尾管负压试压方法研究与应用

张华卫吴 为王学杰赵向阳

（1.中国石化石油工程技术研究院，北京 100101；2.中国石化国际石油勘探开发有限公司，北京 100029）

尾管负压试压方法研究与应用

张华卫1吴 为2王学杰2赵向阳1

（1.中国石化石油工程技术研究院，北京 100101；2.中国石化国际石油勘探开发有限公司，北京 100029）

使用尾管开采高压油气藏时，尾管重叠段的负压试压的成功与否关系到该段尾管是否能成为油井屏障的关键，而尾管重叠段负压测试的推荐做法和解释程序国内一直没有明确的规定。通过调研相关的技术标准和著名石油公司的推荐做法，对尾管重叠段进行负压试压的条件、工艺等进行了深入研究，建立了一套完整的尾管负压试压方法，包括参数计算方法、工艺流程、试压结果解释方法。提出的尾管负压试压方法在伊朗Y油田进行了应用，证明可行并能满足现场试压的需要。

尾管负压试压；参数计算；工艺流程；解释方法；现场应用

套管试压是钻井作业中必不可少的一项工作，国内外各大油公司服务公司和相关标准对套管试压进行了明确的规定［1-3］，但主要是套管内正压试压，对如何进行尾管包括重叠段的负压试压基本上没有相关规定和推荐做法。墨西哥湾漏油事故［4］的一个重要原因就是生产套管（尾管）负压试压不合格，因此尾管包括重叠段的正压和负压测试对保证油气井的安全极为重要。根据尾管负压测试的需求性分析，从尾管测试、生产及弃井在内各个工况的受力分析入手，提出对尾管负压值的计算方法和负压试压的推荐做法，最后对提出的方法进行了现场验证。

1 尾管（重叠段）负压试压必要性分析

负压试压（Inflow Test）就是让尾管或者套管在试压过程中承受负压（negative pressure），验证水泥和套管的密封性。什么情况下进行负压试压，不同的油公司可能会有所差异，但基本原理是一致的，就是在整个油气井的生命周期（钻井、完井、测试、生产以及后期的弃井）内，如果尾管或套管的外部压力高于内部压力或者怀疑尾管固井作业不成功，尾管包括重叠段在内便需要进行负压试压，以验证油气井的整体性［5］。主要有以下几种情况：

（1）尾管的固井作业过程中，有作业失败的证据或者现象；

（2）尾管重叠段的固井质量太差，声波变密度测井显示没有20 m 以上的连续的良好段；

（3）尾管封固段内有高压油气层，完井或者测试过程中需要顶替成低密度的完井液［5］，造成尾管承受负压；

（4）钻井和固井结束后不直接进入完井作业，下入较短的压井管线或不下入进行临时弃井（Suspension）以等待随后的完井作业；

（5）尾管封固段内有目前不做产层的高压砂岩油藏；

（6）钻穿尾管附件进行下一开次钻井，下一开需要的钻井液密度小于本层尾管钻井过程中使用的钻井液密度。该种情况，可以直接在下一开次钻井作业之前，全井替成下开次钻井液后进行溢流检查，如果溢流检查正常便可以认为负压试压合格，进行下一开次的施工，文中对这种情况不再单独分析。

2 尾管（重叠段）负压试压参数计算方法

尾管负压试压，主要需要计算负压值，确定负压测试用的顶替液体的密度，以及试压过程中需要顶替的顶替液体的长度等。

2.1 负压值计算方法

确定负压试压的试压值，首先计算尾管段每一点在整个生命周期内承受的负压值，计算公式为

通过对比各点的负压值，确定其中最大值为尾管段的负压试压值Δp。

式中，Δpi为尾管段某点的负压值，MPa；ρp为尾管段某井深处孔隙压力当量密度，kg/m3；ρc为完井和测试作业过程中所用完井液的最小密度或下一开次所用最小钻井液密度，kg/m3；D为尾管某点的垂深，m；Δp为尾管段负压试压的负压值，MPa。

2.2 负压试压工作流体选择与顶替流体深度计算

负压试压通常使用清水、柴油或者氮气顶替井浆来实现井筒内的负压。可以通过以下步骤确定产生负压的顶替流体：

（1）通过式（2）确定最大负压值，最大负压值处的垂深为Dmax；

（2）通过式（3）计算负压试压中顶替液体的最大密度；

式中，ρt为顶替流体的密度，kg/m3；ρmax为最大负压值处的孔隙压力当量密度，kg/m3；ρm为负压试压时井筒内钻井液的密度，kg/m3；Dl为尾管悬挂器顶以上50 m处垂深，m；Dmax为最大负压值处的垂深，m。

（3）根据流体密度，确定负压试压用顶替流体：当ρt>1 000 kg/m3时使用清水，当1 000 kg/m3>ρt>850 kg/m3时使用柴油。确定顶替流体是液体后，通过式（4）计算需要的顶替流体体积。

式中，Dt为顶替流体进入垂深，m。

如果ρt≤850 kg/m3可以考虑降低井筒内钻井液密度至孔隙压力。

3 尾管（重叠段）负压试压工艺方法

通过研究，确定了尾管重叠段负压试压工艺，主要流程如下。

（1） 组试压钻具：钻杆+可回收式封隔器（RTTS）+循环阀（可选）+安全接头+钻杆；

（2）下钻到位，保证可回收式封隔器位置或者循环阀位置在顶替液的垂深以下，如果可能可以将试压钻具组合底部下到悬挂器以上15 m，以减少其他可能的流体侵入；

（3）封隔器坐封，打开循环阀，使用顶替液从钻具内部顶替钻井液，顶替液的体积根据上文公式计算获得，当顶替液到位后关闭循环阀；环空加压7 MPa，验证封隔器是否坐封；

