刘志强

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163153)

0 引 言

大庆油田随着开发的深入难度逐渐增加，水力压裂技术作为一项增产技术在大庆油田应用十分广泛[1]。在大庆油田随着压裂技术应用频次的增加，由该技术产生的次生问题逐渐显现，施工期间相邻井被压窜现象尤为突出。如何在施工期间采取有效措施降低邻井压窜的风险已经迫在眉睫，然而目前相关研究和技术还较少[2]。其中一种思路是在压裂施工期间准确监测裂缝方位和尺寸，并进行参数控制达到防治压窜的作用。裂缝监测技术是目前常用的观察裂缝走向和尺寸的措施，国内、外压裂过程裂缝监测的手段主要是井间微地震方法。井间微地震根据实施方式的不同可分为地面监测方式、井下监测方式和井口监测方式3种[3]。杜文军等研究指出井口监测和地面监测方式仅适合于较浅的储层压裂监测[4]，并且容易受地面压裂设备运转干扰。同时，现场施工监测结果表明，裂缝的尺寸往往因解释方法的不同相差较大。并且，解释结果需要在压裂施工之后进行计算分析才能给出，这种方式往往不能及时指导现场施工。

为能够实时微调压裂施工方案、避免井间压窜，研究了一种基于物联网管理系统的压裂井干扰试井工艺，并进行了大量的现场试验。

1 基于邻井数据耦合的压裂井干扰试井工艺

1.1 设计思路

大庆油田从1973年开始进行压裂，目前压裂井数量已超过50 000井次[5]。由于压裂频次的提高，压裂井邻井极有可能被压窜，造成注采系统的混乱，压裂井邻井被压窜时其井底压力也必然产生较大的波动和变化。目前采用存储式电子压力计和直读式电子压力计都能够完成井底压力的监测，但采用存储式电子压力计需要起出仪器回放后方可获取井底压力数据，数据反馈和应用都不及时。直读式电子压力计能够实时获取井底压力数据，近年来出现了直读式电子压力计监测数据的无线传输技术[6]，使得井底压力数据反馈和应用变得更加方便。因此，可以利用监测的压裂井邻井井底压力计数据和压裂施工实时数据进行耦合分析，利用耦合分析结果实时微调压裂施工方案，确保压裂井邻井不被压窜。

物联网技术已经在各个行业深入应用[7]，本文提出了一种基于物联网管理系统的压裂井干扰试井工艺。以油井为例，通过压裂施工期间在被压裂井各个邻井内下入直读式电子压力计，安装在井口的直读接收器接收井底压力数据，直读接收器将多口邻井压力数据分别上传至云服务器，如图1所示。控制系统通过物联网技术调取上述压力数据并与压裂施工数据进行耦合分析，从而实现压裂施工期间对邻井压裂干扰

图1 井口物联管理系统原理

的实时监测和显示。现场施工人员可根据该监测系统提供的信息及时调整施工参数，达到避免压窜的风险。

1.2 基本架构

通过对上述干扰试井工艺的介绍可以看出该过程是由多个模块协同完成的，基本流程如图2所示。该流程可以分为邻井井底监测单元、数据发射单元、云处理器单元、压裂控制数据调取及耦合单元以及施工参数控制系统。

图2 基于邻井数据耦合的压裂井干扰试井工艺流程图

1)井底监测单元：该系统单元主要用于监测多口邻井井底压力、温度等数据信号。通常通过抽油机井偏心井口或注水井井口将直读式压力计下放至目的深度。为了数据的准确性，目前常采用测井电缆将压力数据传导至井口[8]。

2)数据发射单元：该单元主要设备为地面直读接收器，接收器可将井底压力计将采集的数据信号接收并发送至云服务器。

3)云处理器单元：该单元可以接收来自多口邻井的井底压力数据，并将数据分配给其它系统。

4)压裂控制数据调取及耦合单元：调取云处理器接收的邻井压力数据并与压裂施工数据(排量)进行耦合，在同一坐标系下进行归一化处理得到多井耦合的施工监测曲线，即可实时监测压裂施工对邻井的干扰程度。

