HPHT 测试技术应用与建议

1、高温高压及硫化氢井测试技术 中石油集团长城钻探工程公司 徐成才 2009年11月13日,徐成才，长城钻探工程公司副总工程师，教授级高工， EMBA硕士，集团公司HSE管理专家。1982年元月毕业于大庆石油学院石油工程专业。从事试油测试技术工作27年，其中服务于国际石油工程业务和HSE管理工作15年。联系方式: 13901219120 010-59285906；xuchengcai,内 容,一、概述,三、高温高压井测试应用实例,二、高温高压井测试技术方案,四、结论与建议,一、概述,1. 定义,高温高压定义,一、概述,主要作业区域：美国墨西哥湾、北海、加拿大东海岸、玻利维亚及委内瑞拉、澳大利亚、独联体环里海国家、中国等。,2. 高温高压井测试面对的挑战,一是套管高承压 高比重的压井液增加了套管的内挤压力，威胁套管的安全； 超高压地层增加了套管的外挤压力，威胁套管的安全。 二是压井液的选择 重泥浆易沉降，埋卡管柱； 重泥浆传压性较差，影响工具操作； 轻泥浆易气侵井涌，井控难度大。,一、概述,2. 高温高压井测试技术的挑战,三是井下工具及射孔器材的高温高压载荷 井下工具承载；操作； 密封件、液

2、压油等材料的选择； 井下管柱结构； 四是射孔挑战 射孔器材 起爆方式 负压差设计,一、概述,五是地面设备的高承压 地面设备选择及操作控制； 水化物导致地面设备或井下管柱堵塞； 地面放喷及燃烧难度增大。,2. 高温高压井测试面对的挑战技术的挑战,一、概述,六是压井工艺安全 保护套管挑战； 保护仪表工具挑战； 井底硫化氢或高压天然气挑战； 压井设备要求高； 压井工艺风险大； 高温高压的破坏能量对人身安全、环境、社区的影响大。,2. 高温高压井测试面对的挑战技术的挑战,一、概述,二、高温高压井测试技术方案,A部分：HPHT测试技术 主要解决以下四大难题： 套管保护措施 压井液的选择 射孔及测试工艺 压井工艺,二、高温高压井测试技术方案,对套管影响的因素 测试时地面施加附加压力； 压井液比重及性能发生改变； 异常压力地层/膏岩层 固井质量； 套管磨损评价。 对套管保护采取如下措施： 抗内挤应力校核；抗外挤应力校核； 第三强度或第四强度理论应力校核； 上述校核应综合考虑到高温、H2S介质、流动时间、膏岩等因素对套管强度的影响；,（一 ）、套管保护措施,二、高温高压井测试技术方案,考虑因素： 压井

3、液比重 平衡地层压力； 对抗套管外挤压力； 测试管柱正常工作（外挤、管柱压差等）； 较宽的压力操作窗口； 悬浮性不沉淀； 压力传导性操作压力能传导至井下工具和TCP点火头。 抗高温老化能力,（二）、压井液的选择,二、高温高压井测试技术方案,（二）、压井液的选择,二、高温高压井测试技术方案,国际上的HPHT井压井液的发展： 轻泥浆； 重泥浆 金属盐； 海水； 斯伦贝谢、哈利伯顿在北海地区建议使用海水为压井液；,（二）、压井液的选择,二、高温高压井测试技术方案,不同类型的压井液的对比：,3.1管柱结构 斯伦贝谢井下管柱 I：17.5k超高温高压F管柱 II：17.5k极端高温高压J管柱 III：15k高温高压TCP管柱 超高温高压管柱结构越简单越好； 高温高压井结合地质与工程目的可以稍复杂。,管柱 I 管柱 II 管柱 III,（三）、测试技术方案,二、高温高压井测试技术方案,GWDC有4套管柱可供选择： 超高温高压测试管柱 射孔枪 RTTS封隔器 震击器 RD循环阀 RD安全循环阀等。,（三）、测试技术方案,二、高温高压井测试技术方案,高温高压测试管柱 射孔枪 RTTS封隔器 震击器 L

