发明内容
本发明的目的是提供一种水力喷砂射孔与APR测试联作工艺,一次下井作业就可完成整个射孔测试过程,并可减少对地层的污染与破坏,并且在对含有底水的地层进行射孔时,可以一定程度上减少底水上串的可能性。
为了实现上述目的,本发明提供一种水力喷砂射孔与APR测试联作工艺,其包括以下步骤:
S1、通过水力喷砂射孔作业将预测试地层射开;
S2、封隔所述预测试地层,通过APR测试工艺将所述预测试地层的地层流体吸入APR测试装置并进行测试。
优选地,所述联作工艺通过兼作所述APR测试装置的水力喷砂射孔与APR测试联作装置来完成,所述联作装置包括APR测试管柱串和水力喷砂射孔管柱串,所述APR测试管柱串一端与钻井钻杆或油管(3)连接且另一端与所述水力喷砂射孔管柱串连接。
优选地,所述APR测试管柱串包括依次连接的有球RD循环阀(9)、LPR-N测试阀(11)、液压旁通阀(12)、震击器(14)和RTTS封隔器(32);所述水力喷砂射孔管柱串包括依次连接的喷砂射孔本体(22)、单向阀(23)、底部封隔器(24)、筛管(26)和导锥(27);所述有球RD循环阀(9)与所述钻井钻杆或油管(3)连接;所述RTTS封隔器(32)与所述喷砂射孔本体(22)连接;所述喷砂射孔本体(22)与所述单向阀(23)的反向端口连通,所述底部封隔器(24)与所述单向阀(23)的正向端口连通;所述喷砂射孔本体(22)上设有多个喷嘴(30);所述单向阀(23)包括球形阀芯(28)和具有阶梯内壁的球座,所述球形阀芯(28)的直径大于所述单向阀(23)正向端口处的球座内径,且所述球形阀芯(28)的直径小于所述单向阀(23)反向端口处的球座内径及所述联作装置的位于所述单向阀(23)反向端口一侧的部分的内径。
优选地,所述步骤S1包括以下子步骤:
S101、将所述联作装置下放到套管井(33)中,并使所述喷砂射孔本体(22)对准所述预测试地层;
S102、向所述联作装置内投入所述球形阀芯(28),使所述球形阀芯(28)进入所述单向阀(23)的球座内;
S103、使所述LPR-N测试阀(11)锁定于开启状态,向所述联作装置内泵入含砂射孔液(29)以通过所述喷砂射孔本体(22)的喷嘴(30)喷射所述含砂射孔液(29),从而对所述预测试地层进行水力喷砂射孔作业,以将所述预测试地层射开。
优选地,所述步骤S2包括以下子步骤:
S201、坐封所述RTTS封隔器(32)以及所述底部封隔器(24),以使得所述预测试地层的地层流体(31)只能通过所述喷砂射孔本体(22)的喷嘴(30)进入所述联作装置内;
S202、通过开启与关闭所述LPR-N测试阀(11)使所述预测试地层的地层流体(31)通过所述喷嘴(30)进入所述水力喷砂射孔管柱串内并到达所述APR测试管柱串,而测试获得该地层流体(31)的参数;
S203、重复所述子步骤S202,从而测试获得多组所述地层流体(31)的参数;
S204、解封所述RTTS封隔器(32)以及所述底部封隔器(24)。
或者,所述步骤S2包括以下子步骤:
S201、坐封所述底部封隔器(24),关闭所述套管井(33)的闸门,向所述联作装置内和该联作装置与所述套管井(33)之间的环空中分别泵入压裂前置液;
S202、压裂前置液泵入完成后,向所述联作装置内泵入含有支撑剂的压裂液,向所述环空中泵入不含支撑剂的基液作为压裂的环空补液,以对所述预测试地层进行压裂作业;
S203、坐封所述RTTS封隔器(32),以使得所述预测试地层的地层流体(31)只能通过所述喷砂射孔本体(22)的喷嘴(30)进入所述联作装置;
S204、通过开启与关闭所述LPR-N测试阀(11)使所述预测试地层的地层流体(31)通过所述喷嘴(30)进入所述水力喷砂射孔管柱串内并到达所述APR测试管柱串,而测试获得该地层流体(31)的参数;
