賀紅民 吳少威 王志興 王高科

(中國石油測(cè)井有限公司長(zhǎng)慶事業(yè)部 陜西高陵)

水平井射孔技術(shù)

賀紅民 吳少威 王志興 王高科

(中國石油測(cè)井有限公司長(zhǎng)慶事業(yè)部 陜西高陵)

隨著油田開發(fā)的深入發(fā)展,水平井開采呈日趨上升之勢(shì),射孔作為油氣田勘探開發(fā)中的主要完井方法,其工藝技術(shù)也需要不斷跟進(jìn)完善。文章通過對(duì)長(zhǎng)慶油田近幾年的水平井射孔施工進(jìn)行了分析,為射孔器的相位設(shè)計(jì)、起爆方式選擇、校深定位以及施工注意事項(xiàng)提供了參考依據(jù)。

水平井射孔;相位角;增壓裝置

0 引 言

水平井射孔是通過油管輸送的方式來實(shí)現(xiàn)的。直井油管輸送射孔時(shí),定位短接通常連接在工藝器材上方三、四根油管處。校深時(shí),通過一次伽馬-磁定位校深就可以確定射孔器的井深位置。但在水平井段,由于校深儀器不能下到水平井段或大斜度井段,這樣就必須通過連接兩個(gè)定位短接并通過兩次校深來實(shí)現(xiàn)射孔器定位。另外,根據(jù)地質(zhì)及工程需要,水平井射孔器相位的選擇,對(duì)以后的出油效果會(huì)造成較大影響,特別是如何實(shí)現(xiàn)跨距大、多層油藏同時(shí)打開,是水平井射孔的技術(shù)要點(diǎn)。如果這一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,將造成很大的人力、物力資源浪費(fèi)。本文將以上問題進(jìn)行細(xì)致剖析,為水平井射孔施工提供理論依據(jù)。

1 射孔器相位的設(shè)計(jì)[1]

最初的水平井射孔是全方位的。由于處在井壁上方的穿孔“俗稱開天窗”存在著生產(chǎn)過程中井筒頂面出砂嚴(yán)重而影響后續(xù)防砂作業(yè),甚至在開采過程中因頂面地層坍塌影響生產(chǎn)的弊端,人們?cè)趯?shí)踐中逐步將水平井射孔完善為水平井定向射孔技術(shù)。水平井射孔定向方式分為外定向和內(nèi)定向兩種,都是利用重力垂直于地心的原理,在水平段由滾動(dòng)軸承和配重塊組成的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)在重力作用下帶動(dòng)射孔槍身轉(zhuǎn)動(dòng)到既定方位,不需要專門的儀器定位。

水平井、大斜度井定向射孔,根據(jù)工程條件的需要主要考慮控砂、邊水突進(jìn)、底水上竄和井眼軌跡等幾個(gè)方面的問題。根據(jù)不同的工程需求,采用不同的定方位選擇。一般情況下,水平井射孔都采用低平方向,即水平兩側(cè),目的是使射孔后沿孔眼展開的裂縫始終在儲(chǔ)層內(nèi)延伸,以防頂部落砂垮塌和底水錐進(jìn)。

對(duì)于邊水地層,為了防止水淹速度過快,應(yīng)避免180°方向射孔。

對(duì)于井眼軌跡在油層中的位置,我們根據(jù)以下幾種情況進(jìn)行選擇:

1)井眼軌跡在油層中部時(shí),射孔方向采用水平、水平兩側(cè)向下30°和向上30°共6個(gè)方位(↖↗←→↙↘);

2)井眼軌跡靠近油層下部時(shí),射孔方向采用水平兩側(cè)向上30°2個(gè)方位(↖↗);

3)井眼軌跡靠近油層上部時(shí),射孔方向采用水平兩側(cè)向下30°2個(gè)方位(↙↘)。

2 長(zhǎng)距離段爆轟壓力的傳遞[2]

