蘇劍波(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司工程技術(shù)作業(yè)中心，廣東 湛江 524057)

0 引言

在當(dāng)前全球技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的大背景下，工業(yè)發(fā)展日漸壯大，對(duì)于石油的需求量穩(wěn)增不減，深井開采已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。盡管當(dāng)前我國(guó)的深井油田開采技術(shù)已經(jīng)領(lǐng)先于很多國(guó)家，但是不斷提高生產(chǎn)的安全性，以更完備的技術(shù)獲得更高的效益是必然追求。

1 深井完井測(cè)試系統(tǒng)的概述

根據(jù)對(duì)深井測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行多層次分析，可以得知，深井完井測(cè)試系統(tǒng)主要可以劃分為聯(lián)頂管串、鉆臺(tái)電業(yè)控制系統(tǒng)和測(cè)試管柱三大部分。其中聯(lián)頂管串在實(shí)際進(jìn)行深井完井操作實(shí)踐的關(guān)鍵組成環(huán)節(jié)，能為測(cè)試提供必要保障；鉆臺(tái)電液控制系統(tǒng)在實(shí)際操作中起到調(diào)控目標(biāo)，是順利高效完成開采工作的重要支撐；測(cè)試管柱是深井完井操作實(shí)踐重點(diǎn)需要關(guān)注測(cè)試的結(jié)構(gòu)部件之一，關(guān)乎井內(nèi)作業(yè)的成敗[1]。

2 深井完井測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)分析

深井完井測(cè)試對(duì)于制定油氣田的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)起決定性作用，同時(shí)在實(shí)際作業(yè)中，深井完井測(cè)試也是深水油氣田勘探開發(fā)的重要組成部分。不同于淺水深水測(cè)試與常規(guī)水深測(cè)試，深井完井測(cè)試的挑戰(zhàn)性和難度相對(duì)更大。深井完井一般是海上作業(yè)，因?yàn)樯疃容^大并具海上鉆井空間較狹小，設(shè)備和人員可利用空間較小，再加上海上自然環(huán)境較惡劣，一旦操作出現(xiàn)問題，就會(huì)引起爆炸、火災(zāi)、中毒和環(huán)境污染等重大事故，所以危險(xiǎn)性也比較大。具體存在的技術(shù)隱患主要以下幾種：

淺層氣和水合物不穩(wěn)定，氣體膨脹上竄。受溫度的影響較大，如果在測(cè)試過程中井內(nèi)溫度發(fā)生變化，破壞了原有的溫度場(chǎng)，極容易在測(cè)試過程中造成氣體膨脹然后上竄。一旦發(fā)生氣體上竄一是破壞井口裝置的穩(wěn)定性，使井口裝置松動(dòng)失穩(wěn)；二是氣體流動(dòng)形成的氣泡破壞了海水的密度，海水密度降低，浮力發(fā)生變化導(dǎo)致平臺(tái)和鉆井船不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)沉船事故；三是氣體上竄受擠壓，氣壓變化容易發(fā)生爆炸或者火災(zāi)事故。

天氣變化引發(fā)事故。海上作業(yè)受氣候影響較大，尤其是臺(tái)風(fēng)影響，如果氣候變化較大容易引發(fā)事故，所以要及時(shí)檢測(cè)天氣，發(fā)生變化時(shí)要及時(shí)終止測(cè)試并快速退出上部管柱。

水合物堵塞測(cè)試管柱問題。在實(shí)際操作過程中受地形、水流、風(fēng)力等影響，地表上形成的水合物可能會(huì)順勢(shì)進(jìn)入測(cè)試管柱的的上端，這種情況一旦發(fā)生極容易帶來危險(xiǎn)。因?yàn)榱魅牍苤喜康乃衔镌诘蜏睾透邏旱碾p重作用下，會(huì)比常溫常壓下凝固的更快，水合物的不斷堆積會(huì)造成測(cè)試管柱堵塞。因此，在設(shè)計(jì)之初，都會(huì)留有專門的化學(xué)試劑注入口，及時(shí)將堆積的堵塞物清理，排除安全隱患。測(cè)試管柱長(zhǎng)度浮動(dòng)問題。在進(jìn)行深井完井測(cè)試時(shí)，受海浪和溫度等可變因素的影響，測(cè)試管柱的長(zhǎng)度會(huì)有小范圍伸縮變化，這種變化雖然是無法避免的，但是設(shè)計(jì)之初，要盡量考慮到變化給測(cè)試帶來的誤差和危險(xiǎn)，一般設(shè)計(jì)者會(huì)采用伸縮短接對(duì)管柱的辦法來彌補(bǔ)測(cè)試管柱長(zhǎng)度浮動(dòng)的問題。

