頁巖氣井鋼絲試井工藝技術應用探討

嚴曉明

（中石化華東油氣分公司采油氣工程服務中心，江蘇 泰州 225300）

0 引言

南川頁巖氣井試井作業中易出現冰堵、卡阻、儀器落井等問題，針對這些問題，必須對試井作業的工藝技術、設備配套進行必要的優化和改進，基于此，在本文當中通過相關的調查研究，制定了處理鋼絲作業過程中各種風險事故的方法和應急處理方案，旨在以減少各類事故的發生，更進一步加強試井作業的安全保障[1]。

1 頁巖氣井鋼絲試井工藝技術

目前南川頁巖氣平橋南區氣井井口壓力多在10MPa左右，鋼絲試井作業主要以壓力梯度監測、液面探測為目的。投產初期井口關井壓力25 MPa左右，個別井35MPa。區塊內頁巖氣井氣體均以甲烷為主，不含硫化氫。

針對目前區塊內氣井壓力及流體性質選擇合適的試井設備和工藝技術，既能保障施工安全，又能以最小作業成本求取到所需要的數據。

1.1 鋼絲試井作業分類

南川頁巖氣工區試井作業主要分為兩類，一類是壓裂試氣階段的產能試井，目的是獲得儲層的原始地層壓力、溫度、無阻流量、氣井完井的表皮系數、滲透率等地層參數。這些信息被認為是氣藏制訂開發方案的主要依據。另一類是氣田進入生產期，定期對所有氣井進行壓力梯度監測，實時了解井筒生產動態[2]。

1.2 鋼絲試井設備配套

鋼絲試井設備主要包括三大塊，分別是動力系統、井口鋼絲防噴裝置、井下工具串。

1.2.1 動力系統

動力系統主要考慮的是鋼絲絞車的提升力、作業深度等能力要滿足施工井要求，采用ES5255TCJ測井車，配備絞車滾筒鋼絲最大容量7500m（鋼絲直徑0.108″），滾筒的最大提升力不小于15kN。區塊內氣井垂深平均在3000~3500m，考慮井斜和入井油管深度，鋼絲可下入深一般小于4000m。該設備完全能夠滿足工區內所有井作業要求。

1.2.2 井口鋼絲防噴裝置

（1）鋼絲手動單閘板防噴器。鋼絲手動單閘板防噴器的開啟和關閉都是依靠手動來控制的，不需要液控系統，設備原理簡單，操作簡單，使用過程中故障率低，后期維護方便。

（2）分體式防噴管。單根長度0.5~1.2m，最大重量25kg，通徑53mm，壓力等級70MPa。防噴管之間、防噴管與防噴器之間都是通過絲扣連接，無需卡車單獨運輸，可以隨試井車運輸至井場。作業期間根據入井工具串長度可靈活調整防噴管安裝數量，因防噴管整體質量較輕，采取人工連接的方法，無需吊車輔助，節省施工費用和吊裝風險[3]。

（3）鋼絲防噴盒。研制了新型鋼絲試井井口防噴盒并申請實用新型專利（ZL 2017 2 0748598.1）。提放鋼絲時，手動泵通過控制閥液壓推動液壓缸內活塞桿及活塞頭壓縮盤根膠皮預緊鋼絲，以無泄漏為目的實時調整液壓壓力，實現既能密封鋼絲又能盡量減少盤根膠皮磨損。

該新型防噴盒具有以下特點：一是遠程液壓控制盤根膠皮的壓緊和松開，能夠對井口出現的突發性泄露迅速做出相應操作，減少了登高作業帶來的安全風險。二是可實時觀察活塞行程，準確判別盤根膠皮磨損量，避免膠皮過度磨損造成井口氣體泄漏。

圖1 液壓防噴盒結構示意圖

1.2.3 井下工具

井下工具自上而下分別為：鋼絲繩帽頭（鋼絲與工具串的連接紐帶）+萬向節（實現井下工具的自由旋轉，避免鋼絲打扭）+加重桿（增加工具串重量，克服入井阻力）+震擊器（工具遇阻解卡使用）+電子壓力計（壓力監測儀器），工具串中除加重桿需要根據井況靈活配置之外，其他工具基本都為固定配置[4]。

