高溫高壓深井測(cè)試技術(shù)在準(zhǔn)噶爾盆地高探1井的應(yīng)用

陳超峰， 江 武， 米紅學(xué)， 魯斌昌， 周 超， 唐青雋

(1新疆油田公司勘探事業(yè)部 2西部鉆探工程有限公司試油公司)

近年來(lái)，準(zhǔn)噶爾盆地油氣勘探向高溫高壓、超深儲(chǔ)層不斷擴(kuò)展，盆地南緣高探1井完鉆井深5 920 m，試油前預(yù)測(cè)地層壓力133 MPa、地層溫度135℃，屬于高溫高壓油氣井，結(jié)合鉆探資料分析，具有高產(chǎn)的地質(zhì)條件。

盆地南緣地區(qū)在前期試油測(cè)試中，主要存在以下試油難點(diǎn)：①地質(zhì)條件復(fù)雜，鉆井周期長(zhǎng)，鉆井期間技術(shù)套管磨損嚴(yán)重導(dǎo)致剩余強(qiáng)度偏低，井筒完整性較差，如大豐1井技術(shù)套管磨損深度達(dá)到8～10 mm；②區(qū)域地應(yīng)力高，地層傾角高達(dá)50°以上，受高地應(yīng)力影響，南緣探區(qū)霍10井、霍003井射孔后均出現(xiàn)了套管變形問(wèn)題；③射孔測(cè)試聯(lián)作期間高爆轟力導(dǎo)致封隔器中心桿被拉斷；④地層出砂或其它固相顆粒，易埋卡或堵塞井下測(cè)試管柱，高速油氣流攜帶固相顆粒沖蝕地面測(cè)試流程[1]，霍001井試產(chǎn)含砂率高達(dá)6%，折算日出砂86.4 m3；⑤鉆井液穩(wěn)定性較差，鉆井液沉淀導(dǎo)致測(cè)試閥開(kāi)關(guān)失效，西湖1井試油期間，因鉆井液進(jìn)入RD循環(huán)閥腔體導(dǎo)致無(wú)法打開(kāi)循環(huán)閥；⑥新疆高寒地區(qū)冬季作業(yè)，設(shè)備性能難以保障，對(duì)完井液、壓井液耐低溫性能要求較高。

針對(duì)以上試油難點(diǎn)，高探1井試油前開(kāi)展了管柱力學(xué)校核，地層出砂預(yù)測(cè)，優(yōu)選封隔器及測(cè)試閥等工具，優(yōu)化測(cè)試管柱和地面流程配置。本文對(duì)高探1井測(cè)試情況進(jìn)行分析，總結(jié)試油技術(shù)在該井的應(yīng)用，以期為同行提供借鑒。

一、射孔—測(cè)試聯(lián)作工藝

射孔—測(cè)試聯(lián)作是目前國(guó)內(nèi)外較理想的完井測(cè)試方法之一，該工藝可實(shí)現(xiàn)一趟管柱完成射孔、測(cè)試任務(wù)，在最大化降低儲(chǔ)層傷害的工況下，能快速求取產(chǎn)量和地層壓力、溫度等參數(shù)，縮短試油周期，降低試油成本[2]。

1. 管柱結(jié)構(gòu)

高探1井采用“三閥一封”射孔—測(cè)試聯(lián)作管柱，管柱結(jié)構(gòu)自上而下為：氣密封油管+校深短節(jié)+氣密封油管+RD安全循環(huán)閥+RD安全循環(huán)閥+RD循環(huán)閥+封隔器+電子壓力計(jì)托筒+伸縮管+安全接頭+減震器+減震油管+壓力延時(shí)點(diǎn)火頭+射孔槍+壓力延時(shí)點(diǎn)火頭+槍尾，工具結(jié)構(gòu)如圖1所示。

