羅 冰， 張華衛(wèi)， 陳心進(jìn)

(1.中國(guó)石化國(guó)際石油勘探開發(fā)有限公司，北京 100029；2.中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京100101)

也門71區(qū)塊長(zhǎng)裸眼段氣井測(cè)試后壓井技術(shù)

羅 冰1， 張華衛(wèi)2， 陳心進(jìn)1

(1.中國(guó)石化國(guó)際石油勘探開發(fā)有限公司，北京 100029；2.中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京100101)

也門71區(qū)塊油氣井長(zhǎng)裸眼段測(cè)試壓井施工過程中，為了將封隔器以下口袋內(nèi)的油氣推回油氣層和循環(huán)帶出地面，在分析擬測(cè)試井地質(zhì)油藏資料和工程參數(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種集平推壓井法和反循環(huán)節(jié)流壓井法于一體的壓井技術(shù)。在該地區(qū)4口探井的測(cè)試作業(yè)中，應(yīng)用該技術(shù)都在48 h以內(nèi)完成壓井作業(yè)。其中，Henin-1ST井裸眼口袋長(zhǎng)達(dá)710 m，測(cè)試壓井作業(yè)中僅用27 h就將井壓穩(wěn)，井內(nèi)無外溢，無漏失，并安全順利地起出測(cè)試管柱和DST測(cè)試工具?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明,該壓井技術(shù)為油氣井測(cè)試后壓井作業(yè)安全提供了保證，可在其他類似工況條件的壓井作業(yè)中推廣應(yīng)用。

長(zhǎng)裸眼 測(cè)試 壓井 平推 反循環(huán) 節(jié)流

也門勘探區(qū)塊油氣井在測(cè)試過程中，封隔器解封以后，如果不能及時(shí)將封隔器下方口袋中大量聚集的油氣充分循環(huán)帶出，油氣將會(huì)進(jìn)入封隔器上部井筒內(nèi)，可能造成井涌甚至發(fā)生井噴等嚴(yán)重事故。該地區(qū)儲(chǔ)層主要為基底裂縫性油藏[1]，井身多采用裸眼完井方式；在對(duì)氣井整個(gè)長(zhǎng)裸眼段進(jìn)行測(cè)試時(shí)，其產(chǎn)層長(zhǎng)度和跨度很大，會(huì)有更多的氣體聚集在封隔器以下的裸眼井底，而且天然氣上竄速度很快，增加了后續(xù)壓井作業(yè)的難度，處理不當(dāng)可能造成巨大的危險(xiǎn)和損失。國(guó)內(nèi)外的油氣井測(cè)試大都是在套管固井后進(jìn)行，封隔器可以盡可能靠近射孔井段，壓井作業(yè)中可以針對(duì)性地將口袋內(nèi)地層流體平推回地層，而不用擔(dān)心其他地層發(fā)生漏失[2-3]。但是也門油氣井在鉆桿測(cè)試(drill stem testing，DST)中，基底油藏的裂縫性特征決定了產(chǎn)層的不確定性，在平推的過程中也容易將其他層段壓裂和壓漏，從而使壓井作業(yè)陷入被動(dòng)。針對(duì)上述問題，筆者在充分考慮測(cè)試工具特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化平推法壓井,并與反循環(huán)節(jié)流壓井法有機(jī)地結(jié)合在一起，確保了整個(gè)壓井作業(yè)更加安全有效。

1 也門71區(qū)塊基本情況

也門71區(qū)塊的多口探井都采用DST測(cè)試工藝，即在套管內(nèi)坐封封隔器對(duì)底部的裸眼地層進(jìn)行測(cè)試。同時(shí)，在測(cè)試過程中進(jìn)行下連續(xù)油管、電纜、鋼絲繩等伴行作業(yè)，除了獲取油氣壓力、產(chǎn)量等參數(shù)外，還可以用連續(xù)油管進(jìn)行地層酸化、利用生產(chǎn)測(cè)井確定產(chǎn)層、井下取樣等，為深入了解基底地層油藏性質(zhì)獲取更多資料。