油管輸送射孔中,如果兩個(gè)射孔層位間的夾層段過長(zhǎng),用射孔槍來串接射孔器既浪費(fèi)資源,又不能確保爆轟波可靠傳遞。如果把夾層段的射孔槍用油管代替將會(huì)消除以上不利因素。

將夾層段的射孔槍用油管來代替涉及能量的轉(zhuǎn)換,夾層段用射孔槍串接,依靠的是爆轟波傳遞爆轟能量,夾層槍用油管代替,就需要增添增壓裝置以及壓力起爆裝置。爆轟能量通過增壓裝置轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械動(dòng)能,然后又通過壓力起爆裝置轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z能量使得下一級(jí)射孔器起爆。

2.1 增壓裝置的工作原理

增壓裝置上接射孔槍,下接夾層油管。在下管串過程中,壓井液通過特制篩管進(jìn)入夾層油管中,當(dāng)管串到位時(shí),夾層油管內(nèi)已充滿壓井液。初級(jí)起爆器起爆后,射孔槍將爆轟波傳遞至增壓裝置,并通過增壓裝置內(nèi)的復(fù)合點(diǎn)火具的能量轉(zhuǎn)化點(diǎn)燃主裝復(fù)合藥,在本體燃燒室內(nèi)瞬間產(chǎn)生高溫、高壓氣體,將本體下部活塞推出,高壓氣體泄放到夾層油管內(nèi)。由于夾層油管內(nèi)充滿壓井液,根據(jù)液體具有不可壓縮的特性,壓井液將裝置泄放的氣體壓力瞬間傳遞到下一級(jí)壓力起爆器上。裝置產(chǎn)生的輸出壓力在距離100 m處可產(chǎn)生20 MPa～25 MPa的壓力差,大大高于壓力起爆器安全銷剪斷壓力。因此,壓力起爆器起爆發(fā)火,完成下一層射孔作業(yè)。

需要注意的是增壓裝置適用夾層不能超過100 m,如果夾層跨距大于100 m,產(chǎn)生的壓力差將可能滿足不了要求,所以必須在夾層中間再增加一套增壓裝置與壓力起爆裝置,這樣才能確保壓力穩(wěn)定傳遞。

2.2 特制篩管

分為大孔篩管和小孔篩管,位于夾層油管的兩端,在過夾層工藝管串中特制篩管的作用有以下幾點(diǎn):

1)在下井過程中,自動(dòng)將夾層油管內(nèi)充滿井液;2)將增壓裝置產(chǎn)生的多余氣體及時(shí)泄放,避免損壞管串;

3)將增壓裝置所產(chǎn)生高溫高壓氣體的泄放主通道引向次級(jí)壓力起爆器,即大孔篩管方向。

2.3 使用注意事項(xiàng)

1)此工藝不適合于稠油井,大小篩管孔眼容易被堵;

2)不適合于直徑變化大的管串射孔作業(yè),產(chǎn)生的壓力差在直徑變化大的管串處會(huì)明顯下降;

3)為防止油管變形,夾層油管必須采用加厚油管。

3 水平井射孔校深方式[3]

3.1 一次校深

通常,油管輸送射孔采用的定位方式是自然伽馬與磁定位校深定位,方法就是在射孔器上方的油管上連接一根2、3 m長(zhǎng)的油管短接作為定位短接,定位短接與射孔器之間的距離(射孔零長(zhǎng)s)下井前在地面丈量出來。校深時(shí)測(cè)出定位短接在井內(nèi)的位置,再加上射孔零長(zhǎng),就可以判斷出射孔器在井內(nèi)的位置。同時(shí)定位短接與射孔器間的距離不能太遠(yuǎn),避免丈量油管時(shí)產(chǎn)生誤差和油管伸長(zhǎng)量的累積,以及記錄時(shí)發(fā)生重復(fù)或遺漏現(xiàn)象。