4、PR-N阀 RD循环阀 RD安全循环阀等,（三）、测试技术方案,二、高温高压井测试技术方案,高温高压测试及挤压井管柱 射孔枪 RTTS封隔器 震击器 RD循环阀 LPR-N阀 RD循环阀 RD安全循环阀等,（三）、测试技术方案,二、高温高压井测试技术方案,高温高压测试及酸化管柱 射孔枪 RTTS封隔器 震击器 LPR-N阀 OMNI多次循环阀 RD循环阀 RD安全循环阀 伸缩接头等,（三）、测试技术方案,二、高温高压井测试技术方案,（三）、测试技术方案,二、高温高压井测试技术方案,四种管柱对比,3.2 材质： 橡胶件： HPHT封隔器胶筒一般采用Viton和Aflas的组合； O圈材质一般采用Fluorcarbon 以及Aflas； Virgin PEEK支撑环在5天工作时间内最高耐温为204,（三）、测试技术方案,二、高温高压井测试技术方案,3.3 射孔器材,（三）、测试技术方案,二、高温高压井测试技术方案,射孔枪 考虑直径、耐压性能、孔密、相位及盲孔尺寸等因素；,3.3 射孔器材,（三）、测试技术方案,二、高温高压井测试技术方案,射孔弹 从效果、耐温、时效来综合考虑，高温高压井中H

5、TX火工品最优,4. 地面流程设计及控制,二、高温高压井测试技术方案,4.1地面单翼流程：,4.2 地面双翼流程： 一用一备； 或高产井 采用 采油树控制。,4. 地面流程设计及控制,二、高温高压井测试技术方案,4. 地面流程设计及控制,二、高温高压井测试技术方案,地面设备摆放间距 参照加拿大国家石油公司标准：图示距离为最小安全距离。,4. 地面流程设计及控制,二、高温高压井测试技术方案,安全控制流程 主流程：控制头主阀+流动翼阀+地面安全阀+油嘴管汇； 放喷流程：地面安全阀+油嘴管汇+燃烧器 安全释放流程：MSRV+燃烧器 分离器安全释放阀+燃烧器 安全旁通放喷控制流程,控制系统最低要求： S2=主阀+流动翼阀 S3=主阀+流动翼阀+地面安全阀 SS0=井下安全阀（不强制使用） SS1=EZ阀或者地面控制井下安全阀 D1=DST阀 D2=DST阀+DST安全阀 D0=井下阀（生产管柱不强制使用）,4. 地面流程设计及控制,二、高温高压井测试技术方案,燃烧控制： 点火方式： 电子点火（液化气/柴油）; 传送点火（液化气）; 点火枪; 设置24小时长明火； 不同方向点火口。,4. 地面流

6、程设计及控制,二、高温高压井测试技术方案,水化物预测与控制 水化物生成条件：高压、低温、含水汽 水化物可能生成位置：上部井筒、油嘴后、孔板后 预测方法：密度曲线法、节流曲线法、经验公式法、气固相平衡计算法。 控制办法： 加热增温：控制压差、蒸汽交换器加热 化学方法：井口或油嘴管汇处注乙二醇,二、高温高压井测试技术方案,4. 地面流程设计及控制,美国Core Lab：初始压差计算公式 lnP=5.4710.3668 ln k（油层） 式中P负压值，kg/cm2 k油层渗透率，mD 美国Conoco公司 P=0.2Pmin0.8Pmax（地层无出砂史） P=0.8Pmin0.2Pmax（地层有出砂史）,5.测试相关计算,二、高温高压井测试技术方案,TCP射孔负压值控制,Pmin由地层渗透率确定： Pmin=17240/k（kPa） 气井，k1mD Pmin=17240/k0.18 （kPa） 气井，k1mD P min=17240/k0.30（kPa） 油井 Pmax由邻近泥岩声波时差T确定： Pmax=33095-172T（kPa），T300s/m，气井 Pmax=24132-131T（

