一種安全高效的多功能測試管柱

李三喜， 馮大龍， 黃 偉， 吳 軒， 陶 亮

(1中海石油(中國)有限公司上海分公司 2中海艾普油氣測試(天津)有限公司)

目前我國東海海域勘探方向逐漸轉向深層油氣藏，該油氣資源埋藏深，成藏條件復雜，具有顯著的低滲、致密氣藏特點，同時儲層中往往含有復雜氣體。在現場作業過程中要充分考慮井況條件，依據井下地質情況來選擇測試設備和采用合理的井控措施，設計合理的工藝流程來保證測試任務順利完成[1]。井下DST工具及測試管柱作為測試作業的重要組成部分，在很大程度上關系著整個測試作業的成敗。本安全高效多功能測試管柱以安全可靠為最大特點，最大限度地保障作業成功率、省時、高效、降低作業成本，為深層低滲-致密天然氣井的安全測試提供技術參考。

一、作業現狀及技術難題

1.傳統管柱試壓難

海上深層低滲-致密天然氣井的測試管柱普遍下深大，全管柱試壓存在困難，目前海上常規測試管柱試壓方式為刮管管柱試壓或者測試管柱直接試壓。刮管管柱試壓是在刮管作業期間對測試管柱中將用到的主管柱進行壓力測試，多采用RD循環閥和TST閥組合下入的管柱來實現自動灌液及壓力試驗，測試管柱下入過程中不再進行全管柱壓力試驗，但由于測試主管柱要對上一步已經試壓檢驗的刮管管柱重新拆卸和連接，這樣測試管柱的密封性就難以保證。傳統測試管柱試壓一般采用LPR-N測試閥或者其他專門的試壓工具。若通過LPR-N測試閥對管柱試壓，則其球閥處于關閉狀態，通過井口灌注液墊的方式進行壓力試驗。管柱通常需要分段試壓，這樣LPR-N測試閥球閥在試壓期間將反復承受高壓，可能降低球閥的密封性，進而影響關井資料錄取。

2.傳統誘噴液墊替入方式風險大

測試作業中為保證地層流體流出地面，需要對測試管柱建立誘噴壓差，若對測試管柱試壓結束后替入誘噴液墊，則一般由OMNI閥(多次循環閥，下同)來實現，眾所周知OMNI閥功能強大，但結構復雜，操作繁瑣，將其由下井狀態的測試位轉換至替液時的循環位需要多次環空加放壓操作，對工具的穩定性、人員操作水平、測試液性能等都有較高要求；反復的環空加放壓操作還要占用較長的鉆機時間，作業時效性不高；而如果OMNI閥一旦換位不成功，一般情況下只能起鉆，排查故障后再重新下入，其后果不僅是耽誤作業時間，提高作業成本，同時也可能引發安全風險。

3.測試封隔器選型難

目前，測試常用封隔器類型按是否旋轉管柱可分為兩類：一類為旋轉坐封封隔器，另一類為非旋轉坐封封隔器。旋轉坐封封隔器如果應用于大斜度井、水平井，那么在旋轉測試管柱坐封時，由于管柱彎曲旋轉扭矩較大，測試管柱容易受損甚至斷裂，而且由于井口施加的扭矩難以傳遞至封隔器，而導致旋轉坐封封隔器難以坐封；深水測試由于懸掛器以上測試管柱外表面綁定有既粗又重的水下樹臍帶纜，管柱禁止有任何旋轉操作。因此旋轉坐封封隔器不適用于大斜度井、深井及深水井測試作業。非旋轉封隔器一般為液壓坐封插管密封式封隔器，一般具備良好的密封、耐溫、耐壓性能。但這類封隔器的最大缺點在于封隔器本身需要單趟管柱下入，然后再下入帶密封插管的測試管柱，這樣作業時效較差，作業成本較高。

二、技術對策

1.優化管柱試壓功能

由于東海海域深層低滲-致密氣井儲層情況復雜，地層壓力系數各有不同，因此測試液參數也不盡相同，為此需要針對不同井身結構、地層參數、測試目的、以及測試液參數等設計測試管柱，進行管柱結構優化和工具升級，使其滿足深層低滲-致密氣井測試要求。為保證管柱密封性，需要對測試管柱進行試壓檢驗，由此本新型安全高效多功能測試管柱(見圖1)配備了專門的試壓工具——自動灌液試壓旁通閥或井口灌液試壓旁通閥，二者可選其一，具體視主管柱清潔程度，測試液是否有固相顆粒等情況而定。

