湯紅梅，南迎飛，李元宏，舒淑寧，王秋娥

(1.大慶油田采油四廠地質(zhì)大隊(duì)，大慶 黑龍江 163511;2.西安通源石油科技股份有限公司，陜西 西安 710075)

0 引言

電纜輸送定方位射孔可在小于30°井的較大范圍中使用，且定位精度高、施工效率明顯優(yōu)于油管輸送定方位射孔，目前中國(guó)比較先進(jìn)的是3次下井完成電纜輸送定方位射孔。該技術(shù)采用火藥座封定位管串，當(dāng)座封力達(dá)到設(shè)定值時(shí)實(shí)現(xiàn)丟手，而要把火藥力控制到恰到好處不是易事，且火藥座封和丟手引起的震動(dòng)容易對(duì)陀螺儀造成傷害，因此，座封丟手和下陀螺儀分2次下井完成，然后再下射孔管柱。本文采用全新方法，將座封丟手和下陀螺儀1次下井、射孔和打撈1次下井，開(kāi)發(fā)了兩次下井電纜輸送定方位射孔的新工藝，并在定邊3口井作業(yè)成功，從而進(jìn)一步提高了施工效率。

1 工作原理

1.1 管串工作原理

兩次下井管串示意圖見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 第1次下井管串

圖2 第2次下井管串

1.1.1 第1次下井管串

第1次管串下井到位后，上提下放管串，弓式懸掛器卡瓦張開(kāi)坐在套管上。陀螺儀通電，測(cè)量下定位鍵的方位，隨后給爆炸螺栓通電炸斷，利用井液壓力推動(dòng)中心軸活塞上行，彈爪收縮，實(shí)現(xiàn)管串的丟手動(dòng)作。完成第1次管串下井的懸掛、方位測(cè)量及丟手動(dòng)作后，提出丟手管串。

(1)小直徑懸掛器。懸掛器是整套工藝技術(shù)的關(guān)鍵部件之一，它懸掛在套管上，用于支撐其上的儀器串，支撐位置見(jiàn)圖1，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。工作原理:當(dāng)管串到預(yù)定位置后，上提管串超過(guò)防坐距離時(shí)，滑銷(xiāo)行至導(dǎo)軌槽的下死點(diǎn)位置，再下放管串時(shí)，滑銷(xiāo)換向至導(dǎo)軌槽上死點(diǎn)位置，卡瓦被錐體推開(kāi)，卡于套管內(nèi)壁，完成懸掛動(dòng)作。

圖3 懸掛器

(2)丟手裝置。丟手裝置是整套工藝技術(shù)的核心部件，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。丟手原理:管串懸掛并測(cè)定方位后，給爆炸螺栓通電將其炸斷，井液通過(guò)中心軸內(nèi)的中心孔進(jìn)入中心軸活塞下部，推動(dòng)活塞剪斷銷(xiāo)釘后上行，使彈爪失去依托縮回，從而實(shí)現(xiàn)丟手。圖4中爆炸螺栓的藥量控制在1～2 g，對(duì)管串震動(dòng)很小。爆炸螺栓炸斷后井液通過(guò)中心孔時(shí)有阻尼作用，能控制中心軸的上行速度，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)丟手。

(3)減震器。為了進(jìn)一步削減爆炸螺栓爆炸對(duì)陀螺儀及自然伽馬磁定位儀的不利影響，管串中安裝了減震器，該減震器采用多銷(xiāo)式新結(jié)構(gòu)，減震效果優(yōu)于常規(guī)減震器，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。

(4)安全接頭。為了避免下井后懸掛器卡死同時(shí)又不能丟手的意外情況，管串中設(shè)置了安全接頭，以便在卡井事故發(fā)生時(shí)能夠拉斷安全接頭的剪銷(xiāo)，從而將貴重的陀螺儀及儀器串取出井口，降低發(fā)生意外情況時(shí)的損失。剪切銷(xiāo)設(shè)置拉力為1.2 tf*非法定計(jì)量單位，1 tf=9.80665 kN，下同/個(gè)，安全接頭結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。

