页岩气井钢丝试井工艺技术应用探讨

2021-08-21严晓明

新型工业化 2021年5期

严晓明

（中石化华东油气分公司采油气工程服务中心，江苏泰州 225300）

0 引言

南川页岩气井试井作业中易出现冰堵、卡阻、仪器落井等问题，针对这些问题，必须对试井作业的工艺技术、设备配套进行必要的优化和改进，基于此，在本文当中通过相关的调查研究，制定了处理钢丝作业过程中各种风险事故的方法和应急处理方案，旨在以减少各类事故的发生，更进一步加强试井作业的安全保障[1]。

1 页岩气井钢丝试井工艺技术

目前南川页岩气平桥南区气井井口压力多在10MPa左右，钢丝试井作业主要以压力梯度监测、液面探测为目的。投产初期井口关井压力25 MPa左右，个别井35MPa。区块内页岩气井气体均以甲烷为主，不含硫化氢。

针对目前区块内气井压力及流体性质选择合适的试井设备和工艺技术，既能保障施工安全，又能以最小作业成本求取到所需要的数据。

1.1 钢丝试井作业分类

南川页岩气工区试井作业主要分为两类，一类是压裂试气阶段的产能试井，目的是获得储层的原始地层压力、温度、无阻流量、气井完井的表皮系数、渗透率等地层参数。这些信息被认为是气藏制订开发方案的主要依据。另一类是气田进入生产期，定期对所有气井进行压力梯度监测，实时了解井筒生产动态[2]。

1.2 钢丝试井设备配套

钢丝试井设备主要包括三大块，分别是动力系统、井口钢丝防喷装置、井下工具串。

1.2.1 动力系统

动力系统主要考虑的是钢丝绞车的提升力、作业深度等能力要满足施工井要求，采用ES5255TCJ测井车，配备绞车滚筒钢丝最大容量7500m（钢丝直径0.108″），滚筒的最大提升力不小于15kN。区块内气井垂深平均在3000~3500m，考虑井斜和入井油管深度，钢丝可下入深一般小于4000m。该设备完全能够满足工区内所有井作业要求。

1.2.2 井口钢丝防喷装置

（1）钢丝手动单闸板防喷器。钢丝手动单闸板防喷器的开启和关闭都是依靠手动来控制的，不需要液控系统，设备原理简单，操作简单，使用过程中故障率低，后期维护方便。

（2）分体式防喷管。单根长度0.5~1.2m，最大重量25kg，通径53mm，压力等级70MPa。防喷管之间、防喷管与防喷器之间都是通过丝扣连接，无需卡车单独运输，可以随试井车运输至井场。作业期间根据入井工具串长度可灵活调整防喷管安装数量，因防喷管整体质量较轻，采取人工连接的方法，无需吊车辅助，节省施工费用和吊装风险[3]。

（3）钢丝防喷盒。研制了新型钢丝试井井口防喷盒并申请实用新型专利（ZL 2017 2 0748598.1）。提放钢丝时，手动泵通过控制阀液压推动液压缸内活塞杆及活塞头压缩盘根胶皮预紧钢丝，以无泄漏为目的实时调整液压压力，实现既能密封钢丝又能尽量减少盘根胶皮磨损。

该新型防喷盒具有以下特点：一是远程液压控制盘根胶皮的压紧和松开，能够对井口出现的突发性泄露迅速做出相应操作，减少了登高作业带来的安全风险。二是可实时观察活塞行程，准确判别盘根胶皮磨损量，避免胶皮过度磨损造成井口气体泄漏。

图1 液压防喷盒结构示意图

1.2.3 井下工具

井下工具自上而下分别为：钢丝绳帽头（钢丝与工具串的连接纽带）+万向节（实现井下工具的自由旋转，避免钢丝打扭）+加重杆（增加工具串重量，克服入井阻力）+震击器（工具遇阻解卡使用）+电子压力计（压力监测仪器），工具串中除加重杆需要根据井况灵活配置之外，其他工具基本都为固定配置[4]。

2 试井作业复杂井况及处理

2.1 井下异物卡阻

试井井下仪器最大外径36mm，工具串最下部电子压力计尾端设计为弹头状导向头，最上部与钢丝连接的绳帽头顶端为导向斜坡，试井工具串在通过异常井段时无论上行或者下放都能够最大限度的通过。压后放喷排液初期，井筒内存在残留的桥塞碎片、封堵球等大体积固体物，这些残留物随返排气液流上升至试井仪器悬停井深卡在仪器与油管内壁之间的空隙，导致仪器被卡住。

解决方法：长期压力监测的井，在测试结束后建议启动绞车后不要先进行提升操作，而是先进行下放操作，以验证仪器是否处于自由悬垂状态。假如已确定仪器遇卡，首先拉直钢丝至正常上提悬重，然后下放寻找震击器闭合点，通过快速震击一般都可以有效解卡。上提张力控制在钢丝破断拉力的50%以下，震击频率控制在5-6次后停顿10min以上，让钢丝能够有足够的时间恢复至原有的弹性状态[5]。

