海上油田特色射孔工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

張啟龍 梁月松 陳立強(qiáng) 孟凡華 侯新旭

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司. 海洋石油高效開發(fā)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，天津 300459；2.中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300459；3.中海油能源發(fā)展有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300459)

0 引言

射孔作業(yè)是指完井鉆井結(jié)束，并下入套管固井后，下入射孔管柱，引爆炸藥形成高能射流沖擊套管，利用射流的巨大沖擊力，射穿套管、水泥環(huán)和地層，起到溝通地層和井筒的目的，為地下原油流入井筒創(chuàng)造通道[1]。這種完井方式叫做套管射孔完井，其具有以下優(yōu)勢：

(1)連通條件好，地層流體流向井筒的通道通暢；

(2)套管能夠有效支撐井壁，防止井壁垮塌；

(3)有效封隔油水層，實(shí)現(xiàn)層位的分層開采；

(4)井筒條件滿足側(cè)鉆要求，為下一步作業(yè)創(chuàng)造有利條件；

(5)工藝步驟簡單，成本較低。

鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，套管射孔完井方式成為海上最主要的完井方式之一，但射孔易產(chǎn)生壓實(shí)帶并且碎屑易堵塞孔眼，增加射孔作業(yè)的表皮系數(shù)，從而影響產(chǎn)能。但如果采用較大射孔負(fù)壓，雖會降低流動摩阻，但由于海上油田以疏松砂巖為主，較大負(fù)壓易造成地層大量出砂，影響單井的生產(chǎn)壽命[2]。為了解決以上矛盾，海上油田逐漸形成一套射孔工藝，既能保證射開地層，減低附加表皮系數(shù)，又能降低單井大量出砂的風(fēng)險。

1 射孔方式分類

1.1 根據(jù)傳輸方式分類

根據(jù)射孔的輸送方式，電纜射孔、連續(xù)油管輸送射孔和油管傳輸射孔(TCP射孔)。電纜射孔是利用電纜下入射孔工具進(jìn)行射孔作業(yè)，其傳輸能力強(qiáng)，能通過電纜信號引爆數(shù)百米的射孔段進(jìn)行射孔，且作業(yè)效率較高，但該射孔工藝只適用于井斜較小的井，而海上油田以大斜度定向井為主，因此其在海上應(yīng)用較少。而連續(xù)油管輸送射孔方式利用連續(xù)油管進(jìn)行傳輸射孔作業(yè)，其與TCP射孔方式類型，只是利用連續(xù)油管代替普通油管，但由于海上平臺空間和吊機(jī)工作重量限制，連續(xù)油管在海上作業(yè)成本較高，且作業(yè)深度限制較大，因此在海上油田應(yīng)用較少。目前，海上油田應(yīng)用最多的射孔方式為TCP射孔方式，其通過油管進(jìn)行傳輸，利用投棒或者環(huán)空加壓的方式，完成射孔作業(yè)，其能夠滿足高孔密、深穿透、大孔徑等射孔要求，可以設(shè)置射孔時的壓力以滿足反排要求，且工藝成熟，作業(yè)成功率較高，該方式也是國內(nèi)外各大油田最常用的射孔方式。

1.2 根據(jù)壓力分類

根據(jù)射孔時井筒內(nèi)的壓力情況，分為正壓射孔、平衡射孔和負(fù)壓射孔。當(dāng)射孔時井筒的壓力大于地層壓力時，此射孔方式為正壓射孔，該射孔方式能夠有效壓制地層壓力，防止地層流體快速流入井筒而對井筒安全造成威脅，但其會對地層產(chǎn)生較大壓實(shí)作用，且使炮彈碎屑等污染物進(jìn)入地層，從而影響最終產(chǎn)能，因此該射孔方式在海上應(yīng)用較少。而負(fù)壓射孔與正壓射孔相反，其在射孔時井筒壓力明顯小于地層壓力，因此射孔后大量地層流體帶動污染碎屑流入井筒而被排出，保證了井筒的清潔且降低了井筒表皮系數(shù)，增加了單井的產(chǎn)量，但是由于井筒壓力小于地層壓力，會導(dǎo)致大量流體流入且易造成管柱出砂，因此其只在井壁穩(wěn)定的致密砂巖應(yīng)用較多，而海上油田儲層以疏松砂巖為主，因此其在海上油田應(yīng)用也較少。海上油田目前常用的射孔方式為平衡射孔，射孔時的井筒壓力約等于地層壓力，從而在井筒安全和清潔之間尋找平衡，為了能夠?qū)⑸淇缀蟮乃樾嫉任廴疚锱懦觯撋淇坠に囃c負(fù)壓反涌作業(yè)聯(lián)合，既保證了井筒安全又降低了井筒表皮。

