長夾層油管輸送射孔工藝在新疆油田的應(yīng)用

曲忠仁，宋杰，張昌美，李守鑫，周緒國

（中國石油西部鉆探工程有限測井公司，新疆 克拉瑪依834000）

長夾層油管輸送射孔工藝在新疆油田的應(yīng)用

曲忠仁，宋杰，張昌美，李守鑫，周緒國

（中國石油西部鉆探工程有限測井公司，新疆 克拉瑪依834000）

隨著油管輸送射孔（TCP）工藝技術(shù)在中國各油田的大量應(yīng)用，長夾層油管輸送射孔井也越來越多。闡述了用油管替代夾層槍射孔工藝中增壓、多級投棒和分級壓力3種引爆方式的技術(shù)原理、特點。在新疆油田31口井長夾層TCP作業(yè)中采用了這3種射孔方式，均一次成功?？偨Y(jié)了3種射孔方式起爆工藝的優(yōu)缺點，認為分級壓力式起爆工藝施工操作簡便，能根據(jù)井況靈活設(shè)計射孔器的起爆順序，是一種比較安全可靠的射孔工藝。

石油射孔；油管輸送射孔；長夾層；增壓；多級投棒；分級壓力；起爆

0 引 言

隨著國內(nèi)各油田對井控、采油工藝及射孔作業(yè)安全性等方面的要求不斷提高［1］，油管輸送射孔（TCP）在射孔作業(yè)中占的比例越來越大。雖然油管輸送射孔工藝具備的優(yōu)點很多［2］，但在油氣田開發(fā)過程中，針對油氣層中油氣分布情況，對油氣井進行有效、合理的開采，需要一次下井將多個油層射開，然后進行測試、酸化、壓裂、采油等井下作業(yè)。當油層間距很長（可達百米以上）時，無法像電纜輸送射孔那樣分次下井避開長夾層。若在夾層段用夾層槍連接則裝槍工作量很大，費時費力成本高，更不利的是夾層槍傳爆環(huán)節(jié)多，操作上的不慎極易造成拒爆，可靠性將降低。用油管替代夾層槍對下面的射孔器另行起爆可以解決以上問題。

北疆地區(qū)油層比較薄，以砂礫巖油層為主，埋藏不深但油層間距較大。進行油管輸送射孔長夾層段幾乎是很多井都遇到的問題。油層總厚不過幾米到30多米，而長夾層則至少有30多米到近百米。用油管替代夾層槍進行TCP作業(yè)必需解決長夾層下面射孔器的起爆才能實現(xiàn)，為此，采用了當前國內(nèi)先進的增壓式、多級投棒式和分級壓力式起爆工藝進行了31口井TCP現(xiàn)場施工作業(yè)，成功率達100%。

1 長夾層油管替代夾層槍TCP起爆工藝原理

1.1 增壓式工藝原理

增壓式利用增壓裝置對射孔管柱夾層段以下的射孔器進行增壓起爆，即通過井口投棒或壓力激發(fā)起爆首部起爆器，上部射孔器下端引爆增壓裝置，增壓裝置對夾層段油管加載一定的壓力，激發(fā)下面的壓力起爆器起爆引爆第2段射孔器，依次延續(xù)，完成射孔管柱的多層射孔。井下射孔管柱（兩級射孔器為例）如圖1所示，一般由井口＋油管＋篩管＋首部壓力（投棒）起爆器＋射孔器＋增壓裝置＋夾層油管＋壓力起爆器＋射孔器＋槍尾組成。

圖1 增壓式長夾層TCP管柱

增壓裝置工作原理：增壓裝置采用隔板起爆、火工作功、液體壓縮增壓。增壓裝置連接在上一級射孔器下部。上一級射孔器起爆后，射孔器將爆轟波傳遞至增壓裝置，引爆增壓裝置的隔板點火器，隔板點火器引燃慢燃增壓火藥，增壓火藥燃燒產(chǎn)生高壓氣體，氣體推動增壓活塞及推桿運動，剪斷剪切銷，推動活塞擠壓夾層油管內(nèi)液體，使夾層油管內(nèi)壓力升高，剪斷壓力起爆裝置的剪切銷，引爆下一級壓力起爆裝置，下一級射孔器起爆，完成下一層射孔作業(yè)。增壓裝置由隔板點火器、增壓火藥、增壓活塞和增壓殼體等組成。

