高温高压地层测试技术介绍

高温高压地层测试技术介绍主讲：程焕清中石化试油监督培训讲座高温高压地层测试技术介绍概述随着油气勘探的发展，向地层深部找油气的局面已展示在油气勘探工作者面前。前苏联钻探的SG-3井，钻探深度12000米，四川钻探最深的井达到7175米，近年钻探的柯深1井为6336.5米，英科1井完钻井深6400米，库1井完钻井深6941.15米，更有亚洲第一深井塔参１井，井深达到7200米。由于井越来越深，随之带来了井底温度高、压力大等情况。这给完井测试带来许多的困难。高温高压地层测试技术介绍高温高压井在国外称为HTHP井(HighTemperatureand/orHighPressure)，根据国际HTHP合作促进协会的规定，油气井的地层温度达到300℉(149℃)，或地层压力达到15000Psi(103.4MPa)，或井口压力达到10000Psi(68.9MPa)以上称为高温高压井。若油气井的地层温度达到400℉(204℃)，或地层压力达到20000Psi(137.8MPa)，或井口压力达到15000Psi(103.4MPa)以上称为超高温高压井。高温高压地层测试技术介绍高温高压井的地层测试技术是一个世界级的石油勘探的技术难题，它引起了中石油、中石化、中海洋和世界各大石油公司的高度重视，国际上西方跨国石油公司主动与石油技术服务公司进行技术合作，在八十年代由11家油公司发起了HPHT合作促进会，协会下属不同专业的分会，其中包括测试分会，总部设在欧洲的NORWAY。SHULUMBERGER、HALLIBURTON和EXPRO等公司被邀参加HPHT测试分会。HTHP协会的性质是会员制，制度规定技术成果和技术文件只能由会员分享，不得对外扩散。高温高压地层测试技术介绍国内现状通过引进消化国外的测试设备，并在实际施工中积累了一定的经验，缩短了与发达国家的差距，取得很大的进步。但井下测试工具、井下仪器、地面井口控制设备、地面计量设备、射孔校深仪器及射孔器材，高密封性能的油管、套管和一些必须的处理剂等，主要都还依靠进口。高温高压地层测试技术介绍国内现状针对高温高压井的测试，石油大学、西安石油学院、西南石油学院、江汉石油学院与专业公司合作，相继开发了高温高压井测试管柱力学分析软件、套管强度力学分析软件，并在现场试用，这些成果的应用为提高施工质量和安全性提供了技术支持。不过也还存在一些计算精度不高，计算项目不全等问题，还需继续完善。高温高压地层测试技术介绍广大试油工作者，在过去的高温高压井试油测试实践中也积累了很多经验，解决了不少生产中存在的实际问题，但也存在一个将一些高温高压测试的理论与实践相结合，并通过这种结合去推动这项技术发展的问题。由于高温高压测试工作包含的工艺面广，涉及的专业多，而每个人的精力是有限的，这就要求我们不同专业人员，从不同的专业角度出发，去研究、实践解决高温高压测试的问题，共同把我国高温高压测试技术提高到一个新的水平。高温高压地层测试技术介绍目前存在的主要问题1、高温高压给井口控制设备、油管、井下工具、套管等的密封性提出了更高的要求。在施工中，曾发生过井口突然被刺坏及井下工具被刺坏的事故。2、由高温高压引起的变形量增大，对测试管柱强度提出了更高的要求。在实践中遇到过安全系数仅为1.1～1.2的情况，在这种条件下施工，存在较多的不安全因数。也曾发生过油管被挤毁的事故。高温高压地层测试技术介绍目前存在的主要问题3、井身结构与试油测试工具不配套。目前的射孔枪、射孔弹、井下工具系列与超深井的井身结构还不配套。使试油期间工具选型困难，有时只好改变封隔器的座封位置。4、放喷期间，地层流体携带砂粒高速流动，极易刺坏针阀、油嘴管汇，使下游压力突然增高，威胁下游设备安全和人身安全。高温高压地层测试技术介绍目前存在的主要问题5、对产量、流压、温度控制不当，或加热炉供热不足，可能会使地面测试流程内形成天然气水合物，堵塞地面测试流程，对地面设备和人员安全造成极大威胁。