單向式井下關(guān)井閥在五探1井的現(xiàn)場應(yīng)用

蔡佳成, 黃 船, 盧 齊

(1中石油川慶鉆探工程有限公司試修公司 2中石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院)

由于川渝氣田多為碳酸鹽巖儲層，具有大裂縫、溶洞型的地質(zhì)特征，高產(chǎn)氣井測試后會產(chǎn)生地層放空造成一定程度的井漏，導致壓井困難。由于現(xiàn)有井控的要求，測試管柱中必須下入帶有井下關(guān)斷功能的工具，在實施井下關(guān)斷的同時，徹底隔斷了油管內(nèi)通道[1-3]。而測試后如果出現(xiàn)井漏無法通過油管內(nèi)泵注堵漏漿及壓井液，只能先行解封封隔器，解封后通過封隔器膠筒與套管之間的環(huán)空間隙打堵漏漿進行堵漏。但該間隙非常小，堵漏漿通過性差，造成堵漏作業(yè)時間長，效率低，并且堵漏材料極易在此搭橋、沉淀，造成管柱卡埋等井下復雜[4-5]。

為了解決以上難題，以單向式井下關(guān)井閥為基礎(chǔ)，結(jié)合射孔-酸化-測試聯(lián)作工藝，形成一套可實現(xiàn)單向式直推壓井作業(yè)的試油管柱，該管柱不僅繼承了傳統(tǒng)APR管柱一趟下鉆實現(xiàn)射孔、酸化、測試等多種工藝的優(yōu)點，而且在作業(yè)完成后通過管柱實施壓井堵漏[6]。該管柱在五探1井實踐應(yīng)用，對于易漏探井的試油測試作業(yè)具有現(xiàn)實指導意義。

一、單向式井下關(guān)井閥簡介

單向式關(guān)井閥主要是一個全通徑、依靠環(huán)空加壓實現(xiàn)操作的、用于套管井的井下工具，它主要用于在地層測試結(jié)尾階段關(guān)閉閥板以隔斷地層和閥板上部空間。該閥的單向關(guān)斷功能是不可逆的，關(guān)斷后不能再進行排液、測試，但閥板可以通過往井筒泵注高壓流體再次單向開啟[7]。見表1。

表1 單向式井下關(guān)井閥技術(shù)參數(shù)

單向式井下關(guān)井閥在工作時通過環(huán)空加壓使破裂盤破裂，環(huán)空壓力進入破裂盤孔內(nèi)推動剪切芯軸，在剪銷剪斷的同時剪切芯軸快速上行，被剪切芯軸封閉的擋板閥體彈出，當閥板下部井筒壓力高于閥板上部井筒壓力時即可實現(xiàn)向上單向封閉。但當上部井筒壓力稍高于閥板下部井筒壓力即可推開閥板，實現(xiàn)管內(nèi)流道的暢通(圖1)。

圖1 單向式井下關(guān)井閥工作原理示意圖

此閥在正常情況下具備井下關(guān)井功能，需要壓井堵漏作業(yè)的時候，可以直接從油管內(nèi)泵注堵漏鉆井液，打開油管內(nèi)通道，能夠?qū)崿F(xiàn)在測試后井下關(guān)斷、再次向井內(nèi)單向開啟等功能，以滿足壓井堵漏施工作業(yè)需要。

二、五探1井的配套管柱

五探1井為預探井，其構(gòu)造位置在達州-開江古隆起檀木場潛伏構(gòu)造高點，測試層位茅口組，測試井段為4 830.5～4 904.0m。地層壓力預測為71.6 MPa，實測地層溫度為172℃。根據(jù)巖屑資料，本段巖性以灰色石灰?guī)r為主，含少許泥質(zhì)，性脆易與酸液反應(yīng)后起到較好的儲層改造作用。成像測井反映該層裂縫及孔洞較發(fā)育，測井解釋中儲層平均孔隙度為4%，平均滲透率達到0.025 mD，孔滲性能較好，雙側(cè)向曲線資料顯示儲層含氣，是一套高孔高滲儲層。該層位在打鉆期間發(fā)生3次氣侵，并且井漏現(xiàn)象非常嚴重，累計漏失密度1.65 g/cm3鉀聚磺鉆井液3 390.1 m3。綜合以上資料分析，測試層段為氣層，并且儲集性能發(fā)育較好，由于碳酸鹽巖遇酸反應(yīng)又能將獨立的裂縫和溶蝕孔、洞等儲集空間有效連通，儲集性能進一步提高，有望獲得高產(chǎn)。同時鉆進期間井漏情況嚴重，加之測試時氣體大量噴出造成地層放空，因此壓井時大概率會出現(xiàn)井漏。綜上資料分析該井為高溫高壓高產(chǎn)氣易漏深井。

根據(jù)五探1井的實際井況，配套的測試管柱必須考慮的因素有：

(1)具有射孔、酸化、測試、關(guān)井復壓等功能，工具的工作壓力、抗內(nèi)壓、抗擠毀強度必須滿足射孔、酸化等工況的施工條件。

(2)酸化時泵壓較高需要施加的平衡套壓也要相應(yīng)提高，套管承壓能力有限，剩余環(huán)空壓力窗口窄，不宜過多選用靠環(huán)空壓力操作的工具如OMNI閥、RDS閥，以免造成工具誤操作。

