水平井射孔技術

賀紅民 吳少威 王志興 王高科

(中國石油測井有限公司長慶事業(yè)部 陜西高陵)

水平井射孔技術

賀紅民 吳少威 王志興 王高科

(中國石油測井有限公司長慶事業(yè)部 陜西高陵)

隨著油田開發(fā)的深入發(fā)展,水平井開采呈日趨上升之勢,射孔作為油氣田勘探開發(fā)中的主要完井方法,其工藝技術也需要不斷跟進完善。文章通過對長慶油田近幾年的水平井射孔施工進行了分析,為射孔器的相位設計、起爆方式選擇、校深定位以及施工注意事項提供了參考依據。

水平井射孔;相位角;增壓裝置

0 引 言

水平井射孔是通過油管輸送的方式來實現(xiàn)的。直井油管輸送射孔時,定位短接通常連接在工藝器材上方三、四根油管處。校深時,通過一次伽馬-磁定位校深就可以確定射孔器的井深位置。但在水平井段,由于校深儀器不能下到水平井段或大斜度井段,這樣就必須通過連接兩個定位短接并通過兩次校深來實現(xiàn)射孔器定位。另外,根據地質及工程需要,水平井射孔器相位的選擇,對以后的出油效果會造成較大影響,特別是如何實現(xiàn)跨距大、多層油藏同時打開,是水平井射孔的技術要點。如果這一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,將造成很大的人力、物力資源浪費。本文將以上問題進行細致剖析,為水平井射孔施工提供理論依據。

1 射孔器相位的設計[1]

最初的水平井射孔是全方位的。由于處在井壁上方的穿孔“俗稱開天窗”存在著生產過程中井筒頂面出砂嚴重而影響后續(xù)防砂作業(yè),甚至在開采過程中因頂面地層坍塌影響生產的弊端,人們在實踐中逐步將水平井射孔完善為水平井定向射孔技術。水平井射孔定向方式分為外定向和內定向兩種,都是利用重力垂直于地心的原理,在水平段由滾動軸承和配重塊組成的轉動系統(tǒng)在重力作用下帶動射孔槍身轉動到既定方位,不需要專門的儀器定位。

水平井、大斜度井定向射孔,根據工程條件的需要主要考慮控砂、邊水突進、底水上竄和井眼軌跡等幾個方面的問題。根據不同的工程需求,采用不同的定方位選擇。一般情況下,水平井射孔都采用低平方向,即水平兩側,目的是使射孔后沿孔眼展開的裂縫始終在儲層內延伸,以防頂部落砂垮塌和底水錐進。

對于邊水地層,為了防止水淹速度過快,應避免180°方向射孔。

對于井眼軌跡在油層中的位置,我們根據以下幾種情況進行選擇:

1)井眼軌跡在油層中部時,射孔方向采用水平、水平兩側向下30°和向上30°共6個方位(↖↗←→↙↘);

2)井眼軌跡靠近油層下部時,射孔方向采用水平兩側向上30°2個方位(↖↗);

3)井眼軌跡靠近油層上部時,射孔方向采用水平兩側向下30°2個方位(↙↘)。

2 長距離段爆轟壓力的傳遞[2]

油管輸送射孔中,如果兩個射孔層位間的夾層段過長,用射孔槍來串接射孔器既浪費資源,又不能確保爆轟波可靠傳遞。如果把夾層段的射孔槍用油管代替將會消除以上不利因素。

將夾層段的射孔槍用油管來代替涉及能量的轉換,夾層段用射孔槍串接,依靠的是爆轟波傳遞爆轟能量,夾層槍用油管代替,就需要增添增壓裝置以及壓力起爆裝置。爆轟能量通過增壓裝置轉變?yōu)闄C械動能,然后又通過壓力起爆裝置轉變?yōu)楸Z能量使得下一級射孔器起爆。

