Design of Test Column for Injection/Pressure Drop of Open Hole in Coalbed Methane
赵锋叶 ZHAO Feng-ye
（宝鸡瑞林石油机电设备有限责任公司，宝鸡 721000）
（Baoji Ruilin Petroleum Electromechanical Equipment Co.，Ltd.，Baoji 721000，China）
摘要：由于煤层气裸眼井在测试开采中，注入/压降工艺是对每层进行定量和定性的一种手段，是不可或缺的重要环节。本文针对贵州煤气层的具体参数以及存在的问题，设计了一种新的工艺管柱。
Abstract: The injection/pressure drop process is a means of quantifying and characterizing each layer and is an indispensable important link in the CBM open hole well test mining. In this paper, a new process column is designed for the specific parameters of Guizhou gas layer and the existing problems.
关键词：裸眼井；煤气层；注水/压降；管柱
Key words: open hole；gas layer；water injection/pressure drop；pipe column
中图分类号：TD84 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）25-0167-02
1 贵州煤气层裸眼井具体参数
取芯钻头尺寸：70mm；完钻井深：900m；钻机动力：约30T；直井；全井共11个煤层，层厚约3-5m，隔层约3-4m。井下地质情况较为复杂，可能有煤质疏松层，存在井壁不稳的风险；泥浆体系简单，防卡性能差；钻井至煤层上部后，全井筒取芯至目的层位，完钻、分层测试。
2 工艺要求
2.1 管柱必须防止位移
在开采煤层气取芯钻井过程中，为了防止井筒被破坏和清理井筒，介质一般都是干净的水，这样导致在钻进过程中，在井壁上无形中形成一层被清水浸泡后薄薄的一层泥。在封隔器下放到座封位置时，由于井壁产生的泥皮光滑，这样就造成了封隔器胶筒在座封时与井壁之间的接触面积减少。胶筒膨胀后，与井筒之间产生的摩擦力减小，同时，由于井壁的泥皮太过光滑，更加进一步的降低了胶筒与井壁之间的摩擦力。如果在这样的情况下进行注水测试作业，较高的注入压力会对胶筒产生一个上的顶力。当这个力大于整个管柱自重和胶筒与井壁之间产生的摩擦力之和时，整套管柱就被推动向上移动。由于封隔器产生位移，造成了座封位置的变动，无法准确的在目的层进行的完全座封。
针对煤气层的特殊井壁，所以，在煤层气井注入/压降作业之前，必须对井壁的座封位置进行清理，防止管柱上窜。
2.2 将裸眼井筒改为套管井筒
由于裸眼井测试中存在井壁垮塌、井壁扩大等问题，所以，应该尽可能在最短时间内进行裸眼注入/压降测试，所以为了快捷方便的对煤层气进行评价，注入关井时的累计时间不能太长，这些对于目前的裸眼井测试很难达到测试要求。通过对裸眼井进行多次的测试作业表明，有部分裸眼井因为井壁光滑而造成座封失败，导致被迫下入套管完井后，才能继续进行测试。这种二次下套管，造成了施工作业成本的增加，同时增加施工时间，降低施工效率。针对这种情况，采用套管井进行测试，不仅能够保证封隔器的完全座封和位移现象，而且，更能提高施工效率。
2.3 将单封改为双封
由于前期作业时单封封隔器在座封时存在座封不完全以及漏压等问题。所以针对这种情况将单封改为双封封隔座封的方式，即将原来的管柱连接由“K341封隔器+筛管”改为“K341封隔器+球座+K341封隔器+球座+筛管”，由于采用双封的封隔器进行作业，这种双胶筒的管柱不仅增加了座封面积，同时能够提高胶筒与井壁之间的摩擦力，防止注入井时管柱位移。而且更能确保测试过程中有效降低井筒储存量，提高测试数据的准确性。
3 管柱设计方案介绍
3.1 采用K341-62型封隔器工作原理
根据贵州煤气层裸眼井井筒的具体参数情况，设计了K341-62型封隔器进行作业。该封隔器主要工作原理如下：