針對(duì)高探1井高溫高壓、高產(chǎn)特征，為保證測(cè)試管柱的安全工作和安全起出，對(duì)該井的射孔—測(cè)試聯(lián)作管柱進(jìn)行了以下優(yōu)化：①采用高強(qiáng)度測(cè)試閥，滿足了射孔—測(cè)試工況下的強(qiáng)度要求和高溫環(huán)境下的密封要求；②優(yōu)選加強(qiáng)型RTTS封隔器和適合井溫條件的封隔器膠筒，保證了封隔器在沖擊、高溫、大壓差下不損壞、不失封；③RD安全循環(huán)閥可通過(guò)環(huán)空打壓進(jìn)行井下關(guān)井，建立了井下的安全屏障，RD循環(huán)閥具有平衡封隔器上下壓差、建立循環(huán)通道，便于封隔器的解封；④采用兩個(gè)RD安全循環(huán)閥，其中上部的RD安全循環(huán)閥作為備用閥，若下部測(cè)試閥出現(xiàn)異常無(wú)法建立循環(huán)通道進(jìn)行壓井作業(yè)時(shí)，則可開(kāi)啟上部RD安全循環(huán)閥，確保測(cè)試結(jié)束后壓井作業(yè)的實(shí)現(xiàn)；⑤射孔槍上部使用伸縮管、雙減震器及減震油管，減小射孔爆轟載荷對(duì)封隔器及管柱的沖擊損壞和震動(dòng)影響，防止封隔器損壞和失封，同時(shí)保護(hù)電子壓力計(jì)[3]；⑥射孔槍及測(cè)試工具之間使用安全接頭，若射孔段套管變形、地層出砂導(dǎo)致槍身砂埋，可正轉(zhuǎn)管柱從安全接頭處倒扣，保證測(cè)試管柱的安全起出；⑦采用雙壓力延時(shí)點(diǎn)火頭，確保一趟管柱成功射孔。

圖1 高探1井射孔—測(cè)試聯(lián)作管柱示意圖

2. 井下工具優(yōu)選

高探1井是準(zhǔn)噶爾盆地試油井中預(yù)測(cè)地層壓力最高的井，高溫高壓、高產(chǎn)以及高流速的沖蝕都對(duì)井下工具提出挑戰(zhàn)，井下工具的可靠性是測(cè)試成功的保證，該井對(duì)封隔器及測(cè)試閥的耐溫、耐壓和耐沖蝕性能要求高，為了確保測(cè)試一次成功，試油前對(duì)井下工具進(jìn)行了優(yōu)選。

2.1 封隔器

RTTS封隔器是一種懸掛式封隔器，由J型槽、機(jī)械卡瓦、密封膠筒和水力錨等結(jié)構(gòu)組成，采用旋轉(zhuǎn)加壓坐封、上提解封方式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作、可重復(fù)使用等特點(diǎn)，常用于高壓井射孔—測(cè)試聯(lián)作管柱中，為適應(yīng)高探1高壓高產(chǎn)、井深的需要，增加了芯軸壁厚，抗拉強(qiáng)度由320 kN提升至620 kN，高探1井封隔器參數(shù)如表1所示。

表1 高探1井RTTS封隔器技術(shù)參數(shù)

2.2 APR測(cè)試閥

RD循環(huán)閥、RD安全循環(huán)閥是APR測(cè)試管柱的主閥，高探1井使用了加強(qiáng)型測(cè)試閥，與普通測(cè)試閥相比，芯軸材質(zhì)由4130低合金鋼升級(jí)為鎳基高合金剛，在抗內(nèi)壓、抗外擠強(qiáng)度等方面均有所提升，參數(shù)對(duì)比如表2所示，將密封部位由單“O”型圈改為雙“O”型圈[4]，此外，密封方式由POP組合密封改進(jìn)為OTP組合密封方式，芯軸密封可靠性更高。

表2 ?99 mm普通型與加強(qiáng)型測(cè)試閥參數(shù)對(duì)比

3. 完井液

為滿足高探1井井筒安全性評(píng)價(jià)要求,綜合考慮完井液對(duì)管柱腐蝕的評(píng)價(jià)、完井液與壓井液的配伍性，結(jié)合新疆冬季-30℃的環(huán)境溫度，選擇CaCl2作為射孔完井液。

