高溫高壓試油測試工具、工藝技術(shù)及其現(xiàn)狀分析

＊龐振力 宋國強(qiáng) 季鵬 郝大衛(wèi)

（中油海天津分公司 技術(shù)服務(wù)中心 天津 300451）

引言

隨著國內(nèi)油氣勘探的逐步深入和地質(zhì)認(rèn)識的深化，逐漸樹立了深層找油氣理念并取得可喜成績，中海油渤中大型油氣田的發(fā)現(xiàn)均在井深5000m以上的潛山地層，因此油氣井完鉆井深不斷增加，井底溫度和壓力不斷增大，2020年大港CT 1井完鉆井深6297m，遼河YH 1井井深5302m，井底溫度189.8℃，目前現(xiàn)有常規(guī)耐溫177℃承壓70MPa測試工具及測試聯(lián)作技術(shù)已不能滿足超深儲層安全測試的需要。因此，攻關(guān)研究測試工具關(guān)鍵零部件抗高溫、耐高壓性能，尤其是適用于Φ139.7mm套管的耐溫204℃承壓105MPa的測試封隔器，目前國內(nèi)外還是一片空白。因此，亟需設(shè)計研發(fā)耐溫204℃承壓105MPa的APR測試工具及測試封隔器，能滿足一趟管柱實(shí)現(xiàn)射孔測試聯(lián)作又能錄取地層測試資料，解決高溫高壓超深井測試周期長、工序復(fù)雜、射孔后壓井液污染油氣層及井控安全風(fēng)險等問題。

1.高溫高壓測試工具

目前，國際上專業(yè)化技術(shù)服務(wù)公司哈里伯頓和斯倫貝謝已經(jīng)擁有成熟的適用于Φ177.8mm以上套管耐溫204℃承壓105MPa測試封隔器、測試工具及測試技術(shù)，而對于適用于Φ139.7mm以下套管封隔器、測試工具及測試技術(shù)還不完善。

(1)RD循環(huán)閥及RDS循環(huán)閥

RD循環(huán)閥和RDS循環(huán)閥作為測試聯(lián)作管柱中重要的壓井循環(huán)工具，98mm常規(guī)循環(huán)閥抗內(nèi)壓僅175MPa，不能適應(yīng)高溫高壓超深井超高井底靜壓和高壓酸化壓裂高擠注壓力。為適應(yīng)更高壓力需求，哈里伯頓公司在原來基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)升級，循環(huán)閥空氣腔絕對壓力部分壓差外筒和芯軸選用718不銹鋼鎳基合金材質(zhì)，芯軸承壓能力從以前的138MPa提升至200MPa，最大抗內(nèi)壓193MPa。同時改進(jìn)芯軸上下空氣腔密封結(jié)構(gòu)，由以前單密封改為雙密封，由以前O-P-O組合改為上組密封為P-O-P組合，下組密封為O-T-P組合，升級改進(jìn)后耐溫達(dá)到204℃，整體提高了密封性能和耐腐蝕性能，克服了制約高溫高壓井試油測試和儲層改造的重大技術(shù)瓶頸。

(2)測試閥

目前在套管測試中所使用的測試閥主要是MFE閥及LPR-N閥、STV閥。MFE是通過地面上提下放管柱來實(shí)現(xiàn)開關(guān)井，在高溫高壓及大斜度井中，開關(guān)操作不準(zhǔn)確，海上基本淘汰。LPR-N閥、STV閥靠環(huán)空加壓泄壓進(jìn)行井下多次開關(guān)，測試閥工作溫度達(dá)到204℃、工作壓差達(dá)105MPa，但是LPR-N閥受球閥結(jié)構(gòu)影響，球閥上下最大壓差只有35MPa，在深井及超深井中使用受限制。最新雙氮?dú)馐?、高壓計量套STV閥能夠?qū)崿F(xiàn)低環(huán)空壓力操作開關(guān)且能承靜壓175MPa，基本滿足灘淺海高溫高壓超深井測試需求。