S205、重复所述子步骤S204,从而测试获得多组所述地层流体(31)的参数;
S206、解封所述RTTS封隔器(32)以及所述底部封隔器(24)。
优选地,所述支撑剂为20-40目的陶粒。
通过上述技术方案中,将水力喷砂射孔作业与APR测试工艺结合,一次下井作业就可完成整个射孔测试过程,充分发挥两者各自的优势,即首先利用水力喷砂射孔作业将地层射开,创造出沟通地层与测试管柱的流体流通道,避免了炮弹射孔对地层的污染与破坏。并且,在对含有底水的地层进行射孔时,可以一定程度上减少底水上串的可能性。与常规炮弹射孔技术相比,水力喷砂射孔具有无压实带、避免二次污染等优势,利用水力喷砂射孔与APR测试工艺联作可以减小射孔作业对原始地层数据的影响,非常适合于低渗并含有底水的海上油气藏的测试作业。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
水力喷砂射孔是指在水射流中混入一定数量磨料微粒(石英砂),磨粒质量大且锋利,喷嘴压降20~30MPa下可切割金属和岩石,可在不同完井方式下实现喷射而产生纺锤型射孔孔道,穿透深度可达0.7~1.0m,开孔直径约为20mm。
如图1所示,本发明的水力喷砂射孔与APR测试联作装置,其包括APR测试管柱串和水力喷砂射孔管柱串,APR测试管柱串一端与钻井钻杆或油管3连接且另一端与水力喷砂射孔管柱串连接。其中,钻井钻杆或油管3的上方设有流动头1和井口方余2,管柱串是由多个圆筒状的管柱依次串联而成。将水力喷砂射孔管柱串与APR测试管柱串连接形成联作装置,充分发挥两者各自的优势,即首先利用水力喷砂射孔管柱串将地层射开,创造出沟通地层与测试管柱的流体流通道,避免了炮弹射孔对地层的污染与破坏。并且,在对含有底水的地层进行射孔时,可以一定程度上减少底水上串的可能性。与常规炮弹射孔技术相比,水力喷砂射孔具有无压实带、避免二次污染等优势,利用水力喷砂射孔管柱串与APR测试管柱串联作可以减小射孔作业对原始地层数据的影响,非常适合于低渗并含有底水的海上油气藏的测试作业。
具体地,如图1所示,水力喷砂射孔管柱串包括从上至下依次连接的喷砂射孔本体22、单向阀23、底部封隔器24、筛管26和导锥27,喷砂射孔本体22与单向阀23的反向端口连通,底部封隔器24与单向阀23的正向端口连通,喷砂射孔本体22与APR测试管柱串连接,喷砂射孔本体22上设有多个喷嘴30。此处的连通是指流体连通。喷砂射孔本体22的圆周壁上均布有六个喷嘴30,喷嘴30的喷口直径为5-7mm,六个喷嘴30分布为上下两行,且上下两行喷嘴30的位置相互错开。其中,喷砂射孔本体22在作业时,含砂射孔液29从喷嘴30喷射出,射开预测试地层,创造出沟通预测试地层与APR测试管柱串的流体流通道。在进行水力喷砂射孔和APR测试时,单向阀23用于封闭单向阀23下方的管柱,例如筛管26等。底部封隔器24可通过机械或者液压的方式,来封隔套管井33与联作装置之间的环空。在洗井时,单向阀23呈打开状态,环空内与联作装置内的洗井液通过筛管26进行循环。在联作装置下井时,导锥27起到引导和保护联作装置的作用。
