可洗井封隔器堵塞式壓力計(jì)驗(yàn)封工藝改進(jìn)

朱 華

(大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163000)

0 引 言

分層注水井驗(yàn)封是一種常規(guī)試井項(xiàng)目，目前常用的驗(yàn)封工藝有密封段驗(yàn)封和堵塞式壓力計(jì)驗(yàn)封兩類(lèi)。密封段驗(yàn)封工藝用密封段封住配水器中心通道，通過(guò)改變井口注水壓力(“開(kāi)-關(guān)-開(kāi)”井或者“關(guān)-開(kāi)-關(guān)”井)了解配水器以下流量和壓力的變化情況，判斷封隔器密封狀態(tài)[1-3]，能一次下井高效完成多個(gè)層段的驗(yàn)封[4]，但是不能確認(rèn)配水器偏孔的密封狀況[5]。堵塞式壓力計(jì)驗(yàn)封工藝通過(guò)投撈把每個(gè)驗(yàn)封層段配水器偏孔內(nèi)的堵塞器更換為堵塞式壓力計(jì)，然后改變井口注水壓力，了解套壓是否隨著油壓聯(lián)動(dòng)，判定封隔器是否密封[6-7]；該方法投撈次數(shù)較多，施工時(shí)間較長(zhǎng)，影響成功率的因素較多[8-9]；但該工藝可以一同確認(rèn)封隔器和配水器偏孔的密封狀況，而且可以通過(guò)綜合分析多層段的壓力曲線來(lái)判斷封隔器的密封性。從技術(shù)層面講，堵塞式壓力計(jì)驗(yàn)封的準(zhǔn)確性更高。

目前油田有部分水井井下封隔器已更換為可洗井封隔器。這種封隔器在結(jié)構(gòu)上增加了洗井閥以及洗井通道，可以通過(guò)油套環(huán)空注水加壓，將封隔器膠筒上下端的洗井通道打開(kāi)，從而進(jìn)行反洗井操作。當(dāng)上套壓、下套壓、油管壓力發(fā)生變化時(shí)，有可能使洗井閥打開(kāi)，造成可洗井封隔器平時(shí)密封、驗(yàn)封時(shí)不密封的現(xiàn)象。為此，需要完善施工工藝，解決可洗井封隔器堵塞式壓力計(jì)驗(yàn)封問(wèn)題。

1 可洗井封隔器洗井原理

可洗井封隔器有多種型號(hào)，大慶油田常用的井下封隔器為Y341-114型可洗井封隔器[10]。其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。在膠筒上段設(shè)計(jì)有洗井活塞(9)，洗井活塞(9)設(shè)有限位及彈簧機(jī)構(gòu)，可以在缸套(6)與上中心管(8)的環(huán)空內(nèi)上下移動(dòng)，洗井活塞(9)下端連接有洗井通道，洗井通道為上中心管(8)與外中心管(11)的環(huán)形空間，穿過(guò)封隔器通往下缸體外。

圖1 Y341可洗井封隔器結(jié)構(gòu)原理圖

1-擋環(huán)；2-銷(xiāo)釘；3-上接頭；4-解封剪釘；5-O型圈；6、20-坐封缸套；7-平衡活塞；8-上中心管；9-洗井活塞；10-異形圈；11-外中心管；12-膠筒；13-隔環(huán)；14-壓帽；15-上鎖塊；16-下鎖塊；17-鎖環(huán)套；18-鎖環(huán)；19-下部中心管；21-下接頭；22-緊固件；23-防扭銷(xiāo)釘

可洗井封隔器坐封時(shí)，一般要求配水器下死嘴堵塞器，部分類(lèi)型的可洗井封隔器只要求配水器中帶有正常水嘴堵塞器，其目的是為了在地面打壓時(shí)油管壓力能夠高于油套環(huán)空壓力，當(dāng)兩者壓差高于8 MPa，封隔器膠筒脹開(kāi)，密封油套環(huán)形空間(見(jiàn)圖2)，并由封隔器鎖定機(jī)構(gòu)鎖定，使封隔器坐封，滿足生產(chǎn)需求。

圖2 管柱結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)于可洗井封隔器，除了膠筒密封外，洗井通道是否密封直接影響分層測(cè)壓資料準(zhǔn)確性。如公式(1)所示，以第一級(jí)封隔器為例，當(dāng)油管壓力高于第一級(jí)封隔器上部油套環(huán)空壓力約0.6 MPa時(shí)，壓力向下作用在洗井活塞上，使其下行，將洗井通道密封，此時(shí)封隔器上、下層間處于封隔狀態(tài)。洗井閥保持關(guān)閉。

p油-p1≥0.6 MPa

(1)

式中，p油為油管壓力，p1為油套環(huán)空壓力。

洗井時(shí)，從油套環(huán)空泵入洗井液，油套環(huán)空壓力高于油管壓力,當(dāng)滿足：

p1-p油≥0.6 MPa

(2)