海底井口以下部分的測(cè)試管柱測(cè)試工具選擇問題。在深水測(cè)試時(shí)，槽式懸掛器是測(cè)試中必不可少的工具，槽式懸掛起起著連接測(cè)試管柱和和井口的作用，由于是上下懸掛式連接，所以上提和下放式工具都會(huì)破壞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，所以一般采用壓控式測(cè)試工具。深井完井測(cè)試周期長(zhǎng)，要求高，再加上風(fēng)險(xiǎn)大，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)控制有極高的要求，所以成本高。

因此，深井完井測(cè)試為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)試過程的安全可控，為保證測(cè)試工作人員的生命安全，都會(huì)在海洋深水測(cè)試過程中采用一些必要的安全措施。通常包括用金屬絲扣密封測(cè)試管柱之間的縫隙；采用能夠同時(shí)滿足下得去、坐得嚴(yán)、起得出、工作穩(wěn)定等特征，承壓能力高，安全可靠的封隔器；通過環(huán)空加壓的方式操作井下測(cè)試閥；安裝閥件時(shí)準(zhǔn)備潤(rùn)滑裝置；準(zhǔn)備化學(xué)添加劑[2]。除此之外，還需要在平臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)、井下測(cè)試管串和聯(lián)頂管柱上安裝一系列、功能各異的電、液控裝置，這些裝置能夠在發(fā)生意外和突發(fā)狀況時(shí)，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，來確保測(cè)試工作人員的安全，把測(cè)試設(shè)備的損傷降到最低。

3 深井完井測(cè)試管柱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

井口及防噴器的設(shè)置。與淺井不同，深井通常將井口及防噴器設(shè)置在海床上，然后通過懸掛在水下井口上的槽形懸掛器實(shí)現(xiàn)與地面測(cè)試樹之間的連接，槽型懸掛器與地面測(cè)試樹之間則通過處于充滿流體的隔水管中的坐落管柱連接。對(duì)動(dòng)力定位系統(tǒng)的精確度要求高。由于深水油氣井測(cè)試是在浮式鉆井裝置上進(jìn)行操作的，動(dòng)力定位系統(tǒng)直接影響到測(cè)試結(jié)果。動(dòng)力定位系統(tǒng)一旦失效、內(nèi)波流或惡劣天氣等因素引起突發(fā)性的平臺(tái)偏離井位，就會(huì)導(dǎo)致測(cè)試事故，唯一的辦法就是立即關(guān)井，并快速實(shí)現(xiàn)泥線以上坐落管柱與井下測(cè)試管柱的分離，降低危險(xiǎn)系數(shù)。

地面對(duì)水下測(cè)試樹進(jìn)行控制的中介要可靠。實(shí)際作業(yè)中，一般會(huì)選擇通過臍帶纜實(shí)現(xiàn)地面對(duì)水下測(cè)試樹的控制。具體操作是利用卡子將粗大的臍帶纜綁定在坐落管柱外部，但這樣一來，封隔器坐封很難通過旋轉(zhuǎn)管柱來實(shí)現(xiàn)，所以深井測(cè)試管柱用的是非旋轉(zhuǎn)坐封管柱來實(shí)現(xiàn)封隔器坐封。在平臺(tái)鉆機(jī)大鉤上懸掛坐落管柱，平臺(tái)鉆機(jī)大鉤與坐落管柱上端相連接，用升沉補(bǔ)償器來彌補(bǔ)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)管柱發(fā)生的相對(duì)位移。

深井完井測(cè)試要進(jìn)行跨隔測(cè)試要標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試時(shí)，封隔器的數(shù)量也是關(guān)鍵因素。在控制好數(shù)量以外，為保證實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，還需要密切關(guān)注測(cè)試過程和封隔器，在測(cè)試管柱的底部進(jìn)行壓力測(cè)試設(shè)置，實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)化形式要求。

