溫杰文

(中國石油川慶鉆探工程公司鉆采工程技術(shù)研究院)

隨著四川盆地勘探開發(fā)向縱深發(fā)展，九龍山、雙魚石、川東下古界-震旦系等構(gòu)造已鉆成LT1、LG70、SY001-01等一大批超深小井眼井，井眼尺寸為?114.3 mm或127.0 mm厚壁，雖然前期對這類超深小井眼井的地層測試技術(shù)進(jìn)行了一定的探索，但技術(shù)不成熟，工藝不完善，測試工具配套不齊全，還存在諸多問題亟待解決[1-3]。

一、 超深小井眼地層測試難點(diǎn)

相對于常規(guī)尺寸套管井眼，超深小井眼井身結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，井筒環(huán)境更為嚴(yán)苛，這使得試油測試作業(yè)面臨極大挑戰(zhàn)，存在以下測試難點(diǎn)：

(1)井眼內(nèi)徑小，常規(guī)測試工具無法進(jìn)入，目前小尺寸測試工具的缺乏，導(dǎo)致許多測試作業(yè)無法正常開展。

(2)地層壓力高，井筒條件極為苛刻，對井下測試工具的機(jī)械性能要求更高，目前配套的井下測試工具性能不足，可能會發(fā)生工具變形、破損、斷裂等問題。

(3)井眼溫度高，對測試工作液高溫靜置穩(wěn)定性和井下工具耐溫性能要求高，在高溫條件下，測試工作液易發(fā)生沉淀和結(jié)塊，而井下工具的橡膠件也容易老化變形，易造成卡埋管柱、密封失效等井下復(fù)雜。

(4)油管尺寸和強(qiáng)度選擇受限，試油管柱安全面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，易出現(xiàn)管柱變形、破裂等力學(xué)失效問題。

(5)多層上試時，需要封閉地層，目前常規(guī)使用的方法是通過打水泥塞實(shí)現(xiàn)地層封閉，水泥塞施工周期長，密封性差，施工質(zhì)量難以控制，并存在閃凝等風(fēng)險，在井深且小井眼段長的小井眼內(nèi)問題更加突出。

二、 超深小井眼測試管柱及工藝

1. 油管柱優(yōu)化

從與油層套管尺寸匹配考慮，選擇?88.9 mm油管+?73.0 mm復(fù)合油管作為試油管柱；經(jīng)過優(yōu)化，?88.9 mm油管選擇壁厚12.09 mm、9.53 mm和6.45 mm三種規(guī)格的抗硫氣密封110高鋼級油管，?73.0 mm油管選擇壁厚5.51 mm抗硫氣密封110鋼級油管；同時在管柱上帶伸縮短節(jié)，以補(bǔ)償儲層改造期間溫度下降導(dǎo)致的管柱縮短。經(jīng)過優(yōu)化的油管柱組合，不僅單軸抗拉強(qiáng)度達(dá)到1.80以上，而且管柱在不同工況條件下的最低三軸應(yīng)力安全系數(shù)也在設(shè)定的安全系數(shù)1.50以上，見圖1。

圖1 優(yōu)化后小井眼油管柱的三軸應(yīng)力安全系數(shù)

2. 測試管柱及工藝優(yōu)化

2.1 管柱結(jié)構(gòu)

研究形成兩套超深小井眼地層測試管柱，即小井眼“三閥一封”射孔-初測-酸化-測試管柱和小井眼“兩閥一封”酸化-測試管柱，如圖2、圖3所示。

圖2 小井眼“三閥一封”管柱圖

圖3 小井眼“兩閥一封”管柱圖

2.2 管柱特點(diǎn)

(1)利用一趟管柱，直接實(shí)現(xiàn)了射孔、酸化、測試、氣舉排液等聯(lián)合作業(yè)，減少了起下工具次數(shù)和壓井次數(shù)，減小了地層污染，節(jié)約了試油時間和成本，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

(2)選用的RTTS封隔器是在常規(guī)套管用RTTS封隔器基礎(chǔ)上優(yōu)化改進(jìn)的適用于小井眼的RTTS封隔器，相比常規(guī)套管用RTTS封隔器該封隔器主要做了如下改進(jìn)：①加長了心軸的長度、加大了心軸壁厚;②水力錨的錨爪加多了兩排嚙合齒。這使得小井眼用RTTS封隔器承壓能力更強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度更高，能夠有效提高酸化改造泵注壓力限制，改善酸化效果，保證不同工況下封隔器坐封效果及密封性。

(3)基于井筒完整性要求，根據(jù)工具結(jié)構(gòu)簡單、可靠原則，選擇同時具備循環(huán)、關(guān)斷功能的高溫高壓型破裂盤式井下安全循環(huán)閥(RDS)，RDS閥作為井下關(guān)斷閥，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，強(qiáng)度滿足超深小井眼測試要求，井下性能可靠，使管柱具有井下關(guān)斷功能，增加井控屏障，使油套管始終處于受控狀態(tài)，保證試油作業(yè)安全。

