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        多級(jí)負(fù)壓點(diǎn)火射孔技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)案例

        2020-04-30 15:45:02
        關(guān)鍵詞:銷釘環(huán)空射孔

        (中海油能源發(fā)展股份有限公司上海工程技術(shù)分公司,上海 200335)

        0 引言

        射孔作業(yè),即利用火工器材或其他能源的能量射開(kāi)套管、水泥環(huán)和地層,溝通油、氣流通道的井下作業(yè)。它是油氣田在勘探、開(kāi)發(fā)過(guò)程中不可缺少的技術(shù)。在勘探時(shí),通過(guò)鉆井、錄井和測(cè)井發(fā)現(xiàn)油層之后,必須下套管射孔后進(jìn)行試油,以確定該油層有無(wú)工業(yè)開(kāi)采價(jià)值。油田開(kāi)發(fā)中的生產(chǎn)井,進(jìn)行完井作業(yè)也必須先射孔,然后才能進(jìn)行防砂、下生產(chǎn)管柱、下泵等其他采油、注水等作業(yè)。

        在油氣田在開(kāi)發(fā)過(guò)程中,如果調(diào)整了開(kāi)發(fā)方案,往往須進(jìn)行補(bǔ)孔,以保持油氣田的產(chǎn)量。隨著射孔技術(shù)、采油技術(shù)的發(fā)展以及我國(guó)各大油田在勘探開(kāi)發(fā)工作中的經(jīng)驗(yàn)積累,石油工作者越來(lái)越重視射孔技術(shù),我國(guó)的射孔技術(shù)有了飛速的發(fā)展,取得了很大的成績(jī)。

        負(fù)壓射孔是目前最好的射孔方式。過(guò)油管射孔只有第一槍才可以構(gòu)成負(fù)壓。第二槍開(kāi)始為等壓射孔。由于井口防噴裝置長(zhǎng)度的限制,過(guò)油管射孔每次下井的槍長(zhǎng)度有限,只射一槍的井很少,所以過(guò)油管射孔不能滿足負(fù)壓射孔的要求。只有油管輸送射孔(TCP)才能滿足負(fù)壓射孔的各種要求。

        TCP 負(fù)壓射孔[1]通過(guò)油管或鉆桿輸送射孔槍進(jìn)行射孔作業(yè),是目前廣泛應(yīng)用的射孔技術(shù)。負(fù)壓射孔是通過(guò)在管柱內(nèi)形成負(fù)壓,鉆桿或油管內(nèi)的完井液液柱壓力低于地層壓力的條件下射開(kāi)油氣層,并利用地層壓力清理射孔殘?jiān)退樾?,防止壓井液進(jìn)入地層,起到保護(hù)地層的目的。

        在長(zhǎng)夾層大跨度井和水平井長(zhǎng)井段中,目前一般采用多級(jí)分段點(diǎn)火射孔,實(shí)現(xiàn)負(fù)壓射孔。即在射孔槍上下安裝多級(jí)點(diǎn)火頭,防止長(zhǎng)導(dǎo)爆索斷爆,提高一次射孔成功率。

        1 背景

        東海殘雪平臺(tái)采用平臺(tái)修井機(jī)進(jìn)行某7 井完井作業(yè),由于該井射孔段跨度較大,毛射孔段超過(guò)400 m,純射孔段52.4 m,中間夾層槍較長(zhǎng),最大跨度達(dá)到190.8 m,為避免較長(zhǎng)導(dǎo)爆索發(fā)生斷爆情況,同時(shí)最大限度的保護(hù)油氣層,防止射孔后的殘?jiān)蛪壕哼M(jìn)入地層造成污染,所以采用多級(jí)點(diǎn)火環(huán)空加壓的負(fù)壓射孔方式。

