半潜式钻井平台螺杆泵测试新工艺.pdf

石油天然气 学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0 年 6 月第 3 2 卷第 3 期 J o u r n a l o f O i l a n d Ga s T e c h n o l o g y J ． J P I J u n ． 2 0 1 0 V o 1 ． 3 2 N o ． 3 半潜 式钻 井平台螺杆 泵测试新 工艺 王 跃 曾 东 深 圳 。 。 。 黄志强 长江大学石油工程学院， 湖北荆州4 3 4 0 2 3 唐海雄 ，张俊斌 中海石油 中国 有限公司深i Jl1 分 公司， 广东 深i J ll 5 1 8 0 6 7 陈奉 友 ，李盈盈 ， 中海石油能源发展股份有限公司 、 李 晶晶 ＼ 深ij ll市威晟海洋石油技术有限公司， 厂东深f Jll 5 1 8 0 6 7 ／ 曹大贵 中海艾普油气测试 天津有限公司， 天津 3 0 0 4 5 2 ’ [ 摘 要]螺杆泵测试在 解决高粘度 、高含 蜡、高倾点、高 固相 含砂 等物性 油藏 的评价 方面具 有独 特 的 优 势和 无可替代 的作用 。在 半潜式平 台上 实现 P C P P r o g r e s s i n g C a v i t y P u mp 与 D S T Dr i l l S t e m T e s t i n g T C P Tu b i n g C o n v e y P e r f o r a t i n g 一体化组合 的关键是 在半 潜 式平 台上 实现 P C P的应用 。针对 在半潜 武平 台上进行螺杆泵 测试 面临 的风 险和挑 战，给 出了利用 P C P和环 空压控 工具 AP R TC P等 测试 工艺的创新组合 ，进行 了配套设 备 设计 、T C PD S TP C P一体 化 测试 管柱 设 计、作 业 程序 设 计， 通过 应用 TC P D S TP C P一体 化测试工艺 ，成功地 实现 了地 面求产 ，从而有 效地 解决 了重 油油井 测试 举 升 的 难 题 ， 有 效 地 实 现 了地 层 评 价 。 [ 关键 词]海上 油气勘 探；半潜 式钻 井平 台；测试 工艺 ；螺杆泵测试 ；螺杆泵 P C P [ 中图分类号]T E 3 5 7 ． 8 [ 文献标识码]A [ 文章编 号] 1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 0 0 3 0 3 4 1 一 O 3 在世 界 范 围 内 ，利用 半 潜式 平 台进行 海 上油 气钻 探 是海 洋勘 探 、发 现 和评 价 的主要 方式 。海上 测试 工艺 主要 是利 用 地层 自身 的能量 进行 测试 求 产或 利用 电潜 泵人 工 举 升测试 求 产 。随 着勘 探 区域 和油 藏条 件的不同，对常压或低压 、低渗 、低产 、高凝、高粘 、高比重、高倾点 、高固相 高含砂 、高含泥等 储层 ，地层流体无法进行顺利的流动测试 ，使得现有的应用在半潜式钻井船上的测试工艺不能满足对探 明的发现及时进行评价的要求 。而螺杆泵测试在解决高粘度 、高含蜡 、高倾点 、高固相 含砂等物性 油藏 的评 价方 面 具有 独特 的优势 和无 可替 代 的作 用 ，螺 杆泵 测试 和 螺杆 泵加 空 心抽 油杆 电加 热 测试 技术 在海 上 导管架 平 台上 的应 用 为成 熟技 术 。但 螺杆 泵测 试 技术 应用 到半 潜 式 等浮式 钻 井装 置 的钻 探评 价作 业 当 中在 国内应 为首 次 ，主 要是 需 克服 浮式 平 台的升 沉 给测 试管 柱 、测 试井 口的悬 挂 系统 和抽 油杆 的下 入所 带来 的巨大 风 险和挑 战 。 1 在半潜式平 台上 进行螺杆泵测试 面临 的风险和挑战 南 中 国海海 域 的年气 候 主要 由台风 季节 和季 风季 节 组成 ，天 气 和海 况 条件 差 。半潜 式平 台在该 海域 作业 ，平 台的升 沉 、纵摇 和横摇 度 均很 大 ， 内波 流 对 隔 水 管 系 统 及 升 沉 补 偿 系 统 的 影 响 也 必需 予 以考 虑 。