2 試井作業復雜井況及處理

2.1 井下異物卡阻

試井井下儀器最大外徑36mm，工具串最下部電子壓力計尾端設計為彈頭狀導向頭，最上部與鋼絲連接的繩帽頭頂端為導向斜坡，試井工具串在通過異常井段時無論上行或者下放都能夠最大限度的通過。壓后放噴排液初期，井筒內存在殘留的橋塞碎片、封堵球等大體積固體物，這些殘留物隨返排氣液流上升至試井儀器懸停井深卡在儀器與油管內壁之間的空隙，導致儀器被卡住。

解決方法：長期壓力監測的井，在測試結束后建議啟動絞車后不要先進行提升操作，而是先進行下放操作，以驗證儀器是否處于自由懸垂狀態。假如已確定儀器遇卡，首先拉直鋼絲至正常上提懸重，然后下放尋找震擊器閉合點，通過快速震擊一般都可以有效解卡。上提張力控制在鋼絲破斷拉力的50%以下，震擊頻率控制在5-6次后停頓10min以上，讓鋼絲能夠有足夠的時間恢復至原有的彈性狀態[5]。

2.2 鋼絲附著物卡阻

鋼絲附著物卡阻一般發生在井口防噴盒盤根處。壓后排液初期，返排液中含有大量的高粘度膠粘物，隨著井液流動粘附在井下鋼絲表面，關井測壓恢階段，井筒氣液置換液面下降，鋼絲表面暴露在氣相井筒內，鋼絲表面覆蓋的膠粘物失水形成極大粘附力物質。測試結束隨著鋼絲上提，這些附著物在井口防噴盒盤根處刮落、堆積、壓實，直至鋼絲抱死。

解決方法：針對膠粘物粘附鋼絲表面的情況，上提過程中可采取間歇性下放的方法使聚集在防噴盒盤根處的垢物松散，但此種方法只適用于粘附在鋼絲表面的膠粘物量少且井淺。假如鋼絲下入較深，膠粘物較多，那么頻繁的采取這種方法反而會使膠粘物在防噴管內堆積越來越多，最后導致工具串無法進入防噴管的后果。采用從防噴管頂端注入甲醇或者乙二醇等有機溶劑解堵效果為最佳。

2.3 水合物卡阻

地表氣溫較低時，井口鋼絲防噴盒刺漏極有可能導致采氣樹和鋼絲防噴管內生成水合物，發生冰堵現象。

解決方法：一是關閉鋼絲防噴器后，防噴盒泄壓，打開防噴盒清除水合物并更換全部的盤根。二是在分體式防噴管頂部設計安裝藥劑注入口，一旦發生冰堵則注入甲醇或乙二醇溶解水合物[6]。

3 試井作業中異常井實例分析

3.1 SY3HF井

SY3HF井壓裂結束后采用鋼絲試井作業的方式進行系統測試。該井按照常規回壓法試井操作程序，下放鋼絲至井深2580m處先進行三個工作制度的流壓測試，關井壓力恢復測試，壓恢測試結束后上提鋼絲遇阻。

3.2 操作過程及現象

壓恢測試結束后，開始上提工具串，觀察鋼絲在無外力推動情況下是否能夠依靠工具串自身重力自由下滑，觀察正常后，緩慢上提工具串，張力顯示130～150kg，系統壓力1100psi。入井時上提測試張力為120kg，張力略有增加。緩慢上提工具，期間系統壓力表持續抖動，并緩慢增大至1200psi且有持續增加趨勢，嘗試下放工具串，可以自由下放，下放10m左右再繼續上提，發現張力及系統壓力較下放之前略有減小，繼續上提鋼絲，張力與系統壓力緩慢增加，且系統壓力表指針及鋼絲抖動越發嚴重。采取下放一段距離然后上提的方法，有一定作用但效果變差。采用此種方法將鋼絲上提至2180m后，張力增大至190kg，系統壓力1200-1400psi波動，鋼絲抖動嚴重，停止上提，將剎車放松，使鋼絲自由下滑至自由懸重后剎車[7]。

