超深小井眼地層測試工藝技術研究及應用

溫杰文

(中國石油川慶鉆探工程公司鉆采工程技術研究院)

隨著四川盆地勘探開發向縱深發展，九龍山、雙魚石、川東下古界-震旦系等構造已鉆成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進行了一定的探索，但技術不成熟，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

相對于常規尺寸套管井眼，超深小井眼井身結構更加復雜，井筒環境更為嚴苛，這使得試油測試作業面臨極大挑戰，存在以下測試難點：

(1)井眼內徑小，常規測試工具無法進入，目前小尺寸測試工具的缺乏，導致許多測試作業無法正常開展。

(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，測試工作液易發生沉淀和結塊，而井下工具的橡膠件也容易老化變形，易造成卡埋管柱、密封失效等井下復雜。

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

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

二、 超深小井眼測試管柱及工藝

1. 油管柱優化

從與油層套管尺寸匹配考慮，選擇?88.9 mm油管+?73.0 mm復合油管作為試油管柱；經過優化，?88.9 mm油管選擇壁厚12.09 mm、9.53 mm和6.45 mm三種規格的抗硫氣密封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，以補償儲層改造期間溫度下降導致的管柱縮短。經過優化的油管柱組合，不僅單軸抗拉強度達到1.80以上，而且管柱在不同工況條件下的最低三軸應力安全系數也在設定的安全系數1.50以上，見圖1。

圖1 優化后小井眼油管柱的三軸應力安全系數

2. 測試管柱及工藝優化

2.1 管柱結構

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

(1)利用一趟管柱，直接實現了射孔、酸化、測試、氣舉排液等聯合作業，減少了起下工具次數和壓井次數，減小了地層污染，節約了試油時間和成本，經濟效益十分明顯。

(2)選用的RTTS封隔器是在常規套管用RTTS封隔器基礎上優化改進的適用于小井眼的RTTS封隔器，相比常規套管用RTTS封隔器該封隔器主要做了如下改進：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，機械強度更高，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，根據工具結構簡單、可靠原則，選擇同時具備循環、關斷功能的高溫高壓型破裂盤式井下安全循環閥(RDS)，RDS閥作為井下關斷閥，結構簡單，操作方便，強度滿足超深小井眼測試要求，井下性能可靠，使管柱具有井下關斷功能，增加井控屏障，使油套管始終處于受控狀態，保證試油作業安全。

(4)采用的壓力計托筒為專門設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，避免縮徑節流，減少沖蝕，降低酸化摩阻，改善酸化效果。

(5)所有“O”環密封件均選擇具有更高熱穩定性和高抗老化性的viton氟橡膠材質密封環，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，為小井眼套管預留了足夠的環空間隙，且工具均為全通徑，可以防止酸化時酸液在工具處節流，減小酸液對工具的沖蝕。可以防止放噴測試時地層出砂，在工具處造成管柱堵塞。同時，避免壓井過程中若出現嚴重井漏的情況下，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倒扣)，封隔器以下為尾管安全接頭(正轉上提倒扣)。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-測試聯作的井，射孔后先進行初排，再酸化測試；“兩閥一封”型管柱適用于已經射孔完井的井，先替液，再酸化測試。

(2) “兩閥一封”型管柱通過應用DBE型替液閥來進行低替作業，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型替液閥結構簡單，無循環密封，替液控制排量較大。且其鋼球到位比較容易，關閉方式為剪斷銷釘的方式，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性和安全性，也可以避免常規井中操作OMNI閥時需要反復環空加泄壓加劇套管損壞的風險。

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

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，下入時DB循環閥處于關閉位。下管柱至預定位置后進行電測校深，根據校深結果調整管柱使射孔槍對準目的層。然后上提管柱，正轉加壓座封RTTS封隔器，座封完成后換裝井口，射孔施工前斷油套，并從環空加壓對封隔器驗封，驗封合格后進行射孔。射孔后，進行初排液，若產水，下入連續油管，進行氣舉排液，作酸化施工前準備。用八臺壓裂車高擠酸液施工，酸化完成后進行排液、放噴、測試等作業，隨后進行關井求壓，最后通過環空加壓操作打開RDS循環閥實現井下關井，壓井循環后起出測試管柱獲取井下壓力溫度資料，結束本層試油。

2.4.2 “兩閥一封”型管柱

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

三、超深小井眼電纜橋塞

超深小井眼封閉技術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生閃凝等現象，因此，急需采用新的方式進行封閉作業[4-5]。本文設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設計深度，且通常配合注灰作業，進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，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。卡瓦采用硬質合金卡瓦，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生位移等現象，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特點：耐溫177℃、承壓70 MPa;結構簡單、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、現場應用

LT1井為四川盆地JLS構造龍王廟組底界主體構造的風險探井，完鉆井深6 737.00 m，實測地層溫度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，井身結構如圖5所示。在LT1井采用超深小井眼“三閥一封”射孔-初測-酸化-測試管柱進行試油測試作業和電纜橋塞封閉作業，油管組合、測試工具配套及電纜橋塞技術參數見表1～表3。

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

圖5 LT1井井身結構圖

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抗內壓/MPa抗外擠/MPa抗拉強度/kN抗拉安全系數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電纜橋塞技術參數表

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、 結論

(1)優化后的超深小井眼油管柱組合不僅單軸抗拉強度達到1.80以上，而且管柱在不同工況條件下的最低三軸應力安全系數也在設定的安全系數1.50以上。

(2)針對超深小井眼地層測試難點，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，功能上也存在區別，分別制定了工藝措施。

(3)通過優化卡瓦材質和結構、優選密封膠筒材質，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層封閉地層的需要。

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