3.2 兩次校深

水平井校深時(shí),如果水平段與大斜度井段距離短,自然伽馬與磁定位校深儀可以下到定位短接處,則采用連接一個(gè)定位短接,并進(jìn)行一次校深。如果水平井段跨距過大,校深儀器不能測(cè)到水平井段或大斜度井段,此時(shí)校深定位就需要通過連接兩個(gè)定位短接,兩次校深來實(shí)現(xiàn)。第一次校深是在兩根短接都在直井段或小斜度井段(確保校深儀器能夠到達(dá)),同時(shí)兩根定位短接在井內(nèi)的位置(h1與h2),自然伽馬曲線變化幅度明顯。測(cè)出兩根短接在井內(nèi)的位置后計(jì)算出它們之間的距離(L=h1-h2)。第二次校深是在射孔器下到射孔井段處(此時(shí)上部的定位短接在直井段,而下部的定位短接已進(jìn)入水平段),測(cè)出上部定位短接的井深位置h。射孔器的位置H=h+L+s。

3.3 校深時(shí)注意事項(xiàng)

1)減少繪圖儀走紙誤差

通常繪圖儀走紙都會(huì)有一定誤差,即出的圖紙與尺子實(shí)際測(cè)量的不相符,如果測(cè)量段過長(zhǎng),測(cè)量的圖紙過長(zhǎng),那么由繪圖儀帶來的誤差就很大。為減少繪圖儀的走紙誤差,就必須將定位短接下到自然伽馬有明顯變化的地方進(jìn)行校深,以減少測(cè)量段(即校深誤差)。

2)減少馬丁代可產(chǎn)生的誤差積累

馬丁代可如果使用時(shí)間過久,計(jì)量輪就會(huì)產(chǎn)生磨損,測(cè)算的深度就有一定誤差,如果測(cè)量跨距太大,馬丁代可所產(chǎn)生累積誤差將不可忽略。要減小這種誤差就應(yīng)該使得測(cè)量段盡可能短,那么將定位短接下到自然伽馬有明顯變化的地方進(jìn)行校深就更加合理。

4 施工中的注意事項(xiàng)

4.1 壓力開孔裝置用途

壓力開孔裝置的開孔打開前,油管管串處于封閉狀態(tài)。此時(shí)在油管內(nèi)進(jìn)行加壓可確保壓力起爆裝置順利起爆。開孔打開后,油管內(nèi)部與環(huán)空連同在一起,即為油氣流提供了通道,也保證在起油管時(shí),油管內(nèi)的液體及時(shí)得到排放。所以新井投產(chǎn)時(shí),如果井筒內(nèi)沒有壓力泄露,用開槽管可代替壓力開孔裝置。

4.2 延時(shí)起爆裝置用途

1)在新井投產(chǎn)中,如果需要同時(shí)對(duì)多個(gè)層位進(jìn)行射孔,并且用開槽管代替壓力開孔裝置,就必須在每個(gè)射孔器與壓力起爆裝置之間連接一個(gè)延時(shí)起爆裝置。因?yàn)樵诶碚撋蠅毫ζ鸨b置的剪切值相同,在實(shí)際使用時(shí)會(huì)存在一定誤差。如果不連接延時(shí)起爆裝置,加壓過程中,一個(gè)壓力起爆裝置先打開,射穿一段地層,造成壓力泄露,將會(huì)影響到其他壓力起爆裝置順利起爆。連接上延時(shí)起爆裝置,雖然壓力起爆裝置不能同時(shí)打開,但不會(huì)造成壓力泄露,在延時(shí)的那段時(shí)間,所有壓力起爆裝置都會(huì)依次打開,順利完成一次下井進(jìn)行多層段射孔任務(wù)。

2)如果油管管柱下接壓力開孔裝置進(jìn)行多層段射孔,那么在下一級(jí)射孔器上部接延時(shí)起爆裝置便于在加壓點(diǎn)火時(shí)地面監(jiān)測(cè)。

4.3 盡可能減小油管的伸長(zhǎng)量

在密封油管內(nèi)加壓過程中,有個(gè)不可忽略的因素,油管在壓力作用下有一定伸長(zhǎng)量,如何減小伸長(zhǎng)量?

