蔡履忠

（中國石化華東石油工程公司威諾測試公司，江蘇南京210019）

自動丟槍工藝優(yōu)化與應用

蔡履忠

（中國石化華東石油工程公司威諾測試公司，江蘇南京210019）

針對復雜井筒條件下射孔生產(chǎn)完井一體化作業(yè)時出現(xiàn)射孔后丟不了槍、提前丟槍、槍掉不到井底等問題，進行剖析，提出技改措施，改進丟槍工具和工藝優(yōu)化，開展室內(nèi)模擬試驗及現(xiàn)場應用，形成一套功能齊全、性能穩(wěn)定的丟槍裝置及射孔工藝完善方案，運用于各類復雜條件下的射孔測試完井生產(chǎn)施工中，提升在國內(nèi)外射孔、完井測試服務市場上競爭能力。

射孔完井；丟槍裝置；工藝優(yōu)化

隨著完井理論研究的深化，工藝的完善，采用射孔測試完井生產(chǎn)一體化管柱成為新的研究方向[1]，Halliburton、Schlumberger和歐文公司完井管柱射孔丟槍技術(shù)相對比較成熟，且具有成功案列，但在復雜井筒條件下，丟槍技術(shù)的穩(wěn)定性仍有待進一步提升[2]。

1 自動丟槍工藝存在的問題剖析

1.1 工具改進、方案優(yōu)化的緣由

中東YL YADA油田采用的射孔生產(chǎn)完井一體化管柱，原設計思路為射孔—丟槍—完井生產(chǎn)管柱一體化[3]。射孔生產(chǎn)完井管柱下井后，先坐封封隔器，油管打壓射孔、自動丟槍后直接轉(zhuǎn)入完井生產(chǎn)作業(yè)，最大限度降低井控風險和地層污染。實際運行中常出現(xiàn)射孔后自動丟槍裝置失效，射孔槍沒有丟掉、射孔槍丟不到井底或提前丟槍誤射。該油田完井作業(yè)前10口井均采用負壓接油管射孔生產(chǎn)完井一體化工藝，三口井丟槍未成功，兩口井射孔槍未丟到井底，一口井提前丟槍后導致誤射，致使該油田改用正壓射孔，即先正壓射孔后，提出射孔管柱，再下入完井管柱，造成油層二次污染，延長了作業(yè)周期，增加了開發(fā)成本。

1.2 工藝問題剖析

針對中東YL YADA油田現(xiàn)場施工中自動丟槍工具（圖1）、工藝存在缺陷及射孔生產(chǎn)完井一體化成功率低等問題進行技術(shù)剖析，查找原因。

圖1 DQ1-6A-ZY延時自動丟槍裝置工作原理Fig.1 Working principle of DQ1-6A-ZY delay automatic gun release device

丟槍工藝工作原理：井口加壓激發(fā)—起爆器，延時后引爆射孔槍，射孔后井液進入射孔槍內(nèi)腔，再進入釋放裝置，液柱壓力推動限位套，剪斷剪切銷，限位套上移，不再限制彈性卡爪，射孔槍自重把彈性卡爪從外殼中拉出，壓力延時點火頭與射孔槍一起落到井底。

1.2.1 丟槍裝置失效，射孔后槍丟不掉的原因

1）導爆索爆炸能量大，把芯軸炸膨脹，導致限位套被卡[4]，通過地面驗證試驗，導爆索在芯軸中爆炸后，芯軸直徑膨脹量小于0.03mm，但考慮到個體差異或井下條件更惡劣，導爆索爆炸因素不能排除。