2.1 增壓裝置的工作原理

增壓裝置上接射孔槍,下接夾層油管。在下管串過程中,壓井液通過特制篩管進入夾層油管中,當管串到位時,夾層油管內已充滿壓井液。初級起爆器起爆后,射孔槍將爆轟波傳遞至增壓裝置,并通過增壓裝置內的復合點火具的能量轉化點燃主裝復合藥,在本體燃燒室內瞬間產生高溫、高壓氣體,將本體下部活塞推出,高壓氣體泄放到夾層油管內。由于夾層油管內充滿壓井液,根據液體具有不可壓縮的特性,壓井液將裝置泄放的氣體壓力瞬間傳遞到下一級壓力起爆器上。裝置產生的輸出壓力在距離100 m處可產生20 MPa～25 MPa的壓力差,大大高于壓力起爆器安全銷剪斷壓力。因此,壓力起爆器起爆發(fā)火,完成下一層射孔作業(yè)。

需要注意的是增壓裝置適用夾層不能超過100 m,如果夾層跨距大于100 m,產生的壓力差將可能滿足不了要求,所以必須在夾層中間再增加一套增壓裝置與壓力起爆裝置,這樣才能確保壓力穩(wěn)定傳遞。

2.2 特制篩管

分為大孔篩管和小孔篩管,位于夾層油管的兩端,在過夾層工藝管串中特制篩管的作用有以下幾點:

1)在下井過程中,自動將夾層油管內充滿井液;2)將增壓裝置產生的多余氣體及時泄放,避免損壞管串;

3)將增壓裝置所產生高溫高壓氣體的泄放主通道引向次級壓力起爆器,即大孔篩管方向。

2.3 使用注意事項

1)此工藝不適合于稠油井,大小篩管孔眼容易被堵;

2)不適合于直徑變化大的管串射孔作業(yè),產生的壓力差在直徑變化大的管串處會明顯下降;

3)為防止油管變形,夾層油管必須采用加厚油管。

3 水平井射孔校深方式[3]

3.1 一次校深

通常,油管輸送射孔采用的定位方式是自然伽馬與磁定位校深定位,方法就是在射孔器上方的油管上連接一根2、3 m長的油管短接作為定位短接,定位短接與射孔器之間的距離(射孔零長s)下井前在地面丈量出來。校深時測出定位短接在井內的位置,再加上射孔零長,就可以判斷出射孔器在井內的位置。同時定位短接與射孔器間的距離不能太遠,避免丈量油管時產生誤差和油管伸長量的累積,以及記錄時發(fā)生重復或遺漏現(xiàn)象。

3.2 兩次校深

水平井校深時,如果水平段與大斜度井段距離短,自然伽馬與磁定位校深儀可以下到定位短接處,則采用連接一個定位短接,并進行一次校深。如果水平井段跨距過大,校深儀器不能測到水平井段或大斜度井段,此時校深定位就需要通過連接兩個定位短接,兩次校深來實現(xiàn)。第一次校深是在兩根短接都在直井段或小斜度井段(確保校深儀器能夠到達),同時兩根定位短接在井內的位置(h1與h2),自然伽馬曲線變化幅度明顯。測出兩根短接在井內的位置后計算出它們之間的距離(L=h1-h2)。第二次校深是在射孔器下到射孔井段處(此時上部的定位短接在直井段,而下部的定位短接已進入水平段),測出上部定位短接的井深位置h。射孔器的位置H=h+L+s。

3.3 校深時注意事項

1)減少繪圖儀走紙誤差

通常繪圖儀走紙都會有一定誤差,即出的圖紙與尺子實際測量的不相符,如果測量段過長,測量的圖紙過長,那么由繪圖儀帶來的誤差就很大。為減少繪圖儀的走紙誤差,就必須將定位短接下到自然伽馬有明顯變化的地方進行校深,以減少測量段(即校深誤差)。

2)減少馬丁代可產生的誤差積累

馬丁代可如果使用時間過久,計量輪就會產生磨損,測算的深度就有一定誤差,如果測量跨距太大,馬丁代可所產生累積誤差將不可忽略。要減小這種誤差就應該使得測量段盡可能短,那么將定位短接下到自然伽馬有明顯變化的地方進行校深就更加合理。

4 施工中的注意事項

4.1 壓力開孔裝置用途

壓力開孔裝置的開孔打開前,油管管串處于封閉狀態(tài)。此時在油管內進行加壓可確保壓力起爆裝置順利起爆。開孔打開后,油管內部與環(huán)空連同在一起,即為油氣流提供了通道,也保證在起油管時,油管內的液體及時得到排放。所以新井投產時,如果井筒內沒有壓力泄露,用開槽管可代替壓力開孔裝置。