4 深井完井測(cè)試管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 深井完井測(cè)試管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

遵循安全性原則。經(jīng)上述分析可知，深井完井因?yàn)闇y(cè)試周期長(zhǎng)、測(cè)試環(huán)境的不確定性給測(cè)試帶來了較大的風(fēng)險(xiǎn)。因此，安全問題是首要考慮的問題。不論是工具選擇還是實(shí)際操作都需要由專業(yè)技術(shù)本領(lǐng)較高的人員完成，另外設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)要具備處理突發(fā)狀況的本領(lǐng)。遵循簡(jiǎn)單實(shí)用原則。滿足測(cè)試目的和要求是硬性指標(biāo)，保障安全是必然要求，因此在這兩個(gè)前提下，測(cè)試管柱的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能的簡(jiǎn)單，減少連接部件，降低連接處發(fā)生故障造成重大事故的可能性。遵循快速原則。從設(shè)計(jì)到測(cè)試，應(yīng)盡可能快速完成，以避免周期過長(zhǎng)，環(huán)境發(fā)生變化，產(chǎn)生以外。尤其是海上作業(yè)時(shí)，風(fēng)力、海浪、氣溫等變化不易控制，隨時(shí)發(fā)生變化，引起遵循快速高效的原則是十分必要的。

4.2 深井完井測(cè)試管柱設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題

為給在井中參加實(shí)際作業(yè)的工作人員提供更安全可靠的環(huán)境，排除重大事故發(fā)生的可能，深井完井測(cè)試管柱的設(shè)計(jì)必須要全面考慮以下幾個(gè)方面。首先要考慮井底溫度和壓力的大小，提前測(cè)試數(shù)據(jù)，并按照實(shí)際情況調(diào)整作業(yè)人員，避免給工作人員帶來傷害。其次是考慮測(cè)試儀器耐高溫高壓的能力，提前調(diào)試合適的工具。再次是測(cè)試中所有閥門的可操作性，一切要遵循簡(jiǎn)單的原則，能夠快速進(jìn)行調(diào)整。另外還要考慮地層流體的成分和性能，調(diào)配相應(yīng)的化學(xué)試劑，以防底層流體堵塞管柱口，引起爆炸，此外還需要對(duì)測(cè)試管柱做堵塞測(cè)試，將危險(xiǎn)系數(shù)降到最低。

4.3 深井完井測(cè)試管柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

測(cè)試管柱設(shè)計(jì)要統(tǒng)籌考量實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)。換句話說，測(cè)試管柱的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)深井完井的情況制定的相適應(yīng)的個(gè)性化方案。深井完井所處的地理位置、地質(zhì)構(gòu)造、地層成分構(gòu)成等都是影響測(cè)試管柱設(shè)計(jì)的重要因素[3]。舉例來說，對(duì)于水平井、斜井形式的深井完井類型，環(huán)空加壓是常用的設(shè)計(jì)方案。而對(duì)于深井直井形式，統(tǒng)籌設(shè)計(jì)方案時(shí)通?？紤]以機(jī)械設(shè)備為輔助進(jìn)行。另外深井完井的出砂量也是不確定因素，如果井內(nèi)有出砂現(xiàn)象，要考慮出砂情況多少，如果砂量較多，要在設(shè)計(jì)管柱時(shí)在結(jié)構(gòu)中礫石，來防止砂石進(jìn)入到測(cè)試管道內(nèi)部[3]。

4.4 測(cè)試工藝的選擇及測(cè)試管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化

APR測(cè)試。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，要根據(jù)事前勘測(cè)的地質(zhì)條件，因時(shí)因地選擇進(jìn)行測(cè)試工藝。一般分為以下兩種情況。一種情況是地高產(chǎn)油井。一般這種油井預(yù)測(cè)儲(chǔ)層狀態(tài)良好，為實(shí)現(xiàn)效益的最大化，需要優(yōu)選測(cè)試工藝，一般會(huì)采用整體測(cè)試，其特點(diǎn)是一次性，難度低，投產(chǎn)周期短。另一種情況產(chǎn)能難以確定，效益無法預(yù)測(cè)的，這時(shí)就需要采用APR測(cè)試技術(shù)進(jìn)行測(cè)試，然后根據(jù)測(cè)試結(jié)果，綜合考慮后，選擇相應(yīng)的工藝，盡可能在規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)效益最大化。

