圖 A與B井并排安裝的聲波數(shù)據(jù)記錄儀。
連續(xù)的井下監(jiān)測數(shù)據(jù)對于合理的油藏管理和油田開發(fā)決策至關(guān)重要。傳統(tǒng)上，運(yùn)營商依賴鉆井作業(yè)期間的壓力數(shù)據(jù)，或是無鉆機(jī)干預(yù)手段（如靜態(tài)梯度測量（SGS）或壓力恢復(fù)測試（PBU））所獲取的壓力數(shù)據(jù)。然而，這些方法采樣頻率低，且關(guān)井條件不穩(wěn)定，往往會產(chǎn)生含噪聲的數(shù)據(jù)，進(jìn)而導(dǎo)致解釋結(jié)果模糊、投資決策不理想以及產(chǎn)量延遲。
為了克服這些局限性，伊拉克南部兩個油田的四口觀察井被改裝，配備了實(shí)時無線井下壓力溫度計（PDGs）。這些儀器能夠在較長時間內(nèi)進(jìn)行高頻數(shù)據(jù)采集，從而可以在穩(wěn)定條件下對油藏的響應(yīng)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。
這兩個油田在一次采油階段已產(chǎn)出大量原油，之后分別于2016年和2024年啟用注水方案，實(shí)施二次采油。在擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)施和投入更多資金之前，對這些方案進(jìn)行評估至關(guān)重要。傳統(tǒng)的靜態(tài)梯度測量（SGS）、重復(fù)式地層測試器（RFT）以及壓力恢復(fù)測試（PBU）數(shù)據(jù)顯示出不一致的壓力趨勢，不足以支持關(guān)鍵的開發(fā)決策。
相比之下，對為期14個月的壓力溫度計（PDG）數(shù)據(jù)集的分析，揭示了清晰且可量化的油藏再增壓情況——每月增壓幅度在9至160磅/平方英寸之間，這直接歸因于注水作業(yè)。這種連續(xù)監(jiān)測方法提供了可信度高的見解，為優(yōu)化二次采油規(guī)劃和證明進(jìn)一步投資的合理性提供了必要依據(jù)。
油田概況
伊拉克南部的這兩個油田分別發(fā)現(xiàn)于1949年和1975年，截至2019年中期，通過約650口油井，累計產(chǎn)出超過32億標(biāo)準(zhǔn)桶原油。第一個油田為北北西-南南東走向的背斜構(gòu)造，包含四個構(gòu)造穹窿；第二個油田則由背斜圈閉和斷層控制圈閉共同構(gòu)成。主要儲層分布方面，第一個油田位于上白堊統(tǒng)和下白堊統(tǒng)，第二個油田則涵蓋始新世至白堊世地層。
巖石物理分析證實(shí)，兩個油田均以石灰?guī)r和砂巖為主的地層為主，具有有利于油氣儲存和開采的孔隙度與滲透率。總體而言，這些油田的原油產(chǎn)量約占伊拉克原油總產(chǎn)量的15%，已探明儲量超過160億標(biāo)準(zhǔn)桶。
2009年和2018年，這兩個油田的運(yùn)營權(quán)分別由兩家國際財團(tuán)接管，它們計劃通過大型基礎(chǔ)設(shè)施升級（包括注水和處理廠、管道網(wǎng)絡(luò)以及新井開發(fā)），到2028年將聯(lián)合產(chǎn)量提升至165萬桶/日。
經(jīng)過5年的開采，儲層壓力衰竭問題逐漸顯現(xiàn)。為此，油田啟動了注水項(xiàng)目。第一個油田的注水系統(tǒng)于 2013年完成設(shè)計，2016年投入使用，截至2022年的日注水量高達(dá)30萬桶。第二階段計劃將日注水量提升至85萬桶，該方案有待評估結(jié)果確認(rèn)后推進(jìn)。第二個油田于2024年7月啟動了試點(diǎn)注水項(xiàng)目，日注水量為8萬桶，其模塊化擴(kuò)建計劃的實(shí)施取決于試點(diǎn)項(xiàng)目的成效。
動機(jī)與井的選擇