在此对底部封隔器24机械坐封(即密封)套管井33的过程进行详细说明。底部封隔器24下井时,摩擦垫块始终与套管井33内壁紧贴,凸耳是在换位槽短槽的下端,胶筒处于自由状态。当底部封隔器24下到预定井深时,先上提管柱,使凸耳到短槽的上部位置,左旋管柱1~3圈,在保持扭矩的同时,下放管柱加压缩负荷。由于右旋管柱使凸耳从短槽转到长槽,加压时下心轴向下移动,卡瓦锥体下行把卡瓦张开,卡瓦上的合金块的棱角嵌入套管壁,尔后胶筒受压而膨胀,直到两个胶筒都紧贴在套管井33内壁上,形成密封。如果进行挤注作业,底部封隔器24的胶筒以下压力大于胶筒以上静液柱压力时,下部压力将通过容积管传到水力锚,使水力锚卡瓦张开,卡瓦上的合金卡瓦牙方向朝上,从而使底部封隔器24牢固地坐封在套管井33内壁上。如果要起出底部封隔器24,只需施加拉伸负荷,先打开循环阀,使胶筒上、下压力平衡,水力锚卡瓦自动收回,再继续上提,胶筒卸掉压力而恢复原来的自由状态,此时凸耳从长槽沿斜面自动回到短槽内,锥体上行,卡瓦随之收回,便可将底部封隔器24起出井筒。
进一步地,如图2和图3所示,单向阀23包括球形阀芯28和具有阶梯内壁的球座,球形阀芯28能够设置于球座内,球形阀芯28的直径大于单向阀23正向端口处的球座内径,且球形阀芯28的直径小于单向阀23反向端口处的球座内径及联作装置的位于单向阀23反向端口一侧的部分的内径。在洗井时,球形阀芯28未投入联作装置内,在进行水力喷砂射孔前,将球形阀芯28从钻井钻杆或油管3上方投入,并到达球座内,实现对单向阀23下方的管柱的密封。
同时,水力喷砂射孔管柱串还包括第一扶正器21和第二扶正器25,第一扶正器21设于喷砂射孔本体22与APR测试管柱串之间,第二扶正器25设于筛管26上。其中,扶正器属固井工具,它制造简单,结构美观,牢固耐用,扶正力大,能保证钻井固井质量。
另一方面,如图1所示,APR测试管柱串包括从上到下依次连接的有球RD循环阀9、LPR-N测试阀11、液压旁通阀12、震击器14和RTTS封隔器32,RTTS封隔器32与水力喷砂射孔管柱串连接,有球RD循环阀9与钻井钻杆或油管3连接。
其中,LPR-N测试阀11是整个联作装置的主阀,其在地面预先充好氮气,并使球阀处在关闭位置。联作装置下井过程中,LPR-N测试阀11在补偿活塞作用下,球阀始终处于关闭位置。封隔器坐封后,向环空加预定压力,压力传到动力芯轴,使其下移,带动动力臂使球阀转动,实现开井。测试完后释放环空压力,在氮气压力作用下,动力芯轴上移带动动力臂,使球阀关闭。如此反复操作,从而实现多次开关井。水力喷砂射孔及压裂期间,联作装置中的LPR-N测试阀11要锁定于开启状态,锁定方法是通过环空用泥浆泵加压打开LPR-N测试阀11,并保持压力在2500psi左右,才可长期使LPR-N测试阀11锁定于开启状态。
RD循环阀分为有球RD循环阀和无球RD循环阀。RD循环阀是一种用于套管井33内靠环空压力操作的全通径安全循环阀,此工具主要用在地层测试结束时,封隔油气层和进行循环作业,同时在有球RD循环阀的球阀和LPR-N测试阀的球阀之间可圈闭一段地层流体样品。RD循环阀作为安全阀,可以在测试期间的任一时刻操作该工具,以封堵测试管柱串,而作为一个关井阀使用。而无球RD循环阀为用一个专用接头来代替球阀部份,形成一个单作用的RD循环阀。
本发明主要采用有球RD循环阀9实现关井操作,在联作装置下井前先提前将球装在有球RD循环阀9内,可以通过油管和环空的压力变化控制有球RD循环阀9的开关,压力升高至一定值(3500psi左右),有球RD循环阀9才能打开,压力降低,有球RD循环阀9关闭。
液压旁通阀12为全通径液压循环阀,其可接于LPR-N测试阀11以上或LPR-N测试阀11以下。当接于LPR-N测试阀11以下时,液压旁通阀12作为RTTS封隔器32的上部旁通,在插管插入生产封隔器时,帮助释放LPR-N测试阀11下面升高的压力;当液压旁通阀12接于LPR-N测试阀11以上时,可在测试后作为循环阀使用。