7、kPa），T300s/m，油井,5.测试相关计算,二、高温高压井测试技术方案,Pmax=套管和水泥环的最大安全压力（kPa），T300s/m 判断条件： PmaxPmin ，根据是否有出砂史，按照式给出一个合理的负压值； PmaxPmin ，取消负压射孔。,5.测试相关计算,二、高温高压井测试技术方案,Pc,二、高温高压井测试技术方案,（三）测试技术方案,Pc,流动期井口压力控制计算：PtPc 当环空压井液大于流动梯度，封隔器压差条件讨论 假设Wd=W0 ，则： 封隔器正向压差P环空-P流动 Pa+Pc- Pm-P摩阻-P0 -(1) P0 封隔器许可工作压差； Pt 油管头压力； Pc 套管头压力,流动期井口压力控制计算：PtPc 当环空压井液大于流动梯度，封隔器力学平衡条件讨论 WdW0时，满足: F上- F下 W0 F下=(Pt+Pm+P摩阻)*（A1-A2） F上=(Pc+Pa) *(A1-A2)+Wd Pt(Pa+Pc)- (Pm+P摩阻)+(Wd-W0)/（A1-A2）- (2) Wd 有效压重；Pm 油管内流体静压力； P摩阻油管內流体阻力损失；W0封隔器许可下压的力，7

8、吋封隔器9.08吨，A3油管内截面积，A2油管外截面积。,二、高温高压井测试技术方案,（三）测试技术方案,流动期井口控制压力计算：PtP地层 Wd=W0时， 当环空压井液小于流动梯度，封隔器压差条件： 封隔器反向压差P2= P流动-P环空 P地层- Pm-P摩阻-P3- (4),二、高温高压井测试技术方案,（三）测试技术方案,流动期井口控制压力计算： 当环空压井液小于流动梯度，封隔器密封力学平衡条件满足: F上- F下W0 F下=(Pt+Pm+P摩阻)*(A1-A2) F上=(Pc+Pa) *(A1-A2)+Wd Pt （Pa+Pc）-（ Pm+P摩阻）+(Wd+W0)/(A1-A2)- (5),二、高温高压井测试技术方案,（三）测试技术方案,二、高温高压井测试技术方案,关井期井口压力控制计算： 当环空压井液小于流动梯度，封隔器密封力学平衡条件满足: F上- F下W0 而 F下=Pb*A1 和 F上=(Pc+Pa) *(A1-A2)+ (Pt+Pd) *A3+ Wd 有 Pt Pb*A1/A3-（Wd-W0)/A3 -(Pc+Pa)*(A1-A2)/A3-Pd - (6),（三）测试技

9、术方案,二、高温高压井测试技术方案,Pt Pb*A1/A3-（Wd-W0)/A3 -(Pc+Pa)*(A1-A2)/A3-Pd - (6) (6)式讨论： 当考虑油管弯曲时，环空压力对封隔器产生一向下的力，(Pc+Pa)*A2 同时，(Pc+Pa)*A2也作用在中和点向上的力，减小l了Wd （6）式变成 PtPb*A1-(Wd-W0)/A3-(Pa+Pc)A1/A3-Pd -(7) Pt 随(7)式中Wd减小和（PA+Pc)A1/A3增加而变， 设计P 和Pa 时充分考虑。,（三）测试技术方案,实例：液垫排出与井口压力控制： 假设：放喷过程中保持P封隔器不超过40Mpa，据式（3） 则需保持： P井口 P环空 40P油管液柱-P油管气柱 P油管液柱，P油管气柱 随着放喷逐渐增加，水垫出完井口压力达到最大,二、高温高压井测试技术方案,（三）测试技术方案,关键压力值数量关系（大比重压井液）,5.测试相关计算,二、高温高压井测试技术方案,6、主要施工过程及要考虑的问题 更换井口 2种方案：采油树、控制头； 设备压力等级提高，降低井筒压力风险； 采气树转移井口压力上顶，可双翼求产； 连接配套，防止短板现象； 防喷器方案：井队防喷器/修井防喷器。 下钻 泥浆比重大对射孔管柱的影响； 替液与插管封隔器的下入程序； 座油管挂。,二、高温高压井测试技术方案,（三）测试技术方案,6

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