1)安全值的設(shè)計(jì)要合理,設(shè)計(jì)值太小,在下油管中途可能誤爆;設(shè)計(jì)值太大,井口加壓值也大,油管伸長(zhǎng)量就變大。通常水平井壓力安全值的設(shè)計(jì)是:井深7 2 000 m,P安全值=10 MPa;井深＞2 000 m,P安全值=12 MPa。

2)如果在射孔器上同時(shí)接有壓力開孔與延時(shí)起爆裝置,那么在加壓過程中,井口加壓到壓力起爆裝置打開需要的最大值時(shí)停止加壓,等射孔器全部射孔后再繼續(xù)加壓直到壓力開孔裝置打開。

5 薛××水平井施工簡(jiǎn)介

1)基本情況

薛××水平井位處陜北黃土塬,地貌較復(fù)雜,該井井深2 661 m,造斜位置在1 600 m。1 750 m處井斜30°,1 900 m處井斜60°,2 060 m處井斜90°,水平井段大約600 m。要求分別對(duì)水平段的五個(gè)層位射孔,采用射孔器相位是180°與向下120°相位角,孔密16孔/m。每相位4孔,相間布孔,平均分布,射孔器布孔方式如圖1所示。

圖1 薛××井射孔器布孔方式

由于單相位射孔不利于壓裂,同時(shí)要進(jìn)行壓裂加砂,所以采用混相位射孔器,并且相位是180°與向下120°相位角。

2)施工情況

該井與附近的井相比,產(chǎn)量有明顯提高。詳細(xì)情況參考表1。

表1 薛＊＊水平井施工情況匯總表

6 結(jié) 論

利用增壓裝置與壓力起爆裝置很好的解決了水平井多個(gè)層位同時(shí)射孔的問題。與連接夾層槍相比較,多級(jí)起爆技術(shù)不僅省時(shí)、省力,而且傳爆更為可靠。另外,射孔時(shí)根據(jù)地層情況,采用變相位射孔器可以達(dá)到一定的增產(chǎn)目的,更適合于油氣田水平井射孔需要,該技術(shù)已在長(zhǎng)慶油田使用,效果良好。

[1] 陳日儉,朱建新.水平井射孔技術(shù)在特殊井況中的應(yīng)用分析[D].中國科學(xué)院上海冶金研究所:材料物理與化學(xué)(專業(yè))博士論文,2000

[2] 林玉璽,邵薈郁,張長(zhǎng)慶.水平井射孔技術(shù)在TZ16-7井的應(yīng)用[J].油氣井測(cè)試,2001,10(4)

[3] 趙士華,刁林濤.大斜度井、水平井再射孔起爆技術(shù)及應(yīng)用[J].石油儀器,2010,24(1)

PI,2010,24(6):29～31

In recent years,along with the further development of oilfield,the horizontal well drilling is increasingly rising,perforating as the main well completion method in oil-gas exploration and development,the technology also need to be continuously perfected.This paper analyzes the perforating construction of Changqing oilfield in recent years,in order to provide the reference to phase design,detonating way selection,deep correction orientation and construction points.

Key words:horizontal well perforation;phase angle;booster device

Technology of the horizontal well perforating.

He Hongmin,Wu Shaowei,Wang Zhixing and Wang Gaoke.

TE257+.1

B

1004-9134(2010)06-0029-03

賀紅民,男,1974年生,工程師,現(xiàn)從事測(cè)井射孔工藝研究及測(cè)井儀器修理等工作。郵編:710201

2010-05-28編輯:劉雅銘)