刁林濤，高峰，湯繼超

（河南油田測(cè)井公司，河南 南陽(yáng) 473132）

0 引 言

有些水平井及大斜度老井需要進(jìn)行補(bǔ)孔或重復(fù)射孔。由于水平井、大斜度井井況的特殊性和保護(hù)油氣層射孔的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的射孔方法和射孔器材已不能完全滿足老井再射孔的技術(shù)要求。在現(xiàn)有技術(shù)水平下，水平井、大斜度井只能采用加壓起爆方式。采用套管完井的水平井、大斜度井初次射孔井段長(zhǎng)，根據(jù)設(shè)計(jì)的管柱結(jié)構(gòu)，一般使用多個(gè)壓力或壓差起爆器，并用環(huán)空加壓的辦法就能實(shí)現(xiàn)起爆，而水平井、大斜度老井再射孔由于地層已經(jīng)打開，用環(huán)空加壓的方法將造成壓井液擠入地層而造成地層污染，還可能由于地層滲透性強(qiáng)出現(xiàn)井口加壓達(dá)不到起爆器的設(shè)定值而無(wú)法起爆的現(xiàn)象，因此采用常規(guī)的起爆方式不可靠。

水平井、大斜度井初次射孔由于使用環(huán)空加壓起爆方式，射孔槍在深度校正后，不會(huì)因?yàn)榄h(huán)空壓力變化而使位置移動(dòng)。但再射孔時(shí)，由于不能使用環(huán)空加壓方式起爆，為保證起爆可靠性，現(xiàn)場(chǎng)一般采用密封管柱，采用油管內(nèi)加壓方式起爆。射孔槍的深度在校正后，雖然起爆前位置準(zhǔn)確，但在起爆時(shí)，由于外加壓力的影響，射孔槍管柱會(huì)在壓力作用下相對(duì)位置發(fā)生變化。解決射孔時(shí)管柱位置的變化，使射孔槍正對(duì)目的層位射孔是水平井、大斜度井再射孔的難點(diǎn)。本文主要敘述大斜度井再射孔的校深方法。

1 水平井、大斜度井再射孔施工校深

水平井因射孔層段長(zhǎng)，射孔誤差較小對(duì)其影響不大。而大斜度井射孔層位多、層薄、夾層段地質(zhì)條件復(fù)雜，射孔深度對(duì)射后產(chǎn)能影響很大。

水平井、大斜度井再射孔起爆受外在壓力作用，使油管受力發(fā)生變化，造成射孔管柱伸長(zhǎng)。伸長(zhǎng)值不是一個(gè)隨井深和壓力變化而線性變化的數(shù)值。解決加壓起爆造成的管柱伸長(zhǎng)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)有減少使用壓力車等設(shè)備采用油管自重壓力起爆的方法[1－2]。該方法施工時(shí)，管串上要加封隔器，雖然消除了加壓造成的管柱伸長(zhǎng)，但存在著斜井中封隔器不好坐封、管柱起下比較困難、射孔后不能直接完井和工藝復(fù)雜等問(wèn)題。經(jīng)校深調(diào)整后的管柱在加壓射孔時(shí)伸長(zhǎng)是大斜度井再射孔校深的技術(shù)難點(diǎn)。

根據(jù)河南油田張28井現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，該井射孔井段2768～2776m，井斜76°，采用102槍和102彈進(jìn)行射孔施工。由于該井是河南油田第1口大斜度井，現(xiàn)場(chǎng)施工采用全密封管串下井。第1次校深時(shí)油管內(nèi)沒(méi)有注入液墊，待油管加滿水后，進(jìn)行第2次校深。2次校深結(jié)果深度讀值相差10cm。在連續(xù)對(duì)3口井進(jìn)行了2次校深結(jié)果基本相同的情況下，現(xiàn)采用1次校深定位，但射孔后曲線顯示，深度存在大小不等的誤差現(xiàn)象（見表1）。

表1 部分斜井施工數(shù)據(jù)表

由表1可見，大多施工井段誤差超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，雖然在管柱校正時(shí)考慮了伸長(zhǎng)誤差，但是考慮的方法是每1000m經(jīng)驗(yàn)伸長(zhǎng)0.2m，從射后檢驗(yàn)曲線上反映出，沒(méi)有完全消除存在的誤差問(wèn)題。

