HPHT 测试技术应用及建议.ppt

高温高压及硫化氢井测试技术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中石油集团长城钻探工程公司徐成才徐成才20092009年年1111月月1313日日徐成才，长城钻探工程公司副总工程师，教授级高工，徐成才，长城钻探工程公司副总工程师，教授级高工， EMBAEMBA硕士，集团公司硕士，集团公司HSEHSE管理专家管理专家19821982年元月毕业于大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庆石油学院石油工程专业从事试油测试技术工作2727年，其年，其中服务于国际石油工程业务和中服务于国际石油工程业务和HSEHSE管理工作管理工作1515年联系方式年联系方式: : 13901219120 010-5928590613901219120 010-59285906；；xuchengcai@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. 1. 定义定义高温高压定义机构高温高压压井超高温高压压井特高温高压压井 HalliburtonBHP>10000psi, BHT>150℃BHP>15000psi, BHT>175℃BHP>20000psi, BHT>200℃ 英国能源部BHT>150℃,压压力梯度>0.8psi/ft或BOP额额定压压力 >10,000psi Schlumberger同英国能源部BHP>15000psi, BHT>218℃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. 2. 高温高压井测试面对的挑战高温高压井测试面对的挑战一是套管高承压n高比重的压井液增加了套管的内挤压力，威胁套管的安全；n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n重泥浆易沉降，埋卡管柱；n重泥浆传压性较差，影响工具操作；n轻泥浆易气侵井涌，井控难度大一、概述2. 2. 高温高压井测试技术的挑战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n井下工具承载；操作；n密封件、液压油等材料的选择；n井下管柱结构；四是射孔挑战n射孔器材n起爆方式n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. 2. 高温高压井测试面对的挑战技术的挑战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；n 压井设备要求高；n 压井工艺风险大；n 高温高压的破坏能量对人身安全、环境、社区的影响大2. 2. 高温高压井测试面对的挑战技术的挑战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：p 套管保护措施p 压井液的选择p 射孔及测试工艺p 压井工艺二、高温高压井测试技术方案①对套管影响的因素l 测试时地面施加附加压力； l压井液比重及性能发生改变； l异常压力地层/膏岩层 l固井质量； l套管磨损评价。

