K341型封隔器在煤层气裸眼井注入/压降测试中的应用

孔庆虎 孔令瑶

(中国煤炭地质总局第一勘探局地质勘查院，河北 056004)

K341型封隔器在煤层气裸眼井注入/压降测试中的应用

孔庆虎 孔令瑶

(中国煤炭地质总局第一勘探局地质勘查院，河北 056004)

煤层气井注入/压降试井可以获取煤储层渗透率、储层压力等重要参数，封隔器的选用对测试成功至关重要。本文介绍了K341型封隔器的结构、性能、工作原理及其用于煤层气井注入/压降试井的施工工艺，提出了使用中应注意的问题。根据实际测试资料，K341型封隔器应用于煤层气裸眼井的注入/压降试井，具有操作简单、测试准确、成本低、成功率高的优点，建议注入/压降测试采用煤层气试井用K341型凡尔式结构封隔器。

K341封隔器 煤层气 注入/压降测试 原地应力测试 试井工艺

1 结构及性能

K341型封隔器主要由油管接箍、胶筒、心轴、关井坐节、筛管接箍等组成 (图1)。

根据中国石油天然气行业标准《油气田用封隔器分类及型号编制方法》，“K341”表示此种类型封隔器是扩张式 (K)、悬挂固定 (3)、液压坐封 (4)、上提管柱解封 (1)。K341型封隔器有多种结构形式，凡尔式结构与其它结构相比较，具有操作简单直观、容易坐封与解封的特点。

图1 K341型封隔器结构示意图

以K341-195-120/15型封隔器为例，其技术指标如下:

钢体最大外径:φ195mm

适用温度:≤120℃

坐封压力:10～15MPa

密封压差:≥20MPa

膨胀系数:1～1.5

解封负荷:100 kN(视所用剪销数目而定)

总长:2870mm

胶筒长度:1200mm

两端连接丝扣:API标准73mm(27/8 inch)油管

适用井径:215.9mm(27/8 inch)

2 工作原理

2.1 坐封原理

K341型封隔器是通过油管憋压实现坐封的。启动地面泵注设备，向油管注水，管柱内压力增大推动单流凡尔开启，心轴进水孔与胶筒连通，胶筒进水膨胀并贴紧井壁形成密封，关闭地面泵注设备造成管柱内压力突降，胶筒内高压水及弹簧推动单流凡尔归位关闭，防止胶筒内膨胀液外流，实现坐封。

2.2 解封原理

K341型封隔器的解封是通过上提管柱实现的。由于胶筒与井壁贴紧有摩擦力而固定，上提管柱时解封销钉被剪断，封隔器心轴上移，泄压槽连通胶筒与井筒，胶筒内水外流，使胶筒泄压收缩恢复原形，实现解封。

3 施工工艺

3.1 施工准备

施工前准备好所用设备，进行地面检查、安装调试并试运行以保证设备入井后正常连续运转。观察封隔器胶筒是否有划痕、钢体是否有变形、丝扣是否有损伤、各连接部位是否紧密等。对封隔器进行检查维护，更换损坏的密封元件并进行地面试压，根据不同的井径和井内具体情况对封隔器验封，观察压降是否合格。选择合适的坐封位置，丈量油管及井下工具，计算下入深度，绘出管串草图，连接测试管柱并下入井中。煤层气试井工艺见图2、3。

3.2 坐封

图2 煤层气试井工艺流程图

图3 煤层气试井管柱示意图

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。下入井下关井工具关井，开启地面泵注设备注水打正压至一定压力，地面关井并观察压力变化是否合格。试压合格后打压坐封封隔器。

3.3 注入/压降测试

将编程的电子压力计及井下关井工具下井，根据设计的排量调节注入，观察地面压力和排量变化，选择合适的排量按设计注入时间进行持续稳定注入，并根据注水情况调整注入时间。注水结束后井下关井工具关井进行压力恢复，井下电子压力计传感接收并存储井下压力、温度数据。开井后取出电子压力计进行数据回放，观察压力、温度曲线，采用试井解释软件对数据进行分析可获得煤储层渗透率、储层温度、储层压力等参数。

3.4 原地压力测试

原地应力测试采用微型压裂法，一般进行四个循环周期的测试。启动地面注水泵，以最大排量注入，观察井口压力显示，确保0.5min内将地层压开。关井测压力递降。开井，记录返排水量。保持注入排量不变，按设计加倍注入时间，进行第二至四循环的测试。四个循环测试完毕，取出电子压力计进行数据回放，数据分析可获得煤储层破裂压力、闭合压力、地应力梯度等参数。