震击器14作为解除卡钻事故的有效工具之一,用于解决在钻井作业中发生钻具遇阻卡钻的问题。当需要震击器14上击作业时,在地面施加足够的预拉力,锁紧机构解锁,释放钻井钻杆储能,震击器14的震击锤撞击砧座,储存在钻井钻杆内的拉伸应变能迅速转变成动能,并以应力波的形式传递到卡点,使卡点处产生一个远远超过预拉力的张力,使受卡钻井钻杆向上滑移。经过多次震击,受卡钻井钻杆脱离卡点区域。震击器14下击作业与上击作业类似。
RTTS封隔器32封隔套管井33的过程与底部封隔器24类似,在此不再重复。
进一步地,APR测试管柱串还包括无球RD循环阀4,无球RD循环阀4与钻井钻杆或油管3连接,无球RD循环阀4与有球RD循环阀9之间设有依次连接的第一变扣接头5、放射性接头6、伸缩接头7和第二变扣接头8。
其中,无球RD循环阀4为备用阀,在有球RD循环阀9出现问题时,可以提高环空压力,当压力超过一定值时,无球RD循环阀4上装有的玻璃盘将破碎,从而保证油管内和环空的连通。无球RD循环阀4与有球RD循环阀9之间的间距设计为300-500m,防止联作装置内沉砂而不能建立压井循环。
变扣接头为连接不同管径管柱的接头,在本发明中使用多个变扣接头实现不同尺寸管柱的连接。如本实施方式中使用了第一变扣接头5、第二变扣接头8等。
放射性接头6为内置放射性同位素的接头,其用来进行电测校深,即校正联作装置的深度,使得喷砂射孔本体22正对预测试地层进行射孔作业。一般放射性接头6之间的间距为30-50m,防止间距太近而混淆同位素的位置。
伸缩接头7是管路补偿接头。由于压裂时管柱串预计收缩约2-3m,采用三支伸缩接头7并倒置下井,可减少卡砂的风险。伸缩接头7用于调整管柱串深度及压缩距离,为RTTS封隔器32与底部封隔器24的正常坐封,提供准确的坐封位置。
此外,APR测试管柱串还包括泄压阀10,泄压阀10一端与有球RD循环阀9连接,且另一端与LPR-N测试阀11连接。根据系统的工作压力泄压阀10能自动启闭,用于保护联作装置安全。当联作装置内压力超过泄压阀10设定压力时,即自动开启泄压,保证联作装置内介质压力在设定压力之下,保护设备和管道,防止发生意外。
APR测试管柱串还包括压力计托筒13,该压力计托筒13连接在液压旁通阀12和震击器14之间。压力计托筒13在托筒的外壁开有专用的槽,一次下井可同时放置两支直径小于32mm的压力计和两支温度记录仪,压力计和温度记录仪之间的相位相距90°。托筒内是全通径,有利于进行其它的作业。其中,压力计量程为16kpsi,温度记录仪量程为176℃,压力计和温度记录仪下入井中按照预先设定好的采样频率分别进行压力和温度数据的录入,为地质油藏分析提供第一手资料。
还有,震击器14与RTTS封隔器32之间设有依次连接的第三变扣接头15、环空加压装置传压接头16、第四变扣接头17和安全接头18。其中,环空加压装置传压接头16用于传递管柱串的压力。安全接头18接在RTTS封隔器32之上,当RTTS封隔器32被卡时,对管柱串施加拉力,使安全接头18的张力套断开,然后进行上提下放和旋转运动,使安全接头18断开,而可以起出安全接头18以上的管柱串。底部封隔器24之上同样设有安全接头。
以下对水力喷砂射孔与APR测试联作工艺进行详细说明,该联作工艺通过兼作APR测试装置的水力喷砂射孔与APR测试联作装置来完成。
图6为本发明的水力喷砂射孔与APR测试联作工艺的流程图。如图6所示,联作工艺包括以下步骤:
S1、通过水力喷砂射孔作业将预测试地层射开;
S2、封隔预测试地层,通过APR测试工艺将预测试地层的地层流体31吸入APR测试装置(即水力喷砂射孔与APR测试联作装置)并进行测试。
其中,封隔预测试地层是指坐封位于预测试地层上下面的封隔器,本发明中封隔器具体是指RTTS封隔器32与底部封隔器24。
