单向式井下关井阀在五探1井的现场应用

蔡佳成, 黄 船, 卢 齐

(1中石油川庆钻探工程有限公司试修公司 2中石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院)

由于川渝气田多为碳酸盐岩储层，具有大裂缝、溶洞型的地质特征，高产气井测试后会产生地层放空造成一定程度的井漏，导致压井困难。由于现有井控的要求，测试管柱中必须下入带有井下关断功能的工具，在实施井下关断的同时，彻底隔断了油管内通道[1-3]。而测试后如果出现井漏无法通过油管内泵注堵漏浆及压井液，只能先行解封封隔器，解封后通过封隔器胶筒与套管之间的环空间隙打堵漏浆进行堵漏。但该间隙非常小，堵漏浆通过性差，造成堵漏作业时间长，效率低，并且堵漏材料极易在此搭桥、沉淀，造成管柱卡埋等井下复杂[4-5]。

为了解决以上难题，以单向式井下关井阀为基础，结合射孔-酸化-测试联作工艺，形成一套可实现单向式直推压井作业的试油管柱，该管柱不仅继承了传统APR管柱一趟下钻实现射孔、酸化、测试等多种工艺的优点，而且在作业完成后通过管柱实施压井堵漏[6]。该管柱在五探1井实践应用，对于易漏探井的试油测试作业具有现实指导意义。

一、单向式井下关井阀简介

单向式关井阀主要是一个全通径、依靠环空加压实现操作的、用于套管井的井下工具，它主要用于在地层测试结尾阶段关闭阀板以隔断地层和阀板上部空间。该阀的单向关断功能是不可逆的，关断后不能再进行排液、测试，但阀板可以通过往井筒泵注高压流体再次单向开启[7]。见表1。

表1 单向式井下关井阀技术参数

单向式井下关井阀在工作时通过环空加压使破裂盘破裂，环空压力进入破裂盘孔内推动剪切芯轴，在剪销剪断的同时剪切芯轴快速上行，被剪切芯轴封闭的挡板阀体弹出，当阀板下部井筒压力高于阀板上部井筒压力时即可实现向上单向封闭。但当上部井筒压力稍高于阀板下部井筒压力即可推开阀板，实现管内流道的畅通(图1)。

图1 单向式井下关井阀工作原理示意图

此阀在正常情况下具备井下关井功能，需要压井堵漏作业的时候，可以直接从油管内泵注堵漏钻井液，打开油管内通道，能够实现在测试后井下关断、再次向井内单向开启等功能，以满足压井堵漏施工作业需要。

二、五探1井的配套管柱

五探1井为预探井，其构造位置在达州-开江古隆起檀木场潜伏构造高点，测试层位茅口组，测试井段为4 830.5～4 904.0m。地层压力预测为71.6 MPa，实测地层温度为172℃。根据岩屑资料，本段岩性以灰色石灰岩为主，含少许泥质，性脆易与酸液反应后起到较好的储层改造作用。成像测井反映该层裂缝及孔洞较发育，测井解释中储层平均孔隙度为4%，平均渗透率达到0.025 mD，孔渗性能较好，双侧向曲线资料显示储层含气，是一套高孔高渗储层。该层位在打钻期间发生3次气侵，并且井漏现象非常严重，累计漏失密度1.65 g/cm3钾聚磺钻井液3 390.1 m3。综合以上资料分析，测试层段为气层，并且储集性能发育较好，由于碳酸盐岩遇酸反应又能将独立的裂缝和溶蚀孔、洞等储集空间有效连通，储集性能进一步提高，有望获得高产。同时钻进期间井漏情况严重，加之测试时气体大量喷出造成地层放空，因此压井时大概率会出现井漏。综上资料分析该井为高温高压高产气易漏深井。

