淺談油氣層開采的射孔定位與精度控制方法

＊韓松辰

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300452）

油氣開發(fā)作業(yè)時，往往通過前期地震勘察發(fā)現(xiàn)大型構(gòu)造，確定是否儲存有油氣資源，再通過合理勘探部署，最終選定鑿井位置，利用鉆探工藝將套管下設(shè)入地層，實現(xiàn)固定管路通道的開啟，將油氣引流導(dǎo)升至地面，加以開發(fā)利用。通常采取射孔作業(yè)的主要方式可分為三種，即電纜射孔、鉆桿鉆透射孔、油管聯(lián)測射孔等，不論采用哪一種射孔方式，為了確保射孔效果和施工精度，必須準(zhǔn)確定位第一槍射彈落點到測試巖層的頂界面，以此通過射深來判斷鉆井施工揭露油氣的合理深度。

1.射孔作業(yè)方式分類

(1)電纜射孔方式

電纜射孔顧名思義是指通過把電纜固定在射孔槍上，在發(fā)射后隨著槍頭一起下設(shè)到目標(biāo)層位，經(jīng)過準(zhǔn)確定位后，再對套管進(jìn)行射孔作業(yè)。這種作業(yè)方式操作簡單、效率較高，而且可通過發(fā)射射孔彈的反饋信息準(zhǔn)確判斷是否揭露目標(biāo)層，該技術(shù)相對成熟完善，已被業(yè)內(nèi)廣泛使用。雖然成本低廉、操作簡便，但是同樣也存在諸多問題，比如射孔彈根據(jù)不同孔徑要求，單循環(huán)的射孔進(jìn)度也不同，采用127mm射孔彈發(fā)射時，每次深度只能達(dá)到6m，不能有效實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)；此外，使用射孔彈發(fā)射時，如果對大型構(gòu)造的先期探查資料掌握不準(zhǔn)，有可能因為地層油氣存在超高壓條件下冒然射孔導(dǎo)致井噴事故發(fā)生，而且容易造成對原始油氣層的破壞和污染。

(2)鉆桿鉆透射孔

鉆桿鉆透射孔技術(shù)主要采用鉆桿鉆進(jìn)施工把射孔槍預(yù)送至設(shè)計目的層，然后再進(jìn)行射孔作業(yè)，不同于電纜射孔方式，鉆桿鉆透射孔操作可在任何條件下開展射孔工作，即便油氣層存在較大壓力，也可以進(jìn)行負(fù)壓操作和超壓作業(yè)，單循環(huán)進(jìn)尺也不受射孔彈發(fā)射影響，可有效提高射孔效率和進(jìn)尺厚度。

(3)油管聯(lián)測射孔

油管聯(lián)測射孔與鉆桿鉆透射孔方式近似，是指利用鉆桿鉆進(jìn)過程中將測量工具進(jìn)行固定鉆進(jìn)，直到揭露目標(biāo)層后，即可同時獲得測量數(shù)據(jù)，判斷層位深度，是一種同步測量方法，它可以在理想的射孔條件下，實現(xiàn)短時間的深度測量，有利于根據(jù)實時測量數(shù)據(jù)對射孔作業(yè)方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，達(dá)到最佳射孔效果。

2.層位深度的確定方法

射孔層位深度是為了利用不同的射孔方式校正射彈中孔控制層位的實際深度，也是確定從井口到標(biāo)志層的開孔距離，主要目的是將下管時的固管接箍圖與測井曲線圖相吻合，確定在一個成孔圖標(biāo)準(zhǔn)上進(jìn)行分析。為了準(zhǔn)確射孔到達(dá)預(yù)定的設(shè)計深度與標(biāo)志層層位，需要提前對地層巖性進(jìn)行分析，準(zhǔn)確掌握地質(zhì)資料，明確目的層位置后，通過射孔進(jìn)行層位驗證，最終確定油氣層的準(zhǔn)確位置，便于為后期鑿井和引氣利用做好準(zhǔn)備工作。具體確定層位深度的施工工序如下：

