汪建兵，李厚磊

石油工業(yè)油氣田射孔器材質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 （黑龍江 大慶 163853）

套管模擬井檢測(cè)試驗(yàn)通過(guò)模擬井下射孔環(huán)境來(lái)檢測(cè)套管和射孔器的射孔特性，具有效果穩(wěn)定、相似性強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)，很好地監(jiān)督檢驗(yàn)了全國(guó)各生產(chǎn)廠家套管和射孔器產(chǎn)品的質(zhì)量，滿足了各油田和使用企業(yè)對(duì)該系列產(chǎn)品質(zhì)量的要求。但是，隨著模擬井檢測(cè)試驗(yàn)的進(jìn)行，我們發(fā)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程中射孔器常常由于偏離套管軸心方向發(fā)生偏斜而導(dǎo)致射孔孔徑不均勻、孔裂的現(xiàn)象，這不僅會(huì)影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，甚至?xí)?dǎo)致原本合格的產(chǎn)品產(chǎn)生不合格的結(jié)果。而根據(jù)SY/T 6491-2011《油層套管模擬井射孔試驗(yàn)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定[1]，射孔器和套管需在內(nèi)毛刺高度、外徑脹大、孔眼處裂孔率和非孔眼處裂紋數(shù)等幾個(gè)指標(biāo)方面符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，才算產(chǎn)品合格。通過(guò)對(duì)此現(xiàn)象的研究探討，找出原因，避免再次出現(xiàn)因射孔器偏斜導(dǎo)致的檢驗(yàn)結(jié)果不合格的現(xiàn)象。

1 油層套管模擬井射孔試驗(yàn)方法

將被檢套管靶下入模擬井內(nèi)，模擬井井身結(jié)構(gòu)如圖1所示，在規(guī)定的壓力和溫度條件下，將射孔器放入靶內(nèi)進(jìn)行射孔，射孔彈一般采取螺旋四相位，相位角90°，16孔/m的密度均勻分布在射孔器中。通過(guò)對(duì)射孔后套管和射孔器的變形及破壞程度的綜合分析評(píng)價(jià)套管或射孔器的質(zhì)量[2]。

圖1 模擬井井身結(jié)構(gòu)示意圖

試驗(yàn)方法：將試驗(yàn)套管與承壓套管聯(lián)接，下入模擬井中預(yù)定深度；連接循環(huán)加壓裝置，按要求組裝射孔器，將射孔器下入模擬井中；在電路斷路的情況下接通射孔器引爆線與電纜，將射孔器下入預(yù)定深度，確保承壓套管密封，對(duì)井筒加壓，當(dāng)壓力達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，通電引爆射孔器；系統(tǒng)泄壓后，分別起出試驗(yàn)套管靶和承壓套管；剖開(kāi)試驗(yàn)套管靶上的養(yǎng)護(hù)套和水泥環(huán)，縱向剖開(kāi)試驗(yàn)套管；測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)[3]。

2 射孔數(shù)據(jù)處理方法

以2014年7組射孔孔徑相位差別明顯的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，它們均是用標(biāo)準(zhǔn)射孔器對(duì)140mm套管（5in）和 178mm 套管（7in）射孔試驗(yàn)得出。 試驗(yàn)時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行SY/T 6491-2011《油層套管模擬井射孔試驗(yàn)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表2是對(duì)各相位數(shù)據(jù)和平均值取的相對(duì)值，表1和表2中同一組數(shù)據(jù)反映的是同一次試驗(yàn)不同相位的孔徑大小情況，通過(guò)這七組數(shù)據(jù)可以看出相位間孔徑大小存在明顯差異，即同一次試驗(yàn)中，某1個(gè)或某2個(gè)相位的孔徑明顯偏大，另外幾個(gè)相位相應(yīng)偏小的情況 （例如第1組試驗(yàn)中，F(xiàn)3相位明顯大于其他3個(gè)相位，第4組中F3和F4相位明顯大于其他2個(gè)相位）。

表1 分相位套管射孔孔徑數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表 /mm

表2 分相位射孔孔徑相對(duì)差值分析 /%

3 孔徑差別原因與校正方法分析

產(chǎn)生孔徑大小呈相位差異的原因和射孔彈射孔本身的特性有關(guān)系，射孔彈的射孔流成錐形，越靠近射孔源，射孔流越粗，在套管上形成的穿孔孔徑越大；越遠(yuǎn)離射孔源，射孔流越細(xì)，在套管上形成的穿孔孔徑越小[4]。