2 海上常用射孔工藝介紹

根據(jù)海上作業(yè)特點(diǎn)，海上常用的射孔方式為平衡TCP射孔與負(fù)壓反涌聯(lián)作，即先用平衡射孔作業(yè)打開地層，再利用負(fù)壓反涌工藝進(jìn)行反排，解除射孔污染，分別從射孔參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計、管柱設(shè)計和施工步驟等角度對該工藝進(jìn)行介紹[3]。

2.1 射孔參數(shù)設(shè)計

射孔作業(yè)關(guān)鍵步驟為參數(shù)的設(shè)計，首先根據(jù)地層特征和射孔表皮計算公式，計算不同孔徑下的產(chǎn)能變化，尋找產(chǎn)能最優(yōu)的射孔孔徑，再計算不同射孔深度下的產(chǎn)能變化，得到產(chǎn)能最優(yōu)條件下的最優(yōu)射孔深度，當(dāng)兩個參數(shù)存在矛盾而沒有對應(yīng)射孔彈時，根據(jù)儲層性質(zhì)進(jìn)行優(yōu)選。當(dāng)儲層為為致密儲層時，孔密和孔深的影響大于孔徑和相位，此時選擇深穿透射孔彈；當(dāng)儲層為疏松砂巖時，孔徑的影響大于孔密大于孔深大于相位，此時選擇大孔徑射孔彈。

負(fù)壓設(shè)計時應(yīng)考慮以下因素：能夠降低射孔壓實(shí)污染，降低表皮系數(shù)；返排物不應(yīng)卡死負(fù)壓射孔管柱；參考以往類似油、氣井的負(fù)壓射孔實(shí)踐經(jīng)驗值；不破壞地層巖石骨架。根據(jù)以上因素，利用實(shí)驗方法建立了負(fù)壓計算公式，最小負(fù)壓Pmin=6.89×3.5/(K0.37)，最 大 負(fù) 壓Pmax=6.89×2.5/(K0.17)，其中K為地層滲透率，單位為μm2×10-3。設(shè)計負(fù)壓位于兩者之間。根據(jù)作業(yè)經(jīng)驗，有出砂歷史的油田射孔作業(yè)時，設(shè)計負(fù)壓值P=0.8Pmin+0.2Pmax，沒有出砂歷史的油田，設(shè)計負(fù)壓值P=0.8Pmax+0.2Pmin。

2.2 管柱設(shè)計

根據(jù)負(fù)壓反涌的管柱類型，作業(yè)方式分為一趟管柱射孔與負(fù)壓反涌聯(lián)作和兩趟管柱射孔與負(fù)壓反涌作業(yè)。一趟管柱射孔與負(fù)壓反涌管柱從下往上依次為壓力延時點(diǎn)火頭、射孔槍、壓力延時點(diǎn)火頭、負(fù)壓閥、流量閥、RTTS封隔器、震擊器、鉆桿。其采用的引爆射孔彈方式為環(huán)空加壓，打開流量閥的方式為投棒砸開負(fù)壓閥，其造負(fù)壓方式為用油管流量閥到達(dá)預(yù)計的深度后，鉆桿內(nèi)打壓關(guān)閉流量閥，該點(diǎn)以上的油管都是空氣，從而制造負(fù)壓值。而兩趟管柱負(fù)壓負(fù)壓反涌的管柱從下往上依次為：盲堵、負(fù)壓閥、RTTS封隔器、負(fù)壓閥傳壓孔、震擊器、流量閥、鉆桿。其采用環(huán)空加壓方式，通過傳壓孔穿過封隔器后打開負(fù)壓閥，造負(fù)壓方式與一趟一趟管柱射孔與負(fù)壓反涌管柱一樣。在設(shè)計時，井斜較小的井(一般小于70°)采用一趟管柱射孔與負(fù)壓反涌聯(lián)作方式，而井斜較大的井(一般大于70°)采用兩趟管柱射孔與負(fù)壓反涌作業(yè)。