        2 主要工具原理

        負(fù)壓開(kāi)孔裝置如圖1 所示,該裝置是一種在射孔完井作業(yè)中建立負(fù)壓的裝置。下井過(guò)程中,油管與套管壓力隔離。封隔器座封后,地面環(huán)空加壓,作用在裝置滑套上,至預(yù)定壓力,滑套推動(dòng)剪切組件上行,到位后鎖死。此時(shí),生產(chǎn)孔打開(kāi),封隔器以下環(huán)空與該裝置以上油管連通,形成負(fù)壓。繼續(xù)加壓,引爆壓力延時(shí)點(diǎn)火頭,完成負(fù)壓射孔。使用該裝置可以在射孔槍上連接壓力延時(shí)點(diǎn)火頭。

        點(diǎn)火頭也叫起爆裝置,一般來(lái)講聚能射孔的全過(guò)程是撞擊式雷管被引爆經(jīng)過(guò)傳爆、導(dǎo)爆最終使射孔彈釋放出其全部能量形成高壓、高速射流射穿目的靶。而引發(fā)這一系列爆轟波的產(chǎn)生,傳遞的源頭是撞擊式雷管被引爆。我們把能使撞擊式雷管引爆的裝置叫做點(diǎn)火頭。它是TCP 射孔的關(guān)鍵部件。點(diǎn)火頭的2 個(gè)主要部件是擊針和雷管室。其動(dòng)作原理是擊針受力,離開(kāi)銷釘位置并以6~8磅·尺的力砸向雷管,使雷管產(chǎn)生爆轟。根據(jù)擊針?biāo)芡饬τ袡C(jī)械的和液壓的2 種狀況,我們將點(diǎn)火頭分為兩類。1)機(jī)械點(diǎn)火頭。2)壓力點(diǎn)火頭,而又常把壓力點(diǎn)火頭分為環(huán)空壓差和全承壓式2 種。出于作業(yè)安全、保障負(fù)壓、井下復(fù)雜情況,確保一次成功等多種因素的考慮,又派生出多種點(diǎn)火頭,如安全機(jī)械點(diǎn)火頭、壓力延時(shí)點(diǎn)火頭、(火藥延時(shí)和液壓延時(shí))壓差式點(diǎn)火頭、雙引爆點(diǎn)火頭等。

        RTTS 封隔器,用于測(cè)試、措施和擠水泥作業(yè)的全通徑卡瓦型封隔器。全通徑可以最小壓降泵注大的排量。通過(guò)正轉(zhuǎn)下壓坐封、上提解封;并可通過(guò)油管射孔槍,一次起下鉆可進(jìn)行多種作業(yè)。如射孔、測(cè)試、擠注、補(bǔ)孔。

        R/A 短節(jié)又名同位素短節(jié),下井時(shí)內(nèi)裝放射性元素 Co60,用于TCP 射孔作業(yè)校正射孔深度,通過(guò)下入電纜進(jìn)行較深,以確保射孔作業(yè)的精度。

        3 風(fēng)險(xiǎn)案例介紹

        多級(jí)點(diǎn)火環(huán)空加壓射孔方式的特點(diǎn)是在兩段射孔槍的上下均安裝點(diǎn)火裝置[2],在校深和坐封封隔器等射孔前準(zhǔn)備工作之后,進(jìn)行環(huán)空加壓,壓力通過(guò)環(huán)空加壓旁通接頭進(jìn)入中心管,穿越封隔器,經(jīng)多級(jí)負(fù)壓開(kāi)孔裝置[3]下接頭的傳壓孔傳遞到封隔器以下的環(huán)空,使壓力從封隔器以上環(huán)空傳遞到封隔器以下環(huán)空,使環(huán)空壓力作用在各個(gè)點(diǎn)火頭上。環(huán)空加壓點(diǎn)火示意圖,傳壓孔關(guān)閉測(cè)試孔打開(kāi)后示意圖。