(5)加重。為了使管串下井順利并保證懸掛實(shí)現(xiàn)可靠丟手，管串中設(shè)置了加重，也便于通過(guò)懸重的變化判斷管串是否丟手。

1.1.2 第2次下井管串

由于第1次管串下井后已經(jīng)測(cè)得了裝置內(nèi)定位鍵的方位，在第2次下井前先調(diào)整好射孔槍的方位，使射孔槍的射孔方向和地層的待射孔方位一致。在槍串到位、定方位的同時(shí)，打撈頭也插入到打撈座中，點(diǎn)火射孔后上提電纜，懸掛器滑銷(xiāo)滑至長(zhǎng)軌道下死點(diǎn)，卡瓦回收解卡，即可取出全部管串，完成定方位射孔作業(yè)。

(1)深度調(diào)整裝置。在第2次下井管串中，射孔槍下帶的深度調(diào)整裝置可以根據(jù)懸掛器實(shí)際懸掛深度對(duì)射孔槍的長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，從而使射孔槍在深度方向準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)待射孔層位，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7。

圖4 丟手裝置

圖5 減震器

圖6 安全接頭

圖7 深度調(diào)整裝置

(2)導(dǎo)向裝置。在地面調(diào)整好管串長(zhǎng)度后，當(dāng)管串下井到預(yù)定位置時(shí)，深度調(diào)整裝置下帶的導(dǎo)向裝置會(huì)在管串重力的作用下使導(dǎo)向槽和懸掛器上端的定位鍵相互配合在一起，從而保證了調(diào)整好方位的射孔槍和待射孔方位一致，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。圖8(a)為射孔槍下帶的打撈頭及導(dǎo)向槽，圖8(b)為定方位鍵坐入導(dǎo)向槽中。

2 主要技術(shù)特點(diǎn)

(1)采用自然伽馬磁定位組合儀與陀螺儀一同下井，免除了定方位射孔前只下伽馬儀的步驟，而且提高了定位的準(zhǔn)確性。

(2)實(shí)現(xiàn)自然伽馬、陀螺儀、爆炸螺栓的3路選擇電控。

(3)特制的弓式懸掛器外徑僅102 mm，確保射孔殘?jiān)粫?huì)將其卡住。

(4)將爆炸開(kāi)孔、液壓推動(dòng)、機(jī)械丟手3種方式結(jié)合在一起，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，丟手可靠，實(shí)現(xiàn)了全新的丟手方式。

圖8 定方位工作原理示意圖

(5)爆炸螺栓藥量小且設(shè)有減震裝置，中心孔對(duì)井液有阻尼作用，實(shí)現(xiàn)了無(wú)震動(dòng)平穩(wěn)丟手。

(6)懸掛、丟手、打撈等各主要部件均采用成熟技術(shù)，提高了其可靠性和作業(yè)成功率。

3 地面試驗(yàn)

電纜輸送兩次下井定方位系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一系列地面試驗(yàn)，對(duì)懸掛器、丟手裝置、減震器、安全接頭等進(jìn)行了全面檢驗(yàn)和驗(yàn)證，確定了剪切銷(xiāo)釘?shù)募羟兄怠踩宇^的拉力值以及丟手裝置的拉力峰值。在套管中對(duì)懸掛器進(jìn)行了懸掛和解除懸掛試驗(yàn)，所有地面試驗(yàn)證明整個(gè)下井管串工藝性能良好，工作可靠。

(1)安全接頭剪切試驗(yàn)。獲得了準(zhǔn)確的銷(xiāo)釘剪切值，其試壓曲線見(jiàn)圖9。為準(zhǔn)確合理安裝剪切銷(xiāo)提供了可靠依據(jù)。

(2)丟手裝置拉力試驗(yàn)。為驗(yàn)證丟手裝置彈爪的可靠性，對(duì)丟手裝置進(jìn)行了拉力試驗(yàn)，試驗(yàn)證明在拉力為4 tf時(shí)彈爪沒(méi)有出現(xiàn)變形、松動(dòng)，整個(gè)丟手裝置連接性能良好。

(3)為了保證爆炸螺栓通電后可靠炸斷，對(duì)爆炸螺栓進(jìn)行了地面炸斷試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明，在設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和尺寸下，爆炸螺栓可以可靠炸斷。