5)施工参数控制单元：根据干扰监测系统给出的信息和当前施工参数调整下一步施工参数，从而降低或者避免压裂井对邻井的干扰。

2 干扰监测系统设备组成

压裂井干扰监测系统主要设备包括井底压力计、井口数据直读接收器、云处理器、耦合数据处理器，其中井底压力计、云处理器、耦合数据处理器是该系统的核心部分。

2.1 井底压力计

采用武汉三江集团生产的MPS9A直读式电子压力计进行压力测试，压力计的精度为万分之五，压力计配接了转换接头、方便了与测井马龙头的对接。MPS9A直读式电子压力计采用双通道压力采集系统，即便一个通道出故障时另一信号通道也可正常采集信号。仪器外径22 mm，压力量程0～60 MPa，温度量程0～150 ℃，信号采集速度1 s/点。

2.2 井口数据发射器

井口数据发射器是利用直流载波技术将井底压力计采集的数据通过电缆传输并存储至地面直读接收器，同时将数据信号发射至云服务器。为保证施工数据的连续性，井口数据发射器采用自动重连技术，当网络不稳定或其它原因导致的数据传输中断时，该单元可以自动重新与云服务器重新连接。目前监测系统采用的直读接收器可存储超过200万组数据，以最小1 min的间隔向云服务器传输数据。

2.3 云处理器

云服务器利用物联网无线传输模块，采用http协议在云服务器和直读接收器之间建立连接，云服务器端将接收到的井口数据存储到云服务器端的数据库[11]。当邻井数据较多时，云服务器可以采用数据库技术将邻井井底数据进行存储，方便后期研究和调用。云服务器存储容量大于1 T，支持至少1 024台直读接收器同时向其发送数据，支持至少100个用户同时在线查询，网页端可自由设置查询区间，可实现数据下载。

2.4 耦合数据处理器

耦合数据处理器可以从云服务器直接调取多口压裂井邻井的井底数据，同时将压裂数据与邻井井底压力数据进行耦合，如压裂施工排量。进而将多组数据同时显示到压裂中控系统。同时该系统可以进行简单的数据分析，如添加压力曲线辅助线、切线等。

3 应用效果分析

通过压裂干扰监测系统可以实时监测压裂井对邻井影响程度，为压裂施工参数的调整提供依据。2018年对大庆油田Y井开始压裂，同时在其邻井P1、P2、P3下入直读式井下压力计。2018年3月26日13:00开始记录三口井直读式井下压力计数据，并通过干扰监测系统与压裂施工参数进行耦合，如图3所示。

图3 大庆油田某井压裂干扰监测系统的监测数据实例

从图3可以看出：P1、P2、P3三口井记录的压力曲线无中断、设备及网站工作稳定。压裂井进行了3次稳定排量的注入施工。在压裂注入期间，邻井P2、P3井底的压力曲线较为平稳，未出现与注入阶段响应的变化。与之相反，邻井P1的井底压力出现了三次压力响应，并且每次压力变化与注入时间重合较好，每次停泵后邻井P1井底压力降落。压裂井与邻井P1三段都有随动反应，压力信号传导明显，显示连通良好。表明邻井P1与压裂井同属一个压力系统，且压裂井对邻井P1产生了干扰，并且干扰程度较强。

2018年7月对N8-A井进行分层压裂，施工4井次，施工期间采用压裂干扰监测软件。N8-A-1井是N8-A井的一口监测水井，两井间的距离是234 m，测试的曲线如图4所示。从图中可以清楚地看到，在压裂井N8-A压裂时，N8-A-1井有明显的干扰随动反应。第4次压裂施工期间，两井无随动反应，但第二、第三随动反应比较明显，时滞分别为1.7 h和1.3 h，压力相应幅度为0.7 MPa和0.98 MPa。

图4 N8-A-1井测试曲线与压裂井时间同步曲线

2018年大庆油田共在6口压裂施工中测试了压裂干扰监测系统，见表1，其中监测邻井数量为27井次。通过监测显示，16井次出现了与压裂井连通的现象，占总井数的59.3%。通过该系统，及时调整施工参数，上述邻井中仅1口井出现了压窜的现象，有效降低了压裂期间井间压窜的风险。

表1 压裂干扰监测系统试验结果统计表

4 结 论

针对大庆油田压裂施工期间井间干扰问题，在已有施工设备的基础上，提出了基于邻井井底数据耦合的压裂干扰监测系统。该系统采用物联网技术思想，将多口井的井底压力数据与压裂施工数据耦合在一起，实时给出压裂井对邻井的影响。同时建立的井口压力预警方法合理，有效保证了压裂过程中的邻井安全。通过6口压裂井和27口监测井的施工结果，显示该系统运行稳定，有效降低了压裂期间井间压窜的风险。