一种注产气剖面高压密闭测试方法

专利名称：一种注产气剖面高压密闭测试方法
技术领域：
本发明涉及油田勘探、开发类动态监测应用技术，具体地说，是一种注产气剖面高压密闭测试方法。
背景技术：
这项技术的开发与应用目前尚属探索阶段，普遍存在以下问题①井口大于15兆帕时，普通防喷井口在气井测井时存在防喷难的情况。②注、产气量大于5万方时，井下仪器下井难，流量计涡轮经常被吹飞、 磕飞、砂卡。③资料采集方式不科学，只是简单沿用自喷井产液剖面测井曲线采集方 式。④测井资料定量解释符合率低。⑤施工中容易出现气体泄露、爆炸等重大不安全事故。
发明目的本发明地目的在于提供一种增强密封效果，可准确计算井下仪配重，能充分利用定点时间驱动测井，深度驱动测井，关井测温度压力恢复，井口监测注产气温度、压力拐点，以及上下不同方向4种电缆速度(20英尺/分钟、40英尺/分钟、60英尺/分钟、80英尺/分钟)测井，以利于对测井资料进行综合解释的一种注产气剖面高压密闭测试方法

发明内容
具体解决方案
1.采用高压注脂密封井口装置，测试时，若遇到零度以下寒冷天气且产气中含水，这时可考虑添加密封脂添加剂。
2.用下列工时计算井下仪配重重量
G＝P·πГ2×106/g×120％
P为井口压力，单位为兆帕，Г为阻流管半径，单位为米，π为数学常数，g为物理常量，取9.8牛顿/米2。
3.采用PVT法和流密法对比解释。
4.进行试压、排空。
本发明的效果它能够满足在注、产气井井口压力不大于70兆帕，产注气量不大于50万方/日的情况下进行动态监测，录取地层自然伽玛、磁定位、温度、压力、持水率、流体密度、流量曲线，并且研制出了相应的注、产气井测井资料解释软件，使得测井资料定量解释符合率大大提高。
高压密封井口装置由发电机、防喷盒、防喷管、防掉器、防喷器、手压油泵以及注脂泄流管线组成，各部件操作难度大，施工工艺复杂，采用点测和连续测量相结合，开井和关井测量方式相结合，在连续测量时，采用4种测速2种不同测向(20英尺/分钟、40英尺/分钟、60英尺/分钟、80英尺/分钟)测量以校正涡轮流量计的系统误差，实践证明这种资料采集方式能够反映地层、产液的性质，能够加大综合解释的力度，有效减少测量误差，满足测井需求；生产测井三相流解释是一个全国性的难题，高压气井测井解释更是一个新的课题，同正常产液相比，难就难在气体体积压缩比难以确定，脱气温度与压力难以确定，加上解释又无章可循，这就大大增加了气井解释的难度。
这项技术解决了同行业中高压注产气井测试密封难，井下仪器下井难，施工工艺及资料采集不科学，测井资料解释符合率低等一系列难题，从而，把注、产气井动态监测的技术水平从整体上提高到了一个新的台阶，并步入国内同行业先进水平。
该项目适用于油田注产气井的高压密闭动态监测，能够确保在注产气量不大于50万方/日，井口压力不大于70Mpa的情况下安全施工，该套井口密闭装置及施工作业技术同样适用于对油田注水井及自喷井 气举井的监测。
目前，运用该技术已在吐哈油田进行注、产气剖面测井五口，测井一次成功率100％，资料优等率95％，测井定量解释符合率91％；实践证明该技术能科学评价注产气效果，有效识别产层性质，准确计算渗透率，有力地保证了油田稳产 增产，大大提高了油田的原油采收率。
