分布式光纤监测及ICD配合技术应用注水剖面监测

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分布式光纤监测及ICD配合技术应用注水剖面监测

时间：2020-08-10 09:53 来源：作者:高硕刘镇领

为掌握注入井井况和注入剖面，选取一口试验井，应用ICD阀配合可膨胀封隔器及光纤DTS系统开展了现场试验。此项技术已经在套管井和裸眼ICD生产井中进行了应用，DTS系统布置在生产封隔器上方。本次试验采用ICD及DTS配合进行裸眼完井，在全球尚属首次。试验目的是实时提供多速率测试信息、实时分区注入分析，免去水平井流量计测井和修井作业。

本文所述现场试验采用喷嘴式ICD设计。ICD位于井筒和环空之间，进行流量限制。ICD上的压降与流速的平方成正比，能够有效地防止任何一个部位（ICD位置）出现沿井筒方向的优势流体流出。ICD阀如图13所示。

图1 ICD阀示意图

在过去的六年中，Saudi Aramco公司率先采用先进的完井（AWC）技术，利用ICD、机械或膨胀式封隔器在其生产井中实现裸眼分段。这项技术降低了开发成本，同时延迟了不必要的水锥和气锥。Saudi Aramco公司初代AWC系统中，在7英寸完井管内钻出裸眼侧管，以提供所需的接触面积/储层区域，以优化速率和回收率。
近期设计将ICD完井技术与DTS监测相结合，用于7″套管下方的6-1/8″裸眼井段，以监控和控制每个部位的实时流入，延长油井寿命并提高恢复能力。该案例涉及利用DTS和ICD技术来j监控近水平井中裸眼段的注入剖面，如图2所示。利用两种类型的带旁通装置的膨胀封隔器（渗透型和超吸型）进行封隔，并提供DTS通道。使用裸眼测井数据的水力模型优化封隔部位长度，以便在整个井段长度上均匀地分配注入，以优化注入效率并延迟生产井中的水锥。

图 2: 带有膨胀封隔器的试验井的完井图

完井设计
如表1所示，将储层分为六个层段。

表1 储层分布

	顶部	底部	长	ICD数量
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

依据图3a和3b中所示的裸眼井测井图，使用工业标准水力模型来进行ICD完井设计。如图所示，该储层沿整个井段具有均匀的孔隙度，并且存在少量碳酸盐层段。因此，利用ICD和封隔器的间距以封隔碳酸盐部分，同时沿井段分配所需的注入速率。为降低井底部位完井时被卡的风险，决定将裸眼封隔器的数量限制为6个，从而减少了封隔层数。

为验证该井中ICD的使用效果，使用工业标准模拟器对裸眼完井情况进行建模，结果如图4a所示。该图显示所有注入的流体将在前450英尺处进入储层部位，而其余裸眼段出现交叉流动，原因是从趾端至跟部存在较高的储层压差（约50psi）。在设置ICD的情况下运行相同的水力模型（其细节见图2和表1）。图4b为裸眼和ICD完井对比图，证明已经消除了裸眼井横向流动，并且产生了相对均匀的注入剖面。

DTS系统
光纤分布式温度传感系统（DTS）和永久性井下监测系统（PDHMS）于2009年4月成功完成安装。光纤DTS光缆连接并固定在生产油管柱上，提供全井多点温度监控曲线，减少了修井需求。DTS系统实时监测ICD隔室之间和ICD隔室内部的注入速率，并识别交叉流动，其数据可用于优化注入和储层管理。恶劣环境下，DTS监控单元的安装如下：2009年4月13日至14日，将光缆以及穿越组件安装到生产封隔器上；2009年4月15日，在生产封隔器上方安装传感光缆；2009年4月16日，完成DTS光缆布置并在井场安装接线盒。应甲方要求，目前此次试验使用移动存储器记录读数。在获得技术批准后，将安装永久监控系统以提供实时数据监控，并将其绑定到客户的数据处理室。

DTS光缆位于在生产封隔器上方4 ½″管柱的外侧，然后交叉至3 ½″托管尾管，进而将DTS光缆、ICD和膨胀封隔器输送到6 1/8″裸眼内设置深度。分布在整个管柱长度上的光缆保护器为光缆提供保护，防止在入井操作期间损坏光缆。在安装过程中，需要不断监控DTS系统，以确保在整个安装中保持系统的光学完整性。
在对井口进行调整和测试之后，对光纤光缆进行熔接，并在井柴油置换操作期间监测3个半小时，以便在安装完成之后快速建立井的地温梯度。

储层优化
该储层为非均质裂缝碳酸盐岩，构造起伏较大。曾使用垂直动力注水器（PWI）在油田周边钻井以提供压力支持。由于这些井位于结构低位，距离第一线生产线向下倾斜4-5公里，靠近含水层，效率较低。井筒轨迹在结构上向上移动并转换为近水平完井。储层结构高度破碎，为压力支持方案的实施增加了难度。尽管这些井注入速率较高，但注入剖面将以裂缝为主，导致过早出现水锥，注水效果不良，并且在某些井中，出现储层中水多于油的现象。
为了在整个井的长度上均匀分布注入，优化波及系数并延迟水突，利用新的ICD技术进行了测试。注入井高度倾斜穿透整个储层，利用ICD完井技术与DTS相结合，对每个层段的实时流出量进行监测，计划注入率为2385m³/d（15MBD）。

初始注入
在ICD完井后，该井于2009年8月进行注入。在初始注入速率为8.4 MBPD时进行了测试。从初始注入温度曲线（图5中的蓝色曲线）中，可获得粗略定量的注入信息。该数据显示注入温度一直下降至到趾端，与地温梯度相比，注入温度低90°F，因此表明注入水已达到井底。后续将需要进行温度恢复测试进行定量分析。
在注入一段时间后，关井以确定注入性分布，并确认膨胀封隔器的隔离区域及其完整性。层段1的顶部，层段5和层段6温度都在缓慢地回升，表明这些间隔注入量较多。

如图6所示，对图5中的相同数据以时间维度呈现。同样，由于在储层间隔吸入注入水时已经发生近井筒冷却，因此封隔层段的温度缓慢恢复。层段4除外，因为层段4无ICD；这个层段以与套管鞋相似的速度进行温度恢复。该数据表明膨胀封隔器密封效果完好。DTS温度恢复曲线定量分析得出的注入曲线如图7所示。（未完待续）

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