一種安全高效的多功能測試管柱

李三喜， 馮大龍， 黃 偉， 吳 軒， 陶 亮

(1中海石油(中國)有限公司上海分公司 2中海艾普油氣測試(天津)有限公司)

目前我國東海海域勘探方向逐漸轉(zhuǎn)向深層油氣藏，該油氣資源埋藏深，成藏條件復(fù)雜，具有顯著的低滲、致密氣藏特點(diǎn)，同時(shí)儲層中往往含有復(fù)雜氣體。在現(xiàn)場作業(yè)過程中要充分考慮井況條件，依據(jù)井下地質(zhì)情況來選擇測試設(shè)備和采用合理的井控措施，設(shè)計(jì)合理的工藝流程來保證測試任務(wù)順利完成[1]。井下DST工具及測試管柱作為測試作業(yè)的重要組成部分，在很大程度上關(guān)系著整個(gè)測試作業(yè)的成敗。本安全高效多功能測試管柱以安全可靠為最大特點(diǎn)，最大限度地保障作業(yè)成功率、省時(shí)、高效、降低作業(yè)成本，為深層低滲-致密天然氣井的安全測試提供技術(shù)參考。

一、作業(yè)現(xiàn)狀及技術(shù)難題

1.傳統(tǒng)管柱試壓難

海上深層低滲-致密天然氣井的測試管柱普遍下深大，全管柱試壓存在困難，目前海上常規(guī)測試管柱試壓方式為刮管管柱試壓或者測試管柱直接試壓。刮管管柱試壓是在刮管作業(yè)期間對測試管柱中將用到的主管柱進(jìn)行壓力測試，多采用RD循環(huán)閥和TST閥組合下入的管柱來實(shí)現(xiàn)自動灌液及壓力試驗(yàn)，測試管柱下入過程中不再進(jìn)行全管柱壓力試驗(yàn)，但由于測試主管柱要對上一步已經(jīng)試壓檢驗(yàn)的刮管管柱重新拆卸和連接，這樣測試管柱的密封性就難以保證。傳統(tǒng)測試管柱試壓一般采用LPR-N測試閥或者其他專門的試壓工具。若通過LPR-N測試閥對管柱試壓，則其球閥處于關(guān)閉狀態(tài)，通過井口灌注液墊的方式進(jìn)行壓力試驗(yàn)。管柱通常需要分段試壓，這樣LPR-N測試閥球閥在試壓期間將反復(fù)承受高壓，可能降低球閥的密封性，進(jìn)而影響關(guān)井資料錄取。

2.傳統(tǒng)誘噴液墊替入方式風(fēng)險(xiǎn)大

測試作業(yè)中為保證地層流體流出地面，需要對測試管柱建立誘噴壓差，若對測試管柱試壓結(jié)束后替入誘噴液墊，則一般由OMNI閥(多次循環(huán)閥，下同)來實(shí)現(xiàn)，眾所周知OMNI閥功能強(qiáng)大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作繁瑣，將其由下井狀態(tài)的測試位轉(zhuǎn)換至替液時(shí)的循環(huán)位需要多次環(huán)空加放壓操作，對工具的穩(wěn)定性、人員操作水平、測試液性能等都有較高要求；反復(fù)的環(huán)空加放壓操作還要占用較長的鉆機(jī)時(shí)間，作業(yè)時(shí)效性不高；而如果OMNI閥一旦換位不成功，一般情況下只能起鉆，排查故障后再重新下入，其后果不僅是耽誤作業(yè)時(shí)間，提高作業(yè)成本，同時(shí)也可能引發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.測試封隔器選型難