在对技术方案完善的基础上，对注脂防喷系统进行了耐压、密封实验。99年度，顺利完成了丘东7井、温西8-24井两口产气井，葡北5-2、葡北2-4井两口注气井的高压注产气剖面测井，其中葡北2-4井测井两井次。2001年4月份在塔里木完成4口高压注产气井测井任务。测井一次成功率100％，测井曲线合格率100％，测井资料优等率95％，测井定量解释符合率91％。测井资料和解释成果得到有关专家的充分肯定。油田公司按照解释结果，对这8口井采取了响应井下技术改造措施后，收到了很好的效果。这项技术克服了国内在生产测井上的一大难题，对保障油田合理开发，稳产、增产都起到了极大的作用。这项技术的实施与应用已经产生了很好的经济效益和巨大的社会效益。


附图1为高压注脂防喷井口简图
附图2为气动注塞泵与手压油泵工作流程框图
附图3为注脂系统压力分布图
附图4为测井资料处理基本流程(流密法和PVT法)
图5为流密解释法解释流程图
具体实施方案
施工工艺井口注脂防喷装置主要包括两部分，即防喷盒部分和阻流管部分，其密封作用是通过这部分来完成的。
井口防喷原理
如图1所示1-“O”型密封圈；2-防喷盒密封管线；3-手压油泵；4-回收油捅；5-回 流管线；6-“O”型密封圈；7-输入压缩空气；8-注脂泵；9-滤清器； 10-压力调节器；11-润滑油杯；12-注脂管线；13-“O”型密封圈；14- 密封脂桶；15-测井电缆；16-压紧柱塞；17-防喷盒；18-压紧格兰； 19-放松弹簧；20-橡胶盘根；21-上阻流管；22-注脂密封段；23-下 阻流管；24-连接防喷由壬；25-防喷盒部分；26-阻流管部分
在手压油泵的驱动作用下，泵入管线的液压油，推动活塞下移，从而压紧橡胶盘根，使其产生形变、膨胀，压紧盘根，从而抱死电缆，阻止油气泄漏，松紧程度可由手压泵控制；有时井口油气也会沿电缆外侧缝隙流出，则防喷盒盘根和压紧格兰起到密封井口，使油气不致漏出的第二道防线的作用。释放手压泵的压力后，柱塞在弹簧下向上移动，松开盘根，则盘根只起到刮油的作用。
阻流管的作用是用来平衡大部分的井口压力。阻流管是一种内壁光滑的钢管，其内径与电缆外径相差只有0.15-0.20mm。从注脂管线注入的密封脂沿电缆与阻碍流管间的间隙挤入进时，形成很大压差。其压力分布情况见下图二
注脂泵出口压力P1，经管线降压进入阻流管后压力为P2，向下流动的油脂流进阻流管出口处剩余压力P，与井口压力平衡或大于井口压力，从而阻止井口油气外泄。
井口注脂密封装置的下方与防喷管连接，连接方式为使用带密封圈的由壬。
防喷管、注脂泵、注脂管线、防掉器、封井器的工作压力范围有以下几种
34.5Mpa 5000Psi
69Mpa 10000Psi
103.5Mpa 15000Psi
138Mpa 20000Psi
同一耐压范围内，防喷管、防掉器、封井器又可分为防硫和不防硫的两种不同的规格，具体选用可根据产出是否含硫以及井口压力高低确定。
在测试中常用的单芯电缆直径为4.763mm，5.556mm，6.35mm最常见的是5.556mm。
针对不同直径的电缆，井口密封器也有相应的标称直径。包括防喷盒、防喷盒盘根、格兰和阻流管等部件，均应在响应尺寸上与所使用的电缆对应。
主要密封部件特性及选择如下
a.气动柱塞泵(也叫林肯泵或注脂泵)
气动柱塞泵的主要作用是向流管内泵入密封脂密封井口压力，工作气压0.7 0.8Mpa，输出最高油压105MPa(15000psi)；注脂泵压力≥70MPa(10000psi)。
b.手压油泵
手压油泵的主要作用是仪器下入井筒后，用手压泵将顶部盘根盒内的聚四氟乙烯橡胶半封压紧，使其产生形变和膨胀，以达到密封电缆和流管的目的。
c.双闸板防喷器
双闸板防喷器的主要作用是当依靠流管密封井口压力失控时，可关断双闸板防喷器；单闸板可封闭34.47Mpa(5000psi)压力，双闸板可封闭68.95Mpa(10000psi)压力；防喷器可采用手压泵液压驱动和手轮驱动二种方法，液压驱动或手轮驱动的油压与相应的防喷器滑块活塞所受油压之比为1∶10。应在两对滑块活塞闸板间采用手压泵泵入密封脂，油压应高于井口压力0.67-2Mpa，双闸板防喷器安装于防喷管的下部、采油树的上部。
