壓力反轉大壓差氣井分層完井延長測試技術

葛俊瑞，李艷飛，李三喜，蔡斌

中海石油（中國）有限公司上海分公司 （上海 200335）

0 引言

東海地質條件復雜，儲層非均質性強，單個儲量規模偏小的油氣藏占比較高，常規的開發模式工程投資大、地質風險高、建產周期長。為了避免潛在的地質風險可能帶來的投資失誤[1-4]，東海某M區塊采用自升式鉆井平臺作為生產裝置，利用海底管道將油氣運輸至周邊生產平臺開展延長測試，為快速落實儲量、評價開發效果提供了重要支撐。

M區塊油氣藏埋深超過4 000 m，主要為高溫高壓、低孔低滲儲層，且縱向存在多套壓力層系，出現壓力反轉現象，即上部儲層壓力系數大于下部儲層，且壓力系數差異大。如果工藝技術不當極易出現上噴下漏的復雜情況，甚至發生重大工程事故[5-7]。常規DST測試分別對各層進行單層測試，但延長測試需要實現多套油氣藏的完整評價。

1 基本數據

M區塊位于東海陸架盆地西湖凹陷，第一口預探井M1井完鉆井深4 670 m，主要含油氣層分布在始新統平湖組，儲層沉積相屬于辮狀河三角洲—受潮汐影響的三角洲—三角洲平原沉積體系，主力層P8a、P8b、P10單井鉆遇砂巖厚度26.4m、34.1 m、66.4 m。

1.1 井身結構

M1井井身結構及套管程序數據見表1。

表1 M1井井身結構及套管程序數據

1.2 儲層溫度壓力

M1井對P10層、P8b層進行了常規DST測試，溫度壓力數據見表2。

1.3 儲層物性

根據壁心物性分析結果，平湖組P5～P10儲層孔隙度分布在5.7%～16.8%，平均12.2%，滲透率分布在（0.04～44.3）×10-3μm2，平均11.5×10-3μm2。根據測井資料解釋成果，平湖組P5～P10儲層（氣層段）平均孔隙度分布在8.0%～14.9%，平均滲透率分布在（1.03～10.48）×10-3μm2。常規DST測試資料顯示P8b層儲層較為均質，有效滲透率為3.63×10-3μm2，P10層有效滲透率為16.1×10-3μm2。綜上，目標層位屬于中孔中滲～低孔低滲儲層。

表2 M1井儲層常規DST測試溫度壓力數據

1.4 地層流體性質

天然氣相對密度在0.683～0.762，組分以輕組分為主，非烴含量低，CH4含量在74.15%～84.4%，N2含量在0.12%～0.44%，CO2含量在3.3%～4.13%，不含H2S。凝析油總體具有低密度、低黏度、微含硫特征，其中P8b層地面凝析油密度為0.826 1～0.835 6 g/cm3，凝固點13～16℃，50℃時動力黏度為1.11～1.36 mPa·s，含硫量0.051%～0.060%；P10層地面凝析油密度為0.792 9～0.795 4 g/cm3，凝固點3～4℃，50 ℃時動力黏度為0.76～1.72 mPa·s，含硫量0.047%～0.049%。

2 技術難點

2.1 井控漏失風險共存,儲層保護難度大

氣井作業過程中，工作液密度通常是儲層壓力系數附加0.07～0.15 g/cm3，為了平衡高壓層壓力，至少采用1.56 g/cm3的高密度工作液。但由于兩套層系原始壓力系數相差0.4、絕對壓力差達到16 MPa，一旦射孔打開兩套儲層后，高壓差可能引起常壓層的漏失，造成儲層污染，大量工作液漏失將導致更嚴重的井控風險。

2.2 常規聚能射孔易污染，連通效果欠佳

深部儲層巖性致密、孔隙度差、滲透率低，常規聚能射孔易造成二次污染，射流高沖擊力的穿透作用中，對孔道周圍巖石基體形成約6.35～12.7 mm的壓實帶，滲透率下降約65%～93%，嚴重影響產層真實信息獲取，導致延長測試無法達到準確評價油氣藏的目的。

2.3 特殊方式風險大，井筒完整性要求高

自升式鉆井平臺進行延長測試的方式應用較少，特別針對多套壓力體系的氣藏，分層測試的前提是實現儲層的有效封隔，實現分層的目的和環空的密封性，同時需要綜合考慮功能性、安全性、風險可控性及其他措施的可行性，優選井下工具配置，優化油管下入工藝，避免油管或工具泄露引起井筒完整性破壞，導致延長測試失敗，甚至引發工程風險。

