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[摘 要]目前我们进行的分层测试和分层排液,用来封隔地层和环空的工具是封隔器,我们现场施工所用的封隔器是:P-T卡瓦封隔、剪销封隔器,在试油层下部有高压层;在对目的层进行压裂改造后进行排液求产,由于压裂后产液量较高,压后抽汲排液期间更易发生渗漏、失封P-T封隔器易发生渗漏、失封,有些跨隔测试井,下部有超压层,在测试开井后抽汲排液期间更易发生渗漏、失封,这两种封隔器渗漏直接反映在监测压力曲线上,使监测压力开始往卡瓦封隔器上部窜,测试开井、抽汲排液,及压后抽汲排液时,监测压力曲线往往随开井及抽汲而下降,随关井而上升或不上升,轻这只影响资料的质量,重者造成整个资料不可用,导致反工,带来较大的经济损失。
[关键词]P-T封隔器、失封、异常压力曲线、分析、原因、措施
中图分類号:V287.4 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)20-0294-01
1 前言
在地层测试和常规试油过程中封隔地层的主要工具就是“封隔器”,它是一种弹性密封元件,并以此封隔环空及目的层,以便对目的层进行各种分层测试、排液求产作业,如果封隔器不密封,导致测不准地层压力,求不准地层液性及产量。因此,封隔器的密封性决定着一次分层测试、作业的成败。对于封隔器本身来说,最关键的部件是密封元件(胶筒),它在很大程度上影响甚至决定着封隔器系统的密封性;封隔器的密封性由胶筒本身材质特性和坐封吨位所决定,封隔器系统在井下工作的条件-主要是压力和温度,往往随井施工工艺的改变而改变,引起封隔器系统的受力和管柱长度发生变化,导致封隔器过早失封,其次,封隔器密封端面,在跨隔测试待试层下部有高压层或测试层压力系数小于1且产量较低在开井操作过程中都会出现监测压力计有泄压的现象,本文通过几口井的分析封隔泄压的原因,得出解决问题的方法,提出了相应的解决工艺措施
2 引起封隔泄压的效应理论分析
由于压力和温度的变化,会引起封隔器管柱受力和长度变化产生四种基本效应:
2.1 活塞效应:因油管内、外压力作用在管柱直径变化处和密封管的端面上引起;
MFE(Ⅱ)测试开井、抽汲、压后跨隔排液管柱抽汲排液时,下部地层压力(或下部井筒压力)对封隔器心轴及上部管柱有一个向上的作用力F上,环空液柱压力对封隔器心轴及上部管柱有一个向下的作用力F下,F活=F上+F下,F活就是引起活塞效应的力,称为活塞力。F活可抵消来自上部管柱对封隔器的座封力,其大小取决于其活塞有效作用面积Ai与下部地层压力(或下部井筒压力)Pi的乘积(规定为正值)和环空液柱压力Pj与封隔器旁通有效向下作用面积Aj的乘积(规定为负值)之和,即F活=F上+F下=AiPi-AjPj。
2.2 螺旋弯曲效应:因压力作用在密封管端面和整个管柱内壁面上引起;如果紧靠封隔器上部的油管内部压力大于该处环形空间的压力,则套管内的油管就会发生螺旋弯曲。产生螺旋弯曲效应的有效弯曲力F弯=Ai×(ΔP油-ΔPj),如果F弯是正值(即有效弯曲力是压缩力),则管柱发生螺旋弯曲;如果F弯是负值(即有效弯曲力是张力),则管柱不发生螺旋弯曲,管柱是直的。
2.3 鼓胀效应:因压力作用在管柱的内、外壁面上引起;
2.4 温度效应:因管柱的平均温度发生变化而引起。
在我们目前的试油工艺过程中封隔器以上管柱大多树可自由伸长、缩短,因此,鼓胀效应和温度效应可以忽略不计。
3 实例分析
3.1 由于抽汲作用引起的下封泄压实例
龙36井S2-1:P89909293号层,井段1955.2-1969.4m,本层压后抽汲排液求产,采用限流法压裂破裂压力37.4MPa,本层压裂共打入压裂液138.5m3,加入陶粒31m3,累计排出水172.8m3,返排率124%,日产油1.5t,日产水10.8m3,地层温度86.6℃/1973.89m。
分析:排液管柱在坐封开始是密封的,由于抽汲的作用层内油管内液面下降,造成卡瓦封隔器上下压差增大,下部地层超压,卡距内产生螺旋弯曲效应,使卡瓦封隔器上下产生活塞效应,使封隔器上顶下部监测压力开始泄压,同时把封隔器密封端面顶开,压力开始上下窜动,本层日产液13m3每个周期的沉没度都在300m左右,每个抽汲周期在上下压差变化在3.0MPaz左右,对封隔器的激动比较大,随着抽汲作用不断继续上下开始窜液,泄压更严重,后期监测压力曲线更加明显,当在停抽时下部监测压力开始恢复。
