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(大慶油田有限責(zé)任公司試油試采分公司 黑龍江 大慶 163000)
復(fù)合射孔器是一項(xiàng)誕生于90年代的射孔新器材,經(jīng)過多年的技術(shù)完善和發(fā)展,在油田已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。其特點(diǎn)是:將射孔彈與火藥有機(jī)地結(jié)合起來,一次下井分步做功,通過特殊的泄壓方式控制釋放高能氣體,實(shí)現(xiàn)射孔與高能氣體壓裂雙重作用的效果。近年來,通過深入研究,在傳統(tǒng)復(fù)合射孔的基礎(chǔ)上開發(fā)出了彈架內(nèi)外同時(shí)布藥的多脈沖復(fù)合射孔器,通過理論計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),利用該射孔器射孔,可延長對(duì)地層的做功時(shí)間,對(duì)地層進(jìn)行多次作用造縫,提高油井的產(chǎn)能[1]。
多脈沖復(fù)合射孔器在彈架內(nèi)裝高燃速火藥,彈架外裝中等燃速火藥。射孔彈爆炸首先點(diǎn)燃彈間高燃速火藥,進(jìn)而點(diǎn)燃彈架外低燃速火藥,由于兩種火藥的燃速時(shí)差,避免了壓力疊加引起的超高壓??梢援a(chǎn)生兩個(gè)火藥峰值,對(duì)地層進(jìn)行多次加載造縫,有效地提高油井的產(chǎn)能[2]。
1)不須改變傳統(tǒng)的彈架固彈方式,可以直接與之裝配;
2)不影響射孔器的穿深性能,包括孔密及相位角;
3)不須特殊安裝工藝,可方便地安裝,與常規(guī)復(fù)合射孔槍安裝工藝基本相同;
4)一體式結(jié)構(gòu),火藥藥片有塑料外殼保護(hù),裝配過程不會(huì)造成藥片損傷和危險(xiǎn);
5)采用單元式或整體式兩種設(shè)計(jì),由射孔彈口部直接定位,牢固可靠,不用擔(dān)心某個(gè)部件的脫落問題;
6)火藥量增大的情況下,不會(huì)引起炸槍、卡槍現(xiàn)象,不同燃速的火藥可對(duì)地層多次做功加載。
1)槍身泄壓孔的設(shè)計(jì)
對(duì)泄壓孔孔徑及位置重新優(yōu)化設(shè)計(jì),射流方向與泄壓孔成0°角,并且加大了泄壓孔泄流面積,提高了氣體的泄流速率,泄壓孔的位置正對(duì)射孔孔道,在沒有壓損的情況下直接對(duì)地層做功;射孔器盲孔結(jié)構(gòu)采用內(nèi)盲孔,可以有效提高射孔炸高,提高射孔效果;通過理論計(jì)算與數(shù)值分析[3],與傳統(tǒng)泄壓孔結(jié)構(gòu)對(duì)比,氣體的泄流速率提高了21%,綜合做功能力提高了28%左右。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的泄壓孔結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 優(yōu)化后的泄壓孔結(jié)構(gòu)圖
2)堵片的設(shè)計(jì)
泄壓孔破碎型堵片,能夠承受壓力達(dá)到80 MPa,在射孔后形成最大不超過4 mm×4 mm的小顆粒,可以完全通過洗井液替出,不會(huì)影響油氣井的大修與改造。
多脈沖復(fù)合射孔器使用兩種不同燃燒性能火藥(高、低兩種燃速火藥),通過彈架內(nèi)外同時(shí)裝藥形式抑制射孔彈爆炸對(duì)火藥的直接沖擊起爆作用,由高燃速火藥對(duì)低燃速火藥順序點(diǎn)火,在保證射孔器最佳設(shè)計(jì)的同時(shí),成倍增加火藥量[4]。
對(duì)火藥進(jìn)行高溫性能測(cè)試,使火藥能夠在高溫條件下,燃燒性能和能量性能不發(fā)生變化,確保火藥的有效性和作業(yè)的安全性。采用高溫試驗(yàn)裝置和火藥密閉爆發(fā)器試驗(yàn)裝置對(duì)兩種火藥分別進(jìn)行高溫試驗(yàn)前后的燃燒性能測(cè)試,結(jié)果證明兩種火藥在耐溫指標(biāo)下具有良好的熱穩(wěn)定性,見表1。
表1 試驗(yàn)前后火藥性能參數(shù)對(duì)比
1)耐壓能力測(cè)試