2.3 作業(yè)流程

一趟管柱射孔與負(fù)壓反涌聯(lián)作方式的施工步驟為：根據(jù)射孔管柱表組裝下入射孔管柱，下鉆到位后測量方余；鉆桿內(nèi)電測校深，根據(jù)校深長度配長；放到射孔位置關(guān)閉上閘板和萬能防噴器，環(huán)空打壓后穩(wěn)壓1min，打開防噴器聽到震動后確認(rèn)射孔成功；打開防噴器將轉(zhuǎn)注上提到射孔段以上，防止卡槍；射孔作業(yè)后，上提一定距離后正轉(zhuǎn)下壓坐封RTTS封隔器，進(jìn)行環(huán)空試壓；油管連接考克，考克閥關(guān)閉，里面裝著點(diǎn)火棒，連接循環(huán)頭和方井口；打開考克，點(diǎn)火棒下落將負(fù)壓閥打開，進(jìn)行負(fù)壓反涌，污油進(jìn)入方井口的一個支路進(jìn)入污油灌；反涌完畢，上提管柱解壓RTTS，關(guān)閉萬能防噴器進(jìn)行反循環(huán)壓井，反出的污油進(jìn)入污油灌，待返出干凈后，進(jìn)入另一個支路返回泥漿池。

兩趟管柱射孔與負(fù)壓反涌作業(yè)的施工流程為：根據(jù)射孔管柱表組裝下入射孔管柱，下鉆到位后測量方余；鉆桿內(nèi)電測校深，根據(jù)校深長度配長；放到射孔位置關(guān)閉上閘板防噴器，鉆桿內(nèi)正打壓后穩(wěn)壓1min，打開防噴器聽到震動后確認(rèn)射孔成功；起射孔槍至射孔段以上，防止射孔槍砂；連接方井口及地面管線，進(jìn)行反循環(huán)壓井洗井，返出原油進(jìn)污油罐，待返出液基本無原油后，返出液進(jìn)泥漿池；連接單獨(dú)放噴管柱并下入；下鉆到設(shè)計流量閥位置，正打壓關(guān)閉油管流量閥(造成后續(xù)連接的管柱內(nèi)為空的，從而造成負(fù)壓)；繼續(xù)下鉆，到位后正轉(zhuǎn)下壓坐封RTTS封隔器，進(jìn)行環(huán)空試壓；連接方井口及地面管線，然后環(huán)空打更高的壓力通過負(fù)壓閥開孔傳壓裝置傳遞到封隔器下方的負(fù)壓孔并打開；負(fù)壓反涌一段時間，返出的污油和水經(jīng)過油氣分離后進(jìn)入污油罐；上提解封RTTS，環(huán)空補(bǔ)完井液。

目前海上特色射孔工藝已成功在海上油田應(yīng)用數(shù)百口井，在保證井筒安全的基礎(chǔ)上，大幅降低了射孔表皮，從而增加了單井的產(chǎn)量和生命周期，解決了常規(guī)射孔工藝存在的缺點(diǎn)，有助于海上油田實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)目標(biāo)。

3 結(jié)語

(1)根據(jù)海上作業(yè)特點(diǎn)，海上常用的射孔方式為平衡TCP射孔與負(fù)壓反涌聯(lián)作，即先用平衡射孔作業(yè)打開地層，再利用負(fù)壓反涌工藝進(jìn)行反排。

(2)井斜較小的井(一般小于70°)采用一趟管柱射孔與負(fù)壓反涌聯(lián)作方式，而井斜較大的井(一般大于70°)采用兩趟管柱射孔與負(fù)壓反涌作業(yè)。

(3)一趟管柱射孔與負(fù)壓反涌聯(lián)作方式與兩趟管柱射孔與負(fù)壓反涌作業(yè)造負(fù)壓的原理相同，但打開負(fù)壓閥方法有所區(qū)別，前者利用投棒砸開負(fù)壓閥，后者通過環(huán)空加壓，壓力從傳壓孔傳遞到負(fù)壓閥使其打開。