一种安全高效的多功能测试管柱

李三喜， 冯大龙， 黄 伟， 吴 轩， 陶 亮

(1中海石油(中国)有限公司上海分公司 2中海艾普油气测试(天津)有限公司)

目前我国东海海域勘探方向逐渐转向深层油气藏，该油气资源埋藏深，成藏条件复杂，具有显著的低渗、致密气藏特点，同时储层中往往含有复杂气体。在现场作业过程中要充分考虑井况条件，依据井下地质情况来选择测试设备和采用合理的井控措施，设计合理的工艺流程来保证测试任务顺利完成[1]。井下DST工具及测试管柱作为测试作业的重要组成部分，在很大程度上关系着整个测试作业的成败。本安全高效多功能测试管柱以安全可靠为最大特点，最大限度地保障作业成功率、省时、高效、降低作业成本，为深层低渗-致密天然气井的安全测试提供技术参考。

一、作业现状及技术难题

1.传统管柱试压难

海上深层低渗-致密天然气井的测试管柱普遍下深大，全管柱试压存在困难，目前海上常规测试管柱试压方式为刮管管柱试压或者测试管柱直接试压。刮管管柱试压是在刮管作业期间对测试管柱中将用到的主管柱进行压力测试，多采用RD循环阀和TST阀组合下入的管柱来实现自动灌液及压力试验，测试管柱下入过程中不再进行全管柱压力试验，但由于测试主管柱要对上一步已经试压检验的刮管管柱重新拆卸和连接，这样测试管柱的密封性就难以保证。传统测试管柱试压一般采用LPR-N测试阀或者其他专门的试压工具。若通过LPR-N测试阀对管柱试压，则其球阀处于关闭状态，通过井口灌注液垫的方式进行压力试验。管柱通常需要分段试压，这样LPR-N测试阀球阀在试压期间将反复承受高压，可能降低球阀的密封性，进而影响关井资料录取。

2.传统诱喷液垫替入方式风险大

测试作业中为保证地层流体流出地面，需要对测试管柱建立诱喷压差，若对测试管柱试压结束后替入诱喷液垫，则一般由OMNI阀(多次循环阀，下同)来实现，众所周知OMNI阀功能强大，但结构复杂，操作繁琐，将其由下井状态的测试位转换至替液时的循环位需要多次环空加放压操作，对工具的稳定性、人员操作水平、测试液性能等都有较高要求；反复的环空加放压操作还要占用较长的钻机时间，作业时效性不高；而如果OMNI阀一旦换位不成功，一般情况下只能起钻，排查故障后再重新下入，其后果不仅是耽误作业时间，提高作业成本，同时也可能引发安全风险。

3.测试封隔器选型难

目前，测试常用封隔器类型按是否旋转管柱可分为两类：一类为旋转坐封封隔器，另一类为非旋转坐封封隔器。旋转坐封封隔器如果应用于大斜度井、水平井，那么在旋转测试管柱坐封时，由于管柱弯曲旋转扭矩较大，测试管柱容易受损甚至断裂，而且由于井口施加的扭矩难以传递至封隔器，而导致旋转坐封封隔器难以坐封；深水测试由于悬挂器以上测试管柱外表面绑定有既粗又重的水下树脐带缆，管柱禁止有任何旋转操作。因此旋转坐封封隔器不适用于大斜度井、深井及深水井测试作业。非旋转封隔器一般为液压坐封插管密封式封隔器，一般具备良好的密封、耐温、耐压性能。但这类封隔器的最大缺点在于封隔器本身需要单趟管柱下入，然后再下入带密封插管的测试管柱，这样作业时效较差，作业成本较高。

二、技术对策

1.优化管柱试压功能

由于东海海域深层低渗-致密气井储层情况复杂，地层压力系数各有不同，因此测试液参数也不尽相同，为此需要针对不同井身结构、地层参数、测试目的、以及测试液参数等设计测试管柱，进行管柱结构优化和工具升级，使其满足深层低渗-致密气井测试要求。为保证管柱密封性，需要对测试管柱进行试压检验，由此本新型安全高效多功能测试管柱(见图1)配备了专门的试压工具——自动灌液试压旁通阀或井口灌液试压旁通阀，二者可选其一，具体视主管柱清洁程度，测试液是否有固相颗粒等情况而定。