(3)管柱應(yīng)具有在壓井時能進行大排量堵漏作業(yè)的功能，滿足不造成井下復雜的前提下，不受堵漏材料顆粒大小的限制。

針對以上難點，通過測試工具的優(yōu)選、工藝優(yōu)化設(shè)計及理論論證后，形成以單向式井下關(guān)井閥為基礎(chǔ)的配套APR測試管柱，不僅能完成射孔、酸化、測試等不同工藝，還能解決測試后壓井期間的井漏及產(chǎn)層損害問題，為試油獲產(chǎn)后的完井投產(chǎn)做好準備。

具體管柱結(jié)構(gòu)(圖2)為：油管+伸縮器+油管+常閉閥+E型替液閥+電子壓力計托筒+單向式井下關(guān)井閥+震擊器+RTTS安全接頭+封隔器+射孔槍。

圖2 五探1井測試管柱圖

管柱特點有：

(1)封隔器以上采用了油管加上全通徑的APR工具，井下工具通徑一致，有利于進行大排量的酸化改造作業(yè)和后期堵漏作業(yè)。

(2)配套的工具組合合理，操作簡單，E型閥入井前為開啟狀態(tài)用于替酸，替酸完成后投球關(guān)閉E型閥。常閉閥為備用循環(huán)閥用于壓井循環(huán)，能夠提高作業(yè)成功率。各井下工具強度滿足射孔、酸化、測試等工況的使用條件，能保證施工作業(yè)的順利進行。

(3)單向式井下關(guān)井閥具有井下關(guān)井的功能，可關(guān)閉油管生產(chǎn)通道，提供井控屏障，滿足井控要求，保證試油作業(yè)的安全。同時還能井下關(guān)斷后單向開啟，進行全過程的壓井堵漏作業(yè)。

(4)本井酸化時施加的平衡套壓較高，套管抗壓值有限，不滿足設(shè)置多級破裂盤，因此采用單向式井下關(guān)井閥與E型閥、常閉閥的配合管柱，E型閥和常閉閥均為靠投球剪切銷釘?shù)姆绞讲僮鞴ぞ?，故只有單向式井下關(guān)井閥是靠環(huán)空壓力操作的工具。該管柱減少了井下破裂盤設(shè)置級數(shù)，環(huán)空壓力操作梯度減少，有效的解決了環(huán)空壓力操作窗口窄的難題。

三、工藝流程及施工過程

結(jié)合使用APR工具的工藝流程，將本井的作業(yè)程序優(yōu)化為：下鉆至預定井深→坐封封隔器→換裝采氣井口→小排量替酸→投球關(guān)閉E型閥→驗封→射孔、酸化、開井排液并測試→壓井→環(huán)空加壓操作單向式井下關(guān)井閥→換裝防噴裝置→正注堵漏漿堵漏→解封、循環(huán)→起鉆。需要注意的是，在整個施工過程中需要注意環(huán)空壓力的變化情況，避免提前操作單向式井下關(guān)井閥將油管通道關(guān)閉。

具體施工過程為：下射孔-酸化-測試管柱，調(diào)整管柱至井深4 905.60 m；上提管柱正轉(zhuǎn)5圈，下放管柱懸重由740↓550 kN，座封噸位190 kN封隔器坐封完成。低替密度1.1 g/cm3膠凝酸17.0 m3，后投?45 mm鋼球一個并候球入座，油壓由11.22↓7.3 MPa，E型閥關(guān)閉；油壓加壓至45.00 MPa↓13.60 MPa射孔槍啟爆成功射孔。酸化高擠膠凝酸180.05 m3、降阻水20.59 m3，泵注壓力37.06～53.80 MPa，泵注排量4.51～6.21 m3/min，平衡套壓21.60～30.75 MPa。2018年8月4日完成產(chǎn)量測試，獲得氣產(chǎn)量82.18×104m3/d。后擠入地層密度1.40 g/cm3、黏度50 s的鉀聚磺壓井液103.3 m3，再用濃度30.0%、密度1.40g/cm3堵漏漿51.8 m3進行直推壓井。

圖3 操作單向式井下關(guān)井閥井底壓力曲線圖

直推壓井后，在8月28日12∶15～13∶05用清水環(huán)空加壓4.72↑56.20↓55.6 MPa，開啟單向式井下關(guān)井閥，并關(guān)井觀察40 min，井口未起壓。從地面壓力顯示來看，環(huán)空操作單向式井下關(guān)井閥成功，觀察井口未起壓說明閥板已關(guān)閉。根據(jù)壓力計數(shù)據(jù)回放出現(xiàn)井底壓力明顯波動的情況。12∶18～12∶25井底壓力由58.179↑60.901↓57.485 MPa，井底壓力波動時間與操作單向式井下關(guān)井閥時間吻合(圖3)。13∶05～13∶08開采氣井口，用泥漿泵正注密度1.40 g/cm3、黏度50 s鉀聚磺壓井液2.0 m3，泵壓5.60 MPa，套壓55.6↓55.0 MPa，排量670 L/min。單向式井下關(guān)井閥已完成再次向井內(nèi)單向開啟的功能。此后解封封隔器，對壓井液進行循環(huán)，起出井內(nèi)管柱。工具起出后檢查，單向式井下關(guān)井閥的破裂盤已激活，觀察關(guān)井閥閥板已關(guān)閉(圖4)，直觀反映了單向式井下關(guān)井閥已實現(xiàn)井下關(guān)斷的功能。