圖1 安全高效多功能測試聯作管柱

自動灌液試壓旁通閥為一閥板結構的試壓閥，閥板下部帶有旁通孔，在測試管柱下入期間可以自動灌液，在測試管柱靜止時即可對管柱試壓，當測試管柱下入到位完成管柱所有試壓工作后，環空加壓擊穿自動灌液試壓旁通閥上的破裂盤，工具關閉下部與環空連接的旁通通道，同時打開閥板，整個工具處于全通徑狀態。井口灌液試壓旁通閥為一球閥結構的試壓閥，閥板下部帶有旁通孔，工具結構和工作原理與自動灌液試壓旁通閥相似，其最大特點在于承壓閥體為球閥，增加了測試管柱試壓的穩定性與可靠性。使用井口灌液試壓旁通閥的測試管柱在下入過程中可直接灌入測試液墊并對管柱進行試壓，整個管柱試壓結束后，通過環空加壓打開球閥關閉旁通孔，并進行后續作業。

2.優化管柱造負壓功能

為保證管柱密封性，需要對全部測試管柱進行試壓檢驗；同時為保證作業安全，下鉆及管柱試壓期間，管柱內液體一般為測試液，以保持與環空壓力的相對平衡。由于井控原則上環空測試液靜壓應略大于地層壓力，即管柱內在充滿測試液的情況下，其無法與地層建立負壓環境，必須在封隔器坐封后，通過替入密度更低的誘噴液墊或氣墊，使管柱內靜壓對于地層形成壓差，以便地層流體流入井筒甚至噴出地面。針對工藝要求，本新型安全高效多功能測試管柱優化配置了專門的替液工具——替液閥。替液閥帶有替液孔，為環空加壓操作工具，可實現管柱內外正反向循環替液，替液結束后通過環空加壓關閉替液孔，實現測試管柱內外隔離。

替液閥代替了傳統OMNI的替液功能，對于帶OMNI閥的傳統測試管柱，OMNI閥從下井時的測試位→替液時的循環位→放噴時的測試位，總共需要9-15次環空加/放壓操作(見圖2)，而一旦OMNI閥換位不成功，多數情況下意味著本趟管柱操作失敗，只能起出工具排除故障后再次入井。而帶試壓、替液及其他功能的新型替液管柱僅需兩步環空壓力操作即可實現開井。通過工具優選及管柱組合優化，簡單的操作即實現了正替誘噴液墊的工藝要求，完全取代了傳統OMNI閥的替液功能，這是本新型安全高效多功能測試管柱的一大特點。

3.優化改進封隔器

對于東海海域深層低滲-致密氣井的測試作業特點，井型兼有直井和斜井，作業平臺兼有自升式和半潛式，且多為深井、高溫高壓井，綜合分析目前測試作業常用的機械坐封封隔器和液壓坐封封隔器的優缺點，本安全高效多功能管柱配置了一種新型封隔器——有限次非旋轉可回收機械坐封封隔器，它是一款全通徑、通過上提下放測試管柱實現坐封、解封的封隔器。有限次非旋轉封隔器基于傳統機械坐封封隔器進行了優化升級，通過增加鎖定機構、換位機構等實現了有限次坐封。由于具有鎖定機構，該封隔器在地面連接及組合下入過程不會換位，當封隔器下入到位，可通過預定深度的靜液柱壓力或環空加壓擊穿破裂盤解除鎖定，然后通過測試管柱的上提下放操作坐封封隔器。

圖2 OMNI閥換位圖

三、經濟效益評價

針對東海海域深層低滲-致密氣井測試作業難點設計出安全高效多功能測試管柱能夠滿足其作業需求，相比于傳統的測試管柱此管柱不僅在技術方面占有優勢而且也能節省作業時間，降低作業成本。