設(shè)計(jì)CaCl2射孔液密度為1.30 g/cm3時(shí)，液體耐低溫性及管柱安全性較好，①管柱三軸應(yīng)力安全系數(shù)大于2.4；②在-30℃以下環(huán)境溫度條件下，穩(wěn)定性較好，不結(jié)冰、不結(jié)晶；③達(dá)到了保護(hù)儲(chǔ)層、合理控制油套壓力和封隔器壓差的目的。

二、地層測(cè)試技術(shù)

高探1井按照天然氣計(jì)算預(yù)測(cè)最高關(guān)井井口壓力達(dá)到115 MPa，地面壓力極高。同時(shí)在高壓高產(chǎn)的工況下，地面管匯也面臨著沖蝕的風(fēng)險(xiǎn)，因此對(duì)流程的耐壓、耐沖蝕性能要求高。針對(duì)高探1井儲(chǔ)層條件，采用140 MPa超高壓地面流程，配備除砂器、閘閥遠(yuǎn)程電動(dòng)控制、ESD緊急關(guān)斷、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、液面自動(dòng)檢測(cè)等設(shè)備，形成了集除砂、精細(xì)控壓放噴、高壓遠(yuǎn)程控制、和油水自動(dòng)計(jì)量為一體的140 MPa超高壓地面測(cè)試流程。

1. 140 MPa超高壓地面測(cè)試流程

高探1井140 MPa超高壓地面測(cè)試工藝流程主要包括：主測(cè)試流程、輔助放噴流程，流程中集成了安全控制系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及閘閥遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)[5]，流程設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 高探1井140 MPa超高壓地面測(cè)試流程圖

主測(cè)試流程采用了140 MPa超高壓除砂器，井筒返出的攜砂流體先經(jīng)過(guò)除砂器除掉大部分砂粒等固相后,再通過(guò)油嘴管匯，降低了含砂流體對(duì)流程及油嘴的沖蝕；油嘴管匯采用兩個(gè)串聯(lián)，雙備份油嘴管匯可確保安全。

輔助放噴流程設(shè)計(jì)雙通道可調(diào)式針閥，增加了耐沖蝕性、耐磨性更好的動(dòng)力油嘴，提高了設(shè)備耐沖蝕能力，開(kāi)井測(cè)試初期，采用輔助流程放噴排污，避免了含固相的地層流體沖蝕除砂器及油嘴管匯；完井替液期間，采用可調(diào)油嘴進(jìn)行節(jié)流控壓，控壓范圍精確至1 MPa以內(nèi)。

2. 閘閥遠(yuǎn)程無(wú)線電動(dòng)控制技術(shù)

針對(duì)高壓條件下開(kāi)關(guān)閘閥操作難度大、開(kāi)關(guān)閘閥時(shí)間長(zhǎng)、人員在高壓區(qū)作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)高等難題，高探1井在除砂器上游、油嘴管匯使用閘閥遠(yuǎn)程無(wú)線電動(dòng)控制系統(tǒng)。

閘閥遠(yuǎn)程無(wú)線電動(dòng)控制系統(tǒng)主要由 4 部分組成：閘閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制單元、遠(yuǎn)程控制管匯及控制軟件，有以下技術(shù)特點(diǎn)：

(1)具有很好的通用性，在原有管匯手動(dòng)閘閥上加裝電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

(2)可顯示開(kāi)度、扭矩、轉(zhuǎn)數(shù)等參數(shù)，可利用控制系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行獨(dú)立、精確控制。

(3)通過(guò)遠(yuǎn)程電動(dòng)控制柜操作各閘閥，控制距離達(dá)到70 m以上，作業(yè)人員遠(yuǎn)離高壓區(qū)，降低了人員作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)、減小了勞動(dòng)強(qiáng)度[6]。

該系統(tǒng)在高探1井應(yīng)用期間，在井口油壓97 MPa條件下，35 s內(nèi)正常執(zhí)行開(kāi)關(guān)井動(dòng)作，扭矩最高為325 N·m，見(jiàn)表3。

