水平注水井硫酸銅流量計注入剖面測井技術試驗研究
摘要: 水平井注水井注入剖面測井需要解決兩方面問題，一方面是水平管流的流量測量問題，另一方面是水平段儀器輸送問題。為此，采用硫酸銅流量計進行流量測量，利用 Sondex 公司的牽引器輸送測井儀器。實驗表明，利用硫酸銅流量計測量水流量結果不受井眼角度影響，硫酸銅流量計可以用于水平井注水井流量測量。現場試驗成功錄取到水平井注水井注入剖面測井資料。采用牽引器輸送硫酸銅流量計可以解決水平井籠統注水井注入剖面測井問題。
引言
水平井開發技術在大慶油田已經開始規模應用，并在大慶外圍油田開發中見到良好的開發效果。近幾年，利用水平井進行注水開發已經在油田開發中得到應用。由于水平井井身結構和井內注入流體的流動狀態復雜性，導致水平井的注入剖面測井技術與傳統的直井測試技術相比有著顯著的不同。直井可以直接依靠儀器自身重量或帶加重桿起下，而水平井必須借助外力把儀器送到目的層位，適用于直井流量測量的技術不能滿足水平注水井的需要，因此，水平注水井剖面測試的難點主要是解決儀器在水平段的輸送問題和水平條件下的流量測量問題。垂直井注入剖面測井技術主要有同位素吸水剖面、渦輪流量計、脈沖中子氧活化測井儀和硫酸銅流量計。其中，硫酸銅流量計廣泛應用于垂直井注入剖面測井，具有測量精度高、可靠性高的優點。本文利用硫酸銅流量計開展了不同傾斜角度條件下的模擬實驗，實驗結果證明，硫酸銅流量計測量水流量不受井眼角度影響，可以用于水平管流的流量測量。因此，利用硫酸銅流量計研制了水平井注入剖面測井儀器。水平井生產測井工藝主要有油管輸送工藝、連續管輸送工藝、硬電纜輸送工藝和牽引器輸送工藝。本文采用牽引器研究并試驗了適用于水平井籠統注入井的測井工藝技術，實現了測井儀與牽引器的配接，形成了適合水平注水井的注入剖面測井技術，進行了現場試驗并獲得成功，為水平井注入剖面的動態監測提供了有效的技術手段。
1 水平井注入剖面測井組合儀
水平井注入剖面測井組合儀是針對水平井籠統注水井注入剖面測井專門研制的，儀器結構如圖 1 所示。井下儀器主要包括通用短節( 遙測、溫度、壓力和 CCL) 、硫酸銅流量計和滾輪式扶正器。測量參數包括流量、溫 度、壓力、自然伽馬和深度。流量計采用的是非集流硫酸銅流量計和集流型硫酸銅流量計，對于注入量較大的井采用非集流硫酸銅流量計，注入量較小的井采用集流型硫酸銅流量計，測量方式采用定點測量。儀器采用遙測技術實現了多參數同時測量和傳輸，儀器外徑 38 mm，耐壓80 MPa，耐溫150 ℃，流量測量范圍為1 ～ 800 m3 /d，測量精度 ± 5% 。
2 不同角度情況下的室內實驗
為了考察井眼斜度變化對硫酸銅流量計測量流量的影響，開展了非集流硫酸銅流量計在不同斜度情況下的流量測量模擬實驗。模擬實驗在大慶油田多相流實驗室進行，儀器外徑 38 mm，模擬井筒內徑為 124 mm，實驗介質是水，傾斜角度分別為 0°、40°、80°和 90°( 水平) ，流量范圍為 5 ～ 850 m3 /d。實驗結果表明，在儀器居中條件下，井眼斜度變化對硫酸銅流量計的儀表常數沒有影響，滿量程誤差不大于 4% ，因此可以應用硫酸銅流量計進行水平井注水剖面測量。不同角度情況下的實驗結果如圖 2 所示。
3 水平井注入剖面測井工藝
水平井注水井注入剖面測井工藝原理如圖 3 所示。在垂直井段，儀器在重力作用下可以通過注入管柱下入到井內，注入管柱下端須裝有喇叭口，且喇叭口應在造斜點以上，保證測井完成后儀器順利起出，不發生卡儀器問題。儀器通過喇叭口以后在重力作用下繼續向下移動，當儀器不能靠重力下移時，啟動牽引器，利用牽引器將儀器推送到井底，上提電纜過程中進行測井。
牽引器采用的是 Sondex 公司的牽引器，如圖 4所示。儀器外徑 54 mm，長度 7．4 m，牽引力 273 kg，耐壓103 MPa，耐溫 150 ℃，牽引速度 540 m/h。牽引器連接于電纜頭和測井儀器之間。在水平段和造斜段儀器不能靠自重下放，利用牽引器可以將儀器推送到測井目的層段。井下牽引器由兩組呈 90°交叉分布的驅動臂和扶正器組成。在進行井下儀器牽引時，*先打開牽引器驅動臂，使驅動臂端部的驅動輪支撐到套管壁并保持足夠的正壓力，然后驅動輪旋轉實現對儀器的推送。井下儀器牽引過程可在地面進行人工控制，通過控制命令和調整供電電壓可控制井下牽引速度和方向。該牽引器提供了多種井下測量參數，包括電纜頭電壓和張力、牽引速度、接箍深度等數據，所有這些沿井身測量到的參數均可在地面顯示出來，使施工具有安全性和可操作性。當斷開電源時，驅動臂在外力作用下可收回，保證儀器安全取出。
4 現場試驗及分析
2017 年 9 月在大慶油田采油八廠肇 X － 平 X 水平井注水井中*次進行了水平井注入剖面測井現場試驗。該井斜深2 055． 42 m，水平段長度為568． 46 m，試驗目的是通過注入剖面測井了解該井各層段的注水情況，同時對水平井測井工藝、儀器的適用性、井下牽引器及井口輔助裝置等設備的工作有效性和可靠性進行評價。現場試驗中，在密閉條件下錄取到了該井的注入剖面測井資料，進行了重復測量，重復測量結果在誤差允許范圍內，測井成果見表 1。該井施工壓力 6． 0 MPa，注入量45． 4 m3 /d，有 7 個射孔層，分 8 個測點測量，2 個層有吸入顯示，其中，P13( 1) ( 1 734 ～ 1 767 m) 層絕對吸入量4． 5 m3 /d，相對吸入量為9． 91 %，P13( 1) ( 1 899 ～1 943 m)層絕對吸入量 40． 9 m3 /d，相對吸入量為 90． 09% ，測井成果見表 1。通過與甲方的交流，再結合該井的動靜態資料及周圍井的工作狀況，采油廠的地質人員認為本次測井結果能比較準確地反映該井的注入情況。
5 結論
1) 室內實驗表明，在儀器居中條件下，單相水流隨著井眼斜度變化對硫酸銅流量計的儀表常數沒有影響，即井眼斜度變化對硫酸銅流量計的流量測量結果沒有明顯影響，硫酸銅流量計能夠滿足水平注水井注入剖面測井要求。
2) 現場試驗證明，本文所研究的測井工藝和測井儀器能夠滿足水平井籠統注水井注入剖面的測井要求，目前現場已投入小規模應用，為水平井開發提供了有效的注入剖面監測手段。