2 射孔管柱受力情況分析

2.1 油管受力分析及油壓引起的油管軸向變形

在水平井及大斜度井再射孔時(shí)，油管串采用全密封管串進(jìn)行施工，起爆靠油管內(nèi)加壓，在外力作用下，管柱在外力作用下存在伸縮問(wèn)題。

油管所受力主要包括[1]：①油管與套管柱接觸摩擦力；②井筒溫度應(yīng)力；③液體對(duì)油管底部的軸向推力；④油壓、套壓和液柱壓力作用；⑤油管自重產(chǎn)生的拉伸力；⑥射孔槍重量產(chǎn)生的拉伸力；⑦當(dāng)校深結(jié)束進(jìn)行射孔時(shí)，由于使用壓力起爆，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的影響力——引爆起爆裝置時(shí)的外加壓力。以上7個(gè)力中影響較大的是浮力、外加壓力和摩擦力、管柱螺旋彎曲造成的管柱變化。油管長(zhǎng)度變化為

式中，F(xiàn)為力（壓縮力為正），F(xiàn)＝pisAi；ΔL1為油壓引起的油管長(zhǎng)度變化；Ai為油管內(nèi)面積（相應(yīng)于油管內(nèi)徑面積）；As為油管壁橫截面積；E為彈性模量（對(duì)于鋼，E＝2.07×105MPa）；L為油管柱長(zhǎng)度。

2.2 鼓脹效應(yīng)引起的油管軸向變形

如果向油管柱內(nèi)施加壓力，只要內(nèi)壓大于外壓，水平作用于油管內(nèi)壁的壓力就會(huì)使管柱的直徑有所增大，這種鼓脹效應(yīng)叫做正鼓脹效應(yīng)。反之，如果向環(huán)形空間施加壓力，只要外壓力大于內(nèi)壓力，測(cè)量油管柱直徑有所減小，即稱為反向鼓脹。圖1、圖2為鼓脹效應(yīng)力學(xué)模型。與活塞效應(yīng)和螺旋彎曲效應(yīng)不同，鼓脹效應(yīng)發(fā)生在整個(gè)管柱度上。鼓脹效應(yīng)受力的數(shù)學(xué)模型為

圖1 正鼓脹油管縮短

圖2 反鼓脹油管伸長(zhǎng)

當(dāng)油管內(nèi)流體流動(dòng)而環(huán)形空間的流體不流動(dòng)時(shí)，其管柱長(zhǎng)度變化ΔL2為式中，ΔL2為鼓脹效應(yīng)引起的油管長(zhǎng)度變化；pos為井口處套管壓力；Δpos為井口處套管壓力的變化；R0為油管外徑與內(nèi)徑的比值（外徑／內(nèi)徑）；δ為由于流體流動(dòng)而引起的單位長(zhǎng)度油管內(nèi)的壓力降；ρi為油管內(nèi)流體的密度；ρo為環(huán)形空間流體的密度；Δρi為油管中流體密度的變化；Δρo為環(huán)形空間流體密度的變化；μ為材料的泊松比（鋼的μ為0.3）。

2.3 井斜摩擦引起的油管的軸向變形

水平井、大斜度井射孔管柱軌跡見圖3。省略計(jì)算過(guò)程后得井斜摩擦引起的油管軸向變形為

式中，L為管柱調(diào)整值；ΔL3為螺旋彎曲引起的油管長(zhǎng)度變化；TfB為最大累計(jì)摩擦力。

圖3 水平井井眼軌跡垂直剖面圖

2.4 射孔槍尺寸與油管彎曲引起油管軸向變形

由于射孔槍與油管底部相聯(lián)結(jié)，射孔槍單位長(zhǎng)度的尺寸和重力遠(yuǎn)大于油管的尺寸和重力。因此，射孔槍對(duì)油管的軸向變形影響不能忽視，根據(jù)其幾何位置和幾何關(guān)系，推導(dǎo)出射孔槍對(duì)油管變形為

式中，F(xiàn)gun為射孔槍對(duì)油管產(chǎn)生的摩擦阻力，N；Lprof為射孔槍長(zhǎng)度，m；Wgun為射孔槍單位長(zhǎng)度重量，kg／m；fk為射孔槍與套管的摩擦系數(shù)；αk為油管底部與射孔槍相聯(lián)結(jié)處的井斜角，（°）；ΔLgun為射孔槍對(duì)油管產(chǎn)生的軸向位移。

