全通徑射孔工藝技術(shù)應(yīng)用研究

唐 凱,羅苗壯,陳 鋒,陳華彬,任國輝

(中國石油集團川慶鉆探工程有限公司測井公司,重慶400021)

全通徑射孔工藝技術(shù)應(yīng)用研究

唐 凱,羅苗壯,陳 鋒,陳華彬,任國輝

(中國石油集團川慶鉆探工程有限公司測井公司,重慶400021)

全通徑射孔工藝技術(shù)是在射孔后整個射孔管柱形成與油管直徑相當(dāng)?shù)耐◤?不需提出管柱或丟槍就可完成生產(chǎn)測井、增產(chǎn)措施等后續(xù)作業(yè)。介紹了全通徑射孔工藝技術(shù)的7項應(yīng)用技術(shù):與一次性完井管柱聯(lián)作;與酸化(加砂)壓裂聯(lián)作;與復(fù)合射孔技術(shù)聯(lián)作;用于欠平衡條件井射孔;用于大斜度老井補孔作業(yè);作為負壓閥實現(xiàn)負壓射孔;代替隔板傳爆裝置實現(xiàn)環(huán)保射孔作業(yè)。分析了四川油田、塔里木油田等4口井的實際應(yīng)用情況?，F(xiàn)場應(yīng)用表明,該技術(shù)能降低儲層傷害,保護油氣產(chǎn)層,縮短試油周期,提高完井效率,為油氣田的勘探開發(fā)提供了有效的射孔完井方法。

全通徑射孔;酸化壓裂;加砂壓裂;大斜度井;復(fù)合射孔

0 引 言

全通徑射孔是采用油管將全通徑射孔器材及配套井下工具輸送到目的層位,起爆射孔后,將射孔器材的附件全部丟掉,整個管柱形成與油管直徑相當(dāng)?shù)耐◤?不需提出管柱或丟槍作業(yè)就可完成生產(chǎn)測井、增產(chǎn)措施等后續(xù)作業(yè),也可直接作為完井生產(chǎn)管柱的一項技術(shù)[1]。

為了節(jié)約試油時間,提高完井效率,射孔完井技術(shù)已從單一的射孔作業(yè)發(fā)展到與后續(xù)施工聯(lián)合作業(yè)。常規(guī)的TCP技術(shù)射孔后,射孔槍管內(nèi)的彈架在射孔彈等火工器材的爆炸沖擊作用下變形扭曲,和射孔彈外殼的碎片一起充填在槍管內(nèi)。另外射孔槍接頭,起爆器等都無法形成有效通道,為滿足后續(xù)作業(yè)要求,常采用的做法有進行丟槍作業(yè),帶槍進行后續(xù)作業(yè),或起出射孔管柱再進行后續(xù)作業(yè)[2]。這些做法存在3個方面的不足:①要進行丟槍作業(yè),就要多打口袋,增加了鉆井成本;有些地區(qū)由于地層地質(zhì)原因不允許把井鉆得更深以獲得能容納射孔槍的口袋,這樣就不能進行丟槍作業(yè)。②帶槍進行后續(xù)作業(yè)雖能滿足酸化、加砂壓裂等增產(chǎn)措施要求,但不能滿足生產(chǎn)測井的施工要求。③多次起下管柱,達不到保護產(chǎn)層的目的,同時增加作業(yè)成本,延長試油周期。

1 全通徑射孔工藝技術(shù)的應(yīng)用研究

1.1 與一次性完井管柱聯(lián)作

全通徑射孔與一次性完井管柱聯(lián)作(見圖1),不需提出管柱或丟槍作業(yè)就可直接作為完井生產(chǎn)管柱,可完成生產(chǎn)測井等后續(xù)作業(yè)。避免了反復(fù)起下管柱對地層的傷害,提高了生產(chǎn)能力,同時縮短了試油時間,降低了試油成本,增加了施工作業(yè)的安全性。