(3)封隔器

封隔器作為整個測試過程中的核心工具，如果封隔器損壞，就起不到分層作用，即使其它測試工具再好，也達(dá)不到測試的目的。目前行業(yè)內(nèi)專業(yè)化技術(shù)服務(wù)公司只有7in、7-5/8in Champ Ⅴ封隔器、7in XHP、Cerits封隔器耐壓達(dá)到105MPa，耐溫204℃，長期耐溫只有177℃，其他類型、尺寸封隔器比如RTTS等都達(dá)不到這個級別。

2.高溫高壓試油測試特點(diǎn)

國內(nèi)的高溫高壓超深井試油工藝技術(shù)，總體來說，具有“高、深、復(fù)、聯(lián)”的綜合性特點(diǎn)，具體可以闡述為：

（1）“高”的特征，指地層溫度及溫度梯度高，塔里木油田主要表現(xiàn)在井深引起的地層溫度較高，溫度梯度相對不高；渤海灣地溫梯度高，5000m左右的井，地層溫度高達(dá)185℃。地層壓力及壓力系數(shù)高，塔里木油田井深地層壓力高，壓力系數(shù)最高達(dá)到2.0，對測試工具承壓等級達(dá)到極限。地應(yīng)力高，川慶地區(qū)地應(yīng)力高，高儲層改造力，易導(dǎo)致井口套管破裂、井下測試閥開關(guān)失敗、RD破裂盤意外打破等風(fēng)險。

（2）“深”的特征，指井的深度，渤海灣目前井深達(dá)到6300m，塔里木、川慶等個別井深達(dá)8400m，深井鉆井周期長，套管磨損程度大，降低了套管抗內(nèi)壓強(qiáng)度，對使用APR測試工具，影響試油作業(yè)。對井下測試管柱來說，井越深，管柱受到溫度效應(yīng)、膨脹效應(yīng)、活塞效應(yīng)及螺旋彎曲效應(yīng)影響越大，易導(dǎo)致管柱彎曲變形、擠毀、封隔器失封等問題，造成測試失敗。

（3）“復(fù)”的特征，指鉆井井深結(jié)構(gòu)復(fù)雜，井深一般需要四開或五開，套管管柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜；測試管柱采用聯(lián)作管柱，井下工具組合復(fù)雜，各種閥開啟壓力等級復(fù)雜。

（4）“聯(lián)”的特征，指射孔、測試、排液、措施改造等三聯(lián)作或四聯(lián)作作業(yè)。聯(lián)作作業(yè)測試工具種類多、工具操作壓力等級多，容易出現(xiàn)提前開啟造成測試失敗。

3.高溫高壓超深井測試技術(shù)

隨著油氣勘探的深入，油氣勘探逐步向高溫高壓超深井方向發(fā)展，給測試工作帶來新的難點(diǎn)和挑戰(zhàn)。高溫高壓超深井的試油測試技術(shù)是一個世界級的勘探技術(shù)難題，通過攻關(guān)與實(shí)踐，不同油田區(qū)塊形成了具有區(qū)域性的測試工藝。

塔里木油田采用射測分開試油測試方式，利用RD閥、RDS閥、RTTS封隔器、E型閥、液壓循環(huán)閥等測試工具，不斷優(yōu)化測試管柱配置，在兩閥一封的基礎(chǔ)上，逐步增加替液閥、兩個備份閥，形成三閥一封和五閥一封的主體管柱配置，實(shí)現(xiàn)測試管柱下得去、坐得住、起得出。

川渝油氣田不僅是高溫高壓超深井，也是典型的高含硫井，生產(chǎn)層主要集中在碳酸鹽儲層，一般都需要措施改造。常采用以下三種工藝：射孔-酸化-測試聯(lián)作工藝、射孔-酸化-測試一體化管柱（帶完井封隔器）、射孔后下入酸化-測試-完井一體化管柱（帶完井封隔器）。能夠?qū)崿F(xiàn)測試措施改造或測試完井等工藝。