目前，測試常用封隔器類型按是否旋轉(zhuǎn)管柱可分為兩類：一類為旋轉(zhuǎn)坐封封隔器，另一類為非旋轉(zhuǎn)坐封封隔器。旋轉(zhuǎn)坐封封隔器如果應(yīng)用于大斜度井、水平井，那么在旋轉(zhuǎn)測試管柱坐封時(shí)，由于管柱彎曲旋轉(zhuǎn)扭矩較大，測試管柱容易受損甚至斷裂，而且由于井口施加的扭矩難以傳遞至封隔器，而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)坐封封隔器難以坐封；深水測試由于懸掛器以上測試管柱外表面綁定有既粗又重的水下樹臍帶纜，管柱禁止有任何旋轉(zhuǎn)操作。因此旋轉(zhuǎn)坐封封隔器不適用于大斜度井、深井及深水井測試作業(yè)。非旋轉(zhuǎn)封隔器一般為液壓坐封插管密封式封隔器，一般具備良好的密封、耐溫、耐壓性能。但這類封隔器的最大缺點(diǎn)在于封隔器本身需要單趟管柱下入，然后再下入帶密封插管的測試管柱，這樣作業(yè)時(shí)效較差，作業(yè)成本較高。

二、技術(shù)對策

1.優(yōu)化管柱試壓功能

由于東海海域深層低滲-致密氣井儲層情況復(fù)雜，地層壓力系數(shù)各有不同，因此測試液參數(shù)也不盡相同，為此需要針對不同井身結(jié)構(gòu)、地層參數(shù)、測試目的、以及測試液參數(shù)等設(shè)計(jì)測試管柱，進(jìn)行管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工具升級，使其滿足深層低滲-致密氣井測試要求。為保證管柱密封性，需要對測試管柱進(jìn)行試壓檢驗(yàn)，由此本新型安全高效多功能測試管柱(見圖1)配備了專門的試壓工具——自動灌液試壓旁通閥或井口灌液試壓旁通閥，二者可選其一，具體視主管柱清潔程度，測試液是否有固相顆粒等情況而定。

圖1 安全高效多功能測試聯(lián)作管柱

自動灌液試壓旁通閥為一閥板結(jié)構(gòu)的試壓閥，閥板下部帶有旁通孔，在測試管柱下入期間可以自動灌液，在測試管柱靜止時(shí)即可對管柱試壓，當(dāng)測試管柱下入到位完成管柱所有試壓工作后，環(huán)空加壓擊穿自動灌液試壓旁通閥上的破裂盤，工具關(guān)閉下部與環(huán)空連接的旁通通道，同時(shí)打開閥板，整個(gè)工具處于全通徑狀態(tài)。井口灌液試壓旁通閥為一球閥結(jié)構(gòu)的試壓閥，閥板下部帶有旁通孔，工具結(jié)構(gòu)和工作原理與自動灌液試壓旁通閥相似，其最大特點(diǎn)在于承壓閥體為球閥，增加了測試管柱試壓的穩(wěn)定性與可靠性。使用井口灌液試壓旁通閥的測試管柱在下入過程中可直接灌入測試液墊并對管柱進(jìn)行試壓，整個(gè)管柱試壓結(jié)束后，通過環(huán)空加壓打開球閥關(guān)閉旁通孔，并進(jìn)行后續(xù)作業(yè)。

2.優(yōu)化管柱造負(fù)壓功能

為保證管柱密封性，需要對全部測試管柱進(jìn)行試壓檢驗(yàn)；同時(shí)為保證作業(yè)安全，下鉆及管柱試壓期間，管柱內(nèi)液體一般為測試液，以保持與環(huán)空壓力的相對平衡。由于井控原則上環(huán)空測試液靜壓應(yīng)略大于地層壓力，即管柱內(nèi)在充滿測試液的情況下，其無法與地層建立負(fù)壓環(huán)境，必須在封隔器坐封后，通過替入密度更低的誘噴液墊或氣墊，使管柱內(nèi)靜壓對于地層形成壓差，以便地層流體流入井筒甚至噴出地面。針對工藝要求，本新型安全高效多功能測試管柱優(yōu)化配置了專門的替液工具——替液閥。替液閥帶有替液孔，為環(huán)空加壓操作工具，可實(shí)現(xiàn)管柱內(nèi)外正反向循環(huán)替液，替液結(jié)束后通過環(huán)空加壓關(guān)閉替液孔，實(shí)現(xiàn)測試管柱內(nèi)外隔離。