用專用超高壓試驗(yàn)裝置對(duì)裝有破碎堵片的整槍進(jìn)行密封打壓試驗(yàn)。打壓試驗(yàn)流程為:50 MPa保壓5 min,70 MPa保壓15 min,80 MPa保壓5 min,90 MPa保壓15 min。試驗(yàn)結(jié)果:90 MPa為臨界破壞壓力,升壓和保壓過程穩(wěn)定,槍身與堵片形貌無任何變化,證明該結(jié)構(gòu)粉末冶金堵片安全承受壓力能夠達(dá)到80 MPa[5]。堵片前后對(duì)比如圖2所示。
圖2 破碎堵片試驗(yàn)前后對(duì)比
2)破碎堵片的破碎效果
利用單發(fā)射孔單元試驗(yàn)裝置進(jìn)行多次的試驗(yàn),并全部回收堵片殘?jiān)?,結(jié)果表明:在89-3彈尾部的爆炸沖擊作用下,破碎型堵片可以破碎,最大顆粒尺寸小于4 mm×4 mm。
通過混凝土靶、模擬井檢測(cè)驗(yàn)證,多級(jí)復(fù)合射孔器各項(xiàng)指標(biāo)及對(duì)射孔槍及套管影響均在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),保證了多級(jí)復(fù)合射孔施工安全和效果,見表2、表3。
通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),選擇相同井況的兩口井,分別使用102常規(guī)復(fù)合射孔技術(shù)與102多脈沖復(fù)合射孔器進(jìn)行試驗(yàn),通過實(shí)測(cè)得p-t曲線,多脈沖復(fù)合射孔火藥裝藥量比傳統(tǒng)復(fù)合射孔高了1倍,峰值壓力得到了有效控制,波的形態(tài)有了明顯的改善,壓力作用時(shí)間比傳統(tǒng)復(fù)合射孔延長了2倍,見圖3和表4。
表2 多級(jí)復(fù)合射孔技術(shù)混凝土靶檢測(cè)結(jié)果
表3 多級(jí)復(fù)合射孔技術(shù)模擬井檢測(cè)結(jié)果
通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè),多脈沖復(fù)合射孔器裝藥量大,峰值壓力大,做功時(shí)間延長。
表4 102多脈沖復(fù)合射孔與傳統(tǒng)復(fù)合射孔能量輸出參數(shù)對(duì)比
在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過程中,對(duì)A井的井下壓力進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。采用p-t儀測(cè)壓。圖5是某井的p-t壓力曲線圖。從圖上可以看出,多脈沖復(fù)合射孔器在井下起爆后可以產(chǎn)生兩個(gè)火藥峰值,達(dá)到了預(yù)期的效果,如圖5所示。
圖5 A井p-t曲線圖
為了進(jìn)一步驗(yàn)證多脈沖復(fù)合射孔器的施工效果,我們選擇了同一區(qū)塊具有可對(duì)比性的相鄰井進(jìn)行效果對(duì)比。表5為多脈沖復(fù)合射孔與常規(guī)復(fù)合射孔在某區(qū)塊的產(chǎn)液效果對(duì)比表;表6為多脈沖復(fù)合射孔與常規(guī)復(fù)合射孔在某區(qū)塊的產(chǎn)油效果對(duì)比。
表5 多脈沖復(fù)合射孔器采液效果一覽表
表6 多脈沖復(fù)合射孔器采油效果一覽表
從表中數(shù)據(jù)可以看出,多脈沖復(fù)合射孔效果與同區(qū)塊常規(guī)復(fù)合射孔效果相比,平均采液強(qiáng)度提高10%以上,單井日增油量平均為0.2 t。
1)通過對(duì)多脈沖復(fù)合射孔器的試驗(yàn)應(yīng)用,在火藥量增大的情況下,射后脹徑在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),保證了射孔施工的安全性。通過對(duì)射孔后的井徑測(cè)試,該技術(shù)對(duì)套管、水泥環(huán)的影響不大。
2)通過對(duì)多脈沖復(fù)合射孔器應(yīng)用效果跟蹤,試驗(yàn)井與同區(qū)塊同地質(zhì)條件的復(fù)合射孔井進(jìn)行對(duì)比,平均采液強(qiáng)度提高10%以上,單井日增油量0.2 t,具有較好的應(yīng)用效果。