)注采安全形成威脅，而周期注氣后近井地帶儲(chǔ)層溫度降低將影響庫(kù)容大小，通過(guò)開(kāi)展測(cè)試和分析，為單井注采計(jì)劃安排和庫(kù)容盤(pán)點(diǎn)提供支撐。