6、井口压力有时可达到井口设备的额定工作压力，此时，井口必须放压。试采时，造成井口时关时开，最终导致地层垮塌或地层严重出砂而终止测试。高温高压地层测试技术介绍目前存在的主要问题7、套管剩余强度不足，导致低替时，套管变形，全井报废的恶性事故发生。8、封隔器突然失封时，环空压力突然升高，导致表层套管破裂，进而憋裂地表地层，井场四周冒气。9、TCP射孔的火工器材在高温条件下，性能不稳定，导致射孔火工品在下钻过程中自行爆燃，造成返工。高温高压地层测试技术介绍目前存在的主要问题10、井下关井阀在高温高压条件下关闭不严密，取不到合格的地层压力资料。11、机械压力计时钟停走、时停时走或走速不均匀的故障时有发生。电子压力计也不能长时间在高温高压下稳定工作，影响资料录取。12、压井液在高温条件下性能不稳定，造成埋卡封隔器。高温高压地层测试技术介绍目前存在的主要问题13、现在深井试油测试都是靠环空加压控制井下工具的动作。而在深井条件下，压井液传压性能变差，给地面加压操作带来一些假象，使工具操作失误。14、测试过程中，封隔器以下的压井泥浆会被地层产出的油气所置换排出。而测试管柱中的循环阀一般装在封隔器的上方，当循环压井时，封隔器以下的油气不能被完全置换。在起钻过程中，这些在压井液浮力作用下油气向上移动，随着压力的减小，其中的气体体积越来越膨胀，到达井口时就非常危险，极易引起火灾事故。高温高压地层测试技术介绍目前存在的主要问题15、通井刮管时，未按标准规程操作，导致套管壁清理不干净。在下封隔器时，套管壁上残留的水泥块被封隔器通径规环刮掉，落在封隔器摩擦块间隙里，卡死摩擦块，减少了摩擦块与套管壁之间的摩擦力，导致封隔器座封困难。16、一些人为的低级错误时有发生，导致重大事故。如井下落物、吊卡和卡瓦与油管不配套等。17、解封封隔器时，上提解封负荷控制不当，将上部油管接箍提变形。高温高压地层测试技术介绍这次介绍的内容，主要是针对陆上油田高温高压井常用的测试工艺和测试设备进行介绍的。其中管柱力学分析，套管强度分析，也是针对目前高温高压井所选用的测试工艺和测试管柱条件来进行的。高温高压地层测试技术介绍有关参数的预测计算地层压力的预测井下最高温度的预测最高井口关井压力的预测生产压差的确定井口流动温度预测井口流动压力的预测天然气水合物生成条件的计算井口套压的预测放喷管线输气管流通能力计算封隔器承受最大压差校核高温高压地层测试技术介绍地层压力的预测在试油设计时，地层压力的预测主要根据钻开油气层时的泥浆密度，气测后效显示情况，进出口泥浆比重变化情况来进行预测。高温高压地层测试技术介绍地层压力的预测实例×深1井，在钻6387.0～6410.0米的钻进过程中，泥浆密度逐步由1.86加重到1.94↗2.01↗2.07g/cm3在预测地层最大压力时，以钻进过程中井涌时泥浆柱压力作为近似地层压力，预计地层压力系数为1.97，推算出6402.0～6410.0米中部地层压力为123.76Mpa，在试油过程中用电子压力计实测的地层压力为127.8Mpa。高温高压地层测试技术介绍地层压力的预测实例×1井钻至6732米以下，用1.7的泥浆密度不能平衡孔隙压力，泥浆气侵严重，井涌CL-由2500↗5200ppm，完钻时泥浆比重1.95～2.02，此时泥浆气测背景值仍较高（全烃2～7％），分析认为此段孔隙流体压力系数可能达到2.02g/cm3，预测地层压力6778.5*2.02*9.8=134.19Mpa，在后来的试油中，实测地层压力为135.84Mpa。高温高压地层测试技术介绍地层压力的预测采用钻开油层泥浆比重取值方法，来预测地层压力是很近似的，粗略的。比较好的方法是用RFT，但成本高。其次还可以用密度、声波测井方法来预测地层压力。但这些方法只适用于砂泥岩地层，对灰岩地层不宜用。气测的dc指数法也可以用。高温高压地层测试技术介绍井下最高温度的预测目前主要是应用测井的方法获取地层温度，但在实际应用中发现，地层的真实温度往往比测井提供的温度高出7～12℃。