圖1 全通徑射孔與一次性完井管柱聯(lián)作示意圖

該聯(lián)作管柱中一般采用機械式、插管式等永久封隔器[3],因此采用該聯(lián)作技術(shù)必須考慮封隔器啟動芯子(或坐封球座)的外徑尺寸要小于全通徑射孔器材射孔后形成的通徑,同時也應(yīng)考慮槍串在井下的抗腐蝕條件及生產(chǎn)年限。該技術(shù)工藝特點是管柱采用封隔器完井,射孔槍上部是破裂盤,全通徑壓力起爆器裝在射孔槍的下部,由于破裂盤起爆后能炸成比較小的碎塊,所以這種管柱結(jié)構(gòu)更容易形成全通徑;管柱中可加入投棒(壓力)開孔裝置,防止萬一全通徑射孔失敗,可打開開孔裝置增大篩管的流通面積。

1.2 與酸化(加砂)壓裂聯(lián)作

全通徑射孔與酸化(加砂)壓裂聯(lián)作(見圖2),實現(xiàn)了1趟作業(yè)管柱完成射孔和后續(xù)增產(chǎn)措施2項施工作業(yè)。該聯(lián)作技術(shù)應(yīng)在井筒內(nèi)提供足夠的酸化(加砂)壓裂通道,減小增產(chǎn)措施的施工壓力,降低施工難度。

圖2 全通徑射孔與酸化(加砂)壓裂聯(lián)作示意圖

常規(guī)射孔與酸化聯(lián)作技術(shù)已在四川、塔里木等油田普遍開展。對于四川磨溪氣田的雷口坡氣藏,多采用5 in(非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同)尾管完井,加之射孔井段長達百米,沒有足夠的口袋滿足丟槍,造成89型射孔槍與5 in尾管之間的間隙小、摩擦阻力大。假設(shè)采用膠束酸或膠凝酸,注酸排量為4 m3/min,套管內(nèi)徑108 mm,射孔后的射孔槍外徑94 mm,射孔槍長度取100 m,經(jīng)計算得摩擦阻力分別為4 M Pa和2.8 M Pa。這樣高的摩擦阻力就有可能造成射孔層位的下半段得到較少的酸甚至得不到酸。因此,在雷口坡氣藏,常規(guī)射孔與酸化聯(lián)作技術(shù)不適用,不能滿足酸化壓裂要求。采用全通徑射孔與酸化聯(lián)作技術(shù),酸化時槍管內(nèi)外都可進酸,減少了注酸的摩擦阻力。同時,管柱內(nèi)成全通徑,不用丟槍也能實現(xiàn)生產(chǎn)測井作業(yè)。該技術(shù)工藝特點是射孔槍上部是破裂盤,管柱中使用 Y344型酸化封隔器,替液后瞬時加大排量啟動封隔器或投球加壓啟動封隔器,加大泵壓起爆,在起爆的同時射孔槍成全通徑,同時酸液通過篩管和槍管內(nèi)部注入地層。

射孔與加砂壓裂聯(lián)作時,由于砂濃度較高,加砂摩擦阻力大,所以在常規(guī)射孔-加砂壓裂聯(lián)作時,一般采取射孔后丟槍再進行加砂壓裂的聯(lián)作模式。但是,當(dāng)井況條件不滿足丟槍要求,全通徑射孔與加砂壓裂聯(lián)作就能解決這一問題。一方面采用全通徑射孔槍可以提供更大的加砂通道,如127 mm套管(內(nèi)徑Φ108 mm)使用89型全通徑射孔槍進行射孔,可以提供的流通面積為5.31×10-3m2,而常規(guī)射孔槍帶槍進行加砂壓裂,提供的流通面積為2.94× 10-3m2,增加了44.6%的流通面積;另一方面對于常規(guī)加砂壓裂,射孔形成的裂縫不能得到充分利用,在進行加砂壓裂時射孔裂縫有的已經(jīng)閉合,從而增加了施工難度。而采用聯(lián)作技術(shù)在射孔的同時就進行加砂壓裂,避免了射孔裂縫的閉合,降低了施工壓力。該技術(shù)工藝特點是聯(lián)作時攜砂液不僅從篩管,而且通過射孔槍上的孔眼擠入地層,所以射孔時盡量選擇會使槍上孔眼大的射孔彈。