2.4 高溫異常壓力條件，井下工具易損壞

常規DST測試資料錄取通常采用井下溫度壓力計，但長期高溫高壓的井筒環境極易造成工具損壞，影響地質資料的連續可靠錄取，且工具隨管柱入井后無法更換或維修，一旦工具損壞只能起管柱更換工具。且無法保證重新下入的工具能夠可靠運行，在經濟性、時效性、資料錄取完整性等方面可靠性較差，難以滿足復雜井的資料錄取任務。

3 主要創新技術

3.1 壓力反轉大壓差儲層保護技術

為了控制超大壓差儲層的井控、漏失風險共存問題，實現工作液體系和工藝的互補共贏，綜合多種措施提高儲層保護效果。

1）優選高密度完井液體系，充分利用表面活性劑達到臨界膠束濃度后的增溶作用，結合助溶劑使難溶性材料形成可溶性分子間的絡合物、締合物或復鹽等技術，優選無固相加重劑、增溶劑、重結晶抑制劑、緩蝕劑等關鍵材料，形成了高密度（最高可達1.80 g/cm3）、無固相、低損害、無毒性、經濟型復合鹽完井液體系[8-9]，保障高壓層的井控安全，外觀呈無色或淡黃色液體，如圖1所示。

通過室內實驗評價了該體系的綜合性能，抗溫能力達180℃，潤滑系數的降低率≥90%，泥頁巖滾動回收率≥95%,防膨率≥94%，無腐蝕性，具有良好的配伍性，不含固相，巖心滲透率恢復值≥90%，無毒性，環境友好，不污染海洋環境。

2）研發復雜動態條件下的清潔暫堵液體系（圖2），通過優選4種高吸水材料復配形成的固化劑，消除暫堵液中的游離液體，應用引發劑排除二價陽離子對固化劑的影響[10]，增加適當的穩定劑保證暫堵液的高溫穩定性，研發了一套黏度可調、性能穩定、無腐蝕的暫堵液體系，有效避免了完井液的漏失，保護低壓層。

實驗測試了暫堵液的相關性能，黏度在25～110 mPa·s之間可調，抗溫能力超過150℃，基本沒有腐蝕性，有利于井筒保護，與地層水配伍性良好，無沉淀、分層和絮凝現象，體系無固相，巖心滲透率恢復值≥90%，暫堵層≤2 mm，正向承壓能力超過26 MPa，保護常壓或低壓儲層，返排壓差小于0.5 MPa，利于后期誘噴作業。配方為：淡水+0.5%引發劑YF-1+1.5%固化劑SNJ+0.5%穩定劑WDJ-1。

3）基于前期常規DST測試已打開儲層的情況，為了兼顧洗井過程中的井控安全和井筒清潔質量，在延長測試完井期間采用多功能清潔工具配合控壓洗井工藝，通過控制節流閥開度實時調整不同排量下井底ECD值，控制套壓在理論值的±0.34 MPa以內，利用強磁清潔器、套管刷、井筒過濾器、旋轉刮管器等工具，最大限度地提升井筒清潔效果，實現儲層保護。基于高密度完井液和暫堵液技術，采用一趟射孔管柱同時打開高、低壓儲層，避免多次射孔多次壓井帶來的儲層污染。

圖1 高密度無固相完井液體系

圖2 暫堵液體系原理示意圖

3.2 雙爆轟復合擴容射孔測試技術

為了改善低孔低滲氣藏的測試效果，改善井筒與地層的連通效果，采用雙爆轟復合擴容射孔技術，將聚能射孔與后效射孔復合使用，實現雙級爆轟、二次做功、擴容增產的作用，利用不同目標靶向的能量釋放，改善孔道形態，恢復原始滲透率，為延長測試建立良好的流動通道。

射孔后進行流動效率對比試驗，在壓差、溫度、煤油黏度相同的條件下，后效擴容射孔入口直徑、穿孔深度明顯增加，流動效率相對常規射孔提高38%；射孔后經套管和水泥靶硬度校正，復合擴容射孔平均穿深1 345.7 mm,平均孔徑13.0 mm，相比常規射孔穿深增加22%，孔徑增大22%，射孔槍最大脹徑量僅2.2 mm，套管完好，未出現裂紋。

