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分布式光纖監測及ICD配合技術應用注水剖面監測

時間：2020-08-10 09:53 來源：作者:高碩劉鎮領

為掌握注入井井況和注入剖面，選取一口試驗井，應用ICD閥配合可膨脹封隔器及光纖DTS系統開展了現場試驗。此項技術已經在套管井和裸眼ICD生產井中進行了應用，DTS系統布置在生產封隔器上方。本次試驗采用ICD及DTS配合進行裸眼完井，在全球尚屬首次。試驗目的是實時提供多速率測試信息、實時分區注入分析，免去水平井流量計測井和修井作業。

本文所述現場試驗采用噴嘴式ICD設計。ICD位于井筒和環空之間，進行流量限制。ICD上的壓降與流速的平方成正比，能夠有效地防止任何一個部位（ICD位置）出現沿井筒方向的優勢流體流出。ICD閥如圖13所示。

圖1 ICD閥示意圖

在過去的六年中，Saudi Aramco公司率先采用先進的完井（AWC）技術，利用ICD、機械或膨脹式封隔器在其生產井中實現裸眼分段。這項技術降低了開發成本，同時延遲了不必要的水錐和氣錐。Saudi Aramco公司初代AWC系統中，在7英寸完井管內鉆出裸眼側管，以提供所需的接觸面積/儲層區域，以優化速率和回收率。
近期設計將ICD完井技術與DTS監測相結合，用于7″套管下方的6-1/8″裸眼井段，以監控和控制每個部位的實時流入，延長油井壽命并提高恢復能力。該案例涉及利用DTS和ICD技術來j監控近水平井中裸眼段的注入剖面，如圖2所示。利用兩種類型的帶旁通裝置的膨脹封隔器（滲透型和超吸型）進行封隔，并提供DTS通道。使用裸眼測井數據的水力模型優化封隔部位長度，以便在整個井段長度上均勻地分配注入，以優化注入效率并延遲生產井中的水錐。

圖 2: 帶有膨脹封隔器的試驗井的完井圖

完井設計
如表1所示，將儲層分為六個層段。

表1 儲層分布

	頂部	底部	長	ICD數量
1	8251	8780	519	8
2	8780	8873	93	2
3	8873	8957	84	2
4	8957	9099	142	0
5	9099	9316	217	4
6	9216	9544	328	4

依據圖3a和3b中所示的裸眼井測井圖，使用工業標準水力模型來進行ICD完井設計。如圖所示，該儲層沿整個井段具有均勻的孔隙度，并且存在少量碳酸鹽層段。因此，利用ICD和封隔器的間距以封隔碳酸鹽部分，同時沿井段分配所需的注入速率。為降低井底部位完井時被卡的風險，決定將裸眼封隔器的數量限制為6個，從而減少了封隔層數。

為驗證該井中ICD的使用效果，使用工業標準模擬器對裸眼完井情況進行建模，結果如圖4a所示。該圖顯示所有注入的流體將在前450英尺處進入儲層部位，而其余裸眼段出現交叉流動，原因是從趾端至跟部存在較高的儲層壓差（約50psi）。在設置ICD的情況下運行相同的水力模型（其細節見圖2和表1）。圖4b為裸眼和ICD完井對比圖，證明已經消除了裸眼井橫向流動，并且產生了相對均勻的注入剖面。

DTS系統
光纖分布式溫度傳感系統（DTS）和永久性井下監測系統（PDHMS）于2009年4月成功完成安裝。光纖DTS光纜連接并固定在生產油管柱上，提供全井多點溫度監控曲線，減少了修井需求。DTS系統實時監測ICD隔室之間和ICD隔室內部的注入速率，并識別交叉流動，其數據可用于優化注入和儲層管理。惡劣環境下，DTS監控單元的安裝如下：2009年4月13日至14日，將光纜以及穿越組件安裝到生產封隔器上；2009年4月15日，在生產封隔器上方安裝傳感光纜；2009年4月16日，完成DTS光纜布置并在井場安裝接線盒。應甲方要求，目前此次試驗使用移動存儲器記錄讀數。在獲得技術批準后，將安裝永久監控系統以提供實時數據監控，并將其綁定到客戶的數據處理室。

DTS光纜位于在生產封隔器上方4 ½″管柱的外側，然后交叉至3 ½″托管尾管，進而將DTS光纜、ICD和膨脹封隔器輸送到6 1/8″裸眼內設置深度。分布在整個管柱長度上的光纜保護器為光纜提供保護，防止在入井操作期間損壞光纜。在安裝過程中，需要不斷監控DTS系統，以確保在整個安裝中保持系統的光學完整性。
在對井口進行調整和測試之后，對光纖光纜進行熔接，并在井柴油置換操作期間監測3個半小時，以便在安裝完成之后快速建立井的地溫梯度。

儲層優化
該儲層為非均質裂縫碳酸鹽巖，構造起伏較大。曾使用垂直動力注水器（PWI）在油田周邊鉆井以提供壓力支持。由于這些井位于結構低位，距離第一線生產線向下傾斜4-5公里，靠近含水層，效率較低。井筒軌跡在結構上向上移動并轉換為近水平完井。儲層結構高度破碎，為壓力支持方案的實施增加了難度。盡管這些井注入速率較高，但注入剖面將以裂縫為主，導致過早出現水錐，注水效果不良，并且在某些井中，出現儲層中水多于油的現象。
為了在整個井的長度上均勻分布注入，優化波及系數并延遲水突，利用新的ICD技術進行了測試。注入井高度傾斜穿透整個儲層，利用ICD完井技術與DTS相結合，對每個層段的實時流出量進行監測，計劃注入率為2385m³/d（15MBD）。

初始注入
在ICD完井后，該井于2009年8月進行注入。在初始注入速率為8.4 MBPD時進行了測試。從初始注入溫度曲線（圖5中的藍色曲線）中，可獲得粗略定量的注入信息。該數據顯示注入溫度一直下降至到趾端，與地溫梯度相比，注入溫度低90°F，因此表明注入水已達到井底。后續將需要進行溫度恢復測試進行定量分析。
在注入一段時間后，關井以確定注入性分布，并確認膨脹封隔器的隔離區域及其完整性。層段1的頂部，層段5和層段6溫度都在緩慢地回升，表明這些間隔注入量較多。

如圖6所示，對圖5中的相同數據以時間維度呈現。同樣，由于在儲層間隔吸入注入水時已經發生近井筒冷卻，因此封隔層段的溫度緩慢恢復。層段4除外，因為層段4無ICD；這個層段以與套管鞋相似的速度進行溫度恢復。該數據表明膨脹封隔器密封效果完好。DTS溫度恢復曲線定量分析得出的注入曲線如圖7所示。（未完待續）

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