嚴正國，陳博，李冰，霍東凱，曹亢，吳銀川

1.西安石油大學陜西省油氣井測控技術重點實驗室（陜西 西安 710065）

2.中國石油長慶油田分公司第六采油廠（陜西 榆林 718606）

3.中國石油集團測井有限公司長慶分公司（陜西 西安 710200）

近年來，隨著油氣田的不斷生產(chǎn)開發(fā)，套管由于外力擠壓、自然老化、化學腐蝕等多種因素而導致的套管損壞概率大大增加，嚴重影響到油氣開發(fā)效率[1-2]。套管損壞會導致套破點大量出液，造成一些具有生產(chǎn)潛力的油井突然產(chǎn)油量下降，含水率上升，嚴重影響到油井的生產(chǎn)開發(fā)[3]。因此，想要將這類油井恢復生產(chǎn)，必須對其進行套破井治理。常規(guī)套損井治理分為短效治理和長效治理，短效治理采用封隔器隔采的方法[4]，有效期短，且套管腐蝕、結(jié)垢嚴重時，容易出現(xiàn)封隔失效的情況，嚴重影響到隔采效果。長效治理采用堵漏的方法[5]，將漏點封堵住，使油井恢復生產(chǎn)，其技術難點在于精準定位套損井下的漏點。傳統(tǒng)的工程測井無法精準迅速定位漏點，封隔器卡封找漏占井周期長，定位精度低，尤其是遇到套管存在嚴重腐蝕、結(jié)垢或存在套管變形時有效性和成功率低。因此，套破井找漏及精確定位技術是各大油田套損井治理亟需解決的技術難題[6]。由于停產(chǎn)狀態(tài)下油井處于壓力平衡狀態(tài)，套破點不出液，井液缺乏流動性，故而靜態(tài)檢測難以準確定位套破點及出水點。鑒于此，本文提出了一種套損井下找漏的檢測方法，運用氮氣氣舉技術使地層與井筒之間形成壓差，使套破點出液，結(jié)合VideoLog可視化測井技術，觀察水流及水向標流向，判斷套損井漏點。該技術在長慶油田得到應用，取得了滿意的工程效果。

1 VideoLog井下可視化測井技術

油氣井下可視化檢測技術是針對井下惡劣環(huán)境而設計的井下圖像采集、通信和井下圖像處理的總稱[7]。早期的油氣井可視化檢測技術稱為“井下電視”，由傳輸介質(zhì)大體上可分為利用測井電纜傳輸圖像的“鷹眼井下電視”[8]和利用光纖傳輸圖像的“光纖井下電視”[9]?！苞椦劬码娨暋笔褂脝涡緶y井電纜傳輸圖像，設備便攜性強，能夠適應大部分井下環(huán)境，但其傳輸圖像幀率低，延遲大，圖像效果不佳。“光纖井下電視”使用單模光纖或多模光纖傳輸圖像，所傳輸圖像幀率高，延遲小，但是由于光纖的基本特性，導致井下要求高，可靠性差。而新一代VideoLog油氣井可視化檢測技術同時兼具“光纖井下電視”視頻的流暢度和“鷹眼井下電視”的高適應性，利用普通測井電纜實時傳輸幀率高的彩色圖像，經(jīng)過實際測試，使用長達5 000 m的普通七芯鎧裝測井電纜所能夠達到的傳輸速率高達2 Mbps，是全新一代可視化測井技術裝備[10]。

2 氣舉可視化找漏技術

針對井下精確找出漏點的問題，結(jié)合了Video-Log井下可視化測井技術以及氮氣氣舉工藝，提出了一種氣舉可視化找漏方法，具有實時性高、可靠性強以及效果直觀準確的優(yōu)勢。

2.1 技術原理

工程中當油井產(chǎn)生泄漏時，井筒壓力和地層壓力處于平衡狀態(tài)，井筒內(nèi)液體流動不明顯，通過檢測液體流動確定漏點位置較為困難。論文提出使用橋塞封堵產(chǎn)層（射孔段）后，使用氣舉工藝使井筒內(nèi)部分液體排出，打破井內(nèi)的平衡狀態(tài)，在井筒內(nèi)形成負壓即地層壓力大于井內(nèi)壓力，促使漏點出液，使井筒內(nèi)液體流動明顯，然后使用可視化設備觀察液體流向，可判斷出漏點位置。