d.防喷管
防喷管的工作压力为68.95MPa(10000psi)，其主要作用是在进行油气井测试时，使下井测试工具在井口闸门未打开前，预先放置在防喷管内，从而避免在放喷与带压情况下，拆装电缆和测试工具。防喷管顶部与防喷盒相连，形成密闭空间。
e.防喷管选择
根据测试工具或仪器串下井的长度、外径、井口压力、井内流体(有无H2S)来确定防喷管的规格和长度，一般防喷管的长度略大于或等于下井工具或仪器串的长度。
f.防喷器的选择
油井通常选用单闸板防喷器即可。
气井无H2S时选用双闸板防喷器；有H2S时宜选用一个双闸板防喷器和一个单闸板防喷器；气井中含水(或水化物)，应考虑是否添加甲醇或乙二醇等添加剂。
g.流管的选择
夏季宜选用5.63mm(0.222″)内径的流管，冬季宜选用5.74mm(0.226″)内径的流管，在气井测试中，密封井口压力可按下表推荐的方法选用流管根数
注每根流管长度为54mm，油井测试选用2-3根即可。
h.流管密封脂的选用
井口密封脂应保持清洁、无杂质、无沉淀(颗粒)，当工作环境温度在38-18度(摄氏)时，密封脂运动粘度在3.8×103-4×106厘泊之间；且价格便宜。●测井资料采集
注产气剖面测试，选用美国哈里伯顿(HALLIBURTON)测井公司的EXCELL-1000数控生产测井系统，井下仪器配接七参数生产测井组合仪，其中包括遥测短节、伽玛仪、磁定位、压力、温度、持水率、流体密度、流量计等井下仪器，多参数组合测井能够同时测取不同深度地层、流体的物理特性，便于综合解释，减少单参数解释的误差，进而从整体上提高了解释的精度。
为了保证井下仪器在井筒内居中，在仪器上部和下部连接扶正器，予以消除和减少不同流态，流速对持相率、流体密度、流量采样精度的影响，考虑到流密产生的伽玛射线对伽玛仪的影响，通过把两根加重连接在它们之间的办法，用来增加间距，有效减少叠加干扰。
同时考虑到注产气压力过大，井下仪起初不易下井，选用加重杆与仪器连接，其重量可由后面的公式计算确定。由于EXCELL-1000型数控测井系统是一套较为成熟的生产测井系统，在引进之初，就对井下仪器在油水井中的测试指标及井下仪的三性(稳定性，一致性，重复性)进行过评价，该组合仪耐温190℃，耐压103MPa，而井下温度为88℃，最大压力为37MPa，均末超过其范围。通过对仪器技术指标进行分析，其测量精度，亦能满足测井的技术要求，因而成为首选仪器。
(1).从仪器下井开始，先用时间驱动(50ft/min)，收集，从打开井口测试闸门，排空防喷管内空气，直到测取压力平衡时的资料；再用时间驱动观察仪器工作状态持续半小时以上，用以检验防喷效果。然后，再用深度驱动(50ft/min)由防喷管内测至压力、温度拐点处，收集地表温度以及气温对井下状况的影响程度的资料。
(2).在目的层段，分别以上、下20ft/min、40ft/min 60ft/min、80ft/min的电缆测速测取七参数资料。上下运行、多种测速，有利于确定涡轮流量计门坎值，减少仪器速度响应的线性误差，提高交绘图(流量-测速)的精度。对于测速，操作员可根据注气量、涡轮转速，自行调节，尽量使上下不同向而相同测速测量时，涡轮转速有正负值，采样间隔为2点/英寸，曲线范围设置以直观、方便为标准，确保测速稳定、曲线平滑，在不发生异常情况(遇阻、卡)下，要测出积水段(死水区)。