(4)采用的壓力計托筒為專門設(shè)計的偏心式壓力計托筒，能夠攜帶2～4支井下儲存式電子壓力計，同時能保持中心流道與上下通徑一致，避免縮徑節(jié)流，減少沖蝕，降低酸化摩阻，改善酸化效果。

(5)所有“O”環(huán)密封件均選擇具有更高熱穩(wěn)定性和高抗老化性的viton氟橡膠材質(zhì)密封環(huán)，提供更好的密封性能。

(6)封隔器膠筒選擇目前耐高溫性能最好的95duro級別的氫化丁腈橡膠(HNBR)以保證測試期間封隔器及管柱的密封性。

(7)所有測試工具外徑均為79.375 mm，為小井眼套管預(yù)留了足夠的環(huán)空間隙，且工具均為全通徑，可以防止酸化時酸液在工具處節(jié)流，減小酸液對工具的沖蝕?？梢苑乐狗艊姕y試時地層出砂，在工具處造成管柱堵塞。同時，避免壓井過程中若出現(xiàn)嚴(yán)重井漏的情況下，大粒徑的堵漏材料在工具處造成堵塞。

(8)下入了兩種安全接頭，封隔器以上為RTTS安全接頭(周期性上提下放正轉(zhuǎn)倒扣)，封隔器以下為尾管安全接頭(正轉(zhuǎn)上提倒扣)。若封隔器無法解封，從RTTS安全接頭處倒扣起鉆；若封隔器順利解封但其下管柱卡埋，從尾管安全接頭處倒扣起鉆。

2.3 管柱對比

(1) “三閥一封”型管柱適用于射孔-酸性-測試聯(lián)作的井，射孔后先進(jìn)行初排，再酸化測試；“兩閥一封”型管柱適用于已經(jīng)射孔完井的井，先替液，再酸化測試。

(2) “兩閥一封”型管柱通過應(yīng)用DBE型替液閥來進(jìn)行低替作業(yè)，低替過程中提前計算好低替量，低替過程中在井口投入鋼球，低替酸液量完成時鋼球基本到位，大幅提高了低替酸液的效率。DBE型替液閥結(jié)構(gòu)簡單，無循環(huán)密封，替液控制排量較大。且其鋼球到位比較容易，關(guān)閉方式為剪斷銷釘?shù)姆绞?，故成功率非常高，同時在射孔槍上部連接了篩管式接球器，保證鋼球不會落入井底，也不會對射孔槍造成影響。套管承壓方面，采用DBE閥作為替液閥既能保證替液的連續(xù)性和安全性，也可以避免常規(guī)井中操作OMNI閥時需要反復(fù)環(huán)空加泄壓加劇套管損壞的風(fēng)險。

(3) “三閥一封”型管柱加入DB循環(huán)閥作為備用壓井閥，以確保萬無一失。管柱采用雙RDS循環(huán)閥，兩只閥的破裂盤設(shè)置為同一級，這樣提高了緊急情況下或后期壓井井下關(guān)井操作閥的成功率。

2.4 施工工藝

2.4.1 “三閥一封”型管柱

整套測試工具下入至尾管內(nèi)，下入時DB循環(huán)閥處于關(guān)閉位。下管柱至預(yù)定位置后進(jìn)行電測校深，根據(jù)校深結(jié)果調(diào)整管柱使射孔槍對準(zhǔn)目的層。然后上提管柱，正轉(zhuǎn)加壓座封RTTS封隔器，座封完成后換裝井口，射孔施工前斷油套，并從環(huán)空加壓對封隔器驗(yàn)封，驗(yàn)封合格后進(jìn)行射孔。射孔后，進(jìn)行初排液，若產(chǎn)水，下入連續(xù)油管，進(jìn)行氣舉排液，作酸化施工前準(zhǔn)備。用八臺壓裂車高擠酸液施工，酸化完成后進(jìn)行排液、放噴、測試等作業(yè)，隨后進(jìn)行關(guān)井求壓，最后通過環(huán)空加壓操作打開RDS循環(huán)閥實(shí)現(xiàn)井下關(guān)井，壓井循環(huán)后起出測試管柱獲取井下壓力溫度資料，結(jié)束本層試油。

2.4.2 “兩閥一封”型管柱

整套測試工具下入至尾管內(nèi)，下入時DBE閥處于開啟位。下管柱至預(yù)定位置，然后上提管柱，正轉(zhuǎn)加壓坐封RTTS封隔器，坐封完成后換裝井口，作酸化施工前準(zhǔn)備。酸化施工前，先通過DBE閥按要求控壓將油管內(nèi)的液體低替成酸液，然后投球憋斷DBE型替液閥銷釘關(guān)閉DBE閥，隔斷油套，并從環(huán)空加壓對封隔器驗(yàn)封。驗(yàn)封合格后立即用八臺壓裂車高擠酸液施工。酸化完成后進(jìn)行排液、放噴、測試等作業(yè)，隨后進(jìn)行關(guān)井求壓，最后通過環(huán)空加壓操作打開RDS循環(huán)閥實(shí)現(xiàn)井下關(guān)井，壓井循環(huán)后起出測試管柱獲取井下壓力溫度資料，結(jié)束本層試油。