也門71區(qū)塊較為典型的井身和測(cè)試管柱結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于要測(cè)試的基底地層裸眼段很長(zhǎng)，測(cè)試期間會(huì)有大量氣體聚集在封隔器以下，增加了測(cè)試結(jié)束時(shí)壓井作業(yè)的難度，并給整個(gè)測(cè)試工作帶來極大的安全隱患。

2 壓井作業(yè)步驟

針對(duì)也門71區(qū)塊油氣井測(cè)試作業(yè)面臨的問題，為了確保施工安全有序進(jìn)行，在壓井作業(yè)中采取以下技術(shù)措施和步驟進(jìn)行施工：

1) 關(guān)閉井下測(cè)試主閥，打開地面閥門完全釋放管柱內(nèi)氣體，然后用泵車向管柱內(nèi)注滿清水或壓井液。

2) 保持井下測(cè)試主閥關(guān)閉，打開上部循環(huán)閥，用準(zhǔn)備好的壓井液進(jìn)行反循環(huán)洗井，將測(cè)試閥以上管柱內(nèi)外循環(huán)至進(jìn)出口壓井液密度一致。

3) 關(guān)閉循環(huán)閥，打開井下測(cè)試主閥并鎖定為開啟狀態(tài)，在井口向測(cè)試管柱泵入壓井液，注滿封隔器以下的口袋，然后對(duì)地層進(jìn)行推擠，盡可能將口袋內(nèi)的油氣擠入地層[4-5]。為防止將地層壓破，需要考慮地層的承壓能力，根據(jù)鉆井時(shí)地層漏失試驗(yàn)結(jié)果，也門幾口井施工中均控制泵壓小于14 MPa。在對(duì)基底裂縫性地層施工時(shí)，在壓井之前準(zhǔn)備足夠的堵漏材料，如遇漏失及時(shí)泵入堵漏液進(jìn)行堵漏作業(yè)，確保地層具備一定的承壓能力。

4) 上提管柱并打開封隔器的旁通機(jī)構(gòu)，然后關(guān)閉井口防噴器進(jìn)行反循環(huán)，利用測(cè)試油嘴管匯進(jìn)行節(jié)流控制，逐步將井底沒有被擠入地層的油氣和受污染的鉆井液帶出，直至進(jìn)出口鉆井液密度一致。其主要工藝特點(diǎn)為：a)在壓井期間，確保環(huán)形空間內(nèi)的壓井液不受油氣污染；b)循環(huán)出口依然在測(cè)試控制頭、高壓管匯和油嘴管匯的控制下，確保井控安全；c)緊急情況下，如泵車出現(xiàn)故障等，操作人員可以將測(cè)試管柱下放關(guān)閉旁通機(jī)構(gòu)，繼續(xù)有效控制井下油氣從環(huán)形空間上竄，避免發(fā)生意外井控問題；d)正循環(huán)易發(fā)生剛開始循環(huán)時(shí)有大量氣體進(jìn)入環(huán)形空間內(nèi)，導(dǎo)致套壓不穩(wěn)和對(duì)井下環(huán)空壓力響應(yīng)式測(cè)試工具造成影響，甚至可能發(fā)生將井下測(cè)試主閥關(guān)閉、無法建立循環(huán)的情況，反循環(huán)可以避免以上問題。

5) 當(dāng)井口返出的鉆井液密度基本與入口鉆井液密度一致時(shí)，進(jìn)一步上提測(cè)試管柱將封隔器充分解封，再采用正循環(huán)加大排量，將井筒內(nèi)的鉆井液調(diào)整均勻。

6) 進(jìn)行溢流檢查，合格后再起鉆，并控制起鉆速度，加強(qiáng)起鉆過程中的溢流檢查，直至全部測(cè)試工具出井口。

7) 最后，及時(shí)下入帶鉆頭的鉆具，進(jìn)行循環(huán)和處理井下殘存的油氣，確保整個(gè)井筒安全。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 井控設(shè)備的布置和試壓工作