在半 潜 式平 台上 进行 螺 杆泵 测试 面 临如 下 的风 险 和 挑 战 1 在存 在相 对 运 动 的条 件 下 ，如 何选 择 泵管 柱井 口头 的悬挂 方式 ；2 泵管 柱如 何解 决 平 台升沉 所 引起 的相 对 运动 ；3 抽 油 杆提 升 系统如 何解 决由于平 台升沉而引起的补偿 和防碰；4 钻机提升和其操作系统在相对动态条件下如何确保井下工具 的相 对静 止 和地 面作 业 的安 全进 行 ；5 钻 台有 限 的 空 间对 特 殊设 计 作 业 系 统 和操 作 装 置 的 尺 寸 限制 ； [ 收稿 日期]2 0 1 00 22 0 [ 作者简介] 王跃 曾 1 9 6 7 一 ，男 ，1 9 9 1 年 江汉石 油学 院毕业 ，工程师 ，现主要从事海洋钻完井技 术工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 1 0年 6 月 6 平 台动 态升 降给从 事 安装 和下人 抽油杆 作业 的人 员带来 的伤害风 险 以及 防碰 防坠 ；7 动态 条件 下如 何保障井 口钻杆法兰与泵管柱法兰连接处的气密特性 ；8 作业期在动态大负荷作用下，特制操作台系 统与 地面装 置 的结构 、稳 性 、抗 疲 劳 、安 全升 降制 动 和协 调运 行 ，液 压 系统 可 靠性 问题 ；9 特 制井 口 区应 用装 置如何 保证 防爆 、防盐 雾 、防潮 、防漏 电和如何 配备 相应 的声 光报警 能力 等 ；1 0 配合 动态相 对运动 的特制提升吊卡系统与标准泵柱的配伍问题 ；1 1 新制作装备 的作业过程风险辨识和控制等 。 2 创新方案 针 对上 述风 险和 挑 战 ，经 过 多 次 的方 案论 证 ，基 于 螺杆 泵 在 导 管 架 平 台上 所拥 有 的 良好 的测 试 作业 经历 ，提 出了 突破 在半 潜 式 平 台上 没有螺 杆泵 测试 的先 例 ，利 用 螺杆 泵 P C P 和 环 空 压 控 工 具 AP R 油 管传 送 射孔 器 T C P 等测试器具 ，配合上各种运动补偿 设 备进行 创新 组合 见 图 1 ，从 而 在 半潜 式 平 台上 实 现一 体化 测 试 的 工 艺作 业方案 。 2 ． 1配套设 备设 计 1 半 潜式 钻 井平 台 P CP施 工 操 作 平 台的设 计 及 制造 为 了实现 一 体化 测试 作业 方 案 ，首 先 要设 计 P C P施 工 操 作 平 台 见 图 2 ，用 以解 决 P C P施 工 过 程 中 油 管 升 沉 移 动 、抽 油 杆 的 下 入 等 作 业 问 题 。 考 虑 到施 工 和正 常起 下抽 油 杆 的要 求 和 便 于 P C P施 工 操 作 平 台 在 钻 台有 限 的 空 间 内 进 行 安 装 和 固定 ， 设 计 P C P施 工 操 作 平 台采 用 剪 叉 结构的整体可拆式 ，作业时合为整 体 ，作业 后可 以将 整 个 操 作平 台拆 分 为两部 分 。平 台两 部 分 的连 接 采 用双 销 式 交 叉 连 接 。为 使 P C P施 工操 作平 台 升降 自如 ，设 计 为可 调 式加 自动锁止的液压装置。为 了更 J L l ． 一 钻柱补偿器 一补偿器吊耳 卜泵 头 专 用 绳 套 扭矩方卡 驱塬头 l 及出 液口 钻杆 吊卡 承重托盘 ⋯ 施工操作台 图 1 半潜式平台螺杆泵测试井口安装示意图 图 2 P _ 施工操作平台 ● 树 钻杆 螺杆泵 钻杆 伸缩接头 钻铤 R D安全循环 阀 R D 循环阀 泄压 阀 L PR N 测试阀 液压 旁通 R D 取样器 储 存压 力计载体 震击器 安全接头 R T TS封隔器 变扣 防砂管 液压延时点火头 减震器及射孔枪 液压 延时点火头 图 3井 口补 偿 连 接 口 图 4新 泵 管柱 设计 示 意 图 好地调平底座 ，设计了液压／ 手动可调式 P C P施工操作平台底座。为保证施工的安全 ，液压动力源选用 钻井平台 3 8 0 V动力电，电机及所有电器设备均采用一级防爆元件。鉴于南海东部的气候条件 ，电机选 型满足 I P 5 6的防尘防潮船用 电机；具备防盐 、防雾、防腐蚀 、防爆且具备 内置加热板形式 的除潮除 湿功能。为保障施工人员的安全，P C P施工操作平 台配备 2个高空作业防坠器 。为保证 P C P施工操作 平 台安全 和可 靠 ，安 全 系数大 于 1 ． 2 5 、载 荷承 重 3 倍 以上 ，1 0 0次升 降实验 平 台无变 形 。 2 井 口补偿 连接 器的设计 为保 证 P C P试 油工 艺在 半潜式 钻井 平 台正 常泵抽 时井 口油 管 和泵 串 的 稳定性，设计制造了井口补偿连接器 见 图 3 。 3 三通式连接法兰的设计 考虑到浮式平 台的升沉动态条件下 ，油管内液体溢出后的液体 回收要 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 2卷第 3期 王跃 曾等 半潜式钻井平 台螺杆泵测试新工艺 求 ，井 口连 接设 计成 三通 式 法兰 连接 。 