根據混凝土靶剖面分析，橫向釋能區域約為40～100 mm，遠大于射孔形成的壓實帶，在孔道末端形成了開放性孔道形態及裂隙，延展裂隙約為20～40 mm，表明擴容射孔兩級分倉爆炸能量利用率高，對周圍巖石形成了震顫作用，與地層形成良好的連通條件，如圖3所示。

3.3 氣井分層測試工具優選與工藝優化

分層延長測試的目標需要管柱的有效分隔，而最重要的工具就是封隔器。根據封隔器工具結構、氣密性能以及使用方法，優選V0級生產封隔器，具有“卡瓦-膠皮-卡瓦”整體式穩定結構、“三段式+防溢環”的可靠膠皮密封系統、“擋環+密封圈”的安全內部密封系統，具備良好的氣密性能和機械性能，達到最高氣密等級V0，且使用前進行油管試壓、環空試壓、正常生產、短關井、長關井、油管掏空、環空掏空、注入等8種工況的校核分析，為分層測試的可靠實施提供了封隔保障與安全手段。結合生產滑套、工作筒、堵塞器等配套工具，實現分層延長測試的工程目標，準確評價不同壓力層系的油氣藏。設計完井生產管柱如圖4所示。

圖3 雙爆轟復合擴容射孔與常規射孔的孔道形態對比

圖4 完井生產管柱示意圖

由于本井存在CO2腐蝕性氣體，根據標準選擇防腐材質13Cr油管。為了全面提升油管連接質量、保障密封性，制定了油管下入質量控制體系和操作規程，包括油管螺紋清洗、螺紋密封脂優選、螺紋綜合評價、螺紋連接操作規程、扭矩-圈數及扭矩-時間監測等措施。

1）油管螺紋清洗。采用高壓水槍、氣槍沖洗內外螺紋，清除儲存螺紋脂（基本不具備潤滑性能，常含有黏性殘留異物，易損傷絲螺紋密封面）。

2）螺紋密封脂優選。根據螺紋類型選擇合適的螺紋密封脂，少量均勻涂抹于外螺紋表面，防止影響絲扣機械性能。

3）螺紋綜合評價。嚴格檢查清洗后的螺紋整體情況，特別是密封面及密封臺階發生問題的螺紋，若無法修復則作廢處理。

4）螺紋連接操作規程。使用對扣器對扣，保持大鉤居中，手動引扣到位后，再用油管鉗配備無壓痕卡瓦或微壓痕+硅絲網的方式上扣到位，避免油管外壁機械損傷。

5）扭矩-圈數及扭矩-時間監測。使用扭矩監測儀監測螺紋連接過程，滿足螺紋連接扭矩曲線特征方可下入，若發現異常及時修復或更換。

3.4 鋼絲作業資料精細錄取技術

常規的油管攜帶式井下溫度壓力計難以長時間承受高溫、高壓、震動、沖蝕等惡劣井筒環境，在生產過程中出現故障無法監測。優選鋼絲作業下入井下存儲式壓力計的方式，結合SPS單相井下PVT取樣器，實現儲層溫度、壓力數據的連續監測和井筒流體樣品的采集，為油氣藏評價提供精細真實的數據。

1）優選MHT存儲式壓力計，壓力量程103.423 MPa、溫度量程175℃、存儲量100萬組數據，配套耐溫150℃、180℃的2種類型電池，采點率由1點/1秒至1點/30秒，對應工作時間在最小采點率條件下，考慮75%安全系數的最長安全使用時間為48 d。每次同時下入2支設置相同的同類型壓力計，互相印證且互為補充，配套采用電子懸掛器攜帶壓力計穩定地坐入油管內，定位誤差小于10 mm，通過地面預置時間、高效下入油管、定時投放，確保壓力計準確地固定在特定位置，實現連續可靠地監測井下溫度和壓力。在電池安全使用時間內，鋼絲作業打撈電子懸掛器及壓力計，地面回放壓力計數據，為油氣藏評價提供井下詳實的基礎數據。

2）優選SPS單相井下PVT取樣器，獲取井下多種類型的原始樣品，能夠取接近臨界壓力的儲層流體、凝析氣藏、地層水等，最大壓力103.423 MPa、耐溫180℃，取樣容積600 mL，為儲層流體物性分析、油氣藏類型等地質分析提供真實的樣品。

