K341型封隔器在煤層氣裸眼井注入/壓降測試中的應用

孔慶虎 孔令瑤

(中國煤炭地質總局第一勘探局地質勘查院，河北 056004)

K341型封隔器在煤層氣裸眼井注入/壓降測試中的應用

孔慶虎 孔令瑤

(中國煤炭地質總局第一勘探局地質勘查院，河北 056004)

煤層氣井注入/壓降試井可以獲取煤儲層滲透率、儲層壓力等重要參數，封隔器的選用對測試成功至關重要。本文介紹了K341型封隔器的結構、性能、工作原理及其用于煤層氣井注入/壓降試井的施工工藝，提出了使用中應注意的問題。根據實際測試資料，K341型封隔器應用于煤層氣裸眼井的注入/壓降試井，具有操作簡單、測試準確、成本低、成功率高的優點，建議注入/壓降測試采用煤層氣試井用K341型凡爾式結構封隔器。

K341封隔器 煤層氣 注入/壓降測試 原地應力測試 試井工藝

1 結構及性能

K341型封隔器主要由油管接箍、膠筒、心軸、關井坐節、篩管接箍等組成 (圖1)。

根據中國石油天然氣行業標準《油氣田用封隔器分類及型號編制方法》，“K341”表示此種類型封隔器是擴張式 (K)、懸掛固定 (3)、液壓坐封 (4)、上提管柱解封 (1)。K341型封隔器有多種結構形式，凡爾式結構與其它結構相比較，具有操作簡單直觀、容易坐封與解封的特點。

圖1 K341型封隔器結構示意圖

以K341-195-120/15型封隔器為例，其技術指標如下:

鋼體最大外徑:φ195mm

適用溫度:≤120℃

坐封壓力:10～15MPa

密封壓差:≥20MPa

膨脹系數:1～1.5

解封負荷:100 kN(視所用剪銷數目而定)

總長:2870mm

膠筒長度:1200mm

兩端連接絲扣:API標準73mm(27/8 inch)油管

適用井徑:215.9mm(27/8 inch)

2 工作原理

2.1 坐封原理

K341型封隔器是通過油管憋壓實現坐封的。啟動地面泵注設備，向油管注水，管柱內壓力增大推動單流凡爾開啟，心軸進水孔與膠筒連通，膠筒進水膨脹并貼緊井壁形成密封，關閉地面泵注設備造成管柱內壓力突降，膠筒內高壓水及彈簧推動單流凡爾歸位關閉，防止膠筒內膨脹液外流，實現坐封。

2.2 解封原理

K341型封隔器的解封是通過上提管柱實現的。由于膠筒與井壁貼緊有摩擦力而固定，上提管柱時解封銷釘被剪斷，封隔器心軸上移，泄壓槽連通膠筒與井筒，膠筒內水外流，使膠筒泄壓收縮恢復原形，實現解封。

3 施工工藝

3.1 施工準備

施工前準備好所用設備，進行地面檢查、安裝調試并試運行以保證設備入井后正常連續運轉。觀察封隔器膠筒是否有劃痕、鋼體是否有變形、絲扣是否有損傷、各連接部位是否緊密等。對封隔器進行檢查維護，更換損壞的密封元件并進行地面試壓，根據不同的井徑和井內具體情況對封隔器驗封，觀察壓降是否合格。選擇合適的坐封位置，丈量油管及井下工具，計算下入深度，繪出管串草圖，連接測試管柱并下入井中。煤層氣試井工藝見圖2、3。

3.2 坐封

圖2 煤層氣試井工藝流程圖

圖3 煤層氣試井管柱示意圖

測試管柱下入井中預定位置后進行替水，替水完畢進行管柱試壓。下入井下關井工具關井，開啟地面泵注設備注水打正壓至一定壓力，地面關井并觀察壓力變化是否合格。試壓合格后打壓坐封封隔器。

3.3 注入/壓降測試

將編程的電子壓力計及井下關井工具下井，根據設計的排量調節注入，觀察地面壓力和排量變化，選擇合適的排量按設計注入時間進行持續穩定注入，并根據注水情況調整注入時間。注水結束后井下關井工具關井進行壓力恢復，井下電子壓力計傳感接收并存儲井下壓力、溫度數據。開井后取出電子壓力計進行數據回放，觀察壓力、溫度曲線，采用試井解釋軟件對數據進行分析可獲得煤儲層滲透率、儲層溫度、儲層壓力等參數。

3.4 原地壓力測試

原地應力測試采用微型壓裂法，一般進行四個循環周期的測試。啟動地面注水泵，以最大排量注入，觀察井口壓力顯示，確保0.5min內將地層壓開。關井測壓力遞降。開井，記錄返排水量。保持注入排量不變，按設計加倍注入時間，進行第二至四循環的測試。四個循環測試完畢，取出電子壓力計進行數據回放，數據分析可獲得煤儲層破裂壓力、閉合壓力、地應力梯度等參數。