測(cè)試管匯在測(cè)試前要嚴(yán)格進(jìn)行試壓，確保滿足測(cè)試和循環(huán)壓井的要求[6]；要做好反循環(huán)出來的受污染壓井液的脫氣和回收工作，將反循環(huán)出來的含油氣流體安全導(dǎo)入節(jié)流管匯下游，然后通過分離器將分離出的氣體導(dǎo)到燃燒池燃燒掉，回收的壓井液進(jìn)入鉆井液罐繼續(xù)循環(huán)使用[7]。常用的測(cè)試地面設(shè)備布置如圖2所示。

3.2 反循環(huán)節(jié)流回壓控制方法

類似于正循環(huán)壓井，井下的流體受油氣侵入后密度降低，循環(huán)進(jìn)入管柱后形成的靜液柱壓力不足以平衡地層壓力，如果不加強(qiáng)回壓控制，那么地層油氣會(huì)進(jìn)一步進(jìn)入井底，造成壓井失敗。在反循環(huán)壓井中使用節(jié)流管匯控制回壓，既要有足夠井底壓力進(jìn)行壓井，又不能造成地層破裂[8-9]。該步驟的關(guān)鍵是控制環(huán)空泵壓，既要有足夠的泵壓來克服環(huán)空沿程摩阻，泵壓還不能過大，以免激活井下壓力響應(yīng)式測(cè)試工具。

由于環(huán)空中的壓井液是未受到污染的鉆井液，其性質(zhì)和參數(shù)是穩(wěn)定且可知的，只要計(jì)算出環(huán)空內(nèi)的沿程摩阻，控制泵壓在該摩阻之上就可以確定井下壓力是否滿足壓井要求。環(huán)形空間的沿程阻力損失的計(jì)算分以下2個(gè)步驟[10]。

1) 計(jì)算雷諾數(shù)，判定流體的狀態(tài)：

(1)

其中DD=D1-D2

(2)

實(shí)際情況如圖3所示，套管外徑為177.80 mm，內(nèi)徑為157.08 mm，壁厚為10.36 mm；測(cè)試管柱外徑為88.9 mm，長(zhǎng)度2 850.00 m，鉆井液黏度10 mPa·s，密度1.25 kg/L，循環(huán)排量10.6 L/s，計(jì)算整個(gè)環(huán)空沿程摩阻損失。

計(jì)算得到雷諾數(shù)Re=6 825，判斷流體為紊流狀態(tài)，按照流體紊流狀態(tài)計(jì)算沿程阻力系數(shù)：

(3)

2)計(jì)算獲得流體在整個(gè)環(huán)空段的沿程壓降為：

(4)

式中：λ為沿程阻力系數(shù)；ρ為流體密度，kg/L；L為管柱長(zhǎng)度， m；Δp為沿程壓降，Pa。

計(jì)算得到的整個(gè)環(huán)空段的沿程壓降并不大，可以近似認(rèn)為在反循環(huán)時(shí)，只要在地面有泵壓，在保持鉆井液密度不變的條件下，環(huán)空中的液柱壓力是大于地層壓力的，不會(huì)有地層流體進(jìn)一步流入井筒。實(shí)際施工時(shí)控制地面泵壓為2.76～5.51 MPa，可以確保井控安全；同時(shí)，不會(huì)激活井下DST測(cè)試工具，避免誤操作關(guān)閉井下開關(guān)閥。

3.3 循環(huán)脫氣

由于井眼底部為長(zhǎng)裸眼，不能將帶有套管封隔器的測(cè)試管柱下至井底進(jìn)行循環(huán)，因此壓井和反循環(huán)的時(shí)間會(huì)較長(zhǎng)。壓井和反循環(huán)的時(shí)間還取決于地層的吃入能力，如果地層吃入能力很差，在推擠口袋內(nèi)流體時(shí)只有少量流體被推擠入地層，大量的氣體則滯留在井筒中與壓井液混合，只有依靠反循環(huán)時(shí)隨壓井液一起帶出。隨著口袋內(nèi)壓井液的逐步置換，受污染的較輕鉆井液會(huì)逐步漂浮到套管鞋下并循環(huán)帶出，這個(gè)過程較慢，導(dǎo)致反循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)。