氣舉前地層與井筒壓力平衡，井液流動不明顯，為氣舉可視化找漏作業(yè)，需準備可視化儀器、氮氣車、儲液罐和氣舉管柱等設備。此時油井工作狀態(tài)如圖1所示，其中可視化地面控制系統(tǒng)為可視化儀器提供電源并實時觀測井下情況；盤根的作用是密封井口，使井下產(chǎn)生密閉空間；制氮車用于提供氣舉時所需的氣體；儲液罐用于儲存氣舉所舉升的井液；氣舉管柱用于回流井液；可視化儀器位于喇叭口下方，負責采集井下視頻數(shù)據(jù)；水向標用于輔助指示井液流向。

圖1 氣舉可視化技術示意圖（氣舉前）

如圖2所示，氣舉作業(yè)時隨著氮氣的不斷注入，在壓力作用下，井液將沿氣舉管柱回流到地面的儲液罐中，直到井液液面下降到喇叭口位置，氣舉作業(yè)結(jié)束。此時地層壓力大于井筒內(nèi)壓力，井內(nèi)形成負壓，泄漏點將會有明顯的液體流動。利用可視化儀器觀察喇叭口與橋塞之間井液流動情況，從而判定泄漏點的位置。

圖2 氣舉可視化技術示意圖（氣舉后）

2.2 理論分析

井下氣舉作業(yè)時，一般將舉通視為氣舉找漏的理想狀態(tài)，而舉通是指氣舉加壓后，喇叭口以上的井液全部通過氣舉管柱排出。氣舉作業(yè)時，想要達到舉通理想狀態(tài)所需的壓力為[11]：

式中：P1為舉通狀態(tài)下所需要的壓力，MPa；H1為下放氣舉管柱的深度，m；ρ為井液的密度，g/cm3。

但是在實際氣舉找漏時，想要達到舉通這種狀態(tài)較為困難，所以將井液能夠盡可能從氣舉管柱排出視為相對舉通理想狀態(tài)，此時所需的壓力為[11]:

式中：P2為井口出液時所需要的氣舉壓力，MPa；D為套管的外徑，m；h1為套管的壁厚，m；d為油管的內(nèi)徑，m；h2為油管的壁厚，m。

當氣舉結(jié)束泄壓之前，井液不再由氣舉管柱排出，這時地層壓力與井液所形成一定的壓差，其大小為[12]：

式中：ΔP為壓差，MPa；Q為氣舉過程中井液通過氣舉管柱排出的出液量，m3。

2.3 施工工藝流程

1）通井、洗井。通井作業(yè)能夠保證可視化儀器的可通過性，避免儀器卡在井下難以通過，進而損壞可視化儀器。洗井作業(yè)能夠保證可視化儀器視野通透，為可視化測井打下良好的基礎。

2）驗證氣密性。使用橋塞封堵產(chǎn)層后，把氣舉管柱下放至井下液面約百米處，并加壓驗證井口的密封情況。將制氮車連接到井口單流閥門入口處，閥門出口連接儲液罐，同時安裝井口防噴管及防噴器，防止井噴事故的發(fā)生。儀器設備全部連接好后加壓10 MPa，保持壓力狀態(tài)下5 min后壓力降不得超過0.5 MPa，以證明井口的氣密性。

3）制造井下負壓。使用氣舉工藝將井液由氣舉管柱排出，存儲在儲液罐中，直到氣舉達到相位舉通理想狀態(tài)，井液不再從氣舉管柱排出，此時井筒內(nèi)產(chǎn)生壓力差，其壓差大小由公式（3）得出。

4）可視化找漏。在井筒內(nèi)壓差狀態(tài)下，即井筒內(nèi)的壓力小于地層附近的壓力，此時打開盤根泄壓，下放可視化儀器。如果油井存在漏點，在壓力作用下，井下漏點逐漸出液，并且在井筒內(nèi)形成流態(tài)，井筒內(nèi)液位回升，在壓力恢復過程中結(jié)合可視化測井技術，通過判斷井筒內(nèi)井液或者水向標的流動方向，進而監(jiān)測井下液體的流向，尋找追蹤套損井井下漏點。