（4）如果试压组合中没有循环阀，首先钻具内顶替钻井液，顶替液到位后，坐封，验封；

（5）关闭钻具的下安全阀，接循环头及流体收集装置；打开下安全阀，记录单位时间内流体的流出量和累积的流出量。到达负压试压时间（一般为4 h）后，根据流出量和时间判定负压试压是否合格，如果曲线比较难以判断，可以延长负压试压时间，但建议最长不超过8 h；

（6）解封可回收式封隔器，反循环或者正循环将顶替液替换为钻井液后，起钻。

4 尾管（重叠段）负压试压解释方法

对于负压试压结果，可以采用传统方法和Horner方法进行解释，判定负压试压是否成功。传统方法是绘制液体的返出流速与试压时间（从流出开始）的关系曲线（图1）。图1a中，考虑到试压过程中热膨胀作用，流体的返出速度开始比较快，经过一段时间后，热膨胀作用逐步减弱，如果流体的返出速度逐步向一个稳定的返速靠近并持续的有流体返出，便可初步判定该尾管（重叠段）存在漏点，需要进一步采取措施弥补；图1b中，随着时间的延长，热膨胀作用减弱，流体的返速逐步趋向于0，便可初步判定改尾管（重叠段）没有漏点。使用传统方法判断实验结果，需要向外延展实验数据，如果变化趋势不是很明显，需要很多数据才能判断。如果这个过程持续很长，相应的钻井成本会增加很多。

图1 常规方法负压试压结果解释

为了节省钻机时间，可以使用Horner方法进行解释。将试压时间变换成Horner时间，绘制液体的返出流速与Horner时间的关系曲线（图2），通过流量散点的趋势线与x轴或者y轴的交点来判定试压结果是否合格。图2a中的交点在y轴，表示时间无限长后，仍然有流体流出，表明负压试压失败；图2b中的交点在x轴，表示有限的时间内已经没有流体流出，表明负压试压成功。通常是每5 min或者10 min计算一次流量，计算一次Horner时间。Horner时间的变换公式为

式中，TH为Horner时间，无因次；T为负压试验中开始顶替到开始流动的时间，min；Td为负压试验中从开始流动累积的试压时间，min。

图2 Horner方法负压试压结果解释

5 现场应用

伊朗Y油田主要目的层为高压高含硫化氢的F油层，埋深4 000~4 500 m。生产井多采用四级井身结构，其中Ø177.8 mm和Ø144.3 mm为两层尾管。以Y52井为例说明尾管负压试压在Y油田的应用。

图3为Y52井预测的孔隙压力和完井液密度以及井身结构设计，可以看出，Ø144.3 mm尾管承受负压，因此尾管及尾管重叠段需要进行负压试压。通过式（1）和式（2）计算井深4 066 m处负压最大，该处孔隙压力当量密度为1.67 g/cm3，试压时钻井液密度为1.72 g/cm3；通过式（3）计算需要的顶替液的最大密度为1.34 g/cm3，选用清水作为顶替液；通过式（4）计算顶替的深度不低于2 060 m。

图3 Y52井孔隙压力、完井液密度以及井身结构

根据上文步骤进行负压试压作业，Ø177.8 mm可回收式封隔器坐封位置为2 100 m，顶替时间为90 min，负压试压测试进行了240 min。流速与测试时间以及Horner时间关系见图4。

从图4可以看出，Horner方法曲线的趋势线将交与x轴，表明该井的尾管（重叠段）不存在漏点，满足油井的完整性要求。

Research and application of negative pressure test for liner

ZHANG Huawei1, WU Wei2, WANG Xuejie2, ZHAO Xiangyang1
（1.Research Institute of Petroleum Engineering,SINOPEC,Beijing100101,China;2.International Petroleum Exploration and Production Corporation,SINOPEC,Beijing100029,China）

When liner is used to exploit the high pressure oil/gas reservoirs, the success of negative pressure test on the overlay section of the liner has a direct bearing on whether the liner will become the key well barrier, but the recommended practice for negative pressure test on such overlay section is not expressly specified domestically.By studying the relevant technical standards and the recommended practices of well-known oil companies, profound research was conducted on the conditions and technologies for negative pressure test on the overlay section of liner, and a set of complete methods of negative pressure test for liner were established, including parameter calculation method, process flow and interpretation method for pressure test results.The proposed negative pressure test method for liner was used in Iran Y Oilfield, and was proved to be viable and could meet the requirement of field pressure test.

negative pressure test for liner;parameter calculation;process flow;interpretation method;field application

张华卫，吴为，王学杰，等.尾管负压试压方法研究与应用［J］.石油钻采工艺，2014，36（6）：42-44，49.

TE26

A

1000–7393（2014） 06–0042– 03

10.13639/j.odpt.2014.06.011

国家科技重大专项“中东复杂地层安全快速钻井关键技术研究”（编号：2011ZX05031-004-001）。

张华卫，1979年生。2006年毕业于中国石油大学（华东）油气井工程专业，获硕士学位，主要从事钻井工程设计方面研究工作，工程师。电话：010-84988578。E-mail：zhanghw.sripe@sinopec.com。