(1)電纜射孔定位

①為了取得相關(guān)的射孔驗證結(jié)果，需要提前制定相關(guān)參數(shù)表格，明確各項記錄的標(biāo)準(zhǔn)要求和時間節(jié)點，以便在試油過程中不遺漏任何關(guān)鍵環(huán)節(jié)，取得預(yù)期效果。主要參數(shù)包括層位、孔深、射孔彈規(guī)格（彈型、孔徑）、發(fā)數(shù)、射孔槍型號、點火時間、校正時間、出井時間、下管深度、接箍深度、設(shè)計和實際射孔次數(shù)等。②在繪制接箍曲線圖和自然伽瑪測井圖上分析判斷出目標(biāo)層的頂?shù)装褰缑?，測算出油氣層的實際深度，為了提高射孔孔深的準(zhǔn)確度，需要盡量將套管短節(jié)和接箍放到射孔層區(qū)段以下，以保護(hù)該區(qū)段在提拉過程中出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。③通過連接電纜的射孔槍端頭磁力定位儀與射孔彈累計發(fā)射深度的加和，實地測算出射孔深度，填報在參數(shù)列表當(dāng)中。④為了減少在射孔過程中出現(xiàn)的累積誤差，需要所有鉆井工具必須符合標(biāo)準(zhǔn)件的要求，尤其是固管用接箍，必須對管徑、壁厚、強(qiáng)度等達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)一致，而且為了射孔成型完整，后期便于鑿井開采，初期探查盡量將設(shè)計射孔終孔位置布置在標(biāo)志層頂板以下25m范圍內(nèi)，方便一次射孔成功和準(zhǔn)確記錄各項參數(shù)。⑤將標(biāo)準(zhǔn)接箍的下設(shè)深度與射孔層頂界面之間的差值視為射孔層定位距，當(dāng)此差值為正數(shù)時，說明接箍下設(shè)超過了射孔層的頂界面深度，需要上提電纜，達(dá)到頂界面深度；當(dāng)差值為負(fù)值時，說明接箍下設(shè)深度不夠，需要繼續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計深度方可，并同時在參數(shù)表上記錄定位距。⑥在下設(shè)套管施工電纜射孔時，需要預(yù)先測定套管標(biāo)記層深度，再確定標(biāo)準(zhǔn)接箍的深度，然后利用確定的標(biāo)準(zhǔn)接箍深度再確定視射孔定位距，最終確定射孔深度。

(2)聯(lián)測射孔定位

①與電纜射孔定位的施工方法相似，需要先制定相關(guān)參數(shù)表格，明確主要實驗數(shù)據(jù)，如包括層位、孔深、射孔彈規(guī)格（彈型、孔徑）、發(fā)數(shù)、射孔槍型號、點火時間、校正時間、出井時間、下管深度、接箍深度、設(shè)計和實際射孔次數(shù)，及射孔點火定位深度等。②確定管柱放射性標(biāo)記定位的位置。③實地測量管柱發(fā)射首彈與各組件的長度之和，并將座封前后產(chǎn)生的伸縮量作為誤差因素考慮在內(nèi)，進(jìn)行統(tǒng)計計算。④根據(jù)下設(shè)套管和鉆井工具鉆進(jìn)過程中繪制的實際巖芯柱狀圖進(jìn)行分析測算，估算出管柱深度的測算誤差。⑤在參數(shù)統(tǒng)計表中詳細(xì)記錄地層柱狀成果圖測量數(shù)據(jù)，并在成果圖上標(biāo)出標(biāo)志層定位深度。⑥與電纜射孔方法確定射孔定位距的計算方法類似，將射孔層頂界面深度與地層標(biāo)志點的深度之差作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，再與零長定位距進(jìn)行誤差計算，其差值即為地層定位點的位置誤差，當(dāng)結(jié)果為正值時，說明地層定位點高于管柱定位點；當(dāng)數(shù)值為負(fù)數(shù)時，說明地層定位點低于管柱定位點。⑦對于管柱內(nèi)座封深度的數(shù)值校正主要采用磁定位接箍圖（CCL）和射孔點火定位深度圖（GR）進(jìn)行分析，計算視定位距時將管柱與地層標(biāo)志點定位深度差值進(jìn)行比較，當(dāng)校正值為正數(shù)時，說明管柱深度下設(shè)過度，已超過地層標(biāo)志位置，需要上提至誤差深度以上；反之?dāng)?shù)值為負(fù)數(shù)時，說明管柱深度未下設(shè)到位，需要繼續(xù)下設(shè)到誤差值位置，才能夠到達(dá)地層標(biāo)志層位置。⑧對于座封深度偏差校正時，按照序列7步驟進(jìn)行驗證，當(dāng)套管下設(shè)深度超過或小于地層標(biāo)志層位置時，需要調(diào)整實際下設(shè)深度，消除實際誤差后再次確定終孔位置，符合要求后進(jìn)行驗收，最終進(jìn)行座封；若仍不符合要求，則應(yīng)解封后再次調(diào)校，直到滿足誤差要求。

