定向井連續(xù)油管機(jī)械定位射孔技術(shù)分析及應(yīng)用

杜承強(qiáng)，王方祥，吳英新，李道松，馬 超，向兆東

(中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程公司 井下技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300280)

隨著油田勘探開發(fā)的進(jìn)展，大斜度井、水平井日益增多[1]。如何提高這類定向井的測試成功率是井下作業(yè)的重要課題[2-3]。射孔的目的是將井筒與油氣層連通[4]，目前主要的射孔方式是電纜傳輸射孔和油管輸送射孔[5]。在定向井中進(jìn)行射孔作業(yè)時，由于井斜較大，電纜輸送容易遇阻，而油管輸送也會使得定位誤差較大，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確射穿目的層[6]。為此，王英等[6-7]針對電纜式射孔方式，介紹了帶柔性滾輪加重、帶電纜泵送工藝，解決大斜度井電纜射孔問題。溫軍彥[2]、孔祥吉等[3]、趙金龍等[8-13]針對常規(guī)油管輸送測試及射孔工藝，介紹了國內(nèi)外管柱結(jié)構(gòu)及工序優(yōu)化、封隔器選型、井控方案，解決大斜度井地層測試方面的經(jīng)驗。連續(xù)油管作業(yè)技術(shù)具有施工簡單、安全可靠的特點，能夠?qū)⒐ぞ邷?zhǔn)確地傳輸至目的層位，解決常規(guī)射孔工藝的技術(shù)難題[14]。呂選鵬等[14-15]針對常規(guī)作業(yè)裝備的局限性，采用連續(xù)油管設(shè)備，有效解決該弊端，展望了連續(xù)油管在油氣田勘探開發(fā)中的應(yīng)用前景。陳建波等[16-21]介紹了國內(nèi)外常用的4種連續(xù)油管射孔方式的應(yīng)用前景，及連續(xù)油管射孔技術(shù)的最新發(fā)展動態(tài)和工具改進(jìn)、應(yīng)用經(jīng)驗。

綜合以上多人論述，針對大斜度定向井(水平井)射孔的技術(shù)難題，通過對常規(guī)電纜、油管輸送射孔工藝的改進(jìn)，仍然不能根本解決爬行器效率較低、滾輪落井、管串卡阻等風(fēng)險。油管傳輸射孔后，在起槍過程中，發(fā)現(xiàn)溢流顯示后，不但面臨井噴風(fēng)險，需關(guān)井壓井作業(yè)，會大幅增加作業(yè)周期，影響作業(yè)效率。采用連續(xù)油管傳輸射孔技術(shù)可以避免上述風(fēng)險。但是，由于連續(xù)油管材韌性的特點，管材在井筒內(nèi)發(fā)生彎曲是必然的，尤其是在大斜度井中，管材的彎曲更加明顯，地面計數(shù)器所反映的油管下深與實際井深存在誤差，因此發(fā)生誤射的風(fēng)險較高。

結(jié)合大港油田地區(qū)大斜度井的特點，進(jìn)行連續(xù)油管機(jī)械定位的理論分析，采用連續(xù)油管+套管機(jī)械定位+蹩壓點火射孔方式，解決了常規(guī)射孔工藝難以下入、管串遇卡、作業(yè)效率較低、連續(xù)油管難以實現(xiàn)精確定位等問題。

1 連續(xù)油管機(jī)械定位射孔工藝技術(shù)

連續(xù)油管機(jī)械定位射孔技術(shù)，是利用定位器精準(zhǔn)捕捉油氣層套管短套位置后，根據(jù)套管接箍和定位器的位置，推算射孔槍的位置數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)對目的油氣層精確射孔。

1.1 定位原理

傳統(tǒng)磁定位技術(shù)是使用電子信號傳輸套管接箍信號，而機(jī)械定位技術(shù)是通過定位器產(chǎn)生的拉力變化，尋找短套管位置。圖1是電纜射孔定位技術(shù)與機(jī)械定位技術(shù)的測試結(jié)果對比示意圖。

a XXX井CCL定位射孔測試曲線

b ZH54-22井連續(xù)油管機(jī)械定位測試曲線

機(jī)械定位的結(jié)果需與測井標(biāo)準(zhǔn)圖套管接箍數(shù)據(jù)對比，進(jìn)行校深，最終有效捕獲油氣層準(zhǔn)確的位置數(shù)據(jù)。圖1a為常規(guī)電子信號定位示意圖；圖1b為ZH54-22井機(jī)械定位示意圖，曲線峰值跳躍點為套管接箍位置。

