海上油田深層潛山裸眼測試管柱的應(yīng)用與研究*

高科超， 尚鎖貴， 馮衛(wèi)華， 吳 軒， 楊 子

(1中海石油(中國)有限公司天津分公司 2中海艾普油氣測試(天津)有限公司 3中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司)

地層測試工作是評價(jià)和發(fā)現(xiàn)油氣資源的重要手段[1]，隨著常規(guī)油氣資源勘探程度的逐漸深入，深層潛山復(fù)雜油氣資源正逐步成為新的勘探領(lǐng)域。這類油氣資源埋藏深、成藏條件復(fù)雜，具有顯著的高溫高壓特征，同時(shí)儲層中往往含有腐蝕性流體[2]，這類儲層的測試評價(jià)作業(yè)難度高、風(fēng)險(xiǎn)大。渤海油田渤中深層潛山構(gòu)造就是渤海油田典型的深層潛山復(fù)雜氣藏，2011年在該構(gòu)造鉆探的科探1井揭示了該區(qū)潛山良好的勘探前景[3]，該井采用常規(guī)“坐套測裸”測試管柱進(jìn)行了測試，僅獲得5×104m3的瞬時(shí)日產(chǎn)量，后由于該井天然氣CO2含量50%～53%、CO含量1 200～1500 mg/L、H2S含量375 mg/L，僅持續(xù)放噴2 h即結(jié)束該井測試作業(yè)。

一、深層潛山裸眼測試工藝現(xiàn)狀

高等級的耐溫耐壓設(shè)備是深層潛山測試作業(yè)的基礎(chǔ)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，井下作業(yè)工具的耐壓已經(jīng)達(dá)到103 MPa，耐溫達(dá)到175℃，在深井條件下其耐H2S、CO2等腐蝕性氣體腐蝕能力基本滿足作業(yè)的需求。考慮到井下作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，行業(yè)內(nèi)公認(rèn)此類井作業(yè)在滿足基本地質(zhì)要求的前提下要最大程度地簡化測試管柱的結(jié)構(gòu)[4-6]。

目前渤海油田針對裸眼層測試通常采用“坐套測裸”的測試工藝[7]。2011年科探1井測試管柱是在常規(guī)測試管柱的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化，主要包括以下幾點(diǎn)：

(1)采用Champ-Ⅳ加強(qiáng)型封隔器作為APR測試管柱封隔工具，額定工作壓力可高達(dá)103 MPa，耐溫達(dá)到175℃，并且具備防硫防酸性能，滿足作業(yè)需求。

(2)采用選擇性測試閥(STV閥)作為開關(guān)井工具，該工具除了具備常規(guī)測試閥的多次開關(guān)井的功能之外，還具備鎖定開井功能，鎖開后則不再需要維持環(huán)空壓力。

(3)采用井下試壓開井閥作為初次開井及管柱試壓工具。井下試壓開井閥是在RDS循環(huán)閥的基礎(chǔ)上創(chuàng)新改進(jìn)的新工具，與RDS循環(huán)閥結(jié)構(gòu)及操作原理相似，不同點(diǎn)是井下試壓開井閥無循環(huán)孔，且球閥組裝與RDS循環(huán)閥相反，其試壓級別可達(dá)103 MPa[8]。

(4)RDS循環(huán)閥、RD循環(huán)閥組合使用，實(shí)現(xiàn)測試后的循環(huán)壓井作業(yè)。

(5)3支伸縮節(jié)組合使用實(shí)現(xiàn)管柱的伸縮補(bǔ)償。

通過在實(shí)際作業(yè)中的總結(jié)及后期的工藝分析，科探1井的測試工藝在深層潛山裸眼測試中存在井控、安全、環(huán)保等風(fēng)險(xiǎn)，具體表現(xiàn)如下：

