K341型封隔器在煤層氣裸眼井注入/壓降測(cè)試中的應(yīng)用

孔慶虎 孔令瑤

(中國(guó)煤炭地質(zhì)總局第一勘探局地質(zhì)勘查院，河北 056004)

K341型封隔器在煤層氣裸眼井注入/壓降測(cè)試中的應(yīng)用

孔慶虎 孔令瑤

(中國(guó)煤炭地質(zhì)總局第一勘探局地質(zhì)勘查院，河北 056004)

煤層氣井注入/壓降試井可以獲取煤儲(chǔ)層滲透率、儲(chǔ)層壓力等重要參數(shù)，封隔器的選用對(duì)測(cè)試成功至關(guān)重要。本文介紹了K341型封隔器的結(jié)構(gòu)、性能、工作原理及其用于煤層氣井注入/壓降試井的施工工藝，提出了使用中應(yīng)注意的問(wèn)題。根據(jù)實(shí)際測(cè)試資料，K341型封隔器應(yīng)用于煤層氣裸眼井的注入/壓降試井，具有操作簡(jiǎn)單、測(cè)試準(zhǔn)確、成本低、成功率高的優(yōu)點(diǎn)，建議注入/壓降測(cè)試采用煤層氣試井用K341型凡爾式結(jié)構(gòu)封隔器。

K341封隔器 煤層氣 注入/壓降測(cè)試 原地應(yīng)力測(cè)試 試井工藝

1 結(jié)構(gòu)及性能

K341型封隔器主要由油管接箍、膠筒、心軸、關(guān)井坐節(jié)、篩管接箍等組成 (圖1)。

根據(jù)中國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《油氣田用封隔器分類及型號(hào)編制方法》，“K341”表示此種類型封隔器是擴(kuò)張式 (K)、懸掛固定 (3)、液壓坐封 (4)、上提管柱解封 (1)。K341型封隔器有多種結(jié)構(gòu)形式，凡爾式結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)相比較，具有操作簡(jiǎn)單直觀、容易坐封與解封的特點(diǎn)。

圖1 K341型封隔器結(jié)構(gòu)示意圖

以K341-195-120/15型封隔器為例，其技術(shù)指標(biāo)如下:

鋼體最大外徑:φ195mm

適用溫度:≤120℃

坐封壓力:10～15MPa

密封壓差:≥20MPa

膨脹系數(shù):1～1.5

解封負(fù)荷:100 kN(視所用剪銷數(shù)目而定)

總長(zhǎng):2870mm

膠筒長(zhǎng)度:1200mm

兩端連接絲扣:API標(biāo)準(zhǔn)73mm(27/8 inch)油管

適用井徑:215.9mm(27/8 inch)

2 工作原理

2.1 坐封原理

K341型封隔器是通過(guò)油管憋壓實(shí)現(xiàn)坐封的。啟動(dòng)地面泵注設(shè)備，向油管注水，管柱內(nèi)壓力增大推動(dòng)單流凡爾開(kāi)啟，心軸進(jìn)水孔與膠筒連通，膠筒進(jìn)水膨脹并貼緊井壁形成密封，關(guān)閉地面泵注設(shè)備造成管柱內(nèi)壓力突降，膠筒內(nèi)高壓水及彈簧推動(dòng)單流凡爾歸位關(guān)閉，防止膠筒內(nèi)膨脹液外流，實(shí)現(xiàn)坐封。

2.2 解封原理

K341型封隔器的解封是通過(guò)上提管柱實(shí)現(xiàn)的。由于膠筒與井壁貼緊有摩擦力而固定，上提管柱時(shí)解封銷釘被剪斷，封隔器心軸上移，泄壓槽連通膠筒與井筒，膠筒內(nèi)水外流，使膠筒泄壓收縮恢復(fù)原形，實(shí)現(xiàn)解封。

