射孔测试压裂与水力泵快速返排求产一体化联作工艺技术研究与应用

聂 暘，甘宝安，王大煜，刘攀峰，费海滨

（1.华北电力大学，河北 保定071000；2.大港油田 石油工程研究院，天津300280；3.大庆油田 海拉尔石油勘探开发指挥部，内蒙古 海拉尔021001）①

随着海拉尔油区勘探开发进程的不断深入，在对一些低压、低渗油层测试后，根据测试结果需要对储层进行压裂改造［1－2］。本文在总结以前射孔与测试联作、压裂与水力泵快速返排求产联作施工经验的基础上，开发了射孔、测试、压裂与水力泵快速返排求产一体化联作工艺，优选了用于压裂的可锁定开关井全通径压控选择测试阀（LPR－N测试阀），研制了高压、耐磨压裂泵，并在霍20井进行了实施。该工艺的成功实施，解决了测试后根据测试结果需要对目的层实施压裂改造、起出测试管柱及多次起下管柱、频繁压井对目的层造成重复污染的问题，使求取的资料更加真实、可靠，具有较高的工程实用价值。

1 一体化联作工艺技术［3－4］

1.1 工艺原理

将射孔枪、减震器、异型喷砂器、RTTS大通径压裂封隔器、水力锚、安全接头、偏心压力计托筒、可锁定开关井全通径压控选择测试阀、防砂卡器、压裂泵、定位短节一起下入井下预定位置，校深使射孔枪对准目的层，坐封封隔器；环空加压、泄压打开可锁定开关井全通径压控选择测试阀，油管投棒引爆射孔枪，测试器开关井测试；测试完成后，根据测试结果需要对目的层实施压裂改造时，不动管柱直接对目的层进行压裂改造；压裂结束后投泵底阀，油管加压，打开滑套，投泵芯进行排液，求取储层产能。

1.2 管柱结构

自下而上：射孔枪＋减震器＋异型喷砂器＋RTTS封隔器＋水力锚＋安全接头＋偏心压力计托筒＋可锁定开关井全通径压控选择测试阀＋防砂卡器＋压裂泵＋定位短节。如图1。

图1 射孔测试压裂与水力泵快速返

1.3 管柱特点

1）不动管柱同时完成射孔、测试、措施改造及水力泵快速返排4项作业，安全、环保。

2）采用改进的可锁定开关井全通径压控选择LPR－N测试阀在实现开、关井测试的同时，特殊处理的耐磨面满足了压裂冲刷的要求。

3）由于措施改造完毕后，马上投泵芯排液，大幅缩短了残液二次沉淀对油层造成的污染，保护了油气层，求取的数据更加真实、可靠。

4）缩短了试油周期，减少了作业费用。

2 LPR－N测试阀结构及工作原理

LPR－N测试阀结构如图2所示。

图2 LPR－N测试阀结构

全通径压控选择测试阀靠环空反复加压和泄压实现开、关井动作。下井时，动力阀在左极限位置，2个钢球以圆周方向分180°处于短槽左端顶部位置（如图3所示），球阀处于关闭位置。当环空加压时，动力阀上左、右单向阀同时打开，流道沟通，操作压力通过动力阀储存于氮气室中。泄压后，动力阀右边单向阀关闭，左边单向阀打开，动力阀在氮气室压力的作用下向右运动。当钢球运动到位置2时，换位套通过钢球带动动力心轴向右运动L／2，连接套推动操作销，操作销拨动球阀转动，从而打开球阀，此时动力阀处于右端极限位置，右边单向阀打开，动力阀上的流道沟通，压力平衡；再向环空加压，右边单向阀打开，左边单向阀关闭，动力阀在压力作用下向左运动。当动力阀运动到位置3时，换位套通过钢球带动动力心轴向左运动L／2，连接套拉动操作销，操作销拨动球阀使其关闭，此时动力阀位于左极限位置，左边单向阀也打开，动力阀上的流道沟通，压力储存于氮气室中。泄压后，动力阀右边单向阀关闭而左边单向阀打开，动力阀在氮气室压力作用下向右运动L，钢球在换位槽长槽中运动1个全行程L到位置4，动力心轴不动，球阀仍处于关闭位置。环空再打压、泄压重复以上动作，这样就实现了多次开、关井功能。

图3 LPR－N测试阀工作原理示意

3 压裂用水力喷射泵结构及特点

3.1 结构

压裂用水力泵结构如图4所示。

图4 压裂用水力泵结构

3.2 特点

1）泵筒上滑套开启采用投球方式，避免了和LPR－N测试阀环空加压开启发生干涉，安全可靠。

2）为满足压裂要求，压裂泵最小通径ø62 mm，泵筒与泵芯配合面加装了保护套，防止压裂过程中压裂砂的冲刷，确保水力泵工作正常。

4 传压防砂卡器结构及特点

4.1 结构

防砂卡器结构如图5。

图5 防砂卡器结构

4.2 特点

1）解决了可锁定开关井全通径压控选择LPR－N测试阀环空加压开、关的传压问题，防砂卡器上设计有传压通道，确保测试阀开、关井正常。

2）在施工过程中具有托砂功能，防止沉砂落到封隔器上，确保不会出现砂卡管柱现象。

3）在管柱上提过程中不会出现拔活塞现象。

5 现场应用

霍20井是海拉尔油田一口预探井，2011－05－31开钻，2011－06－19完钻，完钻井深2 470.0m，人工井底2 440.43m，最大井斜3.7°。2011－10－07对该井实施了射孔、测试、压裂与水力泵快速返排求产一体化工艺，2011－10－09上午射孔，投棒点火，枪型102，弹型DP44RDX－5，孔密16孔／m，相位角60°。初关井，环空液面稳定；二开井，气泡弱，环空液面稳定。根据测试结果对目的层实施措施改造，油管泵入压裂液，破裂压力28.9MPa，加砂15.3m3，加砂比18%。压裂施工满足设计要求，压裂结束，油管投球加压打开滑套，投泵芯排液求产，动力液采用热水，工作泵压优选为20～22MPa，井下水力泵核心部件匹配采用计算机优选匹配。霍20井求产历时3d，共排出液量64.0m3，共出油54.8m3，获取了地层真实产能，排液结束后施工管柱安全提出。

6 结语

在霍20井实施的不动管柱1趟施工工艺完成了射孔、测试、压裂与水力泵快速返排求产4项工序，避免了频繁压井，保护了油气层。改进的LPRN测试阀能够满足测试、压裂工艺要求；水力泵排液采用闭式循环，避免了抽汲排液造成的环境污染，实现了绿色施工。现场应用表明：该工艺操作方便，安全可靠，施工周期短，是一套完整高效、有利于保护油气层、准确获取地层真实产能的新工艺、新技术，具有较大的工程实用价值。

［1］王德伟.水力喷射泵负压冲砂技术在锦州油田的应用［J］.石油矿场机械，2009，38（2）：89－91.

［2］李兴煜.不动管柱分层压裂技术研究［J］.石油矿场机械，2008，37（9）：103－106.

［3］陈娟炜，甘宝安，聂 锴，等.分层压裂与水力泵快速返排求产联作测试技术研究与应用［J］.石油矿场机械，2011，40（3）：90－92.

［4］朱洪梅，邱金平，杨继军，等跨隔压裂层与水力泵返排联作工艺的开发与应用［J］.石油矿场机械，2007，36（12）：73－75.