4.2 延時起爆裝置用途

1)在新井投產中,如果需要同時對多個層位進行射孔,并且用開槽管代替壓力開孔裝置,就必須在每個射孔器與壓力起爆裝置之間連接一個延時起爆裝置。因為在理論上壓力起爆裝置的剪切值相同,在實際使用時會存在一定誤差。如果不連接延時起爆裝置,加壓過程中,一個壓力起爆裝置先打開,射穿一段地層,造成壓力泄露,將會影響到其他壓力起爆裝置順利起爆。連接上延時起爆裝置,雖然壓力起爆裝置不能同時打開,但不會造成壓力泄露,在延時的那段時間,所有壓力起爆裝置都會依次打開,順利完成一次下井進行多層段射孔任務。

2)如果油管管柱下接壓力開孔裝置進行多層段射孔,那么在下一級射孔器上部接延時起爆裝置便于在加壓點火時地面監(jiān)測。

4.3 盡可能減小油管的伸長量

在密封油管內加壓過程中,有個不可忽略的因素,油管在壓力作用下有一定伸長量,如何減小伸長量?

1)安全值的設計要合理,設計值太小,在下油管中途可能誤爆;設計值太大,井口加壓值也大,油管伸長量就變大。通常水平井壓力安全值的設計是:井深7 2 000 m,P安全值=10 MPa;井深＞2 000 m,P安全值=12 MPa。

2)如果在射孔器上同時接有壓力開孔與延時起爆裝置,那么在加壓過程中,井口加壓到壓力起爆裝置打開需要的最大值時停止加壓,等射孔器全部射孔后再繼續(xù)加壓直到壓力開孔裝置打開。

5 薛××水平井施工簡介

1)基本情況

薛××水平井位處陜北黃土塬,地貌較復雜,該井井深2 661 m,造斜位置在1 600 m。1 750 m處井斜30°,1 900 m處井斜60°,2 060 m處井斜90°,水平井段大約600 m。要求分別對水平段的五個層位射孔,采用射孔器相位是180°與向下120°相位角,孔密16孔/m。每相位4孔,相間布孔,平均分布,射孔器布孔方式如圖1所示。

圖1 薛××井射孔器布孔方式

由于單相位射孔不利于壓裂,同時要進行壓裂加砂,所以采用混相位射孔器,并且相位是180°與向下120°相位角。

2)施工情況

該井與附近的井相比,產量有明顯提高。詳細情況參考表1。

表1 薛＊＊水平井施工情況匯總表

6 結 論

利用增壓裝置與壓力起爆裝置很好的解決了水平井多個層位同時射孔的問題。與連接夾層槍相比較,多級起爆技術不僅省時、省力,而且傳爆更為可靠。另外,射孔時根據地層情況,采用變相位射孔器可以達到一定的增產目的,更適合于油氣田水平井射孔需要,該技術已在長慶油田使用,效果良好。

[1] 陳日儉,朱建新.水平井射孔技術在特殊井況中的應用分析[D].中國科學院上海冶金研究所:材料物理與化學(專業(yè))博士論文,2000

[2] 林玉璽,邵薈郁,張長慶.水平井射孔技術在TZ16-7井的應用[J].油氣井測試,2001,10(4)

[3] 趙士華,刁林濤.大斜度井、水平井再射孔起爆技術及應用[J].石油儀器,2010,24(1)

PI,2010,24(6):29～31

In recent years,along with the further development of oilfield,the horizontal well drilling is increasingly rising,perforating as the main well completion method in oil-gas exploration and development,the technology also need to be continuously perfected.This paper analyzes the perforating construction of Changqing oilfield in recent years,in order to provide the reference to phase design,detonating way selection,deep correction orientation and construction points.

Key words:horizontal well perforation;phase angle;booster device

Technology of the horizontal well perforating.

He Hongmin,Wu Shaowei,Wang Zhixing and Wang Gaoke.

TE257+.1

B

1004-9134(2010)06-0029-03

賀紅民,男,1974年生,工程師,現(xiàn)從事測井射孔工藝研究及測井儀器修理等工作。郵編:710201

2010-05-28編輯:劉雅銘)