4 應(yīng)用實(shí)例

也門71區(qū)塊4口探井進(jìn)行了6井次的裸眼井段DST測(cè)試。這4口井所測(cè)試的裸眼段長(zhǎng)度不一，產(chǎn)氣量也不同，在施工中應(yīng)用并逐步完善該壓井技術(shù)后，均成功地解決了壓井難題，且都在48 h內(nèi)完成壓井施工作業(yè)(見表1)。尤其是在Henin-1ST井的裸眼口袋長(zhǎng)度達(dá)到710.00 m、且地層在平推擠注時(shí)發(fā)生漏失的情況下，測(cè)試壓井作業(yè)僅27 h就將井壓穩(wěn)，井內(nèi)無外溢，無漏失，并安全順利地起出測(cè)試管柱和DST測(cè)試工具。

Henin-1ST井是在原直井Henin-1井基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)施工的一口側(cè)鉆定向斜井,井身結(jié)構(gòu)和測(cè)試管柱如圖4所示。

該井在進(jìn)行鉆井液性能調(diào)整和刮φ177.8 mm尾管的過程中，先后發(fā)生井漏和井涌，最終井深3 300.00 m以深的漏層堵漏成功，并將鉆井液密度從1.23 kg/L提高到1.27 kg/L進(jìn)行壓井。

該井具體的測(cè)試后壓井過程如下：

1) 將測(cè)試閥上部管柱內(nèi)外壓井液循環(huán)均勻且性能一致。先用固井泵向測(cè)試管柱內(nèi)泵注清水以平衡壓力，共泵注12 m3；再向環(huán)空加壓10.3 MPa打開IRDV循環(huán)閥，用固井泵反循環(huán)鉆井液16 m3，以除凈油管內(nèi)的油氣，返出物經(jīng)過緩沖罐至點(diǎn)火頭燃燒。再用鉆井泵正循環(huán)127 m3密度為 1.35 kg/L的鉆井液，將封隔器以上井筒內(nèi)密度為1.27 kg/L的鉆井液替為1.35 kg/L鉆井液，泵排量16 L/s。

2) 將封隔器以下口袋內(nèi)流體擠回地層[7-8]?？刂骗h(huán)空壓力關(guān)閉IRDV循環(huán)閥，打開IRDV測(cè)試閥，用固井泵通過測(cè)試管柱向地層擠入16.9 m3密度為1.27 kg/L的鉆井液，將封隔器以下流體擠回地層，泵壓7.6 MPa，排量17.2 L/s。停止擠注后，泵壓迅速降為0，說明地層存在漏失。

3) 為處理地層漏失，先用固井泵擠注17 m3密度為1.38 kg/L的堵漏液(堵漏液中包含纖維、粗大理石顆粒、中等粒度的核桃殼、細(xì)核桃殼和中等粒度的云母片)，接著擠注密度為1.31 kg/L的鉆井液8.3 m3，將5 m3堵漏液擠入漏失層，最高泵壓10.3 MPa。停泵觀察堵漏效果2 h，泵壓從10.3 MPa緩慢下降，最后降為1.4 MPa，說明堵漏成功。

4) 打開封隔器旁通反循環(huán)。溢流觀察3 h合格，拆除流動(dòng)頭上的壓井管線，上提管柱3.66 m打開封隔器旁通。改用鉆井泵反循環(huán)，控制泵壓4.2 MPa，排量5.3～10.6 L/s，循環(huán)5.5 h，開始循環(huán)出來的鉆井液密度為1.31 kg/L，總烴最高達(dá)85.19%，后將鉆井液密度逐漸升高至1.35 kg/L，繼續(xù)循環(huán)，總烴下降至13.00%。