4 現場應用效果

該研究成果在M區塊的延長測試項目中取得成功應用，主要實施效果如下。

1）儲層保護效果良好，延長測試期間P10層與前期DST測試產能數據一致。采用1.56 g/cm3的高密度工作液配合暫堵液，P10層承受了高達23 MPa的正壓差，未發生井筒溢流和漏失情況。洗井過程中優化采用2趟復合式工具組合，在Ф244.5 mm和Ф 177.8 mm套管刮管互相補充清潔，配合控壓洗井工藝，排量0.66 m3/min，泵壓4.48～5.03 MPa，起出后檢查強磁吸附較多鐵屑，多功能過濾器內較多淤泥，刮管器狀態良好。

Ф244.5 mm套管刮管洗井管柱組合：Ф152.4 mm牙輪鉆頭（無噴嘴）+Ф88.9 mm鉆桿+Ф244.5 mm刮管器+Ф244.5 mm強磁鐵×2+Ф244.5 mm套管刷+Ф139.7 mm鉆桿。

Ф177.8 mm套管刮管洗井管柱組合：Ф152.4 mm牙輪鉆頭（無噴嘴）+Ф177.8 mm刮管器+強磁鐵×2+套管刷+多功能過濾器+Ф88.9 mm鉆桿+變扣+Ф244.5 mm強磁鐵×2+Ф139.7 mm鉆桿。

2）射孔效果良好，恢復原始滲透率。本井射孔段位置，P8a層：4 308.0～4 318.6 m，厚度10.6 m；P8b層：4 359.1～4 382.0 m，厚度22.9 m；P10層：4 580.2～4 605.8 m，厚度25.6 m。

射孔彈參數：P8層選用114.3 mm深穿透高溫射孔彈SDP45HMX39-6，藥型HMX，孔徑10.92 mm，穿深1 582.42 mm，裝藥量39 g，耐溫160℃/48 h；P10層選用114.3 mm超高溫射孔彈SDP45PYX39-3，藥量 39 g，穿深 1 346.96 mm，孔徑 12.19 mm，耐溫200℃/48 h。

該井射孔發射率100%，P10層延長測試與前期常規DST測試相比，在同一油嘴條件下油氣產量保持一致，井筒連通效果良好。

3）井筒完整性良好，延長測試過程安全平穩。本井施工過程中嚴格執行油管下入質量控制體系和操作規程，管柱下入過程中每隔1 000 m試壓合格，保障入井油管連接質量合格率100%；采用的PREMIER型V0級生產封隔器，按照工具操作程序坐封、驗封過程正常，實際生產時利用坐落接頭的封堵和生產滑套的打開，成功實現P10層與P8層的測試目標層位轉換，兩層的油氣產量、井口壓力等區別明顯，與前期DST測試結果一致，有效驗證了封隔器的可靠分隔密封效果，達到了良好的井筒完整性。

4）完成井下溫度壓力采集和井下取樣。本井采用鋼絲作業攜帶2個存儲式壓力計及SPS單相井下PVT取樣器，取全取準了地質資料，工具串是：①測流壓梯度和取樣工具串，繩帽+旋轉節+鎢鋼加重桿+萬向節+單相SPS取樣槍（3支）+變扣+MHT壓力計+變扣+MHT壓力計；②鋼絲下壓力計工具串，繩帽+旋轉節+普通加重桿+萬向節+普通加重桿+機械震擊器+萬向節+電子脫手工具總成（控制器+EPTS電子脫手工具+定位器）+扶正器+萬向節+38.1mm減震器+MHT壓力計+變扣+MHT壓力計+倒錐；③鋼絲撈壓力計工具串，繩帽+旋轉節+普通加重桿+萬向節+普通加重桿+機械震擊器+萬向節+回收工具。

通過系列技術創新，使壓力反轉大壓差氣層在1口井、1趟管柱中實現分層測試，累計生產天然氣6 401×104m3、凝析油16 987 m3，為類似油氣田延長測試提供了重要借鑒。

5 結論及建議

1）針對壓力反轉且壓差大的油氣藏，高密度工作液與清潔暫堵液配合使用，能夠實現井控安全、避免漏失風險，施工過程中的多功能清潔工具與控壓洗井、一趟管柱打開儲層等措施，有效提高了儲層保護效果。

2）雙爆轟復合擴容射孔技術，通過雙級爆轟、二次做功，明顯改善孔道形態，恢復原始滲透率，與地層形成了良好的連通條件。

3）V0氣密等級的封隔器是保障分層測試的重要工具，配合油管下入的質量控制措施，能夠實現良好的井筒完整性。

4）鋼絲作業攜帶存儲式壓力計代替常規井下溫度壓力計的方式，滿足了地質資料錄取的需求，為延長測試井下數據的連續監測提供了關鍵手段。