如圖1a和圖1b所示，對第一個油田的重復(fù)式地層測試器（RFT）、靜態(tài)梯度測量（SGS）和壓力恢復(fù)測試（PBU）數(shù)據(jù)的分析表明，截至2016年，該油田的壓力以每月4–6磅/平方英寸的速度下降。然而，由于地層非均質(zhì)性、水力屏障、采樣頻率低以及測量方法不一致等因素導(dǎo)致數(shù)據(jù)存在噪聲，后續(xù)注水作業(yè)的影響并不明確。這些局限性使得在估算再增壓情況時存在很大不確定性，因此需要進(jìn)行連續(xù)的井下監(jiān)測，以支持關(guān)鍵的最終投資決策。
圖1a和圖1b——第一個案例研究油田的儲層壓力衰竭情況（實(shí)測壓力與初始壓力之差）。
在第一個油田的再增壓評估中，選取了北部區(qū)域的兩口觀察井（A井和B井）。在第二個油田，啟動了一項(xiàng)連續(xù)監(jiān)測計劃，采用1:2的注水井與觀察井配比，選取觀察井C和D來評估早期注水作業(yè)的效果。
無線技術(shù)的選擇
為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和關(guān)井階段的長期儲層監(jiān)測，此次選用了由Acoustic Data公司設(shè)計開發(fā)的商用實(shí)時遙測壓力溫度計——SonicGauge無線監(jiān)測系統(tǒng)，其優(yōu)勢在于操作簡便、性能可靠且具有成本效益。該無線壓力溫度計通過生產(chǎn)油管以聲學(xué)方式向地面實(shí)時傳輸數(shù)據(jù)，無需對井口進(jìn)行改造就能實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測。
該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，可通過鋼絲繩進(jìn)行翻新安裝，并使用非爆炸性的機(jī)電坐封工具進(jìn)行部署。其外徑為1.31英寸的高膨脹式儀表懸掛器，允許在任意深度靈活安裝，無需預(yù)先安裝短節(jié)或特定輪廓裝置，因此適用于大多數(shù)井的設(shè)計。
其優(yōu)勢包括：完全無線安裝，無需使用鉆機(jī)或起出油管；部署和調(diào)試迅速，僅需2至4天；使用壽命長達(dá)8年（具體取決于數(shù)據(jù)采集頻率和井底溫度）；采用高精度Quartzdyne或Keller傳感器進(jìn)行壓力和溫度測量；電池耗盡后，可通過鋼絲繩進(jìn)行經(jīng)濟(jì)高效的檢修和重新部署。
傳統(tǒng)修井作業(yè)（僅壓力溫度計安裝和鉆機(jī)調(diào)動費(fèi)用通常就超過200萬至300萬美元）會超出預(yù)算限制，而實(shí)時無線壓力溫度計則提供了一種切實(shí)可行的替代方案。它以非侵入方式滿足了連續(xù)井下監(jiān)測的所有技術(shù)和商業(yè)要求。
儀器設(shè)計與安裝
針對每口井，都開發(fā)了內(nèi)部聲學(xué)衰減模型，用于估算信號損失并優(yōu)化聲學(xué)中繼器的數(shù)量和位置。關(guān)鍵的設(shè)計輸入包括完井圖和井斜測量數(shù)據(jù)，這些對于確保井下實(shí)時無線壓力溫度計（PDGs）傳感器到位于采油樹處的地面聲波數(shù)據(jù)記錄儀（SDL）之間實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸至關(guān)重要。聲波數(shù)據(jù)記錄儀會將實(shí)時壓力和溫度數(shù)據(jù)傳輸至運(yùn)營商的辦公室服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測。