5) 解封、正循環(huán)(不成功)和反循環(huán)。先拆除流動(dòng)頭上流動(dòng)管線(軟管)，再卸下流動(dòng)頭。上提管柱解封封隔器，解封過程順利。連接頂驅(qū)，嘗試用鉆井泵正循環(huán)3次，均不通，其中曾上提、卸掉一根油管后嘗試正循環(huán)，亦不通。估計(jì)是堵漏液中的核桃殼等大顆粒漂浮在封隔器密封膠筒下面，造成單向堵塞。上提管柱、卸掉3根油管后，用密度為1.35 kg/L的鉆井液反循環(huán)5.25 h，排量10.6 L/s，直至鉆井液進(jìn)出口密度均為1.34 kg/L，總烴下降為0.34%，結(jié)束壓井。

起刮管管柱到地面后，更換為φ88.9 mm的上防噴器閘板芯子，試壓35 MPa，合格。測(cè)試結(jié)果表明，該井獲得了很好的油氣產(chǎn)量(見表2)。

5 結(jié)論與建議

1) 結(jié)合平推頂入法和反循環(huán)節(jié)流壓井法，通過循環(huán)逐步帶出井底殘存油氣，并通過節(jié)流控制井底壓力，可防止地層流體進(jìn)一步進(jìn)入井筒。

2) 測(cè)試井段為大段裸眼裂縫地層，在平推法壓井作業(yè)中可能會(huì)發(fā)生漏失，壓井前要準(zhǔn)備好足夠的堵漏液，一旦發(fā)生井漏能及時(shí)進(jìn)行處理。

3) 井眼裸眼段較長(zhǎng)，且地層很容易發(fā)生漏失，地層油氣要上升到管柱底端后才能被循環(huán)帶出，很難在短時(shí)間內(nèi)將井壓穩(wěn)，導(dǎo)致壓井和循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)，施工中一定要控制好每一步的節(jié)奏和質(zhì)量，否則有可能會(huì)造成重復(fù)作業(yè)甚至失控的事故發(fā)生。另外，封隔器膠筒和套管之間的間隙較小，整個(gè)循環(huán)過程中無法進(jìn)行大排量循環(huán)，延長(zhǎng)了循環(huán)壓井的時(shí)間。

4) 由于封隔器只能坐封在裸眼段以上的套管內(nèi)，正常循環(huán)只能逐漸將口袋內(nèi)的油氣帶出；如果能夠在測(cè)試管柱內(nèi)將連續(xù)油管下入井底，可以將管柱和口袋內(nèi)的油氣以及污染的壓井液完全帶出，壓井作業(yè)也更加安全和容易控制；但需要考慮費(fèi)用和安裝時(shí)間等因素。

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[編輯 滕春鳴]

An Integrated Well Killing Technology Applied after Gas Well Testing in Long Open Hole in Block Yemen 71

Luo Bing1, Zhang Huawei2, Chen Xinjin1

(1.SinopecInternationalPetroleumExplorationandProductionCorporation,Beijing, 100029,China; 2.SinopecResearchInstituteofPetroleumEngineering,Beijing, 100101,China)

In order to push and circulate out the oil and gas retained in the pocket below the packer during the well killing for long open hole testing of oil and gas wells in Block Yemen 71, an integrated well killing method combining bullheading well killing method with reverse-circulation throttle well killing method was developed after the test wells were seriously analyzed in terms of reservoir geological information and engineering parameters. Based on the integrated technologies, all well killing problems were handled successfully within 48 hours after the testing of 4 exploration wells in this block. Although the length of open hole pocket reached 710m in Well Henin-1ST, it only took 27 hours to kill the well without overflow or mud lose， and the DST strings and tools were pulled out of the hole safely and smoothly. Based on field application, this integrated well killing method was a reasonable solution for well testing operation, and it could be utilized effectively in other engineering projects with similar operational conditions.

long open hole; testing; killing well; bullheading；reverse circulation；throttle

2015-03-25；改回日期：2015-11-16。

羅冰(1972—)，男，湖北天門人，1995年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院鉆井工程專業(yè)，高級(jí)工程師，主要從事地層測(cè)試、完井工程方面的工程管理和研究工作。

?油氣開采?

10.11911/syztjs.201506018

TE38

A

1001-0890(2015)06-0098-05

聯(lián)系方式：(010)84991156，bluo.sipc@sinopec.com。