電纜輸送兩次下井定方位射孔工藝

湯紅梅，南迎飛，李元宏，舒淑寧，王秋娥

(1.大慶油田采油四廠地質大隊，大慶 黑龍江 163511;2.西安通源石油科技股份有限公司，陜西 西安 710075)

0 引言

電纜輸送定方位射孔可在小于30°井的較大范圍中使用，且定位精度高、施工效率明顯優(yōu)于油管輸送定方位射孔，目前中國比較先進的是3次下井完成電纜輸送定方位射孔。該技術采用火藥座封定位管串，當座封力達到設定值時實現丟手，而要把火藥力控制到恰到好處不是易事，且火藥座封和丟手引起的震動容易對陀螺儀造成傷害，因此，座封丟手和下陀螺儀分2次下井完成，然后再下射孔管柱。本文采用全新方法，將座封丟手和下陀螺儀1次下井、射孔和打撈1次下井，開發(fā)了兩次下井電纜輸送定方位射孔的新工藝，并在定邊3口井作業(yè)成功，從而進一步提高了施工效率。

1 工作原理

1.1 管串工作原理

兩次下井管串示意圖見圖1和圖2。

圖1 第1次下井管串

圖2 第2次下井管串

1.1.1 第1次下井管串

第1次管串下井到位后，上提下放管串，弓式懸掛器卡瓦張開坐在套管上。陀螺儀通電，測量下定位鍵的方位，隨后給爆炸螺栓通電炸斷，利用井液壓力推動中心軸活塞上行，彈爪收縮，實現管串的丟手動作。完成第1次管串下井的懸掛、方位測量及丟手動作后，提出丟手管串。

(1)小直徑懸掛器。懸掛器是整套工藝技術的關鍵部件之一，它懸掛在套管上，用于支撐其上的儀器串，支撐位置見圖1，結構見圖3。工作原理:當管串到預定位置后，上提管串超過防坐距離時，滑銷行至導軌槽的下死點位置，再下放管串時，滑銷換向至導軌槽上死點位置，卡瓦被錐體推開，卡于套管內壁，完成懸掛動作。

圖3 懸掛器

(2)丟手裝置。丟手裝置是整套工藝技術的核心部件，結構見圖4。丟手原理:管串懸掛并測定方位后，給爆炸螺栓通電將其炸斷，井液通過中心軸內的中心孔進入中心軸活塞下部，推動活塞剪斷銷釘后上行，使彈爪失去依托縮回，從而實現丟手。圖4中爆炸螺栓的藥量控制在1～2 g，對管串震動很小。爆炸螺栓炸斷后井液通過中心孔時有阻尼作用，能控制中心軸的上行速度，實現平穩(wěn)丟手。

(3)減震器。為了進一步削減爆炸螺栓爆炸對陀螺儀及自然伽馬磁定位儀的不利影響，管串中安裝了減震器，該減震器采用多銷式新結構，減震效果優(yōu)于常規(guī)減震器，其結構見圖5。

(4)安全接頭。為了避免下井后懸掛器卡死同時又不能丟手的意外情況，管串中設置了安全接頭，以便在卡井事故發(fā)生時能夠拉斷安全接頭的剪銷，從而將貴重的陀螺儀及儀器串取出井口，降低發(fā)生意外情況時的損失。剪切銷設置拉力為1.2 tf*非法定計量單位，1 tf=9.80665 kN，下同/個，安全接頭結構見圖6。

(5)加重。為了使管串下井順利并保證懸掛實現可靠丟手，管串中設置了加重，也便于通過懸重的變化判斷管串是否丟手。

1.1.2 第2次下井管串

由于第1次管串下井后已經測得了裝置內定位鍵的方位，在第2次下井前先調整好射孔槍的方位，使射孔槍的射孔方向和地層的待射孔方位一致。在槍串到位、定方位的同時，打撈頭也插入到打撈座中，點火射孔后上提電纜，懸掛器滑銷滑至長軌道下死點，卡瓦回收解卡，即可取出全部管串，完成定方位射孔作業(yè)。

(1)深度調整裝置。在第2次下井管串中，射孔槍下帶的深度調整裝置可以根據懸掛器實際懸掛深度對射孔槍的長度進行調整，從而使射孔槍在深度方向準確對準待射孔層位，其結構見圖7。

圖4 丟手裝置

圖5 減震器

圖6 安全接頭

圖7 深度調整裝置

(2)導向裝置。在地面調整好管串長度后，當管串下井到預定位置時，深度調整裝置下帶的導向裝置會在管串重力的作用下使導向槽和懸掛器上端的定位鍵相互配合在一起，從而保證了調整好方位的射孔槍和待射孔方位一致，實現準確定位。圖8(a)為射孔槍下帶的打撈頭及導向槽，圖8(b)為定方位鍵坐入導向槽中。