在第一個油田，A井的實(shí)時無線壓力溫度計安裝深度為2175米，B井的安裝深度為2400米。設(shè)計中配備了足夠的中繼器，以確保壓力溫度計的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包能夠一路傳輸至地面。B井的部署工作于2022年7月用兩天時間完成。這些設(shè)備后來在2022年10月被回收，并在之后為期兩天的作業(yè)中重新安裝到了A井。
在第二個油田，C井和D井各配備了三個實(shí)時無線壓力溫度計（PDGs）。其中，C井的三個儀器分別安裝在2380米、2083米和1548米深度；D井的三個儀器則分別位于2380米、2227米和1882米深度。兩口井的安裝工作均于2024年11月完成，每口井的安裝過程約需3至5天。C井和D井的多傳感器配置具有額外優(yōu)勢，能夠捕捉壓力梯度，這一特性可用于監(jiān)測流體界面移動或早期發(fā)現(xiàn)水突破現(xiàn)象。
儀器性能與數(shù)據(jù)分析
第一個油田的結(jié)果。A井和B井的實(shí)時無線壓力溫度計（PDGs）設(shè)定為每2小時傳輸一組壓力和溫度數(shù)據(jù)。一個實(shí)時無線壓力溫度計數(shù)據(jù)記錄儀安裝在現(xiàn)有的混凝土基座上（見上文圖 2）。
監(jiān)測工作立即在B井展開，持續(xù)了99天，隨后在A井進(jìn)行，直至2023年8月，共持續(xù)288天。兩套系統(tǒng)均自主運(yùn)行，由太陽能電池板供電，并通過移動網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至安全的云服務(wù)器。
圖3a和圖3b顯示出明顯的再增壓趨勢，每月約20磅/平方英寸，這驗(yàn)證了注水作業(yè)的有效性。這些結(jié)果為一項(xiàng)重大投資決策提供了支持，即把水處理能力提升至85萬桶/日，從而使原油產(chǎn)量能夠達(dá)到70萬桶/日。
圖3a和圖3b——A井和B井的實(shí)時無線壓力溫度計（PDG）實(shí)時壓力數(shù)據(jù)。
第二個油田的結(jié)果。C井和D井的儀器設(shè)定為每4小時傳輸一次數(shù)據(jù)，從部署后第19天開始啟動。數(shù)據(jù)記錄儀在現(xiàn)場供電，數(shù)據(jù)通過MODBUS協(xié)議傳輸。
第二個油田部署的儀器所提供的連續(xù)數(shù)據(jù)證實(shí)，C井的再增壓速率為每月9磅/平方英寸，D井為每月160磅/平方英寸。盡管這兩口觀察井監(jiān)測的是同一口注水井的注水影響，但再增壓速率的巨大差異凸顯了同一水力單元內(nèi)存在顯著的儲層非均質(zhì)性和不同的連通性。
本研究聚焦于伊拉克南部兩個面臨儲量枯竭的成熟油田，這些油田因此規(guī)劃并啟用了注水方案。研究過程中，選取了合適的井位，設(shè)計并部署了實(shí)時無線壓力溫度計（PDGs），以監(jiān)測儲層再增壓情況并評估注水效果。
在第一個油田，超過365天的連續(xù)壓力數(shù)據(jù)證實(shí)，其北部區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了成功的再增壓，平均每月增壓約20磅/平方英寸。在第二個油田，70天的監(jiān)測顯示出差異明顯的再增壓速率——分別為每月9磅/平方英寸和160磅/平方英寸，這表明該區(qū)域儲層存在顯著的非均質(zhì)性。
這些結(jié)果驗(yàn)證了注水作業(yè)的有效性，為關(guān)鍵的油田開發(fā)決策提供了支持，也讓人們有信心推進(jìn)設(shè)施升級和新井開發(fā)方面的投資，從而提高產(chǎn)量和采收率。
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