(3).死水区、各目的层段上部、喇叭口上各处均要求点测，录取定点测量七参数值(时间驱动速度≤50ft/min)。
(4).录取关井1.0小时和1.5小时后的静温、压力恢复资料，以便了解地层性质，给定性解释提供参考。
(5).要求将GDF格式文件转换成ASCII码形式文件，并回放曲线、存盘、拷贝。
●风险的削减措施
针对高压气体易燃、易爆、易泄漏，一旦发生事故不易控制的特点，预防是最主要的措施，风险削减主要从以下几方面做起
①测试前应对高压注脂密封系统进行全面检查，必要时应对其进行试压实验。管线不得破损，连接处牢固，密封圈、密封垫无腐蚀、无变形、弹性良好，转换连接法兰内径、丝扣合适，耐压达标，密封脂清洁、黏度适中、未变质，空压机工作正常，手压泵性能稳定，注脂泵强劲有力，调节阀有效；
②压力较高时，可增加防喷盒内阻流管根数。气体中含水可考虑添加甲醇或乙二醇，有H2S气体时宜选用双闸板防喷器。要及时补充密封脂和液压油及发电机汽油；
③开关测试、泄压闸门速度宜慢，避免由于内外压不同造成爆炸。尤其是开测试闸门时一定要有一个排空过程。注脂压力应高于井口压力1-3Mpa；
④在井口、喇叭口、井底处、电缆起下速度一定要慢。泄压时要在仪器的监测下进行；
⑤井场施工严禁烟火，严禁碰撞、敲击，开关测试闸门时应站在闸门侧面，闸门正面20米内不得站人。开启闸门动作要缓慢，不许快速打开，严禁违章作业。施工时测井车辆、注脂泵、发电机应尽量停放在上风头；
⑥施工时，井场范围内禁止打开手机和传呼机；
⑦上井所穿劳保护具必须能够防静电，进入防火墙内必须戴安全帽。
⑧放射性源的存放、押送、使用必须按有关规定执行；
⑨测井作业时严禁跨越、穿越电缆，起重臂下严禁站人。●安全施工具体要求如下
(1)该井场施工时应具备必要的消防设备；
(2)上井人员必须穿戴劳保护具；
(3)绞车停放平稳，正对井口，且距离井口大于25m，有风时，要停在上风头，轮胎要支上掩木；
(4)绞车司机挂上动力，下放电缆，操作员打着发电机，启动面板、计算机，进入测井系统；
(5)井口工将防喷器，防掉器牢固安装在采油树上，并将发电机，注脂泵，空压机、导流软管、防喷盒、防喷管依次联结，然后固定好地滑轮，挂好天滑轮，连接好张力线；
(6)操作员对井下仪进行供电检查、刻度、校验；
(7)井口工将防喷管与防掉器紧密连接；
(8)井口按装过程中避免金属等硬性物品相互碰撞；
(9)打开采油树闸门时，确保防掉器、防喷器已打开，开采油树闸门要慢，待操作员监测防喷管内压力平衡后，绞车司机方可下放电缆；
(10)在下放电缆过程中，绞车司机应随时观察张力变化，操作员也要留意张力，磁定位信号，以便及时发现遇阻情况；
(11)在井场作业时，绝对禁止在井口30m范围内出现烟火，开关闸门时，与作业无关人员必须远离井口；
(12)井口工应严格按照操作规程作业，随时检查高压注脂井口装置的工作状况；
(13)测井结束后，检查井口闸门，使井口恢复正常生产状态并搞好井场卫生；
(14)测井前后按有关规定交、接井，作业流程严格按照施工设计进行。
●项目的特殊工作程序与作业指导概要
气井测试的特殊工作程序主要有高压注脂密封系统的试压实验，仪器下井前的排空操作，高压注脂防喷井口的拆卸，井下仪配重的计算，涡轮流量计的安装等。以上工作程序操作是否正确涉及到测井施工的安全及测井成功率。其具体作业步骤如下
高压注脂密封系统的试压实验作业指导概要
①符合作高压注脂密封系统试压实验井的前提条件是该井各个闸门密封性能良好、安全有效，整个采油树工作正常，无泄漏；高压注脂密封系统转换接头同采油树上连接部分噬合紧密、连接牢固；采油树放压排空闸门能够和水泥压裂车注水管线有效联结。