管柱在井下的狀態(tài)見圖4、圖5。省略計(jì)算過(guò)程后得螺旋彎曲產(chǎn)生的路徑縮短量為ΔL4。

2.5 油管總軸向變形

根據(jù)對(duì)油管柱變形和路徑縮短的分析研究結(jié)果，油管柱在起爆時(shí)的油管總伸縮量ΔL為油壓引起的油管軸向變形＋膨脹效應(yīng)引起油管軸向變形＋井斜摩擦引起的油管軸向變形＋射孔槍尺寸引起油管的軸向變形＋螺旋彎曲引起的油管軸向縮短。即

根據(jù)受力模型的建立和分析，結(jié)合校深的原理和流程開發(fā)出深度校正實(shí)用軟件，以提高工作效率和射孔精度。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 施工設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)通知單的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)槍串結(jié)構(gòu)要合理，要設(shè)計(jì)起爆壓力、定深短節(jié)位置（井斜在65°左右）、現(xiàn)場(chǎng)施工程序、可能存在的隱患及防范措施和應(yīng)急處置方案。

（2）附加校正值的計(jì)算。根據(jù)井斜數(shù)據(jù)、定深短節(jié)的位置和射孔深度，用深度校正軟件計(jì)算出需要增加的調(diào)整值L，附在施工設(shè)計(jì)中。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)校深

現(xiàn)場(chǎng)射孔管柱的深度校正，首先利用電纜測(cè)量油管放磁曲線，將該曲線與完井組合圖上的自然伽馬曲線對(duì)比，確定定深短節(jié)處的深度。

式中，L為管柱調(diào)整值，m；H1為油層頂界深度，m；H2為測(cè)得定位標(biāo)記深度，m；L1為射孔總零長(zhǎng)，m。

計(jì)算不考慮伸縮情況下管柱調(diào)整值L，利用

計(jì)算管柱深度的總調(diào)整值，正值上提，負(fù)值下放進(jìn)行管柱調(diào)整，即可達(dá)到深度校正的目的。

圖6 基本參數(shù)及結(jié)果

3.3 應(yīng)用效果

張2204井2680m斜井基本參數(shù)及油管校正計(jì)算結(jié)果見圖6、圖7、表2至表5。

圖7 斜垂直剖面曲線

表2 射孔基本結(jié)構(gòu)參數(shù)

表3 斜井射孔校正基本參數(shù)

表4 射孔校深位置參數(shù)

表5 各種因素引起的油管軸向位移計(jì)算結(jié)果

表6 部分井使用效果分析表

張1309井射后曲線顯示設(shè)計(jì)射孔頂界2161.8 m，實(shí)際射后位置2161.8m，射孔位置準(zhǔn)確。

從測(cè)有射后曲線的部分施工井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（見表6）看，在使用校正軟件施工的各井射后檢查曲線上，射孔位置誤差都控制在20cm以內(nèi)，與使用前基本每井超差±50cm的現(xiàn)象相比，減少誤差30cm左右，大大提高了射孔精度。但由于各井使用的油管疲勞程度差異、壓井液密度不準(zhǔn)，計(jì)算的結(jié)果會(huì)存在一定誤差。同時(shí)，該軟件只適合計(jì)算井斜≥30°斜井的附加校正值計(jì)算。

4 結(jié) 論

（1）通過(guò)水平井、大斜度井再射孔校深技術(shù)研究，對(duì)油管輸送內(nèi)加壓射孔產(chǎn)生深度誤差進(jìn)行原因分析。

（2）建立了斜井管柱受力的數(shù)學(xué)模型，研究了消除誤差的校正方法，并編制了自動(dòng)計(jì)算軟件。

（3）成功地解決了大斜度井和水平井再射孔的深度誤差校正問(wèn)題，總體誤差不超過(guò)20cm，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的油管輸送射孔深度誤差控制在20cm的規(guī)定，達(dá)到了預(yù)期效果。

[1]練章華，李洪建，楊斌，等 斜井射孔管住深度校正方法研究[D].成都：西南石油大學(xué)，2007.

[2]曹紅海.水平井再射孔技術(shù)探討[C]∥2004射孔年會(huì)論文集，2004.