3.5 解封

測試結束后，上提管柱，剪斷解封剪銷，停20～30min，待膠筒收縮后方可起出油管。

3.6 封隔器使用中需注意的問題

(1)根據需要選擇適合井徑及井下情況的封隔器，封隔器活動部件應涂潤滑油，地面試壓應合格，密封膠筒要完好。封隔器管柱連接處應涂絲扣油并擰緊，防止滲漏。

(2)封隔器坐封位置應選擇在井徑規則的穩定豎直井段，井眼需暢通無阻，不得有狗腿、鍵槽、井壁坍塌及縮徑等現象。盡可能能靠近煤層頂板坐封，準確丈量管柱，計算下入深度，防止錯封、竄封。

(3)封隔器下井前應進行通井、循環沖孔等準備作業。封隔器管柱的下入速度緩慢、均勻，嚴禁猛剎猛放。下井過程中若遇阻，可上下活動管柱，不得猛提猛放，若無效可用相應的通井規通井，排除障礙后再下。

(4)測試過程中應嚴密監視地面壓力及環空液面，如出現異常應及時查明原因，無法排除時應及時起出測試管柱及封隔器，保證井下設備安全。

(5)封隔器坐封打壓及解封提拉負荷要在安全范圍之內，不能超過其安全承載能力，防止損壞膠筒。坐封時緩慢打壓，解封時緩慢提拉。管柱內注入過濾清水，不能含有巖屑、金屬屑等雜物。

(6)封隔器搬運時嚴禁碰撞，儲存時平直架放，防潮防曬防銹。

4 井下實際應用

單封隔器煤層氣井試井是在清水 (或優質鉆井液)鉆進取完煤層后即進行的裸眼測試，鉆開一層，測試一層。單封測試時煤層揭露時間短，煤儲層所受污染傷害最小，因而測試結果真實準確。另外，使用單封隔器操作簡單，安全可靠，成本低，因此煤層氣試井采用單封隔器裸眼測試較為合適。經多年井下實際應用，K341型凡爾式結構封隔器均取得良好的使用效果。

圖4 某井注入/壓降階段壓力歷史曲線圖

某裸眼煤層氣井，井徑215.9mm，使用封隔器型號為K341-195-120/15，封隔器坐封底界深度為 450.60m。封隔器地面試壓 8.7MPa，觀察20min，壓力不變。封隔器管柱下井，試壓合格，打壓至13.5MPa坐封，封隔器坐封良好。替水后對目的煤層進行注入/壓降測試，注入時間12h，地面最高注入壓力為2.2MPa，注水量為150.0L，關井恢復時間24小時。開井后取出電子壓力計，回放數據，曲線完整可靠 (圖4)。

使用試井解釋軟件對壓降數據進行分析解釋，得到儲層參數:Ki=0.08mD，Ko=0.86mD，Pi=3.64MPa，S=-0.97，C=2.232e-7m3/kPa。

原地應力測試獲得儲層參數:破裂壓力Pb=7.37MPa，閉合壓力 Pc=6.75MPa

［1］中華人民共和國石油天然氣行業標準.SY/T 5105—1997油氣田用封隔器分類及型號編制方法［S］.北京:石油工業出版社，1997.

［2］中華人民共和國國家標準.GB/T 24504—2009煤層氣井注入/壓降試井方法 ［S］.北京:中國標準出版社，2008.

［3］《油田用封隔器及井下工具手冊》編寫組.油田用封隔器及井下工具手冊［M］.北京:石油工業出版社，1981.

Application of Type K341 Packer in the Injection/Falloff Test for CBM Open Hole Wells

KONG Qinghu，KONG Lingyao(Geological Prospecting Academy of the First Exploration Bureau，CNACG，Hebei 056004)

Reservoir parameters such as permeability and pressure are important which can be gained in the injection/falloff test，the selection of packer is critical to the successful test.This article introduces the composition，performance and working principle of the K341 packer and the application in the injection/falloff test，points out the problems in use.Based on the actual test，the K341 packer used in the injection/falloff test has the advantages of easy operation，accurate result，low cost and high success rate.It is proposed to use K341 packer with valve in the injection/falloff test for CBM open hole wells.

K341 packer;CBM;injection/falloff well testing;in-situ stress testing;well testing techniques

孔慶虎，男，工程師，畢業于山東科技大學地質學院水文地質專業，從事煤田地質及煤層氣勘探開發研究工作。

(責任編輯 黃 嵐)