分析测试联作管柱中采用LPR-N阀进行地层测试的原因

分析测试联作管柱中采用LPR-N 阀进行地层测试的原因摘要：“射孔-测试-氮气排液”三联作技术以其全通径、高效益、快节奏的施工特点及其对不同井况有较好适应性的特点，被广泛应用于海洋试油现场。

本文着重介绍了该工艺中采用的全通径测试阀（LPR-N 阀）的原因，并在渤海湾现场应用，取得了良好效果。

关键词：“射孔-测试-氮气排液”；三联作工艺；全通径测试阀一、前言测试阀是测试管柱中的核心工具，高成功率的测试阀对于海上试油队伍，可以保证高效完成试油作业，从而减少投资，提高经济效益。

之前采用STV 阀（选择性测试阀）在实际使用时，地面对选阀进行试压和功能试验，都无异常，出现过开井后环空稳压2小时后，继续打压至想进入锁定开井状态，但是无法锁定的情况，泄压10min 后，60S 内打至锁定压力，才成功进入锁定开井状态，起出工具后拆开也无损伤，分析认为由于打压时间过长，造成选阀没有锁定开井。

上述情况在在地层供液能力低的井况下，难以判断STV 阀是否正常开井。

随着近年来排液方式更换为连续油管氮气气举排液，结构更简单、开关井状态更明确的LPR-N 阀被提出应用于测试联作管柱中，在之后的实际应用中也取得良好的效果。

二、管柱结构和工艺介绍管柱自下而上结构为：射孔枪+液压延时点火头+纵向减震器+传压接头+RTTS 封隔器+加厚油管9根+RTTS 安全接头+液压循环阀+压力计托筒+测试阀+RD 循环阀+定位短接+加厚油管至井口+井口测试树 2.1 LPR-N 阀结构、原理、特点及与STV 阀的对比 2.1.1 结构LPR-N 阀总共分为球阀部分、动力部分、油室计量部分，结构见图1。

图1 LPR-N 阀结构示意图球阀部分主要由上座圈、偏心球、下座圈、操作臂、球阀套筒组成。

球阀通常保持关井状态入井，此时为正常操作状态，即打压开井，泄压关井；也可以开井下。

如果开井下，则第一次打压泄压工具就恢复至正常操作状态。

动力部分由操作连接器、锁块、操作心轴、带孔接头、充氮阀体、氮腔外筒、氮气腔、浮动活塞等组成。

操作活塞一面承受环空压力，另一面承受压缩氮气压力，压缩氮气就像一个气体弹簧，当封隔器坐封后，环空打压泄压，操作活塞形成压差，引起操作芯轴运动，从而球阀就会运动，第一次操作芯轴运动时，会剪断销钉。

氮气室在地面预先将氮气充到预定压力，该压力根据测试深度的温度、压力等数据确定。

测试阀下井前，安装销钉保证下井过程中球阀处于关闭状态。

下井过程中，环空压力进入油室下放的传压孔，使计量套上下的专用液压油受压。

工具达到预定深度时，由于计量套的存在，氮气室中的压力稍低玉环空压力，从而在浮动活塞的上下产生了一个导致球阀打开的压差，而剪销的存在会抵消这部分压力保证处于关井状态。

计量部分主要由油室心轴、计量短节、计量阀、计量外筒、硅油腔、平衡活塞组成。

计量部分通过硅油和浮动活塞与环空隔绝，当环空压力增加或减少时，计量部分控制氮气压力变化的速度，这就能创造压力差，使球阀运动。

2.1.2 工作机理LPR-N阀的工作原理可以理解为连接两条管线连接环空，分别在浮动活塞的上下两侧，上方直接连接环空，下方则通过氮气和计量部分间接连接环空，导致下方压力传导延缓，当上面压力升高时，就会产生压差，会使芯轴向下运动打开球阀；当泄压时，上面的压力直接释放到环空里，而下面的压力释放被延时，操作活塞下面就会有压差，芯轴就能向上运动，使球阀关闭，一旦芯轴到位置后，多余的氮气压力就会慢慢释放掉。

封隔器坐封后，环空迅速加压到操作压力，使得活塞上下的压差足以间断销钉后才能打开球阀。

注意环空压力达到最终的操作压力后，至少稳压10分钟，因为计量套的延时作用，使压力晚一步传入油室，稳压以便压缩氮气使球阀开启，待油室平衡压力环空压力后，氮气室中压力略低于环空压力，使球阀保持开启状态。

球阀需要快速地释放环空压力来关闭，关井后至少10分钟才能使得氮气室内的压力通过计量套释放出来。

2.1.2 工具特点1.相比于之前使用的STV阀，LPR-N阀结构简单便于工具的维保，十分适用于海上多层试油作业，简单的保养作业可以保证时效。

并且操作压力更低，开关状态清楚，成功率更高。

2.关闭所需要的压力随着环空操作压力而变化。

当操作压力增加，释放环空压力时，有更多的压力被封闭在氮气室中去关闭球阀。

这有利于使用可能的最高安全操作压力而获得最大的关闭力。

3.测试阀在受超过静液柱压力的酸化、压裂时的压力不影响球阀操作。

4.应用剪销，使球阀在下井时保持关闭状态，因而初开球阀是在瞬时完成。

5.可以通过测试阀在封隔器不解封时去进行循环和酸化。

6.特殊的金属与金属密封，增加了气密封性。

7.球阀在开井和关井状态下，都可以下井。

2.1.3 与STV阀的对比选择性测试阀有两种操作模式，常规操作模式和锁定操作模式。

常规操作模式其操作方式同LPR-N阀一样，即打压开井，泄压关井；锁定操作模式即常规操作压力增加9MPa(锁定压力），打压泄压开井，再打压泄压关井，如此反复；由于计量套的延时作用，要求每一次操作都要求60S内打到操作压力；如果在常规操作模式进入锁定操作模式，必须先泄压，并且要等待至少10min,才能打压至锁定操作模式。