图1 安全高效多功能测试联作管柱

自动灌液试压旁通阀为一阀板结构的试压阀，阀板下部带有旁通孔，在测试管柱下入期间可以自动灌液，在测试管柱静止时即可对管柱试压，当测试管柱下入到位完成管柱所有试压工作后，环空加压击穿自动灌液试压旁通阀上的破裂盘，工具关闭下部与环空连接的旁通通道，同时打开阀板，整个工具处于全通径状态。井口灌液试压旁通阀为一球阀结构的试压阀，阀板下部带有旁通孔，工具结构和工作原理与自动灌液试压旁通阀相似，其最大特点在于承压阀体为球阀，增加了测试管柱试压的稳定性与可靠性。使用井口灌液试压旁通阀的测试管柱在下入过程中可直接灌入测试液垫并对管柱进行试压，整个管柱试压结束后，通过环空加压打开球阀关闭旁通孔，并进行后续作业。

2.优化管柱造负压功能

为保证管柱密封性，需要对全部测试管柱进行试压检验；同时为保证作业安全，下钻及管柱试压期间，管柱内液体一般为测试液，以保持与环空压力的相对平衡。由于井控原则上环空测试液静压应略大于地层压力，即管柱内在充满测试液的情况下，其无法与地层建立负压环境，必须在封隔器坐封后，通过替入密度更低的诱喷液垫或气垫，使管柱内静压对于地层形成压差，以便地层流体流入井筒甚至喷出地面。针对工艺要求，本新型安全高效多功能测试管柱优化配置了专门的替液工具——替液阀。替液阀带有替液孔，为环空加压操作工具，可实现管柱内外正反向循环替液，替液结束后通过环空加压关闭替液孔，实现测试管柱内外隔离。

替液阀代替了传统OMNI的替液功能，对于带OMNI阀的传统测试管柱，OMNI阀从下井时的测试位→替液时的循环位→放喷时的测试位，总共需要9-15次环空加/放压操作(见图2)，而一旦OMNI阀换位不成功，多数情况下意味着本趟管柱操作失败，只能起出工具排除故障后再次入井。而带试压、替液及其他功能的新型替液管柱仅需两步环空压力操作即可实现开井。通过工具优选及管柱组合优化，简单的操作即实现了正替诱喷液垫的工艺要求，完全取代了传统OMNI阀的替液功能，这是本新型安全高效多功能测试管柱的一大特点。

3.优化改进封隔器

对于东海海域深层低渗-致密气井的测试作业特点，井型兼有直井和斜井，作业平台兼有自升式和半潜式，且多为深井、高温高压井，综合分析目前测试作业常用的机械坐封封隔器和液压坐封封隔器的优缺点，本安全高效多功能管柱配置了一种新型封隔器——有限次非旋转可回收机械坐封封隔器，它是一款全通径、通过上提下放测试管柱实现坐封、解封的封隔器。有限次非旋转封隔器基于传统机械坐封封隔器进行了优化升级，通过增加锁定机构、换位机构等实现了有限次坐封。由于具有锁定机构，该封隔器在地面连接及组合下入过程不会换位，当封隔器下入到位，可通过预定深度的静液柱压力或环空加压击穿破裂盘解除锁定，然后通过测试管柱的上提下放操作坐封封隔器。

图2 OMNI阀换位图

三、经济效益评价

针对东海海域深层低渗-致密气井测试作业难点设计出安全高效多功能测试管柱能够满足其作业需求，相比于传统的测试管柱此管柱不仅在技术方面占有优势而且也能节省作业时间，降低作业成本。

