姚志中，趙開良，焦建國，姚慧智

（1.中石化中原石油工程有限公司地球物理測井公司，河南 濮陽457001；2.中原油田分公司采油工程技術研究院，河南 濮陽457001）

0 引 言

元壩×井為預探井，于2008年4月20日開鉆，至2010年3月25日完鉆，完鉆井深7 080.00m，對應垂直深度7 078.8m，氣層套管內(nèi)徑142.9mm／143.9mm。該井氣層套管在6 306.96～6 371.87m（長度64.91m）段存在漏點，出水管線出口檢測有硫化氫顯示，硫化氫濃度最高127mg／L；在5 482.08～5 483.68m處套管變形，最小內(nèi)徑116mm。對上二疊統(tǒng)長興組進行射孔試氣，井段6 610.00～6 670.00m，厚度60.00m，灰色含灰細晶白云巖，電測解釋為含氣層。由于井漏，需在密度為2.11g／cm3以上的泥漿壓井下射孔，射孔段靜液柱壓力達138MPa，地層溫度153℃。

由于井漏、天然氣中含硫化氫、套管變形、高溫、高密度泥漿壓井等復雜條件，對射孔工藝、井下射孔器材等提出了苛刻要求，射孔技術難度較大，存在射孔槍被高壓擠扁、誤起爆、起爆失敗、射孔槍遇卡等安全隱患和施工失敗風險。為保證安全優(yōu)質(zhì)地完成該井射孔施工，從射孔工藝方案設計、材料選取、施工工序等方面進行研究和控制。

1 射孔工藝方案設計

1.1 射孔工藝確定

對高壓氣井射孔，電纜輸送式射孔工藝不能有效解決防噴問題，不被采用。井漏、套變、高密度泥漿壓井等使井下條件復雜，通常采用的射孔、酸壓、測試一體化施工工藝增加了施工安全隱患，特別是增加了后續(xù)處理事故的難度與風險。為安全起見，放棄聯(lián)作施工工藝，采用普通油管輸送式射孔工藝，射孔后壓井提槍。

1.2 起爆方式優(yōu)選

1.2.1 投棒起爆

該井是直井且井漏，正常情況下最適合的起爆方式是投棒撞擊起爆，但壓井泥漿密度高，且黏度低（只有55s），在油管底部容易形成泥漿沉淀，撞擊棒在油管下部運行速度減慢，可能造成中途遇阻或撞擊能量不夠，起爆器不能正常起爆。為避免上提射孔槍時撞擊棒下落造成誤射孔或射孔槍在井口爆炸事故，必須在井口防噴狀態(tài)下打撈撞擊棒，施工過程復雜，安全風險大，成本高。

1.2.2 油管加壓起爆

為該井設計了油管加壓起爆方式，起爆后起爆器自動開孔，油套聯(lián)通，射孔管柱結(jié)構見圖1。射孔管柱由下至上依次是射孔器、壓力起爆器裝置、開孔器、大容量沉淀筒、單向液流閥、油管串、油管懸掛器。起爆器起爆前，整個射孔管柱正向密封，通過油管施加的起爆壓力不會進入到油套環(huán)空，減輕了射孔器的承壓負荷。射孔后開孔器自動開孔，建立起油套連通通道，大容量沉淀筒可防止泥漿沉淀堵塞起爆器傳壓通道。

因為該井是含硫化氫高壓氣井，且上部套管漏，在下射孔管柱過程中必須時刻防范井噴的風險，在油管串底部連接一套單向液流閥，下管柱時套管內(nèi)泥漿經(jīng)單向液流閥進入油管，萬一井口顯示異常，可反循環(huán)泥漿壓井。但氣井反循環(huán)脫氣必須倒換地面管匯流程，而且反循環(huán)對氣井有一定的誘噴效果。

圖1 油管加壓起爆射孔管柱結(jié)構

1.2.3 套管加壓起爆

該起爆方式對射孔管柱沒有特殊要求，射孔前后油套正反向都連通，可以隨時實施大排量循環(huán)壓井，井控安全性高；可以采取雙向起爆，起爆可靠性高；不足之處就是井下射孔器承受的壓力更大，因為上部套管漏，泥漿密度高，要求對起爆壓力的安全性和可靠性設計更加嚴謹。