具体地,当水力喷砂射孔作业后不需要进行压裂等其他辅助作业,地层流体31就可以顺利流出时,联作工艺的操作示意图如图4a、图4b和图4c所示。此时,步骤S1包括以下子步骤:
S101、将联作装置下放到套管井33中,并使喷砂射孔本体22对准预测试地层;
S102、向联作装置内投入球形阀芯28(参见图4a),使球形阀芯28进入单向阀23的球座内(参见图4b,起到密封下部管柱的作用,使流体不会通过单向阀23流到下部管柱);
S103、使LPR-N测试阀11锁定于开启状态,向联作装置内泵入含砂射孔液29以通过喷砂射孔本体22的喷嘴30喷射含砂射孔液29,从而对预测试地层进行水力喷砂射孔作业,以将预测试地层射开(该子步骤参见图4b)。
进一步地,步骤S2包括以下子步骤:
S201、坐封RTTS封隔器32以及底部封隔器24,以使得预测试地层的地层流体31只能通过喷砂射孔本体22的喷嘴30进入联作装置内(该子步骤参见图4c);
S202、通过开启与关闭LPR-N测试阀11使预测试地层的地层流体31通过喷嘴30进入水力喷砂射孔管柱串内并到达APR测试管柱串,利用LPR-N测试阀11的计量部分(计量套、计量外筒等)对该地层流体31的参数进行测试(该子步骤参见图4c);
S203、重复子步骤S202,从而测试获得多组地层流体31的参数;
S204、解封RTTS封隔器32以及底部封隔器24。
该预测试地层测试结束后,上提联作装置到下一测试地层并重复上述子步骤S103至S204继续进行水力喷砂射孔与APR测试联作工艺。
另外,当预测试地层的渗透率过低从而导致地层流体31无法流出时,该联作装置还可以在进行水力喷砂射孔作业后进行小型压裂作业(压裂作业需注意压裂规模,否则会影响测试结果),最后再进行APR测试作业,联作工艺的操作示意图如图5a、图5b、图5c和图5d所示。此时,步骤S1包括以下子步骤:
S101、将联作装置下放到套管井33中,并使喷砂射孔本体22对准预测试地层;
S102、向联作装置内投入球形阀芯28(参见图4a),使球形阀芯28进入单向阀23的球座内(参见图4b,起到密封下部管柱的作用,使流体不会通过单向阀23流到下部管柱);
S103、使LPR-N测试阀11锁定于开启状态,向联作装置内泵入含砂射孔液29以通过喷砂射孔本体22的喷嘴30喷射含砂射孔液29,从而对预测试地层进行水力喷砂射孔作业,以将预测试地层射开(该子步骤参见图5b)。
进一步地,步骤S2包括以下子步骤:
S201、坐封底部封隔器24,关闭套管井33的闸门,向联作装置内和该联作装置与套管井33之间的环空中分别泵入压裂前置液(该子步骤参见图5c);
S202、压裂前置液泵入完成后,向联作装置内泵入含有支撑剂的压裂液,向环空中泵入不含支撑剂的基液作为压裂的环空补液,以对预测试地层进行压裂作业(该子步骤参见图5c);
S203、坐封RTTS封隔器32,以使得预测试地层的地层流体31只能通过喷砂射孔本体22的喷嘴30进入联作装置(该子步骤参见图5d);
S204、通过开启与关闭LPR-N测试阀11使预测试地层的地层流体31通过喷嘴30进入水力喷砂射孔管柱串内并到达APR测试管柱串,利用LPR-N测试阀11的计量部分(计量套、计量外筒等)测试获得该地层流体31的参数(该子步骤参见图5d);
S205、重复子步骤S204,从而测试获得多组地层流体31的参数;
S206、解封RTTS封隔器32以及底部封隔器24。
其中,支撑剂为20-40目的陶粒。该预测试地层测试结束后,上提联作装置到下一测试地层并重复上述子步骤S103至S206继续进行水力喷砂射孔与APR测试联作工艺。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。