传统RTTS系列封隔器不适用于大斜度井、水平井及深水井测试，对于这类井测试，过去一般选用液压坐封封隔器，以井深4 000 m为例，起下一趟管柱时间大约为22 h，首先需要单独起下钻或电缆作业下入液压封隔器，然后再第二趟起下钻下入测试管柱，测试结束后若需回收液压封隔器则需要进行三趟起下钻，也就是说对于液压封隔器用于测试作业，一般需要三趟起下钻才能完成整个作业，而现在配置有限次非旋转封隔器的新型管柱则可通过一趟管柱起下即可完成测试，整个起下管柱作业节省时间约为44 h。

传统替液垫工艺多采用OMNI阀实现，使用替液阀替代OMNI阀，替液结束后只需一次环空压力操作即可关闭循环孔，随即进入放喷测试阶段，这样能极大节省作业时间。另外OMNI阀在换位过程中一旦出现故障，则只能起出测试管柱，不可避免地发生误工时间并提高作业成本。

四、应用案例

C井为2018年渤海油田的一口预探井，完钻井深4 317 m，完钻层位为太古界潜山储层，该储层地质情况复杂，前期对其进行测试作业时出现了多种问题。本井通过对测试管柱进行优化设计，使用井口灌液试压旁通阀和替液阀的组合，满足了测试作业需求，求取了储层产能数据，并简化了操作程序，节约了作业成本。

此新型测试管柱在渤海油田C井的成功应用为安全、高效多功能测试管柱在复杂气井中的应用打下坚实基础。管柱结构(自上而下)如下：钻杆+伸缩接头+钻铤+循环阀压井工具+井口灌液试压旁通阀+替液阀+泄压阀+测试阀+液压旁通+震击器+安全接头+封隔器。本井测试管柱下井期间使用原钻井泥浆对其进行试压检验，与之配套的试压工具为井口灌液试压旁通阀。本井使用专门的替液工具代替了OMNI阀实现正替诱喷液垫，在测试管柱试压结束并坐封后，通过环空加压打开井口灌液试压旁通阀球阀，然后通过泥浆泵进行反循环调整测试液性能，避免测试期间因测试液长时间静止发生沉降风险。测试液性能调整完成后，进行正循环替入诱喷液垫，然后操作环空压力关闭替液阀，进行后续测试求产作业，作业取得了完满成功。具体施工程序：

(1)组下测试管柱。

(2)测试工具入井后，井口灌液进行试压检验。

(3)一半钻具入井后，井口灌液进行试压检验。

(4)全部管柱入井后，井口灌液进行试压检验。

(5)管柱配长、坐封、验封封隔器。

(6)安装井口测试树，对上游高压流程进行试压检验。

(7)环空加压打开井口灌液试压旁通阀，循环洗井。

(8)正循环替入诱喷液垫。

(9)环空加压关闭替液阀，同时打开测试阀。

(10)开井求产作业。

(11)环空加压打开循环压井阀，循环压井。

(12)拆井口流动头、解封、起钻。

安全、高效多功能测试管柱也可使用自动灌液试压旁通阀+替液阀的管柱组合，相比C井中应用的新型管柱组合，这种管柱组合在整个管柱下入过程中保持管柱内外连通并实现自动灌液；对于裸眼测试，如果下钻期间出现井涌，则可随时进行循环压井作业，调整测试液比重，保证井控安全。安全、高效多功能测试管柱还使用更为先进的有限次非旋转封隔器工具，该封隔器坐封过程无需旋转管柱，并且坐封次数有限，避免了深水测试作业起钻过程封隔器重复坐封，所以此管柱同样适用于大斜度井、水平井以及深水测试井的测试作业。

五、总结

(1)随着勘探领域不断向深层深水领域发展，测试作业的技术要求也在不断提高，经过研究改进设计出的安全高效多功能测试管柱能够满足深层低渗-致密气井的测试作业需求。

(2)安全高效多功能测试管柱将新工具与传统工具相结合，实现测试管柱分段式压、正替液垫等作业的简便化，有限次非旋转封隔器的应用完美替代液压坐封封隔器的作业方式，降低作业成本，提高作业可靠性。

(3)安全高效多功能测试管柱能够在东海深层低渗-致密气井测试作业中广泛应用，有助于降低海上测试作业成本。