水平井试油测试技术研究与应用

水平井试油测试技术研究与应用

水平井试油测试技术研究与应用

摘要水平井试油测试技术主要是通过水平井试油测试管柱力学分析找出管柱中的薄弱环节，选择合适的井下工具，配套相应的试油测试管柱，解决水平井试油测试工艺中存在的分层测试、排液量、油气层保护等方面的问题。

主题词水平井射孔分层试油

一、前言

水平井井斜角大（>86°）、水平位移长，在作业和生产过程中管柱要受内压、外压、井底钻压、自重、管内液体的粘滞力、库仑摩擦力、井壁支反力、活塞力等多种外栽的联合作用。在管柱的下入过程中由于轴向力的存在，管柱可能发生正弦或螺旋弯曲，从而进一步增大了管柱与井壁之间的侧向力，导致管柱所受的摩擦力增加，严重时可能发生自锁。由于摩擦力大，给封隔器坐封和井下开关工具的动作造成不利的影响。井眼弯曲和失稳弯曲产生的附加弯曲也降低了井眼的安全系数。特别是在内压、外压和轴向力作用下，管柱的强度要降低，容易导致管柱的破裂、挤扁和永久变形。膨胀效应、温度效应、螺旋弯曲效应、轴力效应所产生的轴向位移等可能造成井下作业失败。为了提高水平井的试油测试成功率，必须对井内管柱进行受力分析，找出薄弱环节，选择合适的井下工具，配套相应的试油测试管柱。

水平井作业过程中是否采用油层保护技术及应用好坏直接影响着水平井开发效益的高低。射孔完井时地层易受外来固相侵入、水敏性损害、酸敏性损害、碱敏性损害，微粒运移，结垢、细菌堵塞和应力敏感损害、水锁、贾敏效应、润湿反转、乳化堵塞等等，为了避免这些影响，射孔完井之前必须选择合理的射孔方式，选择与地层配伍性好的射孔液。

水平井与垂直井对比存在油层裸露面积大、钻井作业时浸泡时间长、作业压耗较大导致地层易漏、水平井段井壁稳定性要求高。为了最大程度地改善地层，减少措施作业时对地层所造成的二次伤害，必须对水平井排液测试工艺进行优化，选择最佳的排液方式和

时间。

水平井钻遇目的层有时不是单一的地层，当进行阶梯钻井时，目的层在2-3个层以上，即使钻遇同一地层，由于地层在横向上存在非均质性，试油措施作业往往需要有选择性地分别进行，在上返试油时需要封堵已试层，选择什么样的封层工艺直接着上返层试油质量和成功率。

一、水平井井身结构对下井工具的影响

水平井从造斜点到稳斜点的长短直接反应了水平井曲率半径R的大小，它们与钻井时所使用狗腿造斜率有直接的关系，选择下井工具时必须考虑水平井造斜率的大小。因为当水平井的造斜率大，下井工具长、外径大、刚性强（不易弯曲）时，入井管柱容易发生遇阻，为了避免出现下这种现象就必须根据水平井井身结构特点选择合适的井下工具。

采用尾管完井的水平井由于尾管悬挂器的内径比上部套管的内径小，此处出现了缩径，当下井工具或管柱通过悬挂器时容易发生磕碰，甚至出现管柱遇阻的现象，为了使管柱顺利通过悬挂器必须选择合适的井下工具并采取相应的措施。

在水平井段井下工具及管柱的节箍紧靠套管底部滑动，由于套管与套管连接有一个2×17.2mm的间隙（国产套管），因此容易发生磕碰，从而增大了管柱的磨阻，为了降低管柱的磨阻需要对下井管柱及工具采取相应的措施。

1、试油管柱采取外倒角油管

从悬挂器到井底这段长度的井下管柱全部采用外倒角油管，油管接箍两端加工成45°的坡度，下井过程中油管锥面与悬挂器锥面和套管相接触时减小了摩擦，也降低了磕碰、遇阻的机会。

2、采用橄榄型通井规

通井时采用Φ116mm或Φ118mm的橄榄型通井规，通井规的端部为缩口，外部有一定的锥度，下井时可防止通井规磕碰套管和悬挂器。

3、控制起下速度

管柱下至悬挂器以上20m或提管柱至悬挂器以下20m时，速度要小于0.3m/s，遇阻加压不得超过30KN。若上提时遇卡，负荷超过悬重50KN，则停止作业，研究采取合适的措施后进行下步作业。

4、进行短起下作业

下管柱时接上一个单根后，先上提几米高度，没有遇阻卡显示后再将油管全部下入井内，也就是采用下一根提一根下一根的工艺方法。

二、管柱力学分析

管柱力学分析的主要工作是研究了水平井杆管柱动力学基本方程,它包括杆管柱的几何方程、运动平衡方程、本构方程，依据油气井杆管柱动力学基本方程, 建立了水平井杆管柱稳态拉力—扭矩模型，并成功应用于油气井杆管柱的稳定性、油管柱力学分析方法建立和优化。

对油气井杆管柱进行系统、全面、准确的力学分析, 可以达到如下目的:

(1) 快速、准确、经济地控制油气井的井眼轨道;

(2) 准确地校核各种杆管柱的强度, 优化杆管柱设计;

(3) 优化油气井井身结构;

(4) 及时、准确地诊断、发现和正确处理各类井下问题;

(5) 优选钻采设备和工作参数。

油管柱力学分析包括以下内容：油管温度分布的数学模型、油管内及环空水力计算、封隔器的活塞效应产生的轴向阻力计算、油管下入过程的受力与变形分析、油管起出过程的受力与变形分析、施工作业过程中油管的受力与变形分析等六部分。

在室内根据所建立的基本方程和模型设计了试油测试管柱力学分析软件，用软件分析计算了大港油田女MH4水平井下枪、起枪过程中不同深度处管柱的拉力、扭矩、侧压力值，计算了安全系数的大小。

1）女MH4下枪过程拉力--扭矩分析

测深(m) 拉力(N) 扭矩(N-m) 侧压力(N/m) 稳定性安全系数

20. 164998.68 0. 4.14 稳定 3.7

190. 151539.26 0. 14.49 稳定 4.01

360. 140517.92 0. 14.1 稳定 4.33

530. 144860.85 0. 10.61 稳定 4.2

700. 133159.7 0. 11.68 稳定 4.56

870. 120831.82 0. 33.48 稳定 4.96

1040. 109821.33 0. 32.79 稳定 5.44

1210. 101335.99 0. 2.78 稳定 6.02

1380. 91813.76 0. 25.68 稳定 6.49

1550. 79880.04 0. 49.27 稳定7.2

1720. 72087.07 0. 219.58 稳定 6.27

1890. 73256.86 0. 16.89 稳定8.16

2060. 60296.36 0. 2.81 稳定9.99

2230. 47131.64 0. 11.46 稳定12.6

2400. 33949.7 0. 4.74 稳定17.56

2570. 20327.78 0. 1.46 稳定29.77

2740. 6411.12 0. 0.98 稳定84.32

2910. -6658.95 0. 54.32 稳定13.93