管柱的受力測(cè)試。測(cè)試管柱的受力情況是由工況條件決定的。由于不同施工的地質(zhì)條件、氣候條件和自然環(huán)境等存在一定差異，所以工況不同，測(cè)試工藝就不能夠一概而論。在決定管柱結(jié)構(gòu)前要通過管柱力學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，來選擇最佳的組合形式。

酸度測(cè)試。環(huán)境的酸度對(duì)于測(cè)試管柱的影響很大，因此設(shè)計(jì)測(cè)試管柱時(shí)還需要對(duì)作業(yè)環(huán)境的酸度進(jìn)行測(cè)試。酸化測(cè)試過程是通過工藝聯(lián)作形式進(jìn)行的，在作業(yè)時(shí)應(yīng)注意溫度的變化。結(jié)合“熱脹冷縮”的原理，測(cè)試管柱整體的狀態(tài)會(huì)隨著溫度的變化而改變。溫度的降低時(shí)，測(cè)試管柱整體膨脹效應(yīng)幅度縮減，溫度升高時(shí)，管柱則會(huì)出現(xiàn)大幅度的伸長(zhǎng)。這種變化會(huì)影響到測(cè)試管柱整體的密封性。為此，為防止井下工具的形變導(dǎo)致的密封度下降，在進(jìn)行管柱設(shè)計(jì)是要設(shè)置允許出現(xiàn)的伸縮變化的安全范圍[3]。測(cè)試管柱的材質(zhì)選擇。地層流體腐蝕、工作液對(duì)管柱的影響、材料的高低溫性能和耐壓等因素是影響管柱材質(zhì)和鋼級(jí)選擇的主要因素。因此管柱材質(zhì)選擇應(yīng)符合API或相當(dāng)材質(zhì)規(guī)范要求。舉例來說，如果作業(yè)環(huán)境中有硫化氫等會(huì)產(chǎn)生劇烈腐蝕的化合物，則應(yīng)該選擇鎳、鉻、鉬含量較高的高鎳合金鋼[4]。

管柱尺寸選擇。與材質(zhì)相同，管柱尺寸的選擇也是靈活多變的。管柱尺寸選擇的原則是安全性、可適性、易操作性、經(jīng)濟(jì)性，除此之外，管柱尺寸的選擇，還需要考慮預(yù)期產(chǎn)能、連續(xù)排液、增產(chǎn)措施及管柱強(qiáng)度等因素。以深水氣井為例，因?yàn)樯钏畾饩话銜?huì)產(chǎn)出一些液體，氣井開始積液時(shí)，井筒內(nèi)氣體的最低流速也就是氣井?dāng)y液臨界流速，及氣井?dāng)y液臨界流量是選擇管柱尺寸必須要參考的數(shù)值[5]，這種情況下選擇的測(cè)試管柱尺寸不僅要能夠保證井底氣流速度，還要具備將井底液體和固體雜質(zhì)帶出井筒的能力。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著技術(shù)的日漸完善和成熟，使得深井油田的開發(fā)技術(shù)不斷更新優(yōu)化，并且已經(jīng)取得了較好的效果。工業(yè)的發(fā)展，尤其是當(dāng)前越來越復(fù)雜的國(guó)際局勢(shì)下，我國(guó)發(fā)展全產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)成為必然選擇，那么對(duì)于能源的需求也隨之進(jìn)一步加大，更深、更高難度的開采，對(duì)于深井完井的安全性要求更高，為實(shí)現(xiàn)更安全、高效率、高效益的開采，深井完井測(cè)試管柱的設(shè)計(jì)還需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步拓展和優(yōu)化，文章從深井完井的特點(diǎn)著手，分析了深井完井存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)而對(duì)測(cè)試管柱的設(shè)計(jì)的原則、設(shè)計(jì)方法、應(yīng)注意的問題以及應(yīng)該采取的優(yōu)化手段進(jìn)行了簡(jiǎn)單闡述，以期促進(jìn)管柱設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化。