半潛式平臺(tái)超高溫高壓井測試環(huán)空壓力設(shè)計(jì)及實(shí)踐

鄧文彪，韓 成，莫康榮，劉賢玉，魏安超

[1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524000；2.中海石油（中國）有限公司海南分公司，海南?？?570100]

南海鶯瓊盆地超高溫高壓井測試作業(yè)顯示地層溫度最高達(dá)215℃，井底地層壓力絕對(duì)壓力接近100 MPa，水深超過100 m，測試作業(yè)井況惡劣[1，2]。鶯瓊盆地測試作業(yè)一般采用半潛式平臺(tái)，超高溫高壓測試作業(yè)放噴期間，地層高溫流體引起井筒環(huán)空壓力增長明顯，A 環(huán)空壓力可通過地面阻流閥進(jìn)行泄放，由于半潛式平臺(tái)水下井口，其余B、C 環(huán)空壓力無法進(jìn)行泄放與監(jiān)測，前期鶯瓊盆地超高溫高壓井測試期間發(fā)生過B 環(huán)空壓力增長過大，導(dǎo)致水下井口套管掛密封總成上頂，套管掛密封總成失去密封能力，存在嚴(yán)重的井控風(fēng)險(xiǎn)。溫度是影響環(huán)空壓力變化的主要因素，半潛式平臺(tái)測試期間放噴產(chǎn)量、水泥返高、放噴時(shí)間、A 環(huán)空壓力均會(huì)對(duì)B 環(huán)空密閉壓力產(chǎn)生影響，分析這些因素對(duì)高溫高壓井測試B 環(huán)空壓力影響的主次關(guān)系，對(duì)測試設(shè)計(jì)與現(xiàn)場作業(yè)具有重要意義。

1 B環(huán)空壓力存在的難題

鶯瓊盆地超高溫高壓井井身結(jié)構(gòu)多為φ914.4 mm+φ660.4 mm+φ444.5 mm+φ311.2 mm+φ212.7 mm 井段，對(duì)應(yīng)下入φ762.0 mm+φ508.0 mm+φ339.7 mm+φ244.5 mm+φ177.8 mm 套管。通常測試管柱攜帶射孔槍下入φ177.8 mm 套管，測試封隔器坐封在φ177.8 mm 套管上，然后進(jìn)行射孔與測試作業(yè)。測試管柱與φ244.5 mm、φ177.8 mm 套管之間環(huán)空為A環(huán)空；φ244.5 mm 套管固井水泥返高至φ339.7 mm 套管以上200 m，φ244.5 mm 套管與φ339.7 mm 套管形成B 環(huán)空；φ339.7 mm 套管固井水泥返高至φ660.4 mm套管以上100 m，φ339.7 mm 套管與φ660.4 mm 套管形成C 環(huán)空，φ660.4 mm 套管與φ914.4 mm 套管固井水泥返至泥線[3，4]。

測試期間地層流體經(jīng)測試管柱流動(dòng)出井口，由于地層流體傳熱導(dǎo)致A 環(huán)空流體受熱膨脹壓力增加，半潛式平臺(tái)水下系統(tǒng)可通過阻流管線進(jìn)行加壓或泄壓，可實(shí)現(xiàn)對(duì)A 環(huán)空壓力的控制。由于半潛式平臺(tái)水下系統(tǒng)B 環(huán)空和C 環(huán)空都沒有泄壓通道，尤其是B 環(huán)空，受地層高溫流體影響顯著，B 環(huán)空內(nèi)液體受熱膨脹壓力增長明顯，較高的環(huán)空壓力可能造成φ244.5 mm 套管發(fā)生外擠擠毀，同時(shí)也可能造成φ339.7 mm 套管發(fā)生抗內(nèi)壓失效，嚴(yán)重影響測試作業(yè)期間井筒完整性。前期超高溫高井測試期間，發(fā)生過由于B 環(huán)空壓力增大，產(chǎn)生較大上頂力致使φ244.5 mm 套管掛頂出水下井口，超高溫高壓水下井口密封失效，導(dǎo)致嚴(yán)重的井控事故，如圖1所示。

圖1 超高溫高壓井井身結(jié)構(gòu)圖

2 B環(huán)空壓力影響因素

2.1 放噴產(chǎn)量

鶯瓊盆地超高溫高壓地層溫度超過200℃，測試求產(chǎn)期間，高溫地層流體通過測試管柱流動(dòng)至井口，求產(chǎn)產(chǎn)量越大，井口溫度越高，高溫地層流體溫度通過A 環(huán)空傳熱至B 環(huán)空，導(dǎo)致A、B 環(huán)空均增加[5，6]。

2.2 放噴時(shí)間

為取得穩(wěn)定的產(chǎn)量資料，一般一個(gè)油嘴需要求產(chǎn)0.5～0.75 d，放噴時(shí)間越長，井口溫度上漲越明顯，同樣導(dǎo)致B 環(huán)空壓力也上漲明顯。

2.3 水泥返高

φ244.5 mm 套管固井水泥返高決定了B 環(huán)空的容積大小，B 環(huán)空容積越小，在相同溫度下，環(huán)空壓力增漲越明顯。

2.4 A環(huán)空壓力

測試期間一般為保持開井狀態(tài)，需要保持A 環(huán)空壓力在1 300～1 500 psi，A 環(huán)空的大小也會(huì)對(duì)B 環(huán)空壓力產(chǎn)生影響。