2 主要技術特點

(1)采用自然伽馬磁定位組合儀與陀螺儀一同下井，免除了定方位射孔前只下伽馬儀的步驟，而且提高了定位的準確性。

(2)實現自然伽馬、陀螺儀、爆炸螺栓的3路選擇電控。

(3)特制的弓式懸掛器外徑僅102 mm，確保射孔殘渣不會將其卡住。

(4)將爆炸開孔、液壓推動、機械丟手3種方式結合在一起，結構簡單，丟手可靠，實現了全新的丟手方式。

圖8 定方位工作原理示意圖

(5)爆炸螺栓藥量小且設有減震裝置，中心孔對井液有阻尼作用，實現了無震動平穩(wěn)丟手。

(6)懸掛、丟手、打撈等各主要部件均采用成熟技術，提高了其可靠性和作業(yè)成功率。

3 地面試驗

電纜輸送兩次下井定方位系統(tǒng)經過一系列地面試驗，對懸掛器、丟手裝置、減震器、安全接頭等進行了全面檢驗和驗證，確定了剪切銷釘的剪切值、安全接頭的拉力值以及丟手裝置的拉力峰值。在套管中對懸掛器進行了懸掛和解除懸掛試驗，所有地面試驗證明整個下井管串工藝性能良好，工作可靠。

(1)安全接頭剪切試驗。獲得了準確的銷釘剪切值，其試壓曲線見圖9。為準確合理安裝剪切銷提供了可靠依據。

(2)丟手裝置拉力試驗。為驗證丟手裝置彈爪的可靠性，對丟手裝置進行了拉力試驗，試驗證明在拉力為4 tf時彈爪沒有出現變形、松動，整個丟手裝置連接性能良好。

(3)為了保證爆炸螺栓通電后可靠炸斷，對爆炸螺栓進行了地面炸斷試驗，試驗結果證明，在設計的結構和尺寸下，爆炸螺栓可以可靠炸斷。

圖9 剪切銷壓力曲線

(4)地面模擬上井試驗。在開窗的套管中進行第1次下井管串的整個工藝動作見圖10。第2次下井管串主要完成定方位射孔及打撈工作。第2次下井管串的地面試驗見圖11。

圖10 第1次管串地面試驗

4 現場作業(yè)

電纜輸送兩次下井定方位射孔工藝技術于2013年3—5月在定邊3口井作業(yè)均一次成功，該工藝現場的施工過程如下。

(1)某待射孔井的最大井斜角為22°，布孔相位角為180°，射孔段范圍及射孔方位要求見表1。

(2)為充分驗證電纜輸送兩次下井定方位射孔技術的可靠性和高效性，在第1次定方位射孔方案設計中，沒有采用中間連接夾層槍一次完成2層射孔作業(yè)，而是對上下2層分別進行定方位射孔作業(yè)。施工過程證明兩次下井管串實現懸掛、丟手、定方位、射孔、打撈的工藝過程順利平穩(wěn)。

圖11 第2次管串地面試驗

表1 ××井射孔井段范圍及方位要求

(3)在下井前連接好整套裝置，先在地面對陀螺儀進行方位校正，得到了陀螺儀和定方位鍵的相對角度。用電纜將整套裝置下入井中，投放到計算的預定位置后通過上提下放進行懸掛器的懸掛，測量懸掛點的深度并記錄。隨后通過陀螺儀測得定位鍵的方向后通電引爆爆炸螺栓，井液通過進液孔進入中心軸，井液壓力推動中心軸活塞上移，彈爪縮回，實現丟手，完成丟手起出井口。

(4)根據測量的方位，在地面調整射孔槍與導向槽的夾角，通過方位羅盤調整導向槽與射孔槍的相對角度，然后通過電纜將第2次管串下入井中。射孔槍下端的導向裝置和懸掛器上端的定位鍵對接后，射孔槍自動調整為待射孔的方位，通過電纜引爆射孔槍。射孔完畢后，上提電纜，射孔槍下帶的打撈頭即將懸掛器及加重一起提出井口，完成預定位置的定方位射孔作業(yè)。

5 結論

(1)懸掛、丟手動作可靠，可以實現井斜小于30°的電纜輸送兩次下井定方位射孔。

(2)可以調整射孔角度，使其對準最有利的射孔方位，實現精確定位。

(3)施工作業(yè)時間短，效率高。對于井深為3500 m作業(yè)時間可以從油管輸送的32 h減少到電纜輸送兩次下井定方位射孔的6 h。

(4)可以與其他的投產工藝相結合提高施工作業(yè)效率、縮短投產周期、節(jié)約成本。

[1]蔡山，郭景學，劉德君，等.模塊化射孔工藝技術[J].測井技術，2006，30(1):28-30.

[2]唐梅榮，趙振峰，李憲文，等.多縫壓裂新技術研究與試驗[J].石油鉆采工藝，2010，32(2):71-74.

[3]唐梅榮，馬兵，劉順，等.電纜傳輸定向射孔技術試驗[J].石油鉆采工藝，2012，34(1):122-124.

[4]唐梅榮.定向射孔多縫壓裂工藝案例分析[J].中國工程科學，2012，14(5):105-112.