根据五探1井的实际井况，配套的测试管柱必须考虑的因素有：

(1)具有射孔、酸化、测试、关井复压等功能，工具的工作压力、抗内压、抗挤毁强度必须满足射孔、酸化等工况的施工条件。

(2)酸化时泵压较高需要施加的平衡套压也要相应提高，套管承压能力有限，剩余环空压力窗口窄，不宜过多选用靠环空压力操作的工具如OMNI阀、RDS阀，以免造成工具误操作。

(3)管柱应具有在压井时能进行大排量堵漏作业的功能，满足不造成井下复杂的前提下，不受堵漏材料颗粒大小的限制。

针对以上难点，通过测试工具的优选、工艺优化设计及理论论证后，形成以单向式井下关井阀为基础的配套APR测试管柱，不仅能完成射孔、酸化、测试等不同工艺，还能解决测试后压井期间的井漏及产层损害问题，为试油获产后的完井投产做好准备。

具体管柱结构(图2)为：油管+伸缩器+油管+常闭阀+E型替液阀+电子压力计托筒+单向式井下关井阀+震击器+RTTS安全接头+封隔器+射孔枪。

图2 五探1井测试管柱图

管柱特点有：

(1)封隔器以上采用了油管加上全通径的APR工具，井下工具通径一致，有利于进行大排量的酸化改造作业和后期堵漏作业。

(2)配套的工具组合合理，操作简单，E型阀入井前为开启状态用于替酸，替酸完成后投球关闭E型阀。常闭阀为备用循环阀用于压井循环，能够提高作业成功率。各井下工具强度满足射孔、酸化、测试等工况的使用条件，能保证施工作业的顺利进行。

(3)单向式井下关井阀具有井下关井的功能，可关闭油管生产通道，提供井控屏障，满足井控要求，保证试油作业的安全。同时还能井下关断后单向开启，进行全过程的压井堵漏作业。

(4)本井酸化时施加的平衡套压较高，套管抗压值有限，不满足设置多级破裂盘，因此采用单向式井下关井阀与E型阀、常闭阀的配合管柱，E型阀和常闭阀均为靠投球剪切销钉的方式操作工具，故只有单向式井下关井阀是靠环空压力操作的工具。该管柱减少了井下破裂盘设置级数，环空压力操作梯度减少，有效的解决了环空压力操作窗口窄的难题。

三、工艺流程及施工过程

结合使用APR工具的工艺流程，将本井的作业程序优化为：下钻至预定井深→坐封封隔器→换装采气井口→小排量替酸→投球关闭E型阀→验封→射孔、酸化、开井排液并测试→压井→环空加压操作单向式井下关井阀→换装防喷装置→正注堵漏浆堵漏→解封、循环→起钻。需要注意的是，在整个施工过程中需要注意环空压力的变化情况，避免提前操作单向式井下关井阀将油管通道关闭。

具体施工过程为：下射孔-酸化-测试管柱，调整管柱至井深4 905.60 m；上提管柱正转5圈，下放管柱悬重由740↓550 kN，座封吨位190 kN封隔器坐封完成。低替密度1.1 g/cm3胶凝酸17.0 m3，后投Ø45 mm钢球一个并候球入座，油压由11.22↓7.3 MPa，E型阀关闭；油压加压至45.00 MPa↓13.60 MPa射孔枪启爆成功射孔。酸化高挤胶凝酸180.05 m3、降阻水20.59 m3，泵注压力37.06～53.80 MPa，泵注排量4.51～6.21 m3/min，平衡套压21.60～30.75 MPa。2018年8月4日完成产量测试，获得气产量82.18×104m3/d。后挤入地层密度1.40 g/cm3、黏度50 s的钾聚磺压井液103.3 m3，再用浓度30.0%、密度1.40g/cm3堵漏浆51.8 m3进行直推压井。