替液閥代替了傳統(tǒng)OMNI的替液功能，對于帶OMNI閥的傳統(tǒng)測試管柱，OMNI閥從下井時(shí)的測試位→替液時(shí)的循環(huán)位→放噴時(shí)的測試位，總共需要9-15次環(huán)空加/放壓操作(見圖2)，而一旦OMNI閥換位不成功，多數(shù)情況下意味著本趟管柱操作失敗，只能起出工具排除故障后再次入井。而帶試壓、替液及其他功能的新型替液管柱僅需兩步環(huán)空壓力操作即可實(shí)現(xiàn)開井。通過工具優(yōu)選及管柱組合優(yōu)化，簡單的操作即實(shí)現(xiàn)了正替誘噴液墊的工藝要求，完全取代了傳統(tǒng)OMNI閥的替液功能，這是本新型安全高效多功能測試管柱的一大特點(diǎn)。

3.優(yōu)化改進(jìn)封隔器

對于東海海域深層低滲-致密氣井的測試作業(yè)特點(diǎn)，井型兼有直井和斜井，作業(yè)平臺兼有自升式和半潛式，且多為深井、高溫高壓井，綜合分析目前測試作業(yè)常用的機(jī)械坐封封隔器和液壓坐封封隔器的優(yōu)缺點(diǎn)，本安全高效多功能管柱配置了一種新型封隔器——有限次非旋轉(zhuǎn)可回收機(jī)械坐封封隔器，它是一款全通徑、通過上提下放測試管柱實(shí)現(xiàn)坐封、解封的封隔器。有限次非旋轉(zhuǎn)封隔器基于傳統(tǒng)機(jī)械坐封封隔器進(jìn)行了優(yōu)化升級，通過增加鎖定機(jī)構(gòu)、換位機(jī)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)了有限次坐封。由于具有鎖定機(jī)構(gòu)，該封隔器在地面連接及組合下入過程不會換位，當(dāng)封隔器下入到位，可通過預(yù)定深度的靜液柱壓力或環(huán)空加壓擊穿破裂盤解除鎖定，然后通過測試管柱的上提下放操作坐封封隔器。

圖2 OMNI閥換位圖

三、經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)

針對東海海域深層低滲-致密氣井測試作業(yè)難點(diǎn)設(shè)計(jì)出安全高效多功能測試管柱能夠滿足其作業(yè)需求，相比于傳統(tǒng)的測試管柱此管柱不僅在技術(shù)方面占有優(yōu)勢而且也能節(jié)省作業(yè)時(shí)間，降低作業(yè)成本。

傳統(tǒng)RTTS系列封隔器不適用于大斜度井、水平井及深水井測試，對于這類井測試，過去一般選用液壓坐封封隔器，以井深4 000 m為例，起下一趟管柱時(shí)間大約為22 h，首先需要單獨(dú)起下鉆或電纜作業(yè)下入液壓封隔器，然后再第二趟起下鉆下入測試管柱，測試結(jié)束后若需回收液壓封隔器則需要進(jìn)行三趟起下鉆，也就是說對于液壓封隔器用于測試作業(yè)，一般需要三趟起下鉆才能完成整個(gè)作業(yè)，而現(xiàn)在配置有限次非旋轉(zhuǎn)封隔器的新型管柱則可通過一趟管柱起下即可完成測試，整個(gè)起下管柱作業(yè)節(jié)省時(shí)間約為44 h。

傳統(tǒng)替液墊工藝多采用OMNI閥實(shí)現(xiàn)，使用替液閥替代OMNI閥，替液結(jié)束后只需一次環(huán)空壓力操作即可關(guān)閉循環(huán)孔，隨即進(jìn)入放噴測試階段，這樣能極大節(jié)省作業(yè)時(shí)間。另外OMNI閥在換位過程中一旦出現(xiàn)故障，則只能起出測試管柱，不可避免地發(fā)生誤工時(shí)間并提高作業(yè)成本。

四、應(yīng)用案例

C井為2018年渤海油田的一口預(yù)探井，完鉆井深4 317 m，完鉆層位為太古界潛山儲層，該儲層地質(zhì)情況復(fù)雜，前期對其進(jìn)行測試作業(yè)時(shí)出現(xiàn)了多種問題。本井通過對測試管柱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使用井口灌液試壓旁通閥和替液閥的組合，滿足了測試作業(yè)需求，求取了儲層產(chǎn)能數(shù)據(jù)，并簡化了操作程序，節(jié)約了作業(yè)成本。