1.3 與復(fù)合射孔技術(shù)聯(lián)作

隨著低孔隙度、低滲透率、致密巖性的油氣層比例的增加,并且該類儲層性質(zhì)差,勘探開發(fā)難度大,采用常規(guī)射孔技術(shù)很難取得理想的效果。因此,可以采用全通徑射孔與復(fù)合射孔技術(shù)聯(lián)作(作業(yè)管柱見圖3),利用復(fù)合射孔在射孔孔眼周圍形成多徑向裂縫,溝通井筒近井地帶的天然裂縫,改善油氣流通通道[4],同時全通徑射孔為后續(xù)作業(yè)提供了足夠通道,為這類非常規(guī)油氣藏提供了一種新的射孔完井方法。

圖3 全通徑與復(fù)合射孔聯(lián)作示意圖

1.4 用于欠平衡條件井

欠平衡條件井要求從鉆井到射孔完井整個過程采用不壓井作業(yè),以氮氣等惰性氣體為介質(zhì),采用欠平衡技術(shù)鉆井,不固井,然后進行負壓射孔。傳統(tǒng)的射孔方法已不能滿足全過程的負壓作業(yè)。常規(guī)WCP是在壓井液壓井的正壓條件下射孔施工作業(yè),常規(guī)TCP雖然能夠滿足不壓井射孔,但無法滿足射孔后不壓井取槍的要求,而全通徑射孔技術(shù)則可以實現(xiàn)從負壓射孔到增產(chǎn)措施、完井投產(chǎn)的全過程不壓井作業(yè)[5]。

對油氣產(chǎn)量較高、射孔井段較長、射孔槍與套管間隙較小的井,用普通射孔槍不能滿足流量和取槍的需要,全通徑射孔能有效解決這一問題(見圖4)。該技術(shù)工藝特點是射孔管柱不帶篩管,強行通過井口旋轉(zhuǎn)防噴器將射孔槍下入井筒內(nèi);為實現(xiàn)負壓射孔,采用在環(huán)空內(nèi)氮氣加壓方式起爆射孔槍;負壓射孔后產(chǎn)層套管和射孔槍均形成篩管,油氣從套管和全通徑槍內(nèi)產(chǎn)出。

圖4 全通徑射孔用于欠平衡條件井示意圖

1.5 用于大斜度老井補孔作業(yè)

在大斜度老井中進行補孔,油管、套管不能溝通,只能采用油管加壓的方式。過去一般采用壓力起爆開孔裝置來滿足生產(chǎn)或壓井取心射孔管柱,現(xiàn)采用全通徑管柱,可代替壓力起爆開孔裝置,增大油氣的流通面積,便于生產(chǎn)。圖5為全通徑射孔用于大斜度老井補孔示意圖。

該技術(shù)工藝特點是采用全通徑起爆器后,起爆后槍上的孔眼成篩管,與油管溝通。如果射孔管柱只用作再射孔的目的,只需上面第1支槍上部的傳爆組件為可炸碎結(jié)構(gòu),第1支槍管與油管溝通即可。

1.6 用做負壓閥

為實現(xiàn)負壓射孔,施工前要用氮氣循環(huán)代替液降液面,采用全通徑射孔則避免了這一麻煩,省時、省工還節(jié)省了費用。工藝特點是用做負壓閥時全通徑管柱要帶卡瓦式封隔器但不用篩管。下井時由于油管、套管不通,套管中的井液進不到油管中,可按設(shè)計的負壓往油管灌水。(投棒)射孔后,射孔槍即成篩管。

圖5 全通徑射孔用于大斜度老井補孔示意圖

1.7 實現(xiàn)環(huán)保作業(yè)

當(dāng)有夾層時,射孔后取出管柱,井液會流到井臺和井場上,不僅清理麻煩,還易造成環(huán)境污染。使用全通徑射孔則會避免這一情況,可代替隔板傳爆裝置的作用。工藝特點是使用全通徑射孔槍,射孔后夾層槍與上、下槍管溝通,取槍管時夾層槍內(nèi)的井液會從其下面的槍管孔眼中流回到井中而不會流到井臺上。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 YT1-×井應(yīng)用情況

中國石油川慶鉆探工程有限公司測井公司已成功將全通徑射孔與一次性完井管柱聯(lián)作、與酸化(加砂)壓裂聯(lián)作等工藝技術(shù)應(yīng)用于四川、塔里木等油田,并取得了較好的作業(yè)效果。