壓力向上作用在洗井活塞上，使洗井活塞上行，打開(kāi)洗井通道，洗井液由膠筒上缸體進(jìn)入外中心管環(huán)空的洗井通道，穿過(guò)封隔器，由下缸體穿出，實(shí)現(xiàn)了對(duì)封隔器的穿越。此時(shí)，第一級(jí)封隔器膠筒并不解封，但洗井通道打開(kāi)，造成第一級(jí)封隔器上、下油套環(huán)空壓力連通：

p2=p1

(3)

p2壓力隨即增加，滿足第二級(jí)封隔器洗井閥的打開(kāi)條件。由此，可洗井封隔器的洗井閥在油套環(huán)空壓力的作用下逐級(jí)打開(kāi)，使洗井液由環(huán)空向下逐級(jí)通過(guò)封隔器，由管柱下端球閥進(jìn)入油管返出地面，完成洗井過(guò)程。

洗井完成后，必須滿足條件(1)時(shí)，洗井閥才會(huì)關(guān)閉，否則洗井閥將會(huì)一直處于打開(kāi)狀態(tài)。

從上面分析可知，進(jìn)行洗井、注水、開(kāi)關(guān)井、投撈、驗(yàn)封、放空等操作時(shí)，若井下壓力擾動(dòng)較大，可導(dǎo)致可洗井封隔器的洗井閥產(chǎn)生動(dòng)作，使得井下各封隔器的密封狀態(tài)發(fā)生改變，造成測(cè)試曲線形態(tài)異常。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中已遇到這種情況，下面用實(shí)例進(jìn)行分析。

2 “關(guān)-開(kāi)-關(guān)”驗(yàn)封工藝存在的問(wèn)題

采油六廠L5-26XX井為一口3層段注水井，使用3級(jí)Y341-114MTL可洗井封隔器。該封隔器特點(diǎn)為正常注水即可使封隔器坐封，無(wú)需泵車(chē)打壓釋放封隔器。在進(jìn)行分層測(cè)壓前對(duì)該井3級(jí)封隔器進(jìn)行驗(yàn)封，采用常規(guī)的堵塞式壓力計(jì)及“關(guān)-開(kāi)-關(guān)”驗(yàn)封工藝。在驗(yàn)封前撈堵塞器導(dǎo)致地層反吐，井內(nèi)較臟，無(wú)法繼續(xù)測(cè)試，因此在驗(yàn)封前進(jìn)行了洗井。

驗(yàn)封施工步驟：先對(duì)偏2、偏3層投堵塞式壓力計(jì)，“關(guān)-開(kāi)-關(guān)”各20 min。然后拔出偏3壓力計(jì)，不動(dòng)偏2壓力計(jì)，對(duì)偏1層投入壓力計(jì)，“關(guān)-開(kāi)-關(guān)”各20 min。測(cè)試曲線見(jiàn)圖3～圖5。圖中紅色、蘭色和黑色曲線分別為隨時(shí)間變化的地層壓力曲線、油管壓力曲線和溫度曲線。當(dāng)封隔器密封時(shí)，測(cè)量到的地層壓力不應(yīng)隨油管壓力變化聯(lián)動(dòng)。

偏3驗(yàn)封曲線(圖3)顯示，地層壓力隨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸下降，不受油管壓力降低與升高影響，第3級(jí)封隔器密封。

偏1驗(yàn)封曲線(圖4)顯示，第1級(jí)保護(hù)封隔器時(shí)而密封時(shí)而不密封。在對(duì)偏1配水器投入壓力計(jì)后，地層壓力下降，油管壓力上升，表現(xiàn)為封隔器密封。但在一關(guān)過(guò)程中，當(dāng)油管壓力下降到一定數(shù)值時(shí)，地層壓力突然上升至油管壓力，而后緩慢下降，表現(xiàn)為封隔器不密封。在一開(kāi)過(guò)程中，地層壓力不升反降，表現(xiàn)為封隔器密封。在二關(guān)時(shí)同一關(guān)時(shí)情況相同，表現(xiàn)為封隔器不密封。究其原因，由于第一級(jí)保護(hù)封隔器上部油套環(huán)空壓力與油管壓力基本相同，在對(duì)偏1投入壓力計(jì)后，偏1層地層壓力下降；在關(guān)井時(shí)，當(dāng)油管壓力下降到一定壓力時(shí)，滿足了洗井閥打開(kāi)條件式(2)，因此保護(hù)封隔器與偏1連通，導(dǎo)致偏1地層壓力增高；當(dāng)開(kāi)井時(shí)，由于油管壓力增加，繼而滿足條件式(1)，導(dǎo)致洗井閥關(guān)閉，地層壓力又轉(zhuǎn)而下降。