傳統RTTS系列封隔器不適用于大斜度井、水平井及深水井測試，對于這類井測試，過去一般選用液壓坐封封隔器，以井深4 000 m為例，起下一趟管柱時間大約為22 h，首先需要單獨起下鉆或電纜作業下入液壓封隔器，然后再第二趟起下鉆下入測試管柱，測試結束后若需回收液壓封隔器則需要進行三趟起下鉆，也就是說對于液壓封隔器用于測試作業，一般需要三趟起下鉆才能完成整個作業，而現在配置有限次非旋轉封隔器的新型管柱則可通過一趟管柱起下即可完成測試，整個起下管柱作業節省時間約為44 h。

傳統替液墊工藝多采用OMNI閥實現，使用替液閥替代OMNI閥，替液結束后只需一次環空壓力操作即可關閉循環孔，隨即進入放噴測試階段，這樣能極大節省作業時間。另外OMNI閥在換位過程中一旦出現故障，則只能起出測試管柱，不可避免地發生誤工時間并提高作業成本。

四、應用案例

C井為2018年渤海油田的一口預探井，完鉆井深4 317 m，完鉆層位為太古界潛山儲層，該儲層地質情況復雜，前期對其進行測試作業時出現了多種問題。本井通過對測試管柱進行優化設計，使用井口灌液試壓旁通閥和替液閥的組合，滿足了測試作業需求，求取了儲層產能數據，并簡化了操作程序，節約了作業成本。

此新型測試管柱在渤海油田C井的成功應用為安全、高效多功能測試管柱在復雜氣井中的應用打下堅實基礎。管柱結構(自上而下)如下：鉆桿+伸縮接頭+鉆鋌+循環閥壓井工具+井口灌液試壓旁通閥+替液閥+泄壓閥+測試閥+液壓旁通+震擊器+安全接頭+封隔器。本井測試管柱下井期間使用原鉆井泥漿對其進行試壓檢驗，與之配套的試壓工具為井口灌液試壓旁通閥。本井使用專門的替液工具代替了OMNI閥實現正替誘噴液墊，在測試管柱試壓結束并坐封后，通過環空加壓打開井口灌液試壓旁通閥球閥，然后通過泥漿泵進行反循環調整測試液性能，避免測試期間因測試液長時間靜止發生沉降風險。測試液性能調整完成后，進行正循環替入誘噴液墊，然后操作環空壓力關閉替液閥，進行后續測試求產作業，作業取得了完滿成功。具體施工程序：

(1)組下測試管柱。

(2)測試工具入井后，井口灌液進行試壓檢驗。

(3)一半鉆具入井后，井口灌液進行試壓檢驗。

(4)全部管柱入井后，井口灌液進行試壓檢驗。

(5)管柱配長、坐封、驗封封隔器。

(6)安裝井口測試樹，對上游高壓流程進行試壓檢驗。

(7)環空加壓打開井口灌液試壓旁通閥，循環洗井。

(8)正循環替入誘噴液墊。

(9)環空加壓關閉替液閥，同時打開測試閥。

(10)開井求產作業。

(11)環空加壓打開循環壓井閥，循環壓井。

(12)拆井口流動頭、解封、起鉆。

安全、高效多功能測試管柱也可使用自動灌液試壓旁通閥+替液閥的管柱組合，相比C井中應用的新型管柱組合，這種管柱組合在整個管柱下入過程中保持管柱內外連通并實現自動灌液；對于裸眼測試，如果下鉆期間出現井涌，則可隨時進行循環壓井作業，調整測試液比重，保證井控安全。安全、高效多功能測試管柱還使用更為先進的有限次非旋轉封隔器工具，該封隔器坐封過程無需旋轉管柱，并且坐封次數有限，避免了深水測試作業起鉆過程封隔器重復坐封，所以此管柱同樣適用于大斜度井、水平井以及深水測試井的測試作業。

五、總結

(1)隨著勘探領域不斷向深層深水領域發展，測試作業的技術要求也在不斷提高，經過研究改進設計出的安全高效多功能測試管柱能夠滿足深層低滲-致密氣井的測試作業需求。

(2)安全高效多功能測試管柱將新工具與傳統工具相結合，實現測試管柱分段式壓、正替液墊等作業的簡便化，有限次非旋轉封隔器的應用完美替代液壓坐封封隔器的作業方式，降低作業成本，提高作業可靠性。

(3)安全高效多功能測試管柱能夠在東海深層低滲-致密氣井測試作業中廣泛應用，有助于降低海上測試作業成本。