三、超深小井眼電纜橋塞

超深小井眼封閉技術(shù)一直以來受到客觀條件的制約，最常采用的方式仍然是采用打水泥塞的封閉方式，但其存在施工周期長、高溫下水泥漿容易發(fā)生閃凝等現(xiàn)象，因此，急需采用新的方式進(jìn)行封閉作業(yè)[4-5]。本文設(shè)計的電纜橋塞是一種利用橋塞坐封工具將橋塞坐封于井內(nèi)設(shè)計深度，且通常配合注灰作業(yè)，進(jìn)行層位封堵的測試工具。

為了滿足高溫高壓條件下高鋼級套管橋塞的座封作業(yè)，該橋塞采用提高膠筒耐溫性能、增加卡瓦硬度等措施來滿足施工要求?？ㄍ卟捎糜操|(zhì)合金卡瓦，HRC硬度60～65，可以有效滿足橋塞坐封在TP140或BG140鋼級的套管上而不產(chǎn)生位移等現(xiàn)象，如圖4所示。

圖4 高溫高壓高鋼級套管橋塞圖

該橋塞具有如下技術(shù)特點(diǎn)：耐溫177℃、承壓70 MPa;結(jié)構(gòu)簡單、直徑小、中心管短、易下入；能可靠的坐封在140鋼級的套管中，且在壓力變化下仍密封可靠；整體式卡瓦避免中途坐封且易于鉆除；可直接用各種BAKER，GEARHAT，HALLIBURTON 電纜坐封工具或液壓坐封工具坐封。

四、現(xiàn)場應(yīng)用

LT1井為四川盆地JLS構(gòu)造龍王廟組底界主體構(gòu)造的風(fēng)險探井，完鉆井深6 737.00 m，實(shí)測地層溫度162℃、地層壓力超過147.01 MPa，采用?114.3 mm尾管完井，是一口典型的超深小井眼井，井身結(jié)構(gòu)如圖5所示。在LT1井采用超深小井眼“三閥一封”射孔-初測-酸化-測試管柱進(jìn)行試油測試作業(yè)和電纜橋塞封閉作業(yè)，油管組合、測試工具配套及電纜橋塞技術(shù)參數(shù)見表1～表3。

射孔及酸化期間管柱及封隔器密封性良好，射孔后進(jìn)行了3次開井2次關(guān)井，最高關(guān)井壓力為65.164 MPa，酸化后進(jìn)行了13開12關(guān)井放噴排液，最大關(guān)井壓力為80.34 MPa，之后順利解封，循環(huán)壓井起鉆，通過對井下電子壓力計回放解釋，推算至產(chǎn)層中部6 660.00 m(垂深6 632.57 m)處的地層壓力為147.01 MPa，折算地層壓力系數(shù)為2.262，獲得了準(zhǔn)確的含油氣情況、地層壓力、孔隙流體性質(zhì)及巖電關(guān)系等數(shù)據(jù)資料。測試完，進(jìn)行兩次橋塞坐封，兩次橋塞坐封總計耗時24 h，對比打水泥塞的封閉技術(shù)，預(yù)計節(jié)約試油時間15 d左右，大大提高了作業(yè)時效。

圖5 LT1井井身結(jié)構(gòu)圖

表1LT1井地層測試油管組合情況表

油管外徑/mm壁厚/mm段長/m抗內(nèi)壓/MPa抗外擠/MPa抗拉強(qiáng)度/kN抗拉安全系數(shù)88.912.091500180.50178.202240.002.0188.99.532500142.30142.301800.32.3188.96.45183096.3093.301266.43.9273.05.51827100.18100.32886.011.46

注：扣型為氣密封扣，鋼級110SS。

表2 ?114.3 mm電纜橋塞技術(shù)參數(shù)表

表3 LT1井測試工具配套情況表

注：除RTTS封隔器扣型為?57.15 mm CAS母×?60.325 mm EUE公外，其余均為?57.15 mm CAS母×?57.15 mm CAS公。

五、 結(jié)論

(1)優(yōu)化后的超深小井眼油管柱組合不僅單軸抗拉強(qiáng)度達(dá)到1.80以上，而且管柱在不同工況條件下的最低三軸應(yīng)力安全系數(shù)也在設(shè)定的安全系數(shù)1.50以上。

(2)針對超深小井眼地層測試難點(diǎn)，研究形成兩套能滿足超深小井眼測試溫度壓力要求的超深小井眼地層測試管柱，兩套管柱適用的工況不同，功能上也存在區(qū)別，分別制定了工藝措施。

(3)通過優(yōu)化卡瓦材質(zhì)和結(jié)構(gòu)、優(yōu)選密封膠筒材質(zhì)，研制了滿足小井眼高溫高壓及高鋼級套管坐封要求的電纜橋塞，滿足超深小井眼測試轉(zhuǎn)層封閉地層的需要。

(4)現(xiàn)場應(yīng)用表明，形成的超深小井眼地層測試工藝技術(shù)，能保障127 mm厚壁及?114.3 mm小井眼井試油測試作業(yè)順利完成，提高了作業(yè)時效。