②将测井仪器车、测试井架车、水泥压裂车依次停放在合适位置。注脂泵、发电机、手压油泵也要放置在距井场尽可能远的位置，如果有风最好使其处于上风头。
③依次联结防喷盒、防喷管、防掉器，并确保紧固；再将注脂管线、泄流管线、注油密封管线同防喷盒、注脂泵、手压油泵相应联结；联结注脂泵、空压机、发电机有关电源线和管线；将防喷器、转换接头同采油树顶端法兰紧固连接。
④联结好固定天、地滑轮并穿好测试电缆；连接好张力线并将张力传感器正确固定在测试井架车大钩上；将防喷管起吊钢丝绳固定在测试井架车大钩上。
⑤安全起吊防喷盒、防喷管、防掉器联结体，连接井下仪器并通电检查，在调整防喷井口使其正对测试井口的情况下，将它同转换接头连接牢固。
⑥关闭主闸门和生产闸门(注气井先关生产闸门，产气井先关主闸门)。缓缓打开放空闸门将采油树内压力放空。
⑦将水泥压裂车注水管线同采油树放压排空闸门连接牢固。打开发电机、空压机、准备好注脂泵、手压泵备用。
⑧在确保测试闸门、放压排空闸门、防喷器、防掉器打开的情况下，利用水泥车给防喷系统注水施压，待压力增加到5兆帕时稳定下来，这时起用高压注脂密封系统进行密封，稳定5分钟后，再依次将注水压力和注脂压力稳定在10、15、20兆帕，依次类推，每次保持稳定5-10分钟后，如此反复调整注水压力和注脂压力，在达到70兆帕时，稳定20分钟。
⑨拆卸时，先停止注水，再关上放压排空闸门，在仪器监视下，慢慢打开泄压阀门放压，在压力下降至20兆帕时，关闭高压注脂密封系统，待井口压力降为0以后，方可拆卸井口装置或进行其他操作。
仪器下井前井口空气排空作业
①将测井仪器车、测试井架车、水泥压裂车依次停放在合适位置。注脂泵、发电机手压油泵也要放置在距井场尽可能远的位置。如果有风，最好使其处于上风头。
②依次联结防喷盒、防喷管、防掉器；再将注脂管线、泄流管线、注油密封管线同防喷盒、注脂泵、手压油泵对应联结；联结好注脂泵、空压机、发电机有关电源线和管线；将防喷器、转换接头同采油树顶端法兰紧固连接。
③联结固定天、地滑轮并穿好测试电缆；连接好张力线并将张力传感器固定在测试井架车大钩上；将防喷管起吊钢丝绳固定在测试井架车大钩上。
④安全起吊防喷盒、防喷管、防掉器联结体，连接井下仪器并通电检查，在调整防喷井口使其正对测试井口的情况下，将它同转换接头连接牢固。
⑤关闭主闸门和生产闸门(注气井先关生产闸门，产气井先关主闸门)。缓缓打开放空闸门将采油树内压力放空。
⑥将水泥压裂车注水管线同采油树放压排空闸门连接牢固。打开发电机、空压机、准备好注脂泵、手压泵备用。
⑦在确保测试闸门、放压排空闸门、防喷器、防掉器打开并有压力计监控的情况下，利用水泥车给防喷管内缓缓注水，当防喷头顶端有水溢出时即停止注水，关闭放空闸门和测试闸门。然后，慢慢打开主闸门和生产闸门，使气井正常生产。
⑧慢慢打开测试闸门，动作一定要慢，一旦听到气流声立即停止。此时，用压力计监测井口压力情况，同时观察防喷头顶部，待只有白色天然气冒出，使之保持1-2分钟后，启动注脂泵和手压泵密封防喷井口。等到管内压力升至10兆帕时，关闭测试闸门，稳定五分钟。重复以上操作，以每次10兆帕的压力间距上升，直至管内压力和井口压力平衡，将注脂压力调到高于井口压力5兆帕，稳定二十分钟以上。确信没有问题和隐患，打开测试闸门，开始测井。
高压注脂防喷井口的拆卸作业指导概要
①监视深度系统、防掉器状况，确保测井仪器安全进入防喷管内。
②慢慢关闭测试闸门，关闭注脂系统，打开均压管线后，再小心打开泄压阀门，听到有气流泄出的“嘶嘶”声，看见有白色天然气冒出后，停止打开阀门。