此新型測試管柱在渤海油田C井的成功應(yīng)用為安全、高效多功能測試管柱在復(fù)雜氣井中的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。管柱結(jié)構(gòu)(自上而下)如下：鉆桿+伸縮接頭+鉆鋌+循環(huán)閥壓井工具+井口灌液試壓旁通閥+替液閥+泄壓閥+測試閥+液壓旁通+震擊器+安全接頭+封隔器。本井測試管柱下井期間使用原鉆井泥漿對其進(jìn)行試壓檢驗(yàn)，與之配套的試壓工具為井口灌液試壓旁通閥。本井使用專門的替液工具代替了OMNI閥實(shí)現(xiàn)正替誘噴液墊，在測試管柱試壓結(jié)束并坐封后，通過環(huán)空加壓打開井口灌液試壓旁通閥球閥，然后通過泥漿泵進(jìn)行反循環(huán)調(diào)整測試液性能，避免測試期間因測試液長時(shí)間靜止發(fā)生沉降風(fēng)險(xiǎn)。測試液性能調(diào)整完成后，進(jìn)行正循環(huán)替入誘噴液墊，然后操作環(huán)空壓力關(guān)閉替液閥，進(jìn)行后續(xù)測試求產(chǎn)作業(yè)，作業(yè)取得了完滿成功。具體施工程序：

(1)組下測試管柱。

(2)測試工具入井后，井口灌液進(jìn)行試壓檢驗(yàn)。

(3)一半鉆具入井后，井口灌液進(jìn)行試壓檢驗(yàn)。

(4)全部管柱入井后，井口灌液進(jìn)行試壓檢驗(yàn)。

(5)管柱配長、坐封、驗(yàn)封封隔器。

(6)安裝井口測試樹，對上游高壓流程進(jìn)行試壓檢驗(yàn)。

(7)環(huán)空加壓打開井口灌液試壓旁通閥，循環(huán)洗井。

(8)正循環(huán)替入誘噴液墊。

(9)環(huán)空加壓關(guān)閉替液閥，同時(shí)打開測試閥。

(10)開井求產(chǎn)作業(yè)。

(11)環(huán)空加壓打開循環(huán)壓井閥，循環(huán)壓井。

(12)拆井口流動頭、解封、起鉆。

安全、高效多功能測試管柱也可使用自動灌液試壓旁通閥+替液閥的管柱組合，相比C井中應(yīng)用的新型管柱組合，這種管柱組合在整個(gè)管柱下入過程中保持管柱內(nèi)外連通并實(shí)現(xiàn)自動灌液；對于裸眼測試，如果下鉆期間出現(xiàn)井涌，則可隨時(shí)進(jìn)行循環(huán)壓井作業(yè)，調(diào)整測試液比重，保證井控安全。安全、高效多功能測試管柱還使用更為先進(jìn)的有限次非旋轉(zhuǎn)封隔器工具，該封隔器坐封過程無需旋轉(zhuǎn)管柱，并且坐封次數(shù)有限，避免了深水測試作業(yè)起鉆過程封隔器重復(fù)坐封，所以此管柱同樣適用于大斜度井、水平井以及深水測試井的測試作業(yè)。

五、總結(jié)

(1)隨著勘探領(lǐng)域不斷向深層深水領(lǐng)域發(fā)展，測試作業(yè)的技術(shù)要求也在不斷提高，經(jīng)過研究改進(jìn)設(shè)計(jì)出的安全高效多功能測試管柱能夠滿足深層低滲-致密氣井的測試作業(yè)需求。

(2)安全高效多功能測試管柱將新工具與傳統(tǒng)工具相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)測試管柱分段式壓、正替液墊等作業(yè)的簡便化，有限次非旋轉(zhuǎn)封隔器的應(yīng)用完美替代液壓坐封封隔器的作業(yè)方式，降低作業(yè)成本，提高作業(yè)可靠性。

(3)安全高效多功能測試管柱能夠在東海深層低滲-致密氣井測試作業(yè)中廣泛應(yīng)用，有助于降低海上測試作業(yè)成本。