3.3 原因分析

排除了井下異物硬卡儀器現象。該井流壓測試期間產液量最高540m3/d，開井測試結束后關井壓力恢復測試時間長達40d，認為是膠粘物在防噴盒盤根處堆積抱死了鋼絲，井口附近井筒有水合物生成。

3.4 解決措施

防噴管內注入甲醇，甲醇泵初始注入壓力為32MPa，持續注入約5min后降至約30MPa，注入甲醇50L后嘗試上提鋼絲，液壓系統壓力1200psi，系統壓力表抖動較之前有所改善，持續上提，系統壓力表抖動逐漸變小，且保持在1200psi以下不再增加。保持甲醇泵持續注入，繼續上提鋼絲，系統壓力表抖動情況明顯改善，張力及系統壓力逐漸恢復正常，打開防噴盒檢查發現在防噴盒內堆積有大量膠狀物。

3.5 DS1HF井

DS1HF井壓裂后關井測靜壓，壓力計下深1100m后上提梯度測試直至壓力計提出井口都無異常。再次下入鋼絲工具時遇阻。

（1）操作過程及現象。完成靜壓測試后，下入壓力計進行系統試井作業。儀器下放至476m時遇阻，遇阻后緩慢上提工具串張力持續上升至280kg，上下活動多次及使用震擊器震擊均未能解卡。

（2）原因分析。本井采取油管管柱分級滑套壓裂的方式進行壓裂，試氣管柱內徑76mm，儀器外徑36mm，封堵球直徑28mm、36mm及40mm，壓裂結束放噴3天后即關井，返排時間較短，井內仍有一定數量的封堵球未能排出，再次開井放噴時上竄卡住壓力計等入井儀器。

（3）解決措施。采用震擊器解卡，井下儀器未發生移動，討論決定切斷鋼絲與繩帽連接處將鋼絲提出。然后更換整體吊裝式鋼絲作業防噴裝置進行打撈。打撈工序如下：①關閉防噴器，將防噴管內壓力泄掉，將肯利割刀裝入防噴管內后連接至防噴器上方，打開防噴器自由投送肯利割刀至繩帽頭位置切斷鋼絲。②待懸重下降至鋼絲自重后，提出井內鋼絲，更換打撈防噴設備。③安裝整體吊裝式GSFSP7-70鋼絲防噴裝置并組配打撈割刀工具：繩帽+旋轉器+加重桿×2+萬向節+滾輪加重桿+鏈式震擊器+快速接頭+SB投送工具+打撈筒。下放工具串成功打撈肯利割刀出井口[8]。④組配打撈測壓儀器工具串：繩帽+旋轉器+加重桿×2+萬向節+滾輪加重桿+鏈式震擊器+快速接頭+打撈筒。下放工具串成功打撈測壓儀器工具串。

4 結語

（1）頁巖氣產能試井的測試時機選擇很重要，排液初期壓裂液返排量大，過早的下入壓力計進行系統試井由于井筒情況復雜，懸浮雜質較多，容易造成試井鋼絲卡、阻現象的發生。所以產能試井最好在放噴排液較為充分的情況下進行，有利于錄取合格的資料，施工安全也得到保障。

（2）水合物作為試井作業的常見問題，預防比治理更加重要，了解水合物生成的機理，對防噴裝置的密封性進行優化改進，可以有效防治水合物的生成。所有高壓氣井試井作業都要提前做好甲醇等有機溶劑注入設備的配套工作，確保能夠快速解決已經發生的冰堵問題。

（3）試井作業時遇到張力異常、試井儀器或者鋼絲卡阻現象時，不能盲目進行解卡操作，要根據井況、現象結合前期遇到的情況進行綜合分析，找準原因，不同的原因造成的卡阻解決方法大相徑庭，只有對癥下藥才能有效解決問題[9]。