(1)測試層深度達(dá)5 140 m的裸眼測試，組下測試管柱期間存在后效氣上竄風(fēng)險(xiǎn)，而該管柱下鉆期間無法實(shí)現(xiàn)循環(huán)功能，在出現(xiàn)井控風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，對海上平臺測試作業(yè)安全控制提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

(2)井下試壓開井閥的應(yīng)用解決了管柱試壓問題，但渤海油田通常采用柴油作為誘噴介質(zhì)，因此試壓介質(zhì)也只能用柴油作業(yè)，這就存在管柱刺漏柴油噴出的風(fēng)險(xiǎn)以及柴油試壓結(jié)束后放壓燃爆的風(fēng)險(xiǎn)。

鑒于以上原因，需要對科探1井的測試工藝進(jìn)行優(yōu)化，以適應(yīng)渤中深層潛山類似氣層的測試作業(yè)，減少風(fēng)險(xiǎn)，保障成功率。

二、改進(jìn)后的測試工藝

通過對現(xiàn)有工藝及測試新工具的綜合分析，對科探1井的測試管柱進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。改進(jìn)后的管柱增加RD旁通試壓閥(Rupture Disk Bypass Pressure Test Valve)與RDTST閥(Rupture Disk Tubing String Testing Valve)的組合使用，替代井下試壓開井閥實(shí)現(xiàn)初次開井及管柱試壓，相比科探1井的測試管柱，安全優(yōu)勢明顯(管柱結(jié)構(gòu)如圖1)。

1. RD旁通試壓閥

RD旁通試壓閥是RDS循環(huán)閥改進(jìn)應(yīng)用產(chǎn)品，其工作過程與RDS循環(huán)閥相反。該工具通常應(yīng)用于采用插入密封封隔器的測試管柱。正常使用工具入井時(shí)，球閥設(shè)置為關(guān)閉狀態(tài)在上，旁通孔設(shè)置為旁通狀態(tài)在下。管柱完成插入后，通過環(huán)空壓力操作，使心軸下移關(guān)閉旁通孔，實(shí)現(xiàn)測試管柱與環(huán)空的隔離，同時(shí)球閥開啟實(shí)現(xiàn)測試狀態(tài)[9]。

2. RDTST閥

RDTST閥是TST閥的改良產(chǎn)品，其試壓承壓機(jī)構(gòu)與TST閥相同，都是通過蝶閥實(shí)現(xiàn)密封，但其操作方式相比TST閥進(jìn)行了改良。RDTST閥的鎖開操作原理是通過擊穿破裂盤使芯軸移動從而實(shí)現(xiàn)鎖定，相比TST閥的壓差式操作原理，其適用范圍更廣、操作方式更為靈活。

3.組合技術(shù)優(yōu)勢

(1)RD旁通試壓閥在優(yōu)化后的測試管柱中屬于非常規(guī)使用(見圖1)，倒置入井。入井前設(shè)置球閥處于關(guān)閉狀態(tài)，旁通孔處于旁通狀態(tài)。RD旁通試壓閥的創(chuàng)新使用，實(shí)現(xiàn)了管柱的內(nèi)外連通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了測試管柱即時(shí)反循環(huán)功能及自動灌漿功能，避免了氣竄導(dǎo)致的井控風(fēng)險(xiǎn)。

(2)RDTST閥在優(yōu)化后的測試管柱中屬于正常使用，在管柱中的位置位于RD旁通試壓閥上部(見圖1)。入井時(shí)蝶閥處于試壓狀態(tài)，下測試管柱期間，可重復(fù)多次對管柱進(jìn)行高壓試驗(yàn)，其試壓介質(zhì)為測試液，相比科探1井的試壓方式，其安全優(yōu)勢以及環(huán)保優(yōu)勢明顯。

圖1 優(yōu)化后的測試管柱設(shè)計(jì)