通過對以上3種起爆方式的分析比較，側(cè)重含硫化氫氣井井控安全方面的考慮，最終選擇套管加壓起爆方式。

1.3 射孔管柱結(jié)構設計

射孔管柱結(jié)構必須滿足可隨時循環(huán)壓井液、起爆可靠、防炸槍等要求。套管加壓起爆射孔管柱結(jié)構示意圖見圖2。

利用單倍體育種技術培育出來的DH系完全純合，純合度高達100%，在今后制種和繁殖過程中，不會出現(xiàn)分離現(xiàn)象，能夠長期應用到玉米育種實踐。

圖2 套管加壓起爆射孔管柱結(jié)構

油管串尾部的篩管可滿足大排量循環(huán)壓井液的要求；在頂部起爆器上端連接一隔離接頭，防止泥漿沉淀堵塞起爆器傳壓孔；采取雙向起爆，保證可靠引爆射孔器；在底部起爆器上端連接一套延時裝置，延時時間3～5min，萬一頂部起爆器引爆的射孔器傳爆中斷，未爆射孔彈被井內(nèi)高壓液體浸泡失效，防止短時間內(nèi)下部起爆器引爆射孔器可能造成的炸槍事故發(fā)生。

1.4 起爆壓力設計

起爆壓力設計必須遵循安全和可靠2條原則，既防止井內(nèi)波動壓力造成的起爆器早爆，又要保證起爆器剪切銷釘能夠被正常剪斷。壓井液是清水情況下，Φ73mm油管在5?2in＊非法定計量單位，1in＝25.4mm；1psi＝6 894.757Pa，下同套管內(nèi)正常運行就可造成2MPa以上的波動壓力。元壩×井泥漿密度高，井深，套管變形，加之可能發(fā)生的頓鉆、急剎車、管柱遇阻等現(xiàn)象，根據(jù)前人研究結(jié)果和經(jīng)驗判斷，井內(nèi)波動壓力可能會達到6～7MPa［1］，所以起爆壓力值不宜太低；提高起爆壓力，必然增大射孔器承壓失敗風險，而且由于射孔層上部套管漏，壓力摩擦阻力大，過大壓力有可能造成上部地層漏失而泄壓。

起爆器裝置剪切銷釘?shù)募羟袕姸日`差是±5%，因為銷釘數(shù)目多，總的剪切強度應該在平均值附近，以往的現(xiàn)場施工經(jīng)驗也驗證了這一點。經(jīng)過綜合分析，將外加的起爆壓力設計為14～15MPa。起爆壓力設計結(jié)果見表1。

表1 起爆壓力設計結(jié)果

2 井下射孔器材選擇

2.1 射孔槍

目前最常用射孔槍材料是32CrMo4，最小屈服強度724MPa，外徑Φ88.9mm的耐高壓槍管壁厚10mm，生產(chǎn)廠商給出的耐壓指標是140MPa，根據(jù)射孔槍管最低塑性擠壓力計算公式

式中，pp為槍管最低塑性擠壓力，psi＊；YP為槍管最小屈服強度，psi；D為槍管直徑，in；T為槍管壁厚，in。

當壁厚為10mm時，槍管最低塑性擠壓力181MPa，但是射孔槍管生產(chǎn)時允許有±10%的偏差，將壁厚為9mm代入式（1）計算得出槍管最低塑性擠壓力155.6MPa。

加上起爆時井口施壓的壓力，射孔槍在井下所受到的壓力和理論計算得出的槍管最低塑性擠壓力相近，超過生產(chǎn)廠商給出的射孔槍耐壓指標，射孔槍被壓扁的風險較大。

2.2 起爆器裝置

一般壓力起爆器裝置的殼體承壓指標較高，關鍵是擊針活塞上剪切銷釘?shù)募羟袕姸饶芊癯惺芨邏海琘B1－5－SC壓力起爆器共有48個剪切銷釘，常溫下單個銷釘剪切值3.65MPa，在153℃環(huán)境中單個銷釘剪切值降低為3.233MPa，可承受最高壓力155MPa，經(jīng)過起爆壓力設計計算，銷釘剪切強度可滿足該井耐壓要求。

2.3 爆破器材

井下爆破器材有射孔彈、導爆索、傳爆管和起爆器火工件4種，它們的最低耐溫指標必須滿足井下環(huán)境溫度和停留時間的要求，并應考慮可能發(fā)生的情況，留有足夠的安全量。

圖3 炸藥耐溫曲線

油管輸送式射孔施工，射孔管柱下放完畢，要經(jīng)過測井校深、油管調(diào)整、安裝井口、連接壓力管線等一系列工序，占用時間較長。正常情況下，該井射孔器下至5 000m到點火起爆間隔時間大概需要24h。炸藥耐溫曲線（見圖3）顯示，HMX炸藥24h耐溫指標170℃，48h耐溫指標160℃，基本滿足該井射孔環(huán)境條件要求，指標富余量不大?？紤]到該井井況復雜，為應對可能發(fā)生的地面設備故障和井下異常情況，全部選用超高溫炸藥，射孔彈裝藥PYX，導爆索、傳爆管和起爆器火工件都裝填HNS炸藥。