渤海灣早期高溫高壓超深井主要采用射測分開常規(guī)試油工藝，先通過油管降液面，實(shí)現(xiàn)負(fù)壓油管傳輸射孔，再進(jìn)行射流泵排液、鋼絲測壓等工序落實(shí)液性，求取地層測試資料。隨著APR測試工具耐溫耐壓等級升級、連續(xù)油管氮?dú)鈿馀e工藝成熟，逐漸淘汰射流泵排液，采用RD閥+N閥+RTTS封隔器+TCP+連續(xù)油管氮?dú)鈿馀e排液工藝。能夠縮短排液周期，快速落實(shí)地層液性，求取求全地層資料，縮短海上試油周期。

4.高溫高壓測試工具現(xiàn)狀分析

試油測試井下工具在井筒內(nèi)工作，面臨高溫、高壓的作業(yè)環(huán)境，加之操作工作壓力的空間非常受限，需要開發(fā)研制更高耐溫、耐壓等級及自動化測試工具。

(1)測試工具面臨的高溫高壓挑戰(zhàn)

隨著勘探開發(fā)的不斷發(fā)展，越來越多高溫高壓超深井，渤海灣目前最高地層溫度達(dá)到190℃、塔里木最高地層壓力136MPa，川渝油氣田是“三超井和典型的高含硫井”，大慶油田地溫梯度高達(dá)4℃/100m等。在此類高溫高壓及高含硫井況下，APR測試工具面臨極大的操作壓力挑戰(zhàn)。

(2)下步測試工具研發(fā)方向

目前行業(yè)內(nèi)適用于7in以上套管測試工具及封隔器基本實(shí)現(xiàn)高溫高壓超深井，5-1/2in以下套管受測試工具耐溫耐壓等級限制，還需要進(jìn)一步研發(fā)；隨著深?？碧揭约按笮倍榷ㄏ蚓絹碓蕉啵Ｒ?guī)旋轉(zhuǎn)封隔器已不能滿足測試需要，下一步需要加大設(shè)計研發(fā)非旋轉(zhuǎn)封隔器；隨著智能化發(fā)展，開發(fā)研制井下無線直讀工具，打破作業(yè)者對于開關(guān)井“盲操作”“經(jīng)驗(yàn)操作”。

5.結(jié)論和建議

（1）“三超井”試油測試工藝對井下測試工具耐溫耐壓等級要求較高，確保測試時保護(hù)油氣層、節(jié)省作業(yè)成本、降低井控安全風(fēng)險，必須做好測試工具儲備和專業(yè)技術(shù)準(zhǔn)備。

（2）根據(jù)高溫高壓超深井試油測試作業(yè)“高深復(fù)聯(lián)”的特點(diǎn)，需要對動態(tài)測試管柱進(jìn)行力學(xué)分析，綜合考慮井身結(jié)構(gòu)、高溫高壓環(huán)境，內(nèi)壓、外壓、軸向力、粘滯摩阻力等多種載荷的聯(lián)合作用，結(jié)合管柱工作過程中的四種效應(yīng)，開展管柱及測試工具安全評價，為管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計及作業(yè)參數(shù)確定進(jìn)行指導(dǎo)。

（3）不同區(qū)域、不同區(qū)塊，通過管柱優(yōu)化配置，形成一系列高溫高壓超深井測試管柱及測試技術(shù)，解決高溫高壓超深井測試成功率低及測試聯(lián)作管柱與資料錄取之間的矛盾。

（4）3-7/8in測試工具耐溫耐壓等級還不能滿足“三超井”試油工藝，建議增加此類工具設(shè)計研發(fā)，突破瓶頸限制。

（5）隨著國外專業(yè)技術(shù)服務(wù)公司智能測試工具逐漸成熟，緊跟國際技術(shù)，建議加強(qiáng)井下測試無線直讀工具及智能測試工具研發(fā)，適應(yīng)高溫高壓超深井測試工藝技術(shù)。