圖3 L5-26XX偏3驗(yàn)封曲線

圖4 L5-26XX偏1驗(yàn)封曲線

圖5 L5-26XX偏2驗(yàn)封曲線

偏2驗(yàn)封曲線(圖5)顯示，第2級(jí)封隔器前期不密封，后期密封。偏2層曲線有二次驗(yàn)封過(guò)程，前段為同偏3的驗(yàn)封過(guò)程，曲線表現(xiàn)第2級(jí)封隔器不密封。后段為同偏1的驗(yàn)封過(guò)程，曲線表現(xiàn)第2級(jí)封隔器密封。然而偏2層在驗(yàn)封期間沒(méi)有其它動(dòng)作，曲線前后出現(xiàn)截然不同的驗(yàn)封結(jié)果顯然有悖常理。通過(guò)分析可知，第2級(jí)封隔器在洗井后沒(méi)有關(guān)閉，由于該井偏1為主吸水層，第一次驗(yàn)封時(shí)對(duì)偏2、偏3層油管憋壓不夠高，第2級(jí)封隔器的洗井閥沒(méi)有關(guān)閉，造成驗(yàn)封結(jié)果為不密封。第二次驗(yàn)封時(shí)，偏1投入壓力計(jì)后導(dǎo)致油管壓力上升約1.5 MPa(由20.47 MPa上升至21.9 MPa)，滿足了條件式(1)，因此第2級(jí)封隔器的洗井閥關(guān)閉，驗(yàn)封結(jié)果為密封。

綜上分析，我們認(rèn)為該井3級(jí)封隔器均密封，可以正常進(jìn)行分層測(cè)壓測(cè)試。分層測(cè)壓曲線見(jiàn)圖6～圖8。圖中紅色是地層壓力曲線，蘭色是油管壓力曲線。分層壓力測(cè)試結(jié)果表明，該井封隔器密封良好，地層壓力曲線能正常反映各層段壓降情況。

圖6 L5-26XX偏1分層測(cè)壓曲線

圖7 L5-26XX偏2分層測(cè)壓曲線

圖8 L5-26XX偏3分層測(cè)壓曲線

從此井驗(yàn)封情況和可洗井封隔器的洗井工作原理來(lái)看，目前的“關(guān)-開(kāi)-關(guān)”驗(yàn)封工藝不適用于使用可洗井封隔器的水井。為此，在幾口同類(lèi)水井中嘗試了一種新的“升-降-升”驗(yàn)封工藝，取得了良好的效果。

3 “升-降-升”驗(yàn)封工藝的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

為避免驗(yàn)封時(shí)油管壓力降低，導(dǎo)致洗井閥打開(kāi)，我們?cè)O(shè)計(jì)了“升-降-升”驗(yàn)封工藝。即分段逐層驗(yàn)封，留有注水層，在各層投入堵塞式壓力計(jì)后，以當(dāng)前壓力為基準(zhǔn)，采用升壓法進(jìn)行激動(dòng)，升壓1～2 MPa，然后降至基準(zhǔn)壓力，再重復(fù)一次，每個(gè)壓力臺(tái)階持續(xù)5 min。

升壓法的優(yōu)點(diǎn)在于：避免洗井閥打開(kāi)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)；如果洗井閥已經(jīng)打開(kāi)，升壓可以使洗井閥關(guān)閉，消除洗井閥影響因素干擾，使驗(yàn)封結(jié)果更準(zhǔn)確。

采油六廠L13-27XX井為一口5層段注水井，使用5級(jí)Y341-114MTL可洗井封隔器。對(duì)該井驗(yàn)封時(shí)，按照“升-降-升”驗(yàn)封工藝，實(shí)施了成功的驗(yàn)封，驗(yàn)封曲線見(jiàn)圖9～圖13，圖中紅色是地層壓力曲線，蘭色是油管壓力曲線。各層逐級(jí)投入后，地層壓力均呈現(xiàn)壓降走勢(shì)，應(yīng)用“升-降-升”驗(yàn)封工藝，驗(yàn)封曲線沒(méi)有出現(xiàn)異常情況，并且通過(guò)曲線可以判斷該井5級(jí)封隔器全部密封、洗井閥沒(méi)有打開(kāi)。

圖9 L13-27XX偏1驗(yàn)封曲線

圖10 L13-27XX偏2驗(yàn)封曲線

圖11 L13-27XX偏3驗(yàn)封曲線

圖12 L13-27XX偏4驗(yàn)封曲線

圖13 L13-27XX偏5驗(yàn)封曲線

4 結(jié)論及建議

針對(duì)使用可洗井封隔器的分層注水井，采用堵塞式壓力計(jì)驗(yàn)封時(shí)，在不改變驗(yàn)封儀器設(shè)備的情況下，作為“關(guān)-開(kāi)-關(guān)”井口壓力激動(dòng)方式的一項(xiàng)改進(jìn)，“升-降-升”井口壓力激動(dòng)方式消除了封隔器洗井通道可能打開(kāi)造成的影響，提高了驗(yàn)封成功率以及施工效率，提高了驗(yàn)封結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。

目前大慶油田各采油廠均有可洗井封隔器在用。建議采用“升-降-升”的井口壓力激動(dòng)方式對(duì)可洗井封隔器進(jìn)行驗(yàn)封。