3 工程應用

為了驗證氮氣氣舉可視化的應用效果，在長慶油田選取了某泄漏實驗井進行測試，通過Videolog可視化測井技術所獲取到的視頻資料以及照片文件，為精確找出井下漏點位置提供了客觀有利的依據(jù)。

3.1 應用實例

長慶油田某泄漏實驗井，2019年8月2日含水由34.6%突升至100%，初步判斷分析該井存在套破。擬對該井開采層實施井下氣舉可視化找漏技術，通過該技術找出水層位及漏點，為下一步堵漏措施提供客觀依據(jù)。

3.2 施工工程

等待通井、洗井完成后，使用橋塞堵住產(chǎn)層，將氣舉管柱下放至合理位置，加壓驗漏。待驗漏標準通過后，對油井安裝井口設備并試壓井口密封情況。

將可視化儀器從0 m開始以600 m/h的速度勻速下至1 280 m喇叭口位置開始氣舉。根據(jù)井筒的各項數(shù)據(jù)，結(jié)合式（2）得出，施工時氮氣舉通壓力應控制在11.2 MPa，持續(xù)氣舉直到出口不再有井液排出時停止氣舉。此時打開盤根泄壓，在泄壓過程中，控制可視化儀器從喇叭口勻速下放至橋塞位置，并控制可視化儀器的下入速度小于20 m/min。觀察井壁套管破損情況的同時觀察井液流向和水向標飄動方向，進而監(jiān)測井液流向?？梢暬瘷z測井段為1 280～1 880 m，喇叭口—橋塞。

3.3 結(jié)果分析

通過可視化儀器從喇叭口到橋塞位置所拍攝的視頻圖像，發(fā)現(xiàn)井液中的絮流和水向標在1 378.342 m處井液向上流動，如圖3所示。將可視化儀器繼續(xù)下放，發(fā)現(xiàn)在1 379.145 m處存在異常湍急旋渦狀水流，水向標橫向飄動，如圖4所示，初步判斷此處存在漏點。

圖3 漏點上方表現(xiàn)圖

圖4 湍急旋渦狀水流圖（漏點）

接著再下放可視化儀器，靜止觀察，發(fā)現(xiàn)下方（1 380.346 m）井液無明顯流動性，如圖5所示。懸停儀器觀察5 min后繼續(xù)下放可視化儀器，尋找下一個漏點位置。

圖5 漏點下方表現(xiàn)圖

最后等待井筒內(nèi)壓力恢復平衡狀態(tài)，觀察視頻圖像，驗證之前判斷的漏點位置（1 379.145 m）是否有套破點。圖6為壓力平衡狀態(tài)下套損漏點圖，由于井筒內(nèi)壓力恢復平衡狀態(tài)，井液不再流動，井液在不斷沖刷井下漏點，所以漏點附近井液清晰，通過觀察，發(fā)現(xiàn)井壁存在套破點（1 379.087 m），結(jié)合壓力差狀態(tài)下的異常湍急旋渦狀水流和井筒壓力平衡狀態(tài)下的視頻圖像，確認該段（1 378～1 380 m）為套破出水段。

圖6 油井套損漏點圖（壓力平衡）

4 結(jié)論

本文將氮氣氣舉技術和VideoLog可視化測井技術相結(jié)合，提出了一種井下套管找漏的方法。通過分析判斷長慶油田氮氣可視化找漏視頻圖像，能夠得出以下幾條結(jié)論：

1）在壓力不平衡狀態(tài)下，通過井液和水向標方向判斷出井液流動，若井液向上流動則說明井下漏點在下方。

2）在壓力不平衡狀態(tài)下，井筒內(nèi)的井液呈現(xiàn)出紊流狀或者旋渦狀，則說明此處存在漏點。

3）在壓力不平衡狀態(tài)下，當可視化儀器懸停時，井液和水向標沒有流動性則說明下方不存在出水點。

4）壓力平衡狀態(tài)下，由于水流的不斷沖刷，漏點位置清晰可見，可以作為驗證漏點的有利證據(jù)。

經(jīng)由長慶油田的實際應用得出，氣舉可視化找漏是一種準確高效的油井套破找漏技術，具備應用和推廣價值，同時也為類似油井找漏提供了技術指導和實際經(jīng)驗。