由于抽汲作用引起泄压井具备两个特点:第一,目的层产液量较高,第二,试油层下部已试层超压。
3.2 下部无层监测压力泄压实例
金86井C1-1:F 55号层,井段1996.4-1998.2m, MFE(II)测试日产油0.03m3回收油,日产水5m3地层压力19.52MPa/2004.85m,地层温度84.3℃/2004.85m.分析:本层下部没有已试层,无尾管,测试操作正常,二开井监测压力曲线由21MPa快速下降至20.6MPa后稳定。从层内流动曲线上我们可以看出本层产量较低,特别是在初开井时进液比较少,对地层的回压几乎可以忽略不计,测试管柱在关井壮态两个封隔器压力基本处于平衡状态,可以认为只有管柱悬重给予封隔器的坐封力起作用,当二开井时打破了原有的压力平衡状态,使封隔器管柱缩短而上移,密封唇接头与密封环脱离接触,封隔器失封。
施工中,我们发现下部无层井进行跨隔测试下封隔器泄压都有两个共同的特点:第一,测试层产液量比较低。第二,地层压力系数比较低,一般都低于1。
4 建议
无论是测试工艺还是压后抽汲工艺技术,在测试开井时封隔器发生失封和在抽汲过程中封隔器失封意味着取不到真实的地层产能和液性,因此,在施工前就应了解已试层的地层压力,待试层区域的产量情况,以便采取一定措施,录取真实的地层产能和液性。现推荐几种可行的工艺措施:
4.1 若下部已试层地层超压,目的层为压后抽汲求产或者测试预测产量较高,在井底口袋允许的情况下,在地二层施工中可适当加长尾管,或下一部分壁厚为7.82mm的φ73mm油管做尾管以平衡活塞力。
尾管长度计算公式:h=(Ai×Pi×10.2-Aj×Pj×10.2-Fy)÷G油
式中:h-尾管长度,m;
Fy-加在封隔器上的座封力,kg;
G油-尾管在井筒内每米重量,kg/m。
4.2 用双向卡瓦的封隔器,防止由于地层超压,在抽汲的作用下下封隔器泄压。
4.3 在跨隔测试与跨隔排液管柱内加钻铤,增加对卡瓦封隔器的坐封吨位、防止卡距内管柱弯曲,减少活塞效应和螺旋效应的影响。
4.4 若是下入的是防砂管柱,防砂尾管必须缠好密封胶带上紧上满扣。
4.5 使用带水力锚的封隔器。
4.6 对于下不无层井下部封隔器泄压,因不影响产量,对于这样井预测低产层,可延长关井时间,求准地层压力。
[关键词]P-T封隔器、失封、异常压力曲线、分析、原因、措施
中图分類号:V287.4 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)20-0294-01
1 前言
在地层测试和常规试油过程中封隔地层的主要工具就是“封隔器”,它是一种弹性密封元件,并以此封隔环空及目的层,以便对目的层进行各种分层测试、排液求产作业,如果封隔器不密封,导致测不准地层压力,求不准地层液性及产量。因此,封隔器的密封性决定着一次分层测试、作业的成败。对于封隔器本身来说,最关键的部件是密封元件(胶筒),它在很大程度上影响甚至决定着封隔器系统的密封性;封隔器的密封性由胶筒本身材质特性和坐封吨位所决定,封隔器系统在井下工作的条件-主要是压力和温度,往往随井施工工艺的改变而改变,引起封隔器系统的受力和管柱长度发生变化,导致封隔器过早失封,其次,封隔器密封端面,在跨隔测试待试层下部有高压层或测试层压力系数小于1且产量较低在开井操作过程中都会出现监测压力计有泄压的现象,本文通过几口井的分析封隔泄压的原因,得出解决问题的方法,提出了相应的解决工艺措施
2 引起封隔泄压的效应理论分析
由于压力和温度的变化,会引起封隔器管柱受力和长度变化产生四种基本效应:
2.1 活塞效应:因油管内、外压力作用在管柱直径变化处和密封管的端面上引起;
MFE(Ⅱ)测试开井、抽汲、压后跨隔排液管柱抽汲排液时,下部地层压力(或下部井筒压力)对封隔器心轴及上部管柱有一个向上的作用力F上,环空液柱压力对封隔器心轴及上部管柱有一个向下的作用力F下,F活=F上+F下,F活就是引起活塞效应的力,称为活塞力。F活可抵消来自上部管柱对封隔器的座封力,其大小取决于其活塞有效作用面积Ai与下部地层压力(或下部井筒压力)Pi的乘积(规定为正值)和环空液柱压力Pj与封隔器旁通有效向下作用面积Aj的乘积(规定为负值)之和,即F活=F上+F下=AiPi-AjPj。