2）連接部位配合間隙過小，在井下無法運動，設計極限配合間隙一般是0.1mm，機械零件運動靈活，不排除加工誤差或變形等因素引起間隙過小。

3）現(xiàn)場檢查和火工品安裝后，在需要二次組裝時，如果采用平躺安裝，芯軸上的O形圈可能刮到螺紋上而損壞密封圈，導致泄漏限位套壓力平衡。

4）釋放卡爪上采用的螺紋連接丟手的可靠性比丟槍中大量采用的臺階結(jié)構(gòu)丟手的可靠性差。

1.2.2 丟槍裝置非正常狀態(tài)下工作，造成提前丟槍后誤射的原因

射孔槍密封不嚴，出現(xiàn)井筒壓力傳遞到射孔槍內(nèi)及丟槍裝置內(nèi)腔中引發(fā)限位套上移，丟槍裝置提前工作。

1.2.3 射孔槍丟不到井底的原因

1）井筒與射孔槍間隙小、井身結(jié)構(gòu)存在狗腿度較大井段，導致射孔槍無法順利通過。

2）射孔槍下行過程中所承受阻力大于重力牽引分量，因而射孔槍釋放后無法落入預定位置。

2 工具改進、方案優(yōu)化

針對中東YL YADA油田井筒特點，從工具改進（圖2、圖3）、方案優(yōu)化入手，研究適合長井段、小環(huán)空間隙完井方式條件下，自動丟槍裝置及釋放工藝技術(shù)，提高射孔生產(chǎn)完井一體化管柱安全可靠性。

2.1 自動丟槍裝置工具缺陷改進技術(shù)方案

改進點：

1）相對于改進前使用的丟槍裝置，本裝置將點火組件下掛在釋放組件下方，這樣丟槍時丟手部分上接頭內(nèi)運行距離減小，降低了丟槍過程中丟手部件卡在上接頭內(nèi)的風險。

2）將原來釋放卡爪上螺紋連接更改為國外臺階結(jié)構(gòu)，增加丟手的可靠性。

圖2 改進前自動丟槍裝置結(jié)構(gòu)Fig.2 Automatic gun release device structure before improvement

圖3 改進后自動丟槍裝置結(jié)構(gòu)Fig.3 Automatic gun release device structure after improvement

3）增加了破裂套，在射孔槍未發(fā)射時處于完好狀態(tài)，即使射孔槍意外進水，也不會提前丟槍。只有點火裝置引爆，破裂套炸壞，射孔槍發(fā)射，井底流體進入射孔槍內(nèi)，通過破裂套上孔眼，使液體壓力作用到釋放機構(gòu)上，實現(xiàn)丟槍功能。

4）取消了自動丟槍裝置內(nèi)導爆索，防止導爆索爆炸時釋放組件變形造成無法丟槍。

5）將點火組件下移至釋放組件下方，現(xiàn)場安裝火工品不需要拆卸芯軸，避免損壞芯軸密封圈，造成泄漏液體進入釋放裝置內(nèi)腔，使限位套無法移動，釋放裝置有失效的風險。

2.2 自動丟槍裝置工具性能參數(shù)優(yōu)化方案

優(yōu)化點：

1）芯軸上傳壓孔開在側(cè)面，防止井內(nèi)落物或臟東西堵塞。

2）丟槍裝置上防轉(zhuǎn)銷改為嚙合槽，防轉(zhuǎn)更可靠。

3）在丟槍裝置釋放組件最上部增加打撈頭，便于后期井筒處理和打撈作業(yè)。

2.3 自動丟槍釋放到井底可靠性能工藝完善

針對射孔槍無法落入預定位置的工程原因，通過建立三維井眼環(huán)境射孔槍串幾何控制模型與力學分析模型，研究井眼軌跡參數(shù)與射孔槍串結(jié)構(gòu)參數(shù)的定量關系，為射孔管串結(jié)構(gòu)設計提供依據(jù)，保證射孔丟槍工藝的順利實施。

3 地面模擬調(diào)試

按照產(chǎn)品功能試驗標準，對改進型丟槍裝置進行了整體耐壓試驗、剪切試驗、最小釋放靜壓試驗、拉脫力試驗和發(fā)火試驗，均滿足設計要求和性能參數(shù)指標。