2.2 钢丝附着物卡阻

钢丝附着物卡阻一般发生在井口防喷盒盘根处。压后排液初期，返排液中含有大量的高粘度胶粘物，随着井液流动粘附在井下钢丝表面，关井测压恢阶段，井筒气液置换液面下降，钢丝表面暴露在气相井筒内，钢丝表面覆盖的胶粘物失水形成极大粘附力物质。测试结束随着钢丝上提，这些附着物在井口防喷盒盘根处刮落、堆积、压实，直至钢丝抱死。

解决方法：针对胶粘物粘附钢丝表面的情况，上提过程中可采取间歇性下放的方法使聚集在防喷盒盘根处的垢物松散，但此种方法只适用于粘附在钢丝表面的胶粘物量少且井浅。假如钢丝下入较深，胶粘物较多，那么频繁的采取这种方法反而会使胶粘物在防喷管内堆积越来越多，最后导致工具串无法进入防喷管的后果。采用从防喷管顶端注入甲醇或者乙二醇等有机溶剂解堵效果为最佳。

2.3 水合物卡阻

地表气温较低时，井口钢丝防喷盒刺漏极有可能导致采气树和钢丝防喷管内生成水合物，发生冰堵现象。

解决方法：一是关闭钢丝防喷器后，防喷盒泄压，打开防喷盒清除水合物并更换全部的盘根。二是在分体式防喷管顶部设计安装药剂注入口，一旦发生冰堵则注入甲醇或乙二醇溶解水合物[6]。

3 试井作业中异常井实例分析

3.1 SY3HF井

SY3HF井压裂结束后采用钢丝试井作业的方式进行系统测试。该井按照常规回压法试井操作程序，下放钢丝至井深2580m处先进行三个工作制度的流压测试，关井压力恢复测试，压恢测试结束后上提钢丝遇阻。

3.2 操作过程及现象

压恢测试结束后，开始上提工具串，观察钢丝在无外力推动情况下是否能够依靠工具串自身重力自由下滑，观察正常后，缓慢上提工具串，张力显示130～150kg，系统压力1100psi。入井时上提测试张力为120kg，张力略有增加。缓慢上提工具，期间系统压力表持续抖动，并缓慢增大至1200psi且有持续增加趋势，尝试下放工具串，可以自由下放，下放10m左右再继续上提，发现张力及系统压力较下放之前略有减小，继续上提钢丝，张力与系统压力缓慢增加，且系统压力表指针及钢丝抖动越发严重。采取下放一段距离然后上提的方法，有一定作用但效果变差。采用此种方法将钢丝上提至2180m后，张力增大至190kg，系统压力1200-1400psi波动，钢丝抖动严重，停止上提，将刹车放松，使钢丝自由下滑至自由悬重后刹车[7]。

3.3 原因分析

排除了井下异物硬卡仪器现象。该井流压测试期间产液量最高540m3/d，开井测试结束后关井压力恢复测试时间长达40d，认为是胶粘物在防喷盒盘根处堆积抱死了钢丝，井口附近井筒有水合物生成。

3.4 解决措施

防喷管内注入甲醇，甲醇泵初始注入压力为32MPa，持续注入约5min后降至约30MPa，注入甲醇50L后尝试上提钢丝，液压系统压力1200psi，系统压力表抖动较之前有所改善，持续上提，系统压力表抖动逐渐变小，且保持在1200psi以下不再增加。保持甲醇泵持续注入，继续上提钢丝，系统压力表抖动情况明显改善，张力及系统压力逐渐恢复正常，打开防喷盒检查发现在防喷盒内堆积有大量胶状物。

3.5 DS1HF井

DS1HF井压裂后关井测静压，压力计下深1100m后上提梯度测试直至压力计提出井口都无异常。再次下入钢丝工具时遇阻。

（1）操作过程及现象。完成静压测试后，下入压力计进行系统试井作业。仪器下放至476m时遇阻，遇阻后缓慢上提工具串张力持续上升至280kg，上下活动多次及使用震击器震击均未能解卡。

（2）原因分析。本井采取油管管柱分级滑套压裂的方式进行压裂，试气管柱内径76mm，仪器外径36mm，封堵球直径28mm、36mm及40mm，压裂结束放喷3天后即关井，返排时间较短，井内仍有一定数量的封堵球未能排出，再次开井放喷时上窜卡住压力计等入井仪器。

（3）解决措施。采用震击器解卡，井下仪器未发生移动，讨论决定切断钢丝与绳帽连接处将钢丝提出。然后更换整体吊装式钢丝作业防喷装置进行打捞。打捞工序如下：①关闭防喷器，将防喷管内压力泄掉，将肯利割刀装入防喷管内后连接至防喷器上方，打开防喷器自由投送肯利割刀至绳帽头位置切断钢丝。②待悬重下降至钢丝自重后，提出井内钢丝，更换打捞防喷设备。③安装整体吊装式GSFSP7-70钢丝防喷装置并组配打捞割刀工具：绳帽+旋转器+加重杆×2+万向节+滚轮加重杆+链式震击器+快速接头+SB投送工具+打捞筒。下放工具串成功打捞肯利割刀出井口[8]。④组配打捞测压仪器工具串：绳帽+旋转器+加重杆×2+万向节+滚轮加重杆+链式震击器+快速接头+打捞筒。下放工具串成功打捞测压仪器工具串。