③在压力计的监视下，待到管内压力下降5兆帕后，再将泄压阀门稍稍拧大后，停止打开阀门，操作人员远离井口，待到管内压力下降10兆帕后，再将泄压阀门稍稍拧大，待到管内压力再下降10兆帕后，如此重复以上操作，直至管内压力为0兆帕。
④这时方可安全拆卸高压注脂防喷井口装置。
涡轮流量计上下底座宝石要求安装规范，涡轮罩大小合适、连接紧固，涡轮轴长度适中、圆润、无钩刺、变形，涡轮叶片规则、无变形且为耐磨材料做成。
安装涡轮流量计时，要保持涡轮轴同上、下底座宝石间有一定微间隙，这样，既不会影响涡轮灵活转动，也不会使涡轮轻易被碰掉。
仪器下井前，确保其工作正常后，可将流量计涡轮部分用蜡铸封加以保护，以防止在仪器下井过程中，涡轮被强气流吹飞或磕碰破损。
井下仪配重的计算
G＝P·πГ2×106/g×120％
P为井口压力，单位为兆帕，Г为阻流管半径，单位为米，π为数学常数，g为物理常量，取9.8牛顿/米2。
注意压力过大，井下仪不易下井时，可考虑短时间内关闭生产闸门。
吐哈录测井公司研制、开发的注产气剖面高压密闭测试技术，能够保证在井口压力不大于70兆帕，注、产气量不大于50万方/日，井口不泄露、不泄压、不关井的情况下，对其进行动态监测，测井一次成功率100％，测井曲线合格率100％，测井资料优等率95％，用我公司专门开发的注产气剖面解释软件对其进行综合解释，测井资料定性解释符合率可达100％，测井资料定量解释符合率在91％以上，实践证明该项技术完全能满足油田目前对高压注、产气井测试的需求。
权利要求
1.一种注产气剖面高压密闭测试方法，其特征在于
a.采用高压注脂密封井口装置，测试时，在零度以下且产气中含水，添加密封脂添加剂；
b.用下列工时计算井下仪配重重量
G＝P·πГ2×106/g×120％
c.采用PVT法和流密法对比解释；
d.进行试压、排空。
2.根据权利要求1所述的一种注产气剖面高压密闭测试方法，其特征在于从仪器下井开始，先用时间驱动(50ft/min)，收集，从打开井口测试闸门，排空防喷管内空气，直到测取压力平衡时的资料；再用时间驱动观察仪器工作状态持续半小时以上，用以检验防喷效果。然后，再用深度驱动(50ft/min)由防喷管内测至压力、温度拐点处，收集地表温度以及气温对井下状况的影响程度的资料。
3.根据权利要求1所述的一种注产气剖面高压密闭测试方法，其特征在于在目的层段，分别以上、下20ft/min、40ft/min 60ft/min、80ft/min的电缆测速测取七参数资料，时间驱动速度≤50ft/min。
4.根据权利要求1所述的一种注产气剖面高压密闭测试方法，其特征在于录取关井1.0小时和1.5小时后的静温、压力恢复资料。
全文摘要
一种油田勘探、开发类动态监测应用技术，即注产气剖面高压密闭测试方法，采用高压注脂密封井口装置，测试时，在零度以下且产气中含水，添加密封脂添加剂，用G＝P·πГ2×106/g×120％计算井下仪配重重量，采用PVT法和流密法对比解释，进行试压、排空，它能够满足在注、产气井井口压力不大于70兆帕，产注气量不大于50万方/日的情况下进行动态监测，录取地层自然伽玛、磁定位、温度、压力、持水率、流体密度、流量曲线，并且研制出了相应的注、产气井测井资料解释软件，使得测井资料定量解释符合率大大提高。
文档编号E21B47/00GK1403684SQ01131130
公开日2003年3月19日 申请日期2001年9月3日 优先权日2001年9月3日
发明者王春利, 张建德, 朱彤波, 庞林举, 江泉, 王卫荣, 张予生 申请人:吐哈石油勘探开发指挥部录井测井公司