3.5 解封

测试结束后，上提管柱，剪断解封剪销，停20～30min，待胶筒收缩后方可起出油管。

3.6 封隔器使用中需注意的问题

(1)根据需要选择适合井径及井下情况的封隔器，封隔器活动部件应涂润滑油，地面试压应合格，密封胶筒要完好。封隔器管柱连接处应涂丝扣油并拧紧，防止渗漏。

(2)封隔器坐封位置应选择在井径规则的稳定竖直井段，井眼需畅通无阻，不得有狗腿、键槽、井壁坍塌及缩径等现象。尽可能能靠近煤层顶板坐封，准确丈量管柱，计算下入深度，防止错封、窜封。

(3)封隔器下井前应进行通井、循环冲孔等准备作业。封隔器管柱的下入速度缓慢、均匀，严禁猛刹猛放。下井过程中若遇阻，可上下活动管柱，不得猛提猛放，若无效可用相应的通井规通井，排除障碍后再下。

(4)测试过程中应严密监视地面压力及环空液面，如出现异常应及时查明原因，无法排除时应及时起出测试管柱及封隔器，保证井下设备安全。

(5)封隔器坐封打压及解封提拉负荷要在安全范围之内，不能超过其安全承载能力，防止损坏胶筒。坐封时缓慢打压，解封时缓慢提拉。管柱内注入过滤清水，不能含有岩屑、金属屑等杂物。

(6)封隔器搬运时严禁碰撞，储存时平直架放，防潮防晒防锈。

4 井下实际应用

单封隔器煤层气井试井是在清水 (或优质钻井液)钻进取完煤层后即进行的裸眼测试，钻开一层，测试一层。单封测试时煤层揭露时间短，煤储层所受污染伤害最小，因而测试结果真实准确。另外，使用单封隔器操作简单，安全可靠，成本低，因此煤层气试井采用单封隔器裸眼测试较为合适。经多年井下实际应用，K341型凡尔式结构封隔器均取得良好的使用效果。

图4 某井注入/压降阶段压力历史曲线图

某裸眼煤层气井，井径215.9mm，使用封隔器型号为K341-195-120/15，封隔器坐封底界深度为 450.60m。封隔器地面试压 8.7MPa，观察20min，压力不变。封隔器管柱下井，试压合格，打压至13.5MPa坐封，封隔器坐封良好。替水后对目的煤层进行注入/压降测试，注入时间12h，地面最高注入压力为2.2MPa，注水量为150.0L，关井恢复时间24小时。开井后取出电子压力计，回放数据，曲线完整可靠 (图4)。

使用试井解释软件对压降数据进行分析解释，得到储层参数:Ki=0.08mD，Ko=0.86mD，Pi=3.64MPa，S=-0.97，C=2.232e-7m3/kPa。

原地应力测试获得储层参数:破裂压力Pb=7.37MPa，闭合压力 Pc=6.75MPa

［1］中华人民共和国石油天然气行业标准.SY/T 5105—1997油气田用封隔器分类及型号编制方法［S］.北京:石油工业出版社，1997.

［2］中华人民共和国国家标准.GB/T 24504—2009煤层气井注入/压降试井方法 ［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［3］《油田用封隔器及井下工具手册》编写组.油田用封隔器及井下工具手册［M］.北京:石油工业出版社，1981.

Application of Type K341 Packer in the Injection/Falloff Test for CBM Open Hole Wells

KONG Qinghu，KONG Lingyao(Geological Prospecting Academy of the First Exploration Bureau，CNACG，Hebei 056004)

Reservoir parameters such as permeability and pressure are important which can be gained in the injection/falloff test，the selection of packer is critical to the successful test.This article introduces the composition，performance and working principle of the K341 packer and the application in the injection/falloff test，points out the problems in use.Based on the actual test，the K341 packer used in the injection/falloff test has the advantages of easy operation，accurate result，low cost and high success rate.It is proposed to use K341 packer with valve in the injection/falloff test for CBM open hole wells.

K341 packer;CBM;injection/falloff well testing;in-situ stress testing;well testing techniques

孔庆虎，男，工程师，毕业于山东科技大学地质学院水文地质专业，从事煤田地质及煤层气勘探开发研究工作。

(责任编辑 黄 岚)