2.2 螺旋弯曲效应:因压力作用在密封管端面和整个管柱内壁面上引起;如果紧靠封隔器上部的油管内部压力大于该处环形空间的压力,则套管内的油管就会发生螺旋弯曲。产生螺旋弯曲效应的有效弯曲力F弯=Ai×(ΔP油-ΔPj),如果F弯是正值(即有效弯曲力是压缩力),则管柱发生螺旋弯曲;如果F弯是负值(即有效弯曲力是张力),则管柱不发生螺旋弯曲,管柱是直的。
2.3 鼓胀效应:因压力作用在管柱的内、外壁面上引起;
2.4 温度效应:因管柱的平均温度发生变化而引起。
在我们目前的试油工艺过程中封隔器以上管柱大多树可自由伸长、缩短,因此,鼓胀效应和温度效应可以忽略不计。
3 实例分析
3.1 由于抽汲作用引起的下封泄压实例
龙36井S2-1:P89909293号层,井段1955.2-1969.4m,本层压后抽汲排液求产,采用限流法压裂破裂压力37.4MPa,本层压裂共打入压裂液138.5m3,加入陶粒31m3,累计排出水172.8m3,返排率124%,日产油1.5t,日产水10.8m3,地层温度86.6℃/1973.89m。
分析:排液管柱在坐封开始是密封的,由于抽汲的作用层内油管内液面下降,造成卡瓦封隔器上下压差增大,下部地层超压,卡距内产生螺旋弯曲效应,使卡瓦封隔器上下产生活塞效应,使封隔器上顶下部监测压力开始泄压,同时把封隔器密封端面顶开,压力开始上下窜动,本层日产液13m3每个周期的沉没度都在300m左右,每个抽汲周期在上下压差变化在3.0MPaz左右,对封隔器的激动比较大,随着抽汲作用不断继续上下开始窜液,泄压更严重,后期监测压力曲线更加明显,当在停抽时下部监测压力开始恢复。
由于抽汲作用引起泄压井具备两个特点:第一,目的层产液量较高,第二,试油层下部已试层超压。
3.2 下部无层监测压力泄压实例
金86井C1-1:F 55号层,井段1996.4-1998.2m, MFE(II)测试日产油0.03m3回收油,日产水5m3地层压力19.52MPa/2004.85m,地层温度84.3℃/2004.85m.分析:本层下部没有已试层,无尾管,测试操作正常,二开井监测压力曲线由21MPa快速下降至20.6MPa后稳定。从层内流动曲线上我们可以看出本层产量较低,特别是在初开井时进液比较少,对地层的回压几乎可以忽略不计,测试管柱在关井壮态两个封隔器压力基本处于平衡状态,可以认为只有管柱悬重给予封隔器的坐封力起作用,当二开井时打破了原有的压力平衡状态,使封隔器管柱缩短而上移,密封唇接头与密封环脱离接触,封隔器失封。
施工中,我们发现下部无层井进行跨隔测试下封隔器泄压都有两个共同的特点:第一,测试层产液量比较低。第二,地层压力系数比较低,一般都低于1。
4 建议
无论是测试工艺还是压后抽汲工艺技术,在测试开井时封隔器发生失封和在抽汲过程中封隔器失封意味着取不到真实的地层产能和液性,因此,在施工前就应了解已试层的地层压力,待试层区域的产量情况,以便采取一定措施,录取真实的地层产能和液性。现推荐几种可行的工艺措施:
4.1 若下部已试层地层超压,目的层为压后抽汲求产或者测试预测产量较高,在井底口袋允许的情况下,在地二层施工中可适当加长尾管,或下一部分壁厚为7.82mm的φ73mm油管做尾管以平衡活塞力。
尾管长度计算公式:h=(Ai×Pi×10.2-Aj×Pj×10.2-Fy)÷G油
式中:h-尾管长度,m;
Fy-加在封隔器上的座封力,kg;
G油-尾管在井筒内每米重量,kg/m。
4.2 用双向卡瓦的封隔器,防止由于地层超压,在抽汲的作用下下封隔器泄压。
4.3 在跨隔测试与跨隔排液管柱内加钻铤,增加对卡瓦封隔器的坐封吨位、防止卡距内管柱弯曲,减少活塞效应和螺旋效应的影响。
4.4 若是下入的是防砂管柱,防砂尾管必须缠好密封胶带上紧上满扣。
4.5 使用带水力锚的封隔器。
4.6 对于下不无层井下部封隔器泄压,因不影响产量,对于这样井预测低产层,可延长关井时间,求准地层压力。