圖4 五探1井單向式井下關(guān)井閥現(xiàn)場起鉆檢查圖

現(xiàn)場應(yīng)用總結(jié)：

(1)單向式井下關(guān)井閥及配套工具從入井至起出井口，共歷時40 d。在射孔、酸化、排液測試等工況下，優(yōu)選的工具性能穩(wěn)定，未出現(xiàn)因密封性能不佳導致管柱竄漏的情況，滿足了施工的實際要求。此次測試取得了完整的地層壓力溫度數(shù)據(jù)，為下步該區(qū)域的勘探部署、儲層綜合評價提供了依據(jù)，達到測試目的。

(2)在后期壓井過程中，環(huán)空加壓成功操作單向式井下關(guān)井閥，關(guān)井觀察過程中井口未起壓，起鉆檢查破裂盤損壞，閥板已關(guān)閉，證明了單向式井下關(guān)井閥的井下關(guān)斷功能。隨后用泥漿泵能夠大排量泵入堵漏漿，泵壓正常，實現(xiàn)了單向式井下關(guān)井閥在關(guān)斷后還能再次向井內(nèi)單向開啟，繼續(xù)泵入壓井液或堵漏材料的功能。該工具既符合了井下關(guān)井的井控管理要求，又解決了對易漏地層能大排量快速堵漏的難題。

(3)經(jīng)統(tǒng)計，川渝地區(qū)高磨區(qū)塊高產(chǎn)易漏氣井的堵漏壓井時間平均為10 d，而五探1井處理堵漏壓井僅用時4.5 d，通過單向式井下關(guān)井閥的應(yīng)用，作業(yè)時效提高了1倍以上，縮短了試油周期，實現(xiàn)了降本增效。

四、結(jié)論及建議

(1)單向式井下關(guān)井閥靠環(huán)空壓力響應(yīng)的操作方式簡單可靠，且在地面易于觀察該閥的工作情況，其承壓、耐溫及抗拉強度能夠達到目前勘探深井試油的要求，且自身通徑(內(nèi)徑57 mm)與配套管柱通徑一致，不僅能滿足大排量酸化改造施工，還能在壓井期間提供壓井液及堵漏材料的大通徑流道，有效保障了各項試油工序的安全、順利實施。

(2)由單向式井下關(guān)井閥配套的測試管柱結(jié)構(gòu)較為完善，此次應(yīng)用的成功說明該管柱結(jié)構(gòu)適用于高產(chǎn)、高溫、高壓、高含硫、易漏失等惡劣工況的井，為未來川渝地區(qū)類似的易漏高產(chǎn)井提供了寶貴的現(xiàn)場經(jīng)驗和現(xiàn)實指導作用。同時初步形成了應(yīng)用該工具的測試工藝流程，能夠確保井下關(guān)井壓力恢復后，井筒內(nèi)部通道可以再次開啟，直接泵注堵漏漿直推壓井，不僅可以顯著提高壓井堵漏時效，還能有效降低管柱卡埋的風險，減少井下復雜。

(3)可以優(yōu)化調(diào)整操作步驟，在測試結(jié)束后可正眼灌滿清水，防止環(huán)空加壓時擠毀油管，操作單向式井下關(guān)井閥后泄掉油壓，通過觀察井口油壓的變化判斷井下是否關(guān)井，在確定閥板關(guān)閉后，向井筒內(nèi)先低排量泵入適量壓井液，檢驗閥板單向開啟后才能大排量泵送堵漏漿。待正眼直推壓井管柱內(nèi)充滿泥漿，進行換裝井口、解封封隔器的作業(yè)，由于解封前井筒未進行充分循環(huán)，井下關(guān)井后閥板下方壓力可能會高于液柱壓力，解封后就出現(xiàn)壓井不平穩(wěn)的現(xiàn)象。因此解封后全井筒必須充分循環(huán)，待出口觀察無異常才能起鉆。

(4)建議可以對該閥的結(jié)構(gòu)進行改進，在其外

筒增加循環(huán)孔，設(shè)置對應(yīng)在剪切芯軸的位置，這樣在剪切芯軸上行后，被剪切芯軸封閉的循環(huán)孔打開，從而形成循環(huán)通道，使該閥不僅能夠井下關(guān)斷、單向開啟，還能有循環(huán)管柱上部壓井液的功能，進一步增強壓井、起鉆等過程中的井控安全。