如果出现来回的开关井操作在一定程度上也会对测试效果产生影响。

虽然功能上增加了锁定开关井模式，规避了井控风险。

但是面对供液能力不足的地层，打压至锁定开井状态后泄压，若开井显示不明显，则无法判断判断是否锁定开井。

而LPR-N 阀则通过环空稳压的方式保证测试阀一直处于开启状态。

LPR-N阀通常只需保持环空压力12MPa左右（依据井深而定），而STV阀的锁定/解锁压力通常在20MPa左右。

面临紧急情况下需要井下关井时，STV阀需要再次环空打压泄压，相比只需环空泄压即可的LPR-N阀，操作更加繁琐，无法更好的应对紧急情况。

2.2 RTTS封隔器RTTS封隔器是一种大通径、可封隔双向压力的悬挂式封隔器。

大通径使在只有较小的压力降下泵过大量流体，因此RTTS封隔器在一次下井中可完成各种功能作业，如地层测试、酸化、注水泥塞等作业。

2.3 RTTS安全接头RTTS安全接头是一种用于管柱地层测试中的安全工具。

它紧接于封隔器的上端，封隔器被卡住时，可用多功能安全接头帮助提出安全接头以上的管柱，使遗留在井下的工具最少。

2.4 液压循环阀该循环阀为旁通阀，是一种用于开启、关闭都是锁定状态型工具，便于大直径封隔器顺畅起下。

下钻时为开启状态，当封隔器坐封时，循环阀收缩锁定在关闭位置；解封时再次开启。

2.5 压力计托筒压力计托筒主要由于装压力计，记录地层压力和温度变化情况。

2.6 RD循环阀RD循环阀是一种外压控制，它用于套管井内靠环空压力操作的全通径循环阀。

此工具主要用在油气井测试结束时，将地层流体循环排出管柱。

三、该技术在渤海湾的应用N阀+TCP+CT测试联作工艺在2020年成功完成3口井7井次的施工任务，甚至在单井5层测试任务中也没有出现失败情况，下面选取该井其中一次地层测试做详细阐述。

本次试油采用环空打压射孔-LPR-N阀地层测试-连续油管氮气排液联作测试工艺，射孔枪响后开井，二开后采用连续油管氮气排液工作制度，分别在1000m、2000m、3000m处气举，起出电子压力计回放正常，从现场施工和测试曲线看，开关井正常，检查射孔枪装弹354发，实射354发，发射率100%，工艺成功，以下是施工简况表1和测试管柱结构表2。

表1 施工简况管柱图工具名称OD/mm ID/mm Length/mΦ89mEU油管378根89 76 3553.67定位短节89 76 2.02Φ89mEU油管3根73 62 28.14提升短接89 76 1.02RD循环阀127 57 1.28N阀127 57 5.06提升短接89 76 1.01内置压力计托筒140 45 1.1提升短接89 76 1.01循环阀（拉长）127 57 2.4RTTS安全接头127 57 1.29提升短接89 76 0.98传压接头110 / 0.4RTTS封隔器211 101 1.73筛管接头102 46 0.38轴向减震器2个105 52 2.94密封接头107 / 0.19Φ89mEU油管6根89 76 56.51缓冲器/ / 0.25起爆器/ / 0.58液压点火头114 / 0.17安全枪102 / 3.35射孔枪102 / 49.9枪尾102 / 0.22表2 管柱结构四、总结1.该工艺应用了3口井7井次，其中有单井5层的测试，面对海上石油作业紧凑的工序，依然保持100%的成功率，其安全性，实用性，可靠性，操作简便性得到了各方面的认可；2.采取APR联作工具进行测试，减小了流体在工具内的流动阻力，且耐腐蚀性能强，适用于高产井、需要增产措施井、高含硫化氢或二氧化碳井的测试。

3.该套工艺成熟可靠，管串结构考虑全面。

4.安全性能高，可以有效的防止井喷事故，保护环境。

5.连续油管氮气排液效率高、适应性强、成功率高，可广泛由于海洋试油施工。

参考文献［1］刘保连，张奉喜，许京涛. “射孔-测试-氮气排液技术”在渤海湾的应用.青年科技论坛，2020；［2］朱恩灵.试油工艺技术[M].北京:石油工业部勘探培训中心，1982；［3］潘登,胡长翠,贾海,杨劲.全通径压控测试阀及其应用.《钻采工艺》第26卷第5期；［4］刘志云.试油排液工艺应用研究.油气井测试，2001.4；［5］王均.井下作业注氮气排液技术.油气井测试，2008.2。