因此，當(dāng)射孔器射孔過(guò)程中發(fā)生偏斜時(shí)，就會(huì)造成一側(cè)相位射孔彈靠近套管，產(chǎn)生的射孔孔徑就會(huì)偏大，其他相位遠(yuǎn)離套管，產(chǎn)生的射孔孔徑則偏小。

如圖2所示，在理想狀態(tài)下，射孔器基本居中，射孔孔徑結(jié)果趨于一致，作為對(duì)射孔器的評(píng)價(jià)依據(jù)結(jié)果更準(zhǔn)確權(quán)威可靠。而實(shí)際操作中，射孔器會(huì)發(fā)生偏斜情況。這對(duì)模擬井套管試驗(yàn)結(jié)果的一致性產(chǎn)生了影響。

圖2 射孔器理想射孔位置和發(fā)生偏斜情況示意圖

模擬井試驗(yàn)中，射孔器通過(guò)電纜連接放入井中，懸掛在預(yù)定位置后進(jìn)行射孔，射孔器會(huì)因?yàn)闊o(wú)法固定導(dǎo)致產(chǎn)生偏斜，在深度200m的模擬井下，很難通過(guò)現(xiàn)有器械對(duì)射孔器進(jìn)行扶正居中；射孔過(guò)程中，射孔介質(zhì)的攪動(dòng)和射孔本身也會(huì)對(duì)射孔器產(chǎn)生橫向上的作用力，這也會(huì)導(dǎo)致射孔器產(chǎn)生偏斜[5]。

這就需要研制出一款射孔器扶正裝置，滿足對(duì)模擬井試驗(yàn)中各種不同型號(hào)射孔器進(jìn)行扶正的作用，避免因?yàn)樯淇灼髌睂?dǎo)致的孔徑偏差。通過(guò)對(duì)射孔器本身結(jié)構(gòu)做出深入了解和研究之后，在不影響試驗(yàn)實(shí)施和結(jié)果的前提下，設(shè)計(jì)出安裝在射孔器外表的橡膠材質(zhì)扶正器。

1）針對(duì)目前檢測(cè)率較高的外徑為102mm和127 mm的2種射孔器，設(shè)計(jì)制作了2種分別與之相匹配的扶正器。

2）2款扶正器均采用合成橡膠材質(zhì)，試驗(yàn)時(shí)安裝在射孔器上下兩端，放入井中預(yù)定位置后，可以做到支撐扶正射孔器的作用。橡膠材質(zhì)強(qiáng)度高韌性大，而且摩擦不會(huì)產(chǎn)生火花，是制作扶正器的理想材料。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)不同相位的射孔孔徑出現(xiàn)明顯差異的現(xiàn)象研究發(fā)現(xiàn)，可以得出以下結(jié)論：

1）油層套管模擬井檢驗(yàn)過(guò)程中由于無(wú)扶正和橫向固定裝置，射孔器容易發(fā)生偏斜，導(dǎo)致射孔孔徑不均勻，靠近射孔器的一側(cè)孔徑明顯大于遠(yuǎn)離射孔器的一側(cè)，這影響了試驗(yàn)結(jié)果的一致性。

2）國(guó)內(nèi)市場(chǎng)要求對(duì)射孔器和套管性能進(jìn)行模擬井評(píng)價(jià)，因此必須對(duì)SY/T 6491-2011《油層套管模擬井射孔試驗(yàn)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中穿孔孔徑判定規(guī)則進(jìn)行修正。

3）建議模擬井試驗(yàn)用扶正裝置對(duì)射孔器進(jìn)行扶正，消除由其偏斜造成的系統(tǒng)誤差。通過(guò)對(duì)模擬井試驗(yàn)本身的特殊性質(zhì)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的仔細(xì)分析，從根源上解決了射孔器偏斜導(dǎo)致的誤差。不帶扶正裝置的射孔器射孔時(shí)產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差通過(guò)安裝扶正器可以完全消除。

[1]SY/T 6491-2011油層套管模擬井射孔試驗(yàn)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]GB/T 20488-2006油氣井聚能射孔器材性能試驗(yàn)方法[S].

[3]GB/T 20489-2006油氣井聚能射孔器材通用技術(shù)條件[S].

[4]李東傳.關(guān)于SY/T 5128-1997標(biāo)準(zhǔn)中穿孔深度判定方法所存在的系統(tǒng)誤差[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2002，19(2)：27-29.

[5]馮其京.數(shù)值模擬油井射孔器作用過(guò)程方法研究及應(yīng)用[J].計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào)，2013，30（5）：741-742.