3 施工工藝

3.1 施工準(zhǔn)備

施工前準(zhǔn)備好所用設(shè)備，進(jìn)行地面檢查、安裝調(diào)試并試運(yùn)行以保證設(shè)備入井后正常連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。觀察封隔器膠筒是否有劃痕、鋼體是否有變形、絲扣是否有損傷、各連接部位是否緊密等。對(duì)封隔器進(jìn)行檢查維護(hù)，更換損壞的密封元件并進(jìn)行地面試壓，根據(jù)不同的井徑和井內(nèi)具體情況對(duì)封隔器驗(yàn)封，觀察壓降是否合格。選擇合適的坐封位置，丈量油管及井下工具，計(jì)算下入深度，繪出管串草圖，連接測(cè)試管柱并下入井中。煤層氣試井工藝見(jiàn)圖2、3。

3.2 坐封

圖2 煤層氣試井工藝流程圖

圖3 煤層氣試井管柱示意圖

測(cè)試管柱下入井中預(yù)定位置后進(jìn)行替水，替水完畢進(jìn)行管柱試壓。下入井下關(guān)井工具關(guān)井，開(kāi)啟地面泵注設(shè)備注水打正壓至一定壓力，地面關(guān)井并觀察壓力變化是否合格。試壓合格后打壓坐封封隔器。

3.3 注入/壓降測(cè)試

將編程的電子壓力計(jì)及井下關(guān)井工具下井，根據(jù)設(shè)計(jì)的排量調(diào)節(jié)注入，觀察地面壓力和排量變化，選擇合適的排量按設(shè)計(jì)注入時(shí)間進(jìn)行持續(xù)穩(wěn)定注入，并根據(jù)注水情況調(diào)整注入時(shí)間。注水結(jié)束后井下關(guān)井工具關(guān)井進(jìn)行壓力恢復(fù)，井下電子壓力計(jì)傳感接收并存儲(chǔ)井下壓力、溫度數(shù)據(jù)。開(kāi)井后取出電子壓力計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)回放，觀察壓力、溫度曲線，采用試井解釋軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可獲得煤儲(chǔ)層滲透率、儲(chǔ)層溫度、儲(chǔ)層壓力等參數(shù)。

3.4 原地壓力測(cè)試

原地應(yīng)力測(cè)試采用微型壓裂法，一般進(jìn)行四個(gè)循環(huán)周期的測(cè)試。啟動(dòng)地面注水泵，以最大排量注入，觀察井口壓力顯示，確保0.5min內(nèi)將地層壓開(kāi)。關(guān)井測(cè)壓力遞降。開(kāi)井，記錄返排水量。保持注入排量不變，按設(shè)計(jì)加倍注入時(shí)間，進(jìn)行第二至四循環(huán)的測(cè)試。四個(gè)循環(huán)測(cè)試完畢，取出電子壓力計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)回放，數(shù)據(jù)分析可獲得煤儲(chǔ)層破裂壓力、閉合壓力、地應(yīng)力梯度等參數(shù)。

3.5 解封

測(cè)試結(jié)束后，上提管柱，剪斷解封剪銷，停20～30min，待膠筒收縮后方可起出油管。

3.6 封隔器使用中需注意的問(wèn)題

(1)根據(jù)需要選擇適合井徑及井下情況的封隔器，封隔器活動(dòng)部件應(yīng)涂潤(rùn)滑油，地面試壓應(yīng)合格，密封膠筒要完好。封隔器管柱連接處應(yīng)涂絲扣油并擰緊，防止?jié)B漏。

(2)封隔器坐封位置應(yīng)選擇在井徑規(guī)則的穩(wěn)定豎直井段，井眼需暢通無(wú)阻，不得有狗腿、鍵槽、井壁坍塌及縮徑等現(xiàn)象。盡可能能靠近煤層頂板坐封，準(zhǔn)確丈量管柱，計(jì)算下入深度，防止錯(cuò)封、竄封。

(3)封隔器下井前應(yīng)進(jìn)行通井、循環(huán)沖孔等準(zhǔn)備作業(yè)。封隔器管柱的下入速度緩慢、均勻，嚴(yán)禁猛剎猛放。下井過(guò)程中若遇阻，可上下活動(dòng)管柱，不得猛提猛放，若無(wú)效可用相應(yīng)的通井規(guī)通井，排除障礙后再下。