為確?，F(xiàn)場應用的可靠性，在華東分公司采油廠模擬井進行丟槍裝置試驗，考慮模擬井試驗安全條件，未裝任何火工品，按現(xiàn)場施工步驟地面組裝丟槍裝置后，用起吊設備將丟槍裝置及配重鉆鋌下入模擬井，根據(jù)模擬井丟槍方案設計參數(shù)，逐一進行試驗，最終從模擬井取出試驗器材，整個丟槍裝置性能完全滿足設計要求。

4 現(xiàn)場應用

2014年8月4日，在華東分公司采油廠BP B-1井，射孔井段2 077～2 090 m，射厚13 m，按照射孔要求，選用了?102華北槍，16孔/米，總計192發(fā)?102射孔彈（表1），液墊為清水，采用油管內(nèi)加壓延時壓力起爆自動丟槍裝置方式進行設計：2 077 m對應垂深2 055 m，井斜55度，靜液柱壓力20.13 MPa，扣除溫度影響后單個剪切銷剪切強度為3.7 MPa，裝剪切銷數(shù)8只，設計引爆壓力：P=3.7×8-20.13=9.47 MPa，自動丟槍延時裝置為6分鐘，下完射孔管柱（表2）校深結(jié)束后，調(diào)整管柱，然后油管內(nèi)加壓至15 MPa，卸壓為0 MPa，延時5分30秒后槍響，震動明顯，觀察環(huán)空液面正常，上提射孔管柱，管柱內(nèi)無水帶出（說明管柱內(nèi)外已溝通），提出全部射孔管柱，自動丟槍裝置工作正常，射孔槍丟入井底，下生產(chǎn)管柱，地層產(chǎn)液，證實了丟槍裝置應用成功。

5 結(jié)論及建議

1）自動丟槍裝置的改進、優(yōu)化，提高了射孔丟槍作業(yè)可靠性和安全性，填補了國內(nèi)小井筒復雜工況下自動丟槍裝置成功的案例，從而為公司進入中東油井后期射孔測試生產(chǎn)作業(yè)服務奠定了基礎。

2）通過射孔槍串可通過性幾何分析模型和三維井眼環(huán)境射孔槍串力學分析模型研究，清晰了具體施工井射孔槍串可下入依據(jù)，提升了射孔槍串落入預定位置的可靠性。

3）對解決生產(chǎn)射孔完井一體化難題具有現(xiàn)實意義。

4）該新技術(shù)能夠簡化作業(yè)工藝，縮短作業(yè)周期，節(jié)約生產(chǎn)成本，建議加大推廣力度，開拓新的石油工程服務市場。

表1 射孔槍裝彈設計Table 1 Perforating gun reload design

表2 射孔管柱Table 2 Perforated string

[1]袁吉誠.中國射孔技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].測井技術(shù)，2002，26（5）：421-425.

[2]古廣欽.我國射孔技術(shù)發(fā)展的回顧與展望[J].測井技術(shù)，1992， 16（2）：89-94.

[3]牛超群、張金玉.油氣井完井射孔技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1994.

[4]陸大衛(wèi).油氣井射孔技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2012.

（編輯：尹淑容）

Research on optimization and application of automatic gun release device

Cai Lyuzhong
(Well-Known Well Testing Co.,Ltd.,East China Oilfield Service Corporation Nanjing,SINOPEC,Nanjing,Jiangsu 210019,China)

∶Due to the complicated wellbore conditions,when the integration operation for perforating,test,completion,production was applied,the problems emerged,for instance,gun cannot be released after perforating,gun was released early than the schedule and the released gun cannot reach the bottom.This paper analyzed the above problems,put forward technical methods for the de?vice improvement and the process optimization,carried out indoor simulation test and field application.Finally,a complete and reli?able set of gun release device and perforating techniques come into being which suit to perforating,test,completion,production op?eration in most kinds of complicated wellbore conditions.It elevates the competitiveness at home and abroad on perforating,test, completion,production operations.

∶perforation completion,gun release device,process optimization

TE257.1

A

2015-01-16。

蔡履忠（1968—），男，工程師，國內(nèi)外修井、測試項目管理和技術(shù)研究。