YT1-×井屬塔里木油田西氣東輸項目的重點開發(fā)井,采用 Ф89 mm全通徑射孔槍分別對下第三系和白堊系儲層進行一次性射孔完井作業(yè)(帶M HR永久式封隔器)。為實現(xiàn)整個管柱全通徑, M HR永久式封隔器不能采用傳統(tǒng)投球憋壓的坐封方式,該井是采用在坐落短節(jié)中下入堵塞器,再加壓坐封的方式。射孔槍上部裝有隔離射孔槍和井內(nèi)液體的破裂盤,全通徑壓力起爆器裝在射孔槍的下部。

該井封隔器坐封后進行油管加壓起爆全通徑射孔槍,壓力加至18 M Pa快速回0,之后井口油壓迅速攀升,說明點火成功。啟用2條放噴管線放噴點火,井口壓力仍高達50 M Pa。射孔后下Ф50 mm通徑規(guī)檢驗射孔槍的通徑情況,能順利下過射孔槍,說明起爆器芯子、射孔彈及傳爆組件等碎屑已全部落到井底口袋中,射孔槍形成通徑良好,能滿足生產(chǎn)測井要求。經(jīng)測試 YT1-×井單井日產(chǎn)氣超過40× 104m3,是該區(qū)塊產(chǎn)量較高的1口井。

2.2 Y×井應(yīng)用情況

Y×井位于四川安岳縣岳源鄉(xiāng)石歸村3組,安岳地區(qū)岳源鄉(xiāng)中三疊統(tǒng)侵蝕面高點頂部,是該構(gòu)造須家河組氣藏的1口預(yù)探井,完鉆層位雷口坡組,完鉆井深2 353.0 m。

該井用Φ73 mm油管帶封隔器和全通徑射孔槍進行射孔加砂聯(lián)作。封隔器下入井深2 246.11 m。施工前先進行低替基液9.9 m3再坐封封隔器,之后進行憋壓射孔,射孔后直接進入高擠前置液。投球憋掉封隔器啟動接頭芯子后進行正常加砂施工。共擠入井筒液量202.07 m3,擠入地層液量192.17 m3,其中壓裂基液6.31 m3,前置液101.19 m3,攜砂液84.67 m3;加入30/60目陶粒16.57 m3(29 t),施工排量2.55 m3/min;高擠階段施工泵壓一般59.6～62.4 M Pa,最高64.5 M Pa,高擠時間88 min,最高砂濃度483 kg/m3(見圖6)。從圖6可見,整個施工過程順利,取得較好的作業(yè)效果。該井與鄰井相比,降低破裂壓力10%左右。解除了地層堵塞,并且形成高導(dǎo)流能力的填砂裂縫,為油氣流通提供高導(dǎo)流能力的流動通道,提高了井口產(chǎn)能。

圖6 Y×井壓裂施工曲線

2.3 BQ×××井應(yīng)用情況

BQ×××井采用5 in套管完井,射孔跨度320 m,射厚40 m,為河包場中三疊統(tǒng)侵蝕面鼻狀構(gòu)造軸部西北翼的1口探井,是以氮氣為介質(zhì),采用欠平衡技術(shù)鉆的井,對須二、須四層位進行射孔試油。在井口帶壓情況下,下入320 m 89型全通徑射孔槍及壓力起爆器,用氮氣加壓到8.7 MPa,一次起爆成功。

起爆后油壓迅速上升,說明油套已溝通,射孔槍已形成了長的篩管,為后續(xù)施工提供足夠的通道。經(jīng)測試,產(chǎn)油19 t/d,產(chǎn)氣3.77×104m3/d,而該井鄰近井同產(chǎn)層且儲層參數(shù)相當(dāng)?shù)陌鼫\13井的測試產(chǎn)量為1.55×104m3/d,施工效果明顯。