3 B環(huán)空壓力主控因素分析

超高溫高壓測試工程設(shè)計(jì)及現(xiàn)場作業(yè)中，常常需要考慮如何能有效降低B 環(huán)空壓力。而影響B(tài) 環(huán)空壓力的因素較多，探究這些影響因素的主次關(guān)系對(duì)于設(shè)計(jì)及現(xiàn)場作業(yè)具有重要意義。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是研究多因素多水平的一種設(shè)計(jì)方法，采用四因素三水平正交表分析放噴產(chǎn)量、放噴時(shí)間、水泥返高、A 環(huán)空壓力對(duì)B 環(huán)空壓力的影響的主次關(guān)系，以某超高溫高壓井測試設(shè)計(jì)為例，該井水深120 m，使用半潛式平臺(tái)進(jìn)行鉆井與測試作業(yè)，采用水下井口系統(tǒng)，按照API RP90規(guī)定計(jì)算B 環(huán)空壓力允許值是6 933 psi，但是φ244.5 mm 套管密封總成鎖緊力為300 T，根據(jù)密封總成受力面積反算B 環(huán)空壓力增量安全上限為6 045 psi，當(dāng)B 環(huán)空壓力超過6 045 psi 將會(huì)引起φ244.5 mm 套管密封總成失效。

預(yù)測井底溫度210 ℃，地層壓力13 950 psi，φ339.7 mm 套管下深2 751 m，φ244.5 mm 套管下深3 993 m，根據(jù)φ244.5 mm 套管固井ECD 安全余量及施工難度，φ244.5 mm 套管固井水泥漿返高極限頂深2 003 m。測試作業(yè)一般采用環(huán)空壓力操作測試閥，需要環(huán)空維持1 400 psi 的壓力保持測試閥打開狀態(tài)進(jìn)行放噴，根據(jù)該井無阻流量預(yù)計(jì)放噴天然氣產(chǎn)量可達(dá)50萬m3/d，為準(zhǔn)確求得地層產(chǎn)量，放噴時(shí)間一般超過12 h。根據(jù)該井井況，對(duì)放噴產(chǎn)量、放噴時(shí)間、水泥返高、A 環(huán)空壓力等4個(gè)因素設(shè)計(jì)3個(gè)水平變量研究B 環(huán)空壓力主控因素，四因素三水平設(shè)計(jì)表如表1所示。

表1 放噴產(chǎn)量、放噴時(shí)間、水泥返高、A環(huán)空壓力等四因素三水平設(shè)計(jì)表

按照四因素三水平設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)表，根據(jù)正交試驗(yàn)表利用Wellcat 軟件計(jì)算B 環(huán)空壓力，計(jì)算結(jié)果如表2所示。由表2可知，放噴時(shí)間對(duì)B 環(huán)空壓力影響最大，得到極差最大，B 環(huán)空壓力影響主次因素依次為放噴時(shí)間、放噴產(chǎn)量、水泥返高、A 環(huán)空壓力。設(shè)計(jì)及現(xiàn)場作業(yè)為防止B 環(huán)空壓力過高，需要優(yōu)化測試工作制度，在保障測試作業(yè)安全及求得地層資料，盡量選取小油嘴進(jìn)行求產(chǎn)，確保求產(chǎn)放噴時(shí)間滿足要求，對(duì)于大產(chǎn)量求產(chǎn)盡量縮短放噴時(shí)間。水泥返高、A 環(huán)空壓力值對(duì)B 環(huán)空壓力大小影響較小，設(shè)計(jì)時(shí)可在保障鉆井安全情況下，進(jìn)行水泥返高及A 環(huán)空壓力進(jìn)一步設(shè)計(jì)。

表2 四個(gè)因素三水平正交試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果

現(xiàn)場作業(yè)時(shí)根據(jù)上面結(jié)論，合理設(shè)計(jì)了求產(chǎn)工作制度，準(zhǔn)確求取了4個(gè)油嘴產(chǎn)能數(shù)據(jù)，井下壓力計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)測壓力計(jì)溫度為212℃，地層絕對(duì)壓力13 600 psi，由于地層溫度較高，現(xiàn)場放噴產(chǎn)量達(dá)到40 萬m3/d。在求產(chǎn)期間，A 環(huán)空壓力增漲頻繁，需要頻繁通過平臺(tái)阻流管匯泄壓，維持A 環(huán)空壓力至1 500 psi 左右。整個(gè)測試作業(yè)順利，取得了準(zhǔn)確的地層資料及合格的油、氣樣等，水下井口無異常，成功對(duì)B 環(huán)空壓力安全進(jìn)行了控制，實(shí)現(xiàn)了超高溫高壓安全測試。

4 應(yīng)用情況

半潛式平臺(tái)超高溫高壓井測試環(huán)空壓力設(shè)計(jì)方法在鶯瓊盆地5口超高溫高壓井成功應(yīng)用，測試記錄最高溫度為215℃，地層壓力記錄最高值為95 MPa，測試作業(yè)按照B 環(huán)空壓力設(shè)計(jì)方法，有效保障了測試作業(yè)過程中B 環(huán)空壓力和水下井口系統(tǒng)的密封性。

5 結(jié)論

1）溫度是影響環(huán)空壓力增長的主要因素，影響B(tài) 環(huán)空壓力影響主次因素依次為放噴時(shí)間、放噴產(chǎn)量、水泥返高、A 環(huán)空壓力。

2）為保障測試作業(yè)安全及準(zhǔn)確獲取地質(zhì)資料，測試設(shè)計(jì)及現(xiàn)場作業(yè)盡量選取小油嘴進(jìn)行求產(chǎn)，確保求產(chǎn)放噴時(shí)間滿足要求，對(duì)于大產(chǎn)量求產(chǎn)盡量縮短放噴時(shí)間。