4 驱动泵头的改进P C P驱动泵头选用高稳定性驱动泵头 ，对平稳性进行改进设计 ，并对常规泵 头 的密 封盘 根进 行改 进 ，提 高驱 动泵 头 的密封 效 果 。 一 2 ． 2双 用 一体化 测试 管 柱设 计 新设 计 的创 意管 柱结 构 见 图 4 。设 计 中利 用 P C P置换 了钻 杆 ， 当转 子 抽 离 定 子 时 ，泵 管 柱 与 常 规 的测 试 管柱 功能 是一 致 的 ；当转 子插 人后 它则 成 为机 采管 柱 的新 结构 ，又 可 具备 机采 功 能 。利 用 这种 复 配组合设计 ，使新型测试管柱具有负压射孑 L 诱喷和机采的双重功用一体化测试功能 ，可节省作业时间， 降低作业费用 。已应用过的典型工具组合设计为 测试工具 D S T钻杆 P C P定子总成 4 - 5 i n 1 i n 一 2 ． 5 4 c m钻杆 内径大于 7 5 mm4-控制头。其中，P C P定子 的下深通常要求在直井段 ，且还应根 据地层 的渗透性与泵体具体扬程来进行设计 ，一般实际应用时下深为 8 0 0 1 2 0 0 m。 2 ． 3典 型 的作业 程序 设计 典 型的作 业程 序设 计 步骤 如下 1 下 一 体 化测 试 管 柱 ，校 深 、射 孔 。先 下 电缆 校 深 ，校 深 后 使射 孔枪对准射孔井段环空加压射孑 L 。2 开井测试。根据设计要求进行正常测试作业 。如地层供液能力不 足、地层压力低、原油太稠、倾点高等原因所引起 的地层流体不能到达地面，则转入下步工序 。3 井 内控制 。关井 ，利用井底测试阀进行关井控制 ，以防在下抽油杆期 间地层流体进入测试管柱造成井 口溢 流或井 喷 。4 下 抽油 杆 准 备 装 井 口三 通 ，连 地 面 溢 流 管线 ，装 P C P施 工 操 作 平 台 。5 下 抽 油 杆 。 下空心 抽 油杆 至预 定深 度后 碰 泵 ，拆 P C P施 工 操 作平 台 。6 装 驱 动 泵 头 及 转 换器 。7 按 规 定 要 求上 提防 冲距 ，装 驱 动泵 头及 转 换 器 ，下 加 热 电缆至 终 转 器 ，连 接 地 面 电缆 。8 开 井 、试 抽 。 9 正 常 开 井 ，将变频器频率调至 1 0 Hz 约 5 0 r ／ mi n ，低速运转 1 0 mi n ，待电流无变化、井 口无异常 响声后将频 率调至 2 0 Hz 约 1 0 0 r ／ mi n ，观察井 口出液情况及温度变化。此后可根据地层供液情况适 当调整转速 禁止长期抽空 ，但变频器的频率严禁超过 5 0 Hz ，试抽合格后投入正常排液 、求产 。1 0 关井测压 。 关井 ，停泵后上提转子 6 m，使转子离开定子 。1 1 起抽油杆 洗井前后均可 。1 2 装 P C P施工操作 平 台 ，放压 后起 出全部 井 内抽 油杆 及转 子 。1 3 压 井 、起测 试 管柱 连接 地 面洗井 管 汇 ，打开 循环 阀循 环 压井 ，起 出全 部 测试 管柱 。 3 应 用 番 禺 1 O 一 4 1井 ，油 品密 度 达到 0 ． 9 6 g ／ c m。 ，属 稠 油 。2 0 0 9年 7月 ，中海 石 油 中 国 有 限 公 司深 圳 分公 司利 用半 潜 式钻 井平 台勘 探 三 号 ，通 过应 用 T C PD S TP C P一 体 化 测 试 工 艺 ，有 效 地 解 决 了 以往在 类 似 的重油 油井 中测试举 升 的难 题 ，成 功地 实现 了地面 求产 ，从 而 有效 地 实现 了地 层评 价 。 4 结 论 1 新设计的动态补偿式螺杆泵 系统克服了常规机采需要设计专 门的电缆通道 ，用地面机械传递方 式替代 了电缆传输方式 ，简化 了对高端装备的需求 ，既节约了作业时间 ，又减少了潜油泵系的电缆漏电 隐患 问题 ，提 高 了系统 的可靠 性 。 2 在半潜式平台上进行螺杆泵测试面临许多风险和挑战 ，井 口与井下工具存在多个 自由度 的相对 运动 ，但需保障成功的测试评价效果必须使泵管柱与地层没有相对运动 ，新型的动态补偿式螺杆泵系统 已可实 现此 目的 。 3 常压或低压、低渗 、低产 、高凝、高粘、高比重 、高倾点 、高固相 高含砂 、高含泥等储层 ， 地层流体经常会 出现测试期间无法顺利的产生正常流动，新型动态补偿式螺杆泵系统可实现负压举升与 人工举升两大功能 ，且不需重起管串 。为高出砂、高含腊与高稠度 的油藏测试在浮式钻井装置上进行开 辟 了新 的机 采方 法 。 [ 编辑] 萧雨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m