2.4 WBQ2-×井應(yīng)用情況

WBQ 2-×井是四川油氣田重點開發(fā)井,位于宣漢縣五寶鎮(zhèn)。該井井況復(fù)雜,施工風(fēng)險大,井斜度為34.78°,同時下面一層已經(jīng)射孔有天然氣,并存在井漏現(xiàn)象。此外射孔井段長達245 m,不允許射孔后丟槍。油公司要求采用既可帶壓射孔又能一次性完井的射孔管柱。該井是油管加壓,全通徑壓力起爆器只能放在射孔槍的上部;管柱中投棒開孔裝置為備用,若射孔失敗代替篩管取管柱用。

該井進行油管加壓起爆,壓力顯示13 M Pa快速回零,點火成功,起爆之后井口油壓迅速上升,之后啟用2條放噴管線點火放噴,井口仍有8 M Pa的壓力存在。該井測試產(chǎn)量產(chǎn)能達65×104m3/d,是該區(qū)塊產(chǎn)量最高的1口井。這么高的產(chǎn)能與全通徑射孔槍形成的245 m長篩管的流通性能良好有關(guān)。

3 結(jié)論與認識

(1)全通徑射孔工藝技術(shù)實現(xiàn)了與一次性完井管柱聯(lián)作、與酸化(加砂)壓裂聯(lián)作、與復(fù)合射孔技術(shù)聯(lián)作,能滿足生產(chǎn)測井、欠平衡條件井、大斜度老井需補孔井的施工要求,可作為負壓閥實現(xiàn)負壓射孔,同時,也可代替隔板傳爆裝置實現(xiàn)環(huán)保射孔作業(yè)。

(2)本文敘述的7項應(yīng)用技術(shù),能滿足地質(zhì)和工程2個方面的需求,并在現(xiàn)場應(yīng)用中取得較好的作業(yè)效果。

(3)該技術(shù)只能在直井、大斜度井內(nèi)作業(yè),還不能很好解決水平井射孔作業(yè)。

(4)該技術(shù)不需提出射孔作業(yè)管柱或丟槍作業(yè)就可完成后續(xù)作業(yè),降低儲層傷害,保護了油氣產(chǎn)層,縮短試油周期,提高完井效率。

[1] 袁吉誠,唐 凱,羅苗壯,等.全通徑射孔應(yīng)用技術(shù)研究[J].測井與射孔,2007,2:77-80.

[2] 陳 鋒,唐 凱.全通徑射孔與加砂壓裂聯(lián)作技術(shù)及其應(yīng)用[J].天然氣工業(yè),2008,11:56-58.

[3] 萬仁溥.現(xiàn)代完井工程 [M].2版.北京:石油工業(yè)出版社,2000.

[4] 李道品.低滲透油田高效開發(fā)決策論[M].北京:石油工業(yè)出版社,2003:235-238.

[5] 陳 鋒,姜德義,唐 凱,等.欠平衡鉆井條件配套的射孔工藝技術(shù)[J].測井技術(shù),2006,30(1):22-24.

Application of Full-bore Perforation Technology

TANG Kai,LUO M iaozhuang,CHEN Feng,CHEN Huabin,REN Guohui
(Well Logging Company,CNPC Chuanqing Drilling&Exploration Engineering Corporation,Chongqing 400021,China)

Full-bo re perfo rating technology allow s carrying out p roduction logging,p roduction incrementmeasures and other follow-up operationsw ithout pulling out string o r dropping perforating gun,because the entire operating string fo rm ing path is equivalent to tubing inner diameter after perforation.Introduced are seven app lications of this technology:combination operation w ith one-time comp letion string,combination operation w ith acidification(sand-up)fracturing, combination operation w ith composite perforating technology,in under-balanced well perfo ration, in high-deviated old w ell re-perfo ration,being valve fo r negative p ressure perfo rating and rep lacing clapboard exp losive devices to realize environmental p rotection perforating.Analyzed are the p ractical app lications in 4 w ells from Sichan oilfield and Tarim oilfield.Field app lications show that the technology can reduce formation damages,p rotect oil and gas p roduction levels,shorten testing time,imp rove the w ell-comp letion efficiency and p rovide an effective perfo rating method for oil and gas field exp loration and development.

full-bo re perfo rating,acidification fracturing,sand-up fracturing,high-deviation well,composite perforating

1004-1338(2010)05-0496-05

TE257.1

A

唐 凱,男,1975年生,高級工程師,長期從事射孔工藝研究工作。

2010-02-08 本文編輯 王小寧)