        在加壓的過(guò)程中一次激發(fā)所有點(diǎn)火頭,在點(diǎn)火頭火藥延時(shí)期間,環(huán)空繼續(xù)加壓至滑套,剪切銷釘剪斷壓力,滑套向上位移,關(guān)閉傳壓孔、打開(kāi)測(cè)試孔,從而形成返排通道,此時(shí)封隔器以下環(huán)空和鉆桿內(nèi)部連通,鉆桿內(nèi)液柱壓力小于地層壓力,從而形成負(fù)壓,射孔槍由于延時(shí)火藥[4]的作用,在形成負(fù)壓后射孔槍進(jìn)行射孔。

        該井射孔管柱共下入四級(jí)點(diǎn)火頭,根據(jù)點(diǎn)火頭的安裝深度計(jì)算地面加壓值,見(jiàn)表1。

        射孔準(zhǔn)備工作完成后,開(kāi)始環(huán)空加壓,對(duì)壓井泵緩慢加壓到1 800 psi 后開(kāi)始計(jì)時(shí),約4 min 后加壓至2 300 psi左右時(shí)管柱震動(dòng),環(huán)空壓力隨即突然降至0,隨后管柱第二次震動(dòng)。

        兩次管柱震動(dòng)為兩段射孔槍起爆,從圖2 結(jié)構(gòu)中可看出,在負(fù)壓開(kāi)孔裝置的滑套動(dòng)作后,傳壓孔[5]關(guān)閉,測(cè)試孔打開(kāi),此時(shí)封隔器以上環(huán)空壓力到此滑套處后被封死,此時(shí)環(huán)空處于密封狀態(tài),因此在環(huán)空壓力打上去后,環(huán)空壓力不該有明顯改變,尤其是環(huán)空壓力突然降到了0,更是非正常現(xiàn)象。

        在確認(rèn)射孔后,再次環(huán)空加壓能夠起壓并加壓至3 500 psi,打開(kāi)RD 循環(huán)閥[6],循環(huán)壓井。

        循環(huán)結(jié)束后,起射孔管柱中至井口,檢查發(fā)現(xiàn)多級(jí)負(fù)壓開(kāi)孔裝置滑套剪切銷釘已剪斷,狀態(tài)正常。

        表1 點(diǎn)火頭及負(fù)壓開(kāi)孔裝置銷釘計(jì)算

        3 原因分析

        第一槍響后壓力下降,如果后面不能再起壓,那么RD循環(huán)閥將不能打開(kāi),管柱將無(wú)法建立循環(huán),這種情況非常危險(xiǎn)。

        環(huán)空加壓過(guò)程中壓力先傳遞到封隔器以下環(huán)空,當(dāng)滑套位移時(shí)傳壓孔關(guān)閉,壓力也不會(huì)外泄。唯一的可能性就是,環(huán)空加壓過(guò)程中,當(dāng)?shù)谝粯岦c(diǎn)火時(shí)滑套還未動(dòng)作,此時(shí)井筒與地層處于溝通狀態(tài),壓力傳入地層造成壓力突降。

        第二次環(huán)空加壓可以起壓,原因是在第一次加壓的過(guò)程中,已接近負(fù)壓開(kāi)孔裝置滑套銷釘?shù)募羟兄担谏淇椎囊凰查g還未剪切但已無(wú)限接近剪切值,在射孔導(dǎo)致的管柱震動(dòng)以及壓力激動(dòng)的作用下,銷釘剪切,關(guān)閉了傳壓孔打開(kāi)了測(cè)試孔。

        4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

        在環(huán)空多級(jí)加壓點(diǎn)火方式射孔的過(guò)程中,環(huán)空加壓時(shí),可以緩慢開(kāi)始打壓,當(dāng)壓力達(dá)到點(diǎn)火頭最小點(diǎn)火壓力后,要迅速將壓力加至多級(jí)負(fù)壓開(kāi)孔裝置滑套動(dòng)作壓力,保證滑套在射孔前動(dòng)作。

        根據(jù)井況盡量少選擇或不選擇環(huán)空多級(jí)加壓點(diǎn)火方式射孔,如果作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)了測(cè)試孔打開(kāi)前射孔,那么就無(wú)法建立循環(huán)通道,后果將不堪設(shè)想。

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