(4)測(cè)試過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視地面壓力及環(huán)空液面，如出現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)查明原因，無(wú)法排除時(shí)應(yīng)及時(shí)起出測(cè)試管柱及封隔器，保證井下設(shè)備安全。

(5)封隔器坐封打壓及解封提拉負(fù)荷要在安全范圍之內(nèi)，不能超過(guò)其安全承載能力，防止損壞膠筒。坐封時(shí)緩慢打壓，解封時(shí)緩慢提拉。管柱內(nèi)注入過(guò)濾清水，不能含有巖屑、金屬屑等雜物。

(6)封隔器搬運(yùn)時(shí)嚴(yán)禁碰撞，儲(chǔ)存時(shí)平直架放，防潮防曬防銹。

4 井下實(shí)際應(yīng)用

單封隔器煤層氣井試井是在清水 (或優(yōu)質(zhì)鉆井液)鉆進(jìn)取完煤層后即進(jìn)行的裸眼測(cè)試，鉆開(kāi)一層，測(cè)試一層。單封測(cè)試時(shí)煤層揭露時(shí)間短，煤儲(chǔ)層所受污染傷害最小，因而測(cè)試結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確。另外，使用單封隔器操作簡(jiǎn)單，安全可靠，成本低，因此煤層氣試井采用單封隔器裸眼測(cè)試較為合適。經(jīng)多年井下實(shí)際應(yīng)用，K341型凡爾式結(jié)構(gòu)封隔器均取得良好的使用效果。

圖4 某井注入/壓降階段壓力歷史曲線圖

某裸眼煤層氣井，井徑215.9mm，使用封隔器型號(hào)為K341-195-120/15，封隔器坐封底界深度為 450.60m。封隔器地面試壓 8.7MPa，觀察20min，壓力不變。封隔器管柱下井，試壓合格，打壓至13.5MPa坐封，封隔器坐封良好。替水后對(duì)目的煤層進(jìn)行注入/壓降測(cè)試，注入時(shí)間12h，地面最高注入壓力為2.2MPa，注水量為150.0L，關(guān)井恢復(fù)時(shí)間24小時(shí)。開(kāi)井后取出電子壓力計(jì)，回放數(shù)據(jù)，曲線完整可靠 (圖4)。

使用試井解釋軟件對(duì)壓降數(shù)據(jù)進(jìn)行分析解釋，得到儲(chǔ)層參數(shù):Ki=0.08mD，Ko=0.86mD，Pi=3.64MPa，S=-0.97，C=2.232e-7m3/kPa。

原地應(yīng)力測(cè)試獲得儲(chǔ)層參數(shù):破裂壓力Pb=7.37MPa，閉合壓力 Pc=6.75MPa

［1］中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).SY/T 5105—1997油氣田用封隔器分類及型號(hào)編制方法［S］.北京:石油工業(yè)出版社，1997.

［2］中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB/T 24504—2009煤層氣井注入/壓降試井方法 ［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［3］《油田用封隔器及井下工具手冊(cè)》編寫(xiě)組.油田用封隔器及井下工具手冊(cè)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1981.

Application of Type K341 Packer in the Injection/Falloff Test for CBM Open Hole Wells

KONG Qinghu，KONG Lingyao(Geological Prospecting Academy of the First Exploration Bureau，CNACG，Hebei 056004)

Reservoir parameters such as permeability and pressure are important which can be gained in the injection/falloff test，the selection of packer is critical to the successful test.This article introduces the composition，performance and working principle of the K341 packer and the application in the injection/falloff test，points out the problems in use.Based on the actual test，the K341 packer used in the injection/falloff test has the advantages of easy operation，accurate result，low cost and high success rate.It is proposed to use K341 packer with valve in the injection/falloff test for CBM open hole wells.

K341 packer;CBM;injection/falloff well testing;in-situ stress testing;well testing techniques

孔慶虎，男，工程師，畢業(yè)于山東科技大學(xué)地質(zhì)學(xué)院水文地質(zhì)專業(yè)，從事煤田地質(zhì)及煤層氣勘探開(kāi)發(fā)研究工作。

(責(zé)任編輯 黃 嵐)