增壓裝置依靠增壓火藥作用推動增壓活塞擠壓夾層油管內(nèi)液體增壓，井液的壓縮量與所增加的壓力成正比，增壓時壓力與體積變化量由式（1）推出

式中，kT為壓縮率，1／Pa；V為夾層油管中井液的初始體積，m3；Δp為井液的壓強變化量，Pa；ΔV為井液的體積變化量，m3。

增壓裝置正常工作時在100 m夾層油管內(nèi)增加壓力大于20 MPa。

1.2 多級投棒式工藝原理

多級投棒式是利用投棒釋放裝置對下一級射孔器進行投棒撞擊起爆的一種工藝。起爆時從井口對首部起爆器加載（投棒或加壓）起爆，上部射孔器起爆后激發(fā)投棒釋放裝置，釋放出投棒，投棒下行撞擊引爆下一級射孔器上部的投棒起爆器，引爆次級射孔器，依次延續(xù)，完成多層段射孔。井下射孔管柱（以兩級射孔器為例）如圖2所示，一般由井口＋油管＋篩管＋首部壓力（或投棒）起爆器＋射孔器＋投棒釋放裝置＋夾層油管（＋篩管）＋投棒起爆器＋射孔器＋槍尾組成。

圖2 多級投棒式長夾層TCP管柱

投棒釋放裝置工作原理：投棒釋放裝置連接在上級射孔槍的下部，槍內(nèi)導(dǎo)爆索與該裝置相連，上級射孔槍射孔后，導(dǎo)爆索引爆火工丟手座里的火工件，將投棒釋放，撞擊引爆下級投棒起爆器及下一級射孔器，并能經(jīng)延時后自毀棒頭，避免上提管柱時誤射孔事故發(fā)生。適用于井斜不大于35°、夾層段長度大于10 m且小于300 m的油氣井油管輸送射孔施工。投棒釋放裝置見圖3。

1.3 分級壓力式工藝原理

分級壓力式是每一層段射孔器都裝配獨立的壓力（延時）起爆器，射孔器間用油管連接，一次加壓完成各層段起爆器的起爆，并能通過延時監(jiān)測各級射孔器的射孔完成狀況。

圖3 投棒釋放裝置

井下射孔管柱（以兩級射孔器為例）如圖4所示，一般由井口＋油管＋篩管＋壓力（延時）起爆器＋射孔器＋夾層油管＋篩管＋壓力（延時）起爆器＋射孔器＋槍尾組成。

圖4 分級壓力式長夾層TCP管柱

該工藝也可通過對每個起爆器設(shè)定不同的起爆條件（不同的起爆壓力或延時時間）來控制起爆順序，設(shè)計各層段射孔器的起爆順序時，應(yīng)根據(jù)不同井況，采用以下2種做法。

（1）自下而上的順序依次起爆各段射孔器。由于先起爆的射孔器會對后起爆的射孔器結(jié)構(gòu)和傳爆產(chǎn)生影響，如果這時發(fā)生斷爆或拒爆等異常情況，后續(xù)處理難度較低。

（2）小層射孔器先起爆，對其他段的射孔器影響較小，提高射孔一次成功率［3］。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

自2007年6月至2010年底，新疆油田有31口長夾層TCP作業(yè)井采用了上述3種射孔方式完成，均為一次成功。其中，采用增壓式6口井，多級投棒式6口井，分級壓力式19口井（見表1）。

3 TCP起爆工藝特點分析

（1）增壓式。

優(yōu)點：在垂直井中投棒和壓力激發(fā)起爆器都能使用；大斜度井和水平井施工也都適用。

表1 長夾層TCP作業(yè)情況

缺點：① 傳爆環(huán)節(jié)相對較多，不利于射孔一次成功；② 該工藝特點限定了射孔器起爆順序為從上至下進行，一旦出現(xiàn)斷爆，進行補射時，射孔器要經(jīng)過已射開的層位，增加了卡槍的危險［4］；同時井筒已和地層連通，又可造成已射開的層位不好控制，這都加大了補射時的施工難度。