试油获得地层温度比测井提供的地层温度高的原因主要是试油测试时，电子压力计在井下停留的时间长，压井液与地层的热交换充分一些。另一方面在试油测试时，地层流体是在流动的，而测井时，井筒流体是静止的，所以我们在试油设计时，井下最高温度应该是在测井温度的基础上加上7～12℃，才比较近似于地层温度。高温高压地层测试技术介绍最高井口关井压力的预测求井口最高关井压力的问题，实际就是确定油管内气柱平均静压梯度，一旦把油管内气柱平均静压梯度找到，最高关井压力就获得了。高温高压地层测试技术介绍最高井口关井压力的预测近年来根据我们在西部地区的试油实践统计得出在井口关井时，测试管柱内的平均静压梯度为0.28Mpa/100米。用这个经验对早年试油的ＸＸ井实测的数据进行比较。此井试油井段7053.37～7175.00米，实测地层压力151.8Mpa，实测井口关井压力132.8Mpa。这个关井压力与用经验推算出的“关井时平均静压梯度”很近似。高温高压地层测试技术介绍最高井口关井压力的预测第二种方法是钻井甲方手册124页推荐的井口关井压力公式：PG=0.7882PB式中PG——井口关井压力（气顶压力）PB——地层压力（气柱底部压力）高温高压地层测试技术介绍最高井口关井压力的预测第三种方法是四川川西北矿区推荐的最高关井压力近似公式：式中PG——井口关井压力（气顶压力）；PB′——近似地层压力；r——天然气密度；L——气层中部深度；e——自然对数；LBPr10251.14eLBGPPr10251.14e高温高压地层测试技术介绍生产压差的确定在高温高压气井测试过程中，生产压差（或测试压差）的大小，是测试成败的关键因素之一。生产压差过小，会造成：①侵入地层中的钻井泥浆固相微粒难以排除，达不到清除井壁附近污染的目的；②使地层中的泥浆滤液难以排出；③使相邻工作制度之间压差范围小，天然气产量变化小，由此建立的产能方程精度偏低，影响对储层的评价。高温高压地层测试技术介绍生产压差的确定而生产压差过大，又可能造成：①使井壁失稳、垮塌、地层出砂而导致测试失败；②使井壁附近储层岩石永久性压密，再次造成应力污染；③造成气体渗流的非线性效应严重，使得压力恢复资料所求得的地层渗透率值，不能反映真实的地层参数。高温高压地层测试技术介绍生产压差的确定为此，确定高温高压气井测试中合理生产压差需要综合以下因素：1、从气流在井筒中携液能力的角度考虑。在钻井和完井过程中，都可能残留液体在地层，在气井的测试过程中，一开井的一个重要的作用就是要排除地层积液，因此，在设计生产压差时，必须要考虑能在测试一开时，就将地层积液排出。高温高压地层测试技术介绍生产压差的确定2、从返排侵入地层中的泥浆固相颗粒角度考虑。在高温高压气井钻井过程中，泥浆侵入到储层孔隙中，一些固相颗粒就脱离出来，堵塞储层渗流通道，降低储层渗透率。为此，在测试时，需要气流具有一定的速度，让泥浆固相颗粒返排出来，以减少储层伤害。3、气体渗流时，在孔隙周围产生附加压力降，易造成气堵，会影响测试数据分析的质量，造成分析结果的错误。高温高压地层测试技术介绍生产压差的确定4、从井壁稳定不出砂的角度考虑。生产压差越大，井眼周围岩石骨架应力越大，储层越容易破坏出砂。因此，在考虑合理生产压差时，必须考虑保护储层避免出砂的问题。从3方面考虑：一是从井壁岩石的坚固程度确定生产压差；二是从井壁岩石抗剪切强度确定生产压差，当生产压差是岩石剪切强度的1.7倍时，岩石开始破坏并出砂。国内外通过大量的分析计算表明，该方法预测准确度极高；三是从射孔孔道稳定性角度确定生产压差。5、从清除射孔孔道残余物角度考虑。高温高压地层测试技术介绍在施工中，通过严格控制井口压力来实现生产压差的控制，我们在设计阶段提高这方面的计算是很有必要的，四川、江汉、华东、西安等石油学院，都有这方面的计算软件，可供选定合理生产压差作参考。生产压差的确定高温高压地层测试技术介绍井口流动温度预测计算测试管柱的温度效应的变化，确保测试管柱的