(3)選擇性測試閥的使用同科探1井相同，處于鎖開狀態(tài)入井。

(4)RD旁通試壓閥與RDTST閥的配合使用，不僅同時(shí)實(shí)現(xiàn)了管柱的自動灌漿、即時(shí)循環(huán)功能，而且在管柱下到預(yù)定位置后，能夠?qū)崿F(xiàn)替入低密度誘噴液墊功能。作業(yè)程序：測試管柱下至預(yù)定位置后，通過正轉(zhuǎn)管柱、下壓等操作，實(shí)現(xiàn)Champ-Ⅳ加強(qiáng)型封隔器的坐封。井口接測試樹，連接地面流程以及固井泵流程。通過環(huán)空壓力首先操作RDTST閥處于鎖開狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)管柱的正循環(huán)功能，之后用固井泵正替低密度誘噴液墊(柴油)。液墊正替到設(shè)計(jì)量后，通過環(huán)空壓力操作RD旁通試壓閥，使其旁通孔處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)球閥開啟，管柱實(shí)現(xiàn)初次開井。后續(xù)作業(yè)可按照地質(zhì)要求，操作選擇性測試閥實(shí)現(xiàn)多次開關(guān)井作業(yè)。

(5)根據(jù)優(yōu)化后的測試管柱功能及測試作業(yè)程序，各個(gè)APR工具的環(huán)空操作壓力需按特定順序設(shè)置，其操作壓力由大到小順序依次為：RD循環(huán)閥>RDS循環(huán)閥>選擇性測試閥鎖定(解鎖)壓力>選擇性測試閥操作壓力>RD旁通試壓閥操作壓力>RDTST閥。

三、應(yīng)用情況

科探2井是渤中凹陷以古生界碳酸鹽巖潛山為主要勘探層系的第二口井，該井完鉆井深4 611 m，測試層段為古生界潛山的?152.4 mm裸眼井段，裸眼段4 354.0～4 611.0 m。該井的測試工藝采用了優(yōu)化后的測試管柱(見圖1)，管柱中APR工具的操作壓力見表1。

表1 科探2井APR工具操作壓力

作業(yè)中，下測試管柱期間兩次反循環(huán)調(diào)整測試液性能，保障了下測試管柱期間的井控安全。RDTST閥實(shí)現(xiàn)了管柱55.16 MPa的高壓壓力實(shí)驗(yàn)，確保了管柱的密封性。測試管柱下到設(shè)計(jì)位置后，成功坐封，并通過操作RDTST閥實(shí)現(xiàn)了管柱的正替柴油及地質(zhì)誘噴要求，最后通過操作RD旁通試壓閥，實(shí)現(xiàn)了初開井。選擇性測試閥的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了多次開井的地質(zhì)要求，最終該井采用了四開三關(guān)的測試工藝，取全取準(zhǔn)了測試地質(zhì)資料，達(dá)到了測試要求。

四、結(jié)論

(1)通過工藝改進(jìn)，解決了渤中深層潛山復(fù)雜氣層裸眼測試存在的安全、環(huán)保等隱患，使工藝更具安全性、環(huán)保性。

(2)RD旁通試壓閥以及RDTST閥的創(chuàng)新組合應(yīng)用，解決了常規(guī)測試管柱無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)即時(shí)循環(huán)功能以及管柱試壓功能的問題，保障了下測試管柱期間的井控安全以及測試管柱的密封性。

(3)選擇性測試閥的使用，避免了開井期間保持環(huán)空壓力對現(xiàn)場作業(yè)造成的風(fēng)險(xiǎn)隱患，保障了開井過程中測試管柱和井控設(shè)備的安全。

(4)改進(jìn)后的測試管柱既繼承了常規(guī)測試管柱簡潔高效的特點(diǎn)，又不影響原工藝所有測試功能，而且安全性大大提高。

(5)隨著勘探范圍的不斷擴(kuò)大，針對深層儲層的勘探作業(yè)將會越來越多，該技術(shù)具有重大推廣價(jià)值。

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