（續(xù)表1）

（2）多級投棒式。

優(yōu)點：操作簡便，可實現(xiàn)長夾層的負壓射孔，節(jié)約成本。

缺點：① 多級投棒起爆裝置作業(yè)失敗后不能進行撈棒作業(yè)［5］，由于意外原因造成的投棒釋放裝置釋放投棒，可造成誤射孔或安全事故［6］；② 同增壓式缺點②；③ 只能在直井和小斜度井中應(yīng)用。

（3）分級壓力式。

優(yōu)點：① 每層射孔器都有獨立的起爆器和起爆條件，起爆方式靈活，可控制射孔器（層）的起爆順序；② 傳爆環(huán)節(jié)相對較少，射孔一次成功率高；③ 直井和斜井都能應(yīng)用；④相對能節(jié)約較多射孔器材。

缺點：① 一般需套管加壓起爆，若油管加壓需下封隔器和開孔裝置，有些井不便施工［7］；② 起爆器使用數(shù)量較多，對起爆器的要求較高。

4 結(jié) 論

長夾層用油管替代夾層槍油管輸送射孔工藝能降低由于傳爆環(huán)節(jié)較多發(fā)生拒爆的機率，提高射孔作業(yè)一次成功率，縮短射孔施工時間，減輕作業(yè)人員勞動強度，節(jié)約大量射孔器材，降低作業(yè)成本，提高質(zhì)量和經(jīng)濟效益。通過對以上3種起爆方式的應(yīng)用與分析，分級壓力式起爆工藝施工操作簡便，能根據(jù)井況靈活設(shè)計射孔器的起爆順序，是一種比較安全可靠的射孔工藝，值得推廣應(yīng)用。

［1］ 石油天然氣井下作業(yè)井控編寫組.石油天然氣井下作業(yè)井控［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2008.

［2］ 劉玉芝.油氣井射孔井壁取心技術(shù)手冊［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2000.

［3］ SY／T5464－2009測井與射孔質(zhì)量指標的計算方法［S］.北京：石油工業(yè)出版社，2010.

［4］ 孟凡增，李宏巖，霍付春，等.射孔對套管損壞分析研究［J］.測井技術(shù)，2008，32（5）：468－470.

［5］ SY／T5325－2005射孔施工及質(zhì)量監(jiān)控規(guī)范［S］.北京：石油工業(yè)出版社，2005.

［6］ 丁希杰，朱建新，楊華.投棒點火頭安全設(shè)計及應(yīng)用［J］.測井與射孔，2008（4）：75－77.

［7］ 唐凱，羅苗壯，陳鋒，等.全通徑射孔工藝技術(shù)應(yīng)用研究［J］.測井技術(shù)，2010，34（5）：496－500.

Application of Tubing－conveyed Perforation to Large Layer Interval Oil Wells in Xinjiang Oilfield

QU Zhongren，SONG Jie，ZHANG Changmei，LI Shouxin，ZHOU Xuguo
（Well Logging Company，CNPC Xibu Drilling Engineering Company Limited，Karamay，Xinjiang 834000，China）

With the extensive applications of tubing－conveyed perforation in China oilfield，the tubing－conveyed perforation is also used in more and more wells with large layer intervals.Discussed are the technique theory and features of three detonation ways，there are boost pressure，multistage bar drop and multistage pressure in perforation technology which layer interval gun is replaced by tubing.Three detonation ways are applied in 31 wells with large layer interval tubingconveyed perforation in Xinjiang oilfield，and perforation success rate is 100%.Analyzed are advantages and shortcomings of the three detonation techniques.The multistage pressure detonation technique is simple and can flexibly change the perforator detonation sequences according to well conditions，so，it is safer and more reliable perforation technology.

petroleum perforation，tubing－conveyed perforation，large layer interval，boost pressure，multistage bar drop，multistage pressure，detonate

1004－1338（2011）04－0387－04

TE257.1

A

曲忠仁，男，1974年生，工程師，從事射孔新技術(shù)的研發(fā)和推廣工作。

2011－05－10 本文編輯 余迎）