②对套管保护采取如下措施：l抗内挤应力校核；抗外挤应力校核； l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（一 ）、套管保护措施）、套管保护措施二、高温高压井测试技术方案考虑因素： ①压井液比重 n平衡地层压力； n对抗套管外挤压力；■ 测试管柱正常工作（外挤、管柱压差等）； n较宽的压力操作窗口； ②悬浮性不沉淀； ③压力传导性操作压力能传导至井下工具和TCP点火头 ④抗高温老化能力（二）、压井液的选择（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）、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： n轻泥浆；n重泥浆n金属盐；n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；类类型水基泥浆浆油基泥浆浆金属盐类盐类盐盐水悬悬浮性含固相易沉淀 含固相易沉淀无固相无固相 传压传压 性一般粘弹弹性大，传传 压较压较 慢传压传压 性好传压传压 性好 油层层保护护不利有利有利有利成本原浆浆无额额外成本原浆浆无额额外成本较较高低（二）、压井液的选择（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n超高温高压管柱结构越简单越好 ； n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（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：①超高温高压测试管柱n射孔枪 nRTTS封隔器n震击器 nRD循环阀 nRD安全循环阀等三）、（三）、测试技术方案测试技术方案二、高温高压井测试技术方案②高温高压测试管柱n射孔枪 nRTTS封隔器n震击器 nLPR-N阀 nRD循环阀 nRD安全循环阀等（三）、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③高温高压测试及挤压井管柱n 射孔枪 n RTTS封隔器n 震击器 n RD循环阀 n LPR-N阀 n RD循环阀 n RD安全循环阀等（三）、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④高温高压测试及酸化管柱n 射孔枪 n RTTS封隔器n 震击器 n LPR-N阀 n OMNI多次循环阀 n RD循环阀 n RD安全循环阀n 伸缩接头等（三）、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管柱1管柱2管柱3管柱4井况超高温 高压压井高温高压压井高温高压压井高温高压压井地质质目的落实实 液性和产产能取全取准全部 地质质参数取全取准全部 地质质参数取全取准全部 地质质参数工作制度一开一关多次开关井多次开关井多次开关井工程目的挤压挤压 井酸化（三）、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：①橡胶件： nHPHT封隔器胶筒一般采用Viton和Aflas的组合； nO圈材质一般采用Fluorcarbon 以及Aflas； nVirgin 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（三）、测试技术方案耐温H2S环环境 丁箐橡胶Nitrile Pa+Pc- Pm-P摩阻-ΔP0 ---------(1)ΔP0 封隔器许可工作压差； Pt 油管头压力；Pc 套管头压力②流动期井口压力控制计算：Pt∝Pc • 当环空压井液大于流动梯度，封隔器力学平衡条件讨论Wd>W0时，满足:F上- F下≥ W0F下=(Pt+Pm+P摩阻)*（A1-A2）F上=(Pc+Pa) *(A1-A2)+WdPt P地层- Pm-P摩阻-ΔP3----- (4)二、高温高压井测试技术方案PtPcPfγaγm△P（三）测试技术方案（三）测试技术方案②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≥W0F下=(Pt+Pm+P摩阻)*(A1-A2)F上=(Pc+Pa) *(A1-A2)+WdPt Pb*A1/A3-（Wd-W0)/A3 -(Pc+Pa)*(A1- A2)/A3-Pd -------------------------------- (6)（三）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PtPcPbγaγdγm△PPt> 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 Pt≥Pb*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（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ΔP封隔器不超过40Mpa，据式（3）则需保持：P井口 > P环空－ 40－P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（三）测试技术方案关键压力值数量关系（大比重压井液）5.5.测试相关计算测试相关计算二、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①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②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（三）测试技术方案6、主要施工过程及要考虑的问题③开关测试■开关井工作制度：一开一关/地面控制多次开关；■开井方式：裸眼插管插入开井/套管射孔开井；■井口排液量、物性、压压力监测监测 及控制；■考虑虑酸化及其排液影响；关井：；④反循环，关闭 RDS测测静压压■当存在封隔器反向压差，打开反循环时，保存设计设计 的油管头压头压 力，保 证证封隔器密封； ■ Pt∝Pa 关井状态封隔器密封力学平衡方程 (式 7）二、高温高压井测试技术方案（三）测试技术方案（三）测试技术方案7、压井工艺■ 正压压井；■挤注式压井；■循环压环压 井工艺艺： 重泥浆反循环 拆卸采油树，安装BOP； 封隔器解封（压力平衡，挤注作业，） 下移管柱进一步循环出硫化氢或天然气 起钻二、高温高压井测试技术方案（三）测试技术方案（三）测试技术方案B部分硫化氢井测试技术 硫化氢井测试风险：硫化氢井测试风险：–危及操作人员及周边人群（包括牲畜）的生命安全。

–腐蚀管柱造成管柱氢脆折断–污染泥浆性能–H2S扩散后造成污染–造成地面及井下的复杂与事故二、高温高压井测试技术方案①①硫化氢井测试人员资质控制硫化氢井测试人员资质控制• •意识；意识；• •技能：至少技能：至少5 5年的测试现场工作经验；熟练掌握硫化氢报警仪、正压年的测试现场工作经验；熟练掌握硫化氢报警仪、正压呼吸器的使用呼吸器的使用；紧急救助能力；逃生能力• •资质：硫化氢培训资质证书；井控证书；压力容器的操作证书；紧急资质：硫化氢培训资质证书；井控证书；压力容器的操作证书；紧急救助和救助和CPRCPR证书；证书；• •身体健康（精神的和物理的）身体健康（精神的和物理的）二、高温高压井测试技术方案②②设备、材料控制设备、材料控制• •参照美国防腐协会参照美国防腐协会 NACE MR-01-75NACE MR-01-75标准选材；标准选材；• •井下工具采用高镍合金或者更高级别钢材井下工具采用高镍合金或者更高级别钢材• •封隔器胶筒一般采用封隔器胶筒一般采用VitonViton或或AflasAflas的组合，满足高温及防硫要求；的组合，满足高温及防硫要求；• •井下井下OO圈采用圈采用FluorcarbonFluorcarbon 或或AflasAflas。

• •丝扣油可采用丝扣油可采用Pro-Long PlugPro-Long Plug，，P。