圖9 剪切銷(xiāo)壓力曲線

(4)地面模擬上井試驗(yàn)。在開(kāi)窗的套管中進(jìn)行第1次下井管串的整個(gè)工藝動(dòng)作見(jiàn)圖10。第2次下井管串主要完成定方位射孔及打撈工作。第2次下井管串的地面試驗(yàn)見(jiàn)圖11。

圖10 第1次管串地面試驗(yàn)

4 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)

電纜輸送兩次下井定方位射孔工藝技術(shù)于2013年3—5月在定邊3口井作業(yè)均一次成功，該工藝現(xiàn)場(chǎng)的施工過(guò)程如下。

(1)某待射孔井的最大井斜角為22°，布孔相位角為180°，射孔段范圍及射孔方位要求見(jiàn)表1。

(2)為充分驗(yàn)證電纜輸送兩次下井定方位射孔技術(shù)的可靠性和高效性，在第1次定方位射孔方案設(shè)計(jì)中，沒(méi)有采用中間連接夾層槍一次完成2層射孔作業(yè)，而是對(duì)上下2層分別進(jìn)行定方位射孔作業(yè)。施工過(guò)程證明兩次下井管串實(shí)現(xiàn)懸掛、丟手、定方位、射孔、打撈的工藝過(guò)程順利平穩(wěn)。

圖11 第2次管串地面試驗(yàn)

表1 ××井射孔井段范圍及方位要求

(3)在下井前連接好整套裝置，先在地面對(duì)陀螺儀進(jìn)行方位校正，得到了陀螺儀和定方位鍵的相對(duì)角度。用電纜將整套裝置下入井中，投放到計(jì)算的預(yù)定位置后通過(guò)上提下放進(jìn)行懸掛器的懸掛，測(cè)量懸掛點(diǎn)的深度并記錄。隨后通過(guò)陀螺儀測(cè)得定位鍵的方向后通電引爆爆炸螺栓，井液通過(guò)進(jìn)液孔進(jìn)入中心軸，井液壓力推動(dòng)中心軸活塞上移，彈爪縮回，實(shí)現(xiàn)丟手，完成丟手起出井口。

(4)根據(jù)測(cè)量的方位，在地面調(diào)整射孔槍與導(dǎo)向槽的夾角，通過(guò)方位羅盤(pán)調(diào)整導(dǎo)向槽與射孔槍的相對(duì)角度，然后通過(guò)電纜將第2次管串下入井中。射孔槍下端的導(dǎo)向裝置和懸掛器上端的定位鍵對(duì)接后，射孔槍自動(dòng)調(diào)整為待射孔的方位，通過(guò)電纜引爆射孔槍。射孔完畢后，上提電纜，射孔槍下帶的打撈頭即將懸掛器及加重一起提出井口，完成預(yù)定位置的定方位射孔作業(yè)。

5 結(jié)論

(1)懸掛、丟手動(dòng)作可靠，可以實(shí)現(xiàn)井斜小于30°的電纜輸送兩次下井定方位射孔。

(2)可以調(diào)整射孔角度，使其對(duì)準(zhǔn)最有利的射孔方位，實(shí)現(xiàn)精確定位。

(3)施工作業(yè)時(shí)間短，效率高。對(duì)于井深為3500 m作業(yè)時(shí)間可以從油管輸送的32 h減少到電纜輸送兩次下井定方位射孔的6 h。

(4)可以與其他的投產(chǎn)工藝相結(jié)合提高施工作業(yè)效率、縮短投產(chǎn)周期、節(jié)約成本。

[1]蔡山，郭景學(xué)，劉德君，等.模塊化射孔工藝技術(shù)[J].測(cè)井技術(shù)，2006，30(1):28-30.

[2]唐梅榮，趙振峰，李憲文，等.多縫壓裂新技術(shù)研究與試驗(yàn)[J].石油鉆采工藝，2010，32(2):71-74.

[3]唐梅榮，馬兵，劉順，等.電纜傳輸定向射孔技術(shù)試驗(yàn)[J].石油鉆采工藝，2012，34(1):122-124.

[4]唐梅榮.定向射孔多縫壓裂工藝案例分析[J].中國(guó)工程科學(xué)，2012，14(5):105-112.