图3 操作单向式井下关井阀井底压力曲线图

直推压井后，在8月28日12∶15～13∶05用清水环空加压4.72↑56.20↓55.6 MPa，开启单向式井下关井阀，并关井观察40 min，井口未起压。从地面压力显示来看，环空操作单向式井下关井阀成功，观察井口未起压说明阀板已关闭。根据压力计数据回放出现井底压力明显波动的情况。12∶18～12∶25井底压力由58.179↑60.901↓57.485 MPa，井底压力波动时间与操作单向式井下关井阀时间吻合(图3)。13∶05～13∶08开采气井口，用泥浆泵正注密度1.40 g/cm3、黏度50 s钾聚磺压井液2.0 m3，泵压5.60 MPa，套压55.6↓55.0 MPa，排量670 L/min。单向式井下关井阀已完成再次向井内单向开启的功能。此后解封封隔器，对压井液进行循环，起出井内管柱。工具起出后检查，单向式井下关井阀的破裂盘已激活，观察关井阀阀板已关闭(图4)，直观反映了单向式井下关井阀已实现井下关断的功能。

图4 五探1井单向式井下关井阀现场起钻检查图

现场应用总结：

(1)单向式井下关井阀及配套工具从入井至起出井口，共历时40 d。在射孔、酸化、排液测试等工况下，优选的工具性能稳定，未出现因密封性能不佳导致管柱窜漏的情况，满足了施工的实际要求。此次测试取得了完整的地层压力温度数据，为下步该区域的勘探部署、储层综合评价提供了依据，达到测试目的。

(2)在后期压井过程中，环空加压成功操作单向式井下关井阀，关井观察过程中井口未起压，起钻检查破裂盘损坏，阀板已关闭，证明了单向式井下关井阀的井下关断功能。随后用泥浆泵能够大排量泵入堵漏浆，泵压正常，实现了单向式井下关井阀在关断后还能再次向井内单向开启，继续泵入压井液或堵漏材料的功能。该工具既符合了井下关井的井控管理要求，又解决了对易漏地层能大排量快速堵漏的难题。

(3)经统计，川渝地区高磨区块高产易漏气井的堵漏压井时间平均为10 d，而五探1井处理堵漏压井仅用时4.5 d，通过单向式井下关井阀的应用，作业时效提高了1倍以上，缩短了试油周期，实现了降本增效。

四、结论及建议

(1)单向式井下关井阀靠环空压力响应的操作方式简单可靠，且在地面易于观察该阀的工作情况，其承压、耐温及抗拉强度能够达到目前勘探深井试油的要求，且自身通径(内径57 mm)与配套管柱通径一致，不仅能满足大排量酸化改造施工，还能在压井期间提供压井液及堵漏材料的大通径流道，有效保障了各项试油工序的安全、顺利实施。

(2)由单向式井下关井阀配套的测试管柱结构较为完善，此次应用的成功说明该管柱结构适用于高产、高温、高压、高含硫、易漏失等恶劣工况的井，为未来川渝地区类似的易漏高产井提供了宝贵的现场经验和现实指导作用。同时初步形成了应用该工具的测试工艺流程，能够确保井下关井压力恢复后，井筒内部通道可以再次开启，直接泵注堵漏浆直推压井，不仅可以显著提高压井堵漏时效，还能有效降低管柱卡埋的风险，减少井下复杂。

(3)可以优化调整操作步骤，在测试结束后可正眼灌满清水，防止环空加压时挤毁油管，操作单向式井下关井阀后泄掉油压，通过观察井口油压的变化判断井下是否关井，在确定阀板关闭后，向井筒内先低排量泵入适量压井液，检验阀板单向开启后才能大排量泵送堵漏浆。待正眼直推压井管柱内充满泥浆，进行换装井口、解封封隔器的作业，由于解封前井筒未进行充分循环，井下关井后阀板下方压力可能会高于液柱压力，解封后就出现压井不平稳的现象。因此解封后全井筒必须充分循环，待出口观察无异常才能起钻。

(4)建议可以对该阀的结构进行改进，在其外

筒增加循环孔，设置对应在剪切芯轴的位置，这样在剪切芯轴上行后，被剪切芯轴封闭的循环孔打开，从而形成循环通道，使该阀不仅能够井下关断、单向开启，还能有循环管柱上部压井液的功能，进一步增强压井、起钻等过程中的井控安全。