表3 高探1井閘閥遠(yuǎn)程無(wú)線電動(dòng)控制參數(shù)

三、應(yīng)用效果

高探1井在密度1.30 g/cm3的完井液中，按照?qǐng)D1所示的管柱結(jié)構(gòu)，先使用測(cè)試管柱底帶空槍進(jìn)行各工況模擬，驗(yàn)證測(cè)試工具在井筒中的通過(guò)性、封隔器的坐封性能、求取了地層溫度和完井液靜液柱壓力，為井下工具操作壓力的設(shè)計(jì)和地層壓力的計(jì)算提供了參數(shù)。

下入射孔測(cè)試聯(lián)作管柱后，進(jìn)行電測(cè)校深定位，配調(diào)整短節(jié)，加壓160 kN座封RTTS封隔器，座KQ78-140型采氣樹(shù)，并對(duì)采氣樹(shù)安裝部位注塑試壓115 MPa。

采用油管內(nèi)正加壓至49.3 MPa、延時(shí)7 min引爆射開(kāi)試油層。隨后進(jìn)行了關(guān)井求壓，關(guān)井壓力恢復(fù)迅速，射孔后油壓在1 min內(nèi)上升至59.0 MPa并保持穩(wěn)定。

關(guān)井12 h后，采用針閥控制、使用輔助放噴流程進(jìn)行放噴測(cè)試，油壓58.89～79.95 MPa，返出完井液后見(jiàn)油氣，切換流程至主測(cè)試流程進(jìn)行試產(chǎn)。

逐級(jí)采用?3 mm～?13 mm油嘴試產(chǎn)，其中?13 mm油嘴試產(chǎn)，油壓32.4 MPa、日產(chǎn)油1 212.96 m3、日產(chǎn)氣32.17×104m3，創(chuàng)中國(guó)陸上碎屑巖單井日產(chǎn)量最高紀(jì)錄。

試油結(jié)束后，成功打開(kāi)RD安全循環(huán)閥實(shí)現(xiàn)井下關(guān)井，壓井起出測(cè)試管柱，獲取了壓力溫度資料，實(shí)測(cè)地層壓力134.29 MPa、最高關(guān)井油壓96.89 MPa，關(guān)井時(shí)靜溫145℃、?13 mm試產(chǎn)時(shí)井底最高流動(dòng)溫度160℃，如圖3所示。

圖3 高探1井試油測(cè)試溫度、壓力曲線圖

高探1井試油測(cè)試期間，RD安全循環(huán)閥、RD循環(huán)閥及點(diǎn)火頭等井下工具工作正常，配備的伸縮管有效彌補(bǔ)了射孔時(shí)管柱的變化量，同時(shí)減震器也起到了很好的減震效果，井下壓力計(jì)和RTTS封隔器在高溫高壓、高產(chǎn)的工況下性能穩(wěn)定，錄取到優(yōu)質(zhì)的測(cè)試資料。

四、結(jié)論與建議

(1)采用射孔—測(cè)試聯(lián)作技術(shù)，一趟管柱實(shí)現(xiàn)射孔及測(cè)試功能，減少了起下管柱次數(shù)、避免了壓井對(duì)儲(chǔ)層的傷害，降低了試油成本。

(2)測(cè)試閥的操作壓力值的精準(zhǔn)設(shè)置、環(huán)空壓力的精細(xì)控制，既保證了封隔器處于安全壓差范圍內(nèi)，又確保了測(cè)試閥按設(shè)計(jì)順利執(zhí)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作，是測(cè)試成功的關(guān)鍵所在。

(3)管柱中采用的雙RD循環(huán)閥、雙壓力延時(shí)點(diǎn)火頭配置，工具有備份，提高了測(cè)試管柱應(yīng)對(duì)復(fù)雜工況的可靠性。

(4)超高壓地面流程的設(shè)計(jì)及遠(yuǎn)程電動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，確保了在高溫高壓條件下順利實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，從而達(dá)到地質(zhì)目的，是試油的安全保障。