座封过程：K341-62型封隔器为小规格封隔器，是针对贵州煤气层裸眼小井筒进行研发设计的一种封隔器。主要通过从油管内打压实现，压力从中心管的传压孔进入，使胶筒膨胀，实现工具座封的目的。工具下端装有节流阀，操作时，启动地面泵注设备，向油管内注水，球座的内孔与油管内孔形成面积差，起到一定的节流作用。随着管柱内压力不断增大，胶筒座封后将井筒分成了上下环空面积。当压力达到一定程度需要关闭地面泵注设备时，管柱内压力会产生突然下降的现象，这时胶筒内部的弹簧推动活塞移动堵住进压孔，胶筒内的压力被封堵，实现泄压后胶筒仍然处于座封状态。
解封过程：K341-62型封隔器的解封过程是通过上提管柱实现胶筒解封的。由于胶筒座封后，与套管壁之间产生一定的摩擦力，当上提管柱时胶筒与套管壁的摩擦力大于管柱的上提力时，封隔器上安装的解封销钉被剪断，继续上提管柱，封隔器中心管上移，使泄压孔的密封失效，胶筒泄压收缩，实现解封。
3.2 封隔器主要技术参数
该封隔器采用扩张式胶筒座封，上提解封。该胶筒采用橡胶与钢件一起通过硫化处理，座封面积大，能够提高胶筒与井壁之间的摩擦力，实现较大面积的座封和承压。保证工具在注入井时座封在指定位置。
3.3 K341-62型双封封隔器在煤层气井试井作业中，一般采用清水钻进去煤层后完成裸眼井的测试，在作业过程中，防止坍塌，一般都会钻开一个测试一层。K341-62型封隔器在双封测试时煤层作业时间短，煤储层受污染伤害最小，因此测试结果真实准确。另外，使用K341-62型双封封隔器操作简单，安全可靠，成本低。因为是扩张式封隔器，座封可靠，施工成功率高。因此煤层气注入/压降采用K341-62双封封隔器裸眼测试满足作业需求。
4 施工工艺
4.1 施工准备
施工前将所用设备准备齐全，对地面进行检测、安装并调试使用设备确认设备下井后能够保证正常使用和运转。同时，在地面上观察封隔器上的胶筒是否有划痕、各连接丝扣是否有损伤以及连接部位是否到位等，并对封隔器在地面进行试压，检查封隔器各功能是否灵活。
计算工具长度以及工具下井后的深度尺寸，确定座封位置，再连接测试管柱下入井中。
4.2 管柱密封测试
测试管柱下入井中预定位置后进行替水，替水完毕进行管柱试压。将工具下入井下后关闭，采用地面泵注设备对井内打正压至一定压力，地面观察开关井情况以及压力变化，确认管柱密封无任何泄露后可打压使封隔器座封。
4.3 注入/压降作业
将压力计及整套管柱下入井下，对注入的排量进行调节，同时观察地面压力表和排量变化情况，根据设计方案要求选择适合注入时间的排量按进行连续稳定的注入，并且根据注水的排量情况随时调整注入时间。注水结束后通过操作管柱对井下实现开关井使井下压力恢复。通过这样重复多次操作，压力计上配备的传感装置接受并存储井下压力随温度变化的试验曲线。作业完成后，上提工具，取出压力计并通过电脑对采集的各项数据进行回放，观察并分析压力随温度变化的曲线图，采用试井解释软件对采集的各项数据进行分析，获得煤储层渗透率、储层温度、储层压力等各项参数。
4.4 解封
测试结束后，从井口上提管柱，使封隔器上的剪销剪断，等待大约30min左右，待胶筒收缩完全后可起出油管及工具。
5 封隔器使用中需要注意的问题
①封隔器在连接和装配时各部螺纹应涂润滑脂并拧紧，保证密封的可靠性。工具下井前，在地面对封隔器的密封以及功能进行试验，同时肉眼检查密封胶筒外表面是否完好，是否有划痕等现象。要求胶筒外表面必须光滑，无任何缺陷存在。而且需要测量胶筒外圆尺寸，查看是否满足使用要求。
②整套管柱下井后，封隔器座封位置应选择在井筒内尺寸规则的有较长规则的竖直井段，下井时进行通井，不得存在有狗腿、键槽、井壁坍塌及缩径等现象。根据井内情况计算下入的座封深度，防止封隔器的座封位置有错封、窜封等现象出现。
③整套管柱下井进行通井、反复冲洗等准备作业。管柱的下入速度应该缓慢、均匀，严禁猛刹猛放。管柱下井过程中如果遇到卡阻，可对管柱进行上提下放，不得猛提猛放，防止对工具以及封隔器造成一定的损伤。如果操作无法可用相对应的通径规再次通井，无障碍后可再下入管柱。
④在整个测试过程中，应严密监视井口压力表波动及环空液面的波动情况，如果出现任何异常的情况应及时尽快的查找原因，保证下入工具的安全。
⑤管柱上的封隔器要求座封时的压力以及解封时上提需要的载荷都应该在设计要求的范围内，不允许超过，防止损坏胶筒或者造成封隔器失效。座封时应尽量缓慢打压，解封时缓慢上提。同时，管柱内注入的水必须为清水，不能含有岩屑、金属屑等各种杂物出现。
⑥整套管柱上的工具在搬运时轻拿轻放，严禁碰撞。储存在平直架上，防着光照以及受潮等现象。
参考文献：
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