3.誤差來源與方案優(yōu)化

(1)造成射孔定位誤差的主要原因

①采用電纜射孔方式作業(yè)時，由于電纜本身帶有一定的柔韌性和伸縮性，在調(diào)校位置過程中，難免會對電纜進(jìn)行一些提拉和下拽的動作，因為受力大小不均、受力方向不同，導(dǎo)致電纜在不同程度的伸縮量也不同，因此，造成電纜長度在射孔作業(yè)時產(chǎn)生長度誤差，需要在計算時充分考慮。②由于發(fā)射射孔彈時需要多次連續(xù)發(fā)射，但是受到地質(zhì)條件的影響，巖層硬度系數(shù)也不同，因此，每次發(fā)射射孔彈的射孔深度也不相同，也會導(dǎo)致誤差的出現(xiàn)。③射孔彈發(fā)射后地面接收儀器對于每次回傳數(shù)據(jù)的記錄時間也會存在誤差，或者時間讀數(shù)精度不高時也會造成測深的誤差。④根據(jù)磁定位接箍圖（CCL）和射孔點火定位深度圖（GR）進(jìn)行分析時，如果曲線圖繪制不清，或者圖紙存在繪制誤差，也會導(dǎo)致在后期分析時存在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的誤差，導(dǎo)致測深出現(xiàn)不準(zhǔn)確。⑤固管使用的套管和接箍不是標(biāo)準(zhǔn)管件時，如果下設(shè)時未經(jīng)驗收，在實際測量中也會造成人為計數(shù)的誤差，導(dǎo)致長短件不一，出現(xiàn)測深的失真。

(2)提高射孔定位精度的方法

經(jīng)過對射孔定位誤差的原因分析，可以有針對性的制定提高精度的具體措施，比如下列方法可以采納：

①采用電纜射孔作業(yè)方式時，預(yù)設(shè)的標(biāo)志點層位盡量設(shè)定在射孔層層位下20m以內(nèi)，提高控制精度；而當(dāng)下設(shè)套管時，應(yīng)當(dāng)將下設(shè)深度確定在定位層深度以下15m左右。②嚴(yán)格按照自下而上—確認(rèn)程序—點火發(fā)射的作業(yè)順序進(jìn)行施工，避免人為誤操作造成的誤差值產(chǎn)生。③繪制磁定位接箍圖（CCL）和射孔點火定位深度圖（GR）時，應(yīng)盡量繪制清楚、準(zhǔn)確，減少因為制圖誤差提供的失真數(shù)據(jù)，造成后期分析時的測量失誤，導(dǎo)致誤差產(chǎn)生。④加強(qiáng)對施工作業(yè)前使用工具、鉆桿、電纜、套管、接箍等實用工具規(guī)格質(zhì)量的驗收檢查，確保工具的完好標(biāo)準(zhǔn)，減少工具出廠的制造誤差帶來的后期計算誤差。⑤不論是人工測量還是機(jī)器讀數(shù)，都應(yīng)盡量規(guī)范化計數(shù)、計時的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是接收機(jī)接收回傳信號時，必須確保每次發(fā)射彈傳回信息的讀數(shù)符合誤差精度要求。

4.結(jié)語

通過對電纜射孔、鉆桿鉆透射孔、油管聯(lián)測射孔等不同油氣層開采測深方法的介紹，詳細(xì)解讀了測量原理、操作工序和誤差產(chǎn)生原因，并由此提出提高測量精度，減小誤差的計算方法，最終控制油氣層開采深度的準(zhǔn)確測深計算，為后期鑿井開采提供準(zhǔn)確的資料依據(jù)。