3 井下器材耐壓試驗

3.1 試驗方案

模擬該井油管輸送式射孔施工工況，井內(nèi)泥漿密度2.11g／cm3，用油管輸送1套壓力起爆器裝置和1支3.3m射孔槍下井至6 670m，從井口加壓20MPa，然后提出試驗器材，檢查器材受高壓后變化情況。

拆除起爆器內(nèi)火工件，保留全部48個剪切銷釘；射孔槍內(nèi)不裝配射孔彈和導爆索等，為防止射孔槍被壓扁至嚴重變形，在套管變形處遇卡，在空槍管內(nèi)均勻分布3個支撐環(huán)，支撐環(huán)厚度50mm，直徑Ф55mm，支撐環(huán)和槍管內(nèi)壁保留14mm間隙，確保在抗壓強度不夠時槍管發(fā)生塑性變形［2］，為施工方案制定提供真實試驗結(jié)果。

3.2 試驗結(jié)果

試驗器材到預定深度后，井口加壓20MPa，由于套管漏，停泵后井口壓力很快下降到14MPa，隨后又進行了持續(xù)加壓，井口壓力穩(wěn)定在20MPa左右。提出試驗管柱，檢查起爆器和射孔槍狀態(tài)，起爆器內(nèi)沒有液體滲入，剪切銷釘完好；射孔槍密封良好，外觀沒有變形。試驗結(jié)果說明起爆器和射孔槍可以滿足該井高壓施工環(huán)境要求。

4 施工過程控制

（1）下射孔管柱前循環(huán)井內(nèi)泥漿，防止泥漿沉淀堵塞起爆器。

（2）裝配和連接射孔器時，對密封面和密封膠圈嚴格按產(chǎn)品設計要求進行仔細檢查，按規(guī)范程序裝配，確保密封可靠。

（3）射孔管柱下放速度控制在0.3m／s以內(nèi)，在射孔器下放到5 000m以下時，管柱下放速度控制在0.25m／s以內(nèi)，勻速平穩(wěn)，防急剎車和頓鉆，防止產(chǎn)生較大波動壓力。

（4）射孔器下放到預定位置后，測井校深、調(diào)整油管、安裝井口、加壓起爆等工序銜接緊湊，盡量縮短射孔器在井下停留時間。

（5）根據(jù)經(jīng)驗，該井從井口施加的起爆壓力到達射孔位置后將損耗3～4MPa左右，所以井口加壓至20MPa時，井下實際外加壓力達到了16～17MPa，射孔器應該被引爆。為盡量減小射孔器承受的環(huán)境壓力，設計第1次井口加壓上限20MPa，如果井口加壓至20MPa射孔器仍未起爆，上部起爆器可能瞎火，等待6min以上，觀察下部起爆器是否起爆；如果此次加壓未能引爆射孔器，再加壓至25MPa。

實際施工結(jié)果顯示，該井井口加壓至18.6MPa時射孔器被引爆，這時井下實際外加壓力15MPa左右，和設計值相符。井口沒有觸摸到震動信號，但TCP監(jiān)測識別系統(tǒng)監(jiān)測的2路震動信號和壓力信號都清楚顯示射孔器被引爆（見圖4）。

圖4 元壩×井TCP地面監(jiān)測曲線

射孔后將射孔槍串管柱提出井口，射孔彈發(fā)射率100%，射孔槍沒有明顯變形，最大膨脹直徑Ф91.6mm。

5 結(jié)束語

對于地層中含硫化氫的高溫高壓復雜井，較合適的射孔方式是油管輸送式射孔；針對射孔施工中存在的技術難題，以保證施工安全性和可靠性為基本原則，優(yōu)選射孔起爆方式，設計合理的起爆壓力；通過理論計算和現(xiàn)場試驗，確保射孔器材滿足井下環(huán)境要求，科學控制施工重點工序，從而保證了射孔施工成功。

［1］ 李貴吉，張建民，王承恩.南堡油田NP511井下管柱誤射孔事故原因分析［J］.測井技術，2008，32（5）：471－475.

［2］ 陶亮，周志華.夾層槍壓扁理論與彈性分析［J］.測井技術，2005，29（增刊）：13－16.