1.2 定位器結(jié)構(gòu)

定位器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，外筒上有安裝卡瓦和彈簧的凹槽，共3個，上下兩端為端蓋。首先在外筒上安裝卡瓦、彈簧和端蓋，然后由內(nèi)筒的上端插入，完成安裝。

圖2 連續(xù)油管機(jī)械定位器結(jié)構(gòu)示意

1.3 定位方法

定位器卡在井筒內(nèi)壁，在反力的作用下，壓縮彈簧片處于縮緊狀態(tài)。上提管柱時，定位器到達(dá)套管接箍處，此處存在變徑，在彈簧的作用下，卡瓦凸出的部分就會進(jìn)入變徑，從而使卡瓦與套管接箍接觸，產(chǎn)生8 000～10 000 N的阻力。通過地面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)判斷定位器卡瓦過套管接箍時的拉力變化來準(zhǔn)確錄取套管接箍數(shù)據(jù)。最后，根據(jù)套管接箍和定位器的位置，推算射孔槍的位置數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)對目的油氣層精確射孔。

1.4 定位器主要技術(shù)參數(shù)

該機(jī)械定位器長度僅為467 mm，承壓可達(dá)到70 MPa，適用于90°以內(nèi)的大斜度定向井(水平井)。表1所示為139.7 mm套管內(nèi)使用的機(jī)械定位器的參數(shù)。

表1 機(jī)械定位器技術(shù)參數(shù)

1.5 機(jī)械定位管柱結(jié)構(gòu)

連續(xù)油管輸送機(jī)械定位射孔工具串結(jié)構(gòu)為：?50.8 mm連續(xù)油管+?73 mm油管連接器+?73 mm安全接頭+變扣接頭+?73 mm篩管+定位器+加壓起爆器+射孔槍+尾堵，管柱結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1—連續(xù)油管；2—油管連接器；3—安全接頭；4—變扣接頭；5—篩管；6—定位器；7—加壓起爆器；8—射孔槍；9—尾堵。

1.6 井控方案實施

井控裝置采用采油樹+防噴器組+防噴管+注入頭的組合方式。圖4為井口井控裝置組合示意圖。使用連續(xù)油管輸送射孔后，起出射孔槍，可直接進(jìn)行壓裂施工或下泵投產(chǎn)。因連續(xù)油管作業(yè)裝置具有可帶壓作業(yè)的特殊性能，可以隨時加深管串至理想位置，進(jìn)行洗、壓井作業(yè)或直接投產(chǎn)，將井噴失控的風(fēng)險降至最低，作業(yè)效率大幅提升。

圖4 連續(xù)油管機(jī)械定位射孔井口井控裝置示意

2 工藝實施過程

1)測量射孔工具尺寸。

2)地面計數(shù)器清零，下入連續(xù)油管及工具串。

3)工具下至500 m，試提管柱，驗證定位器工作情況。

4)定位短套管位置數(shù)據(jù)。校核連續(xù)油管深度數(shù)據(jù)，根據(jù)短套深度和完井套管接箍位置數(shù)據(jù)、測井標(biāo)準(zhǔn)圖套管接箍數(shù)據(jù)，依次找到短套管以下的每個套管接箍位置。

5)尋找目的層位套管接箍數(shù)據(jù)，最終校核確定射孔槍位置數(shù)據(jù)，調(diào)整射孔槍至目的層位。

6)井筒水力加壓射孔。

7)起出連續(xù)油管及射孔工具串，檢查發(fā)射率。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

連續(xù)油管機(jī)械定位射孔技術(shù)在大港油田大斜度定向井(水平井)累計實施26井次、38段；在其他油田實施大斜度定向井定位射孔32井次、76段。定位成功率100%，井噴事故率為0，射孔誤差小于10 cm。

3.1 在大港油田ZH54-22井的應(yīng)用

ZH54-22井是位于大港油田Z1504斷塊埕海3-1井場的1口開發(fā)井，位于大港油田東部沿海人工島井場，最大井斜度63.2°，水平位移2 776.08 m，井眼軌跡如圖5所示。

圖5 ZH54-22井井眼軌跡

地層壓力系數(shù)1.33，預(yù)測關(guān)井最大井口壓力為22.98 MPa，屬于異常高壓儲層，處于環(huán)境敏感度極高的灘海位置，對施工工藝及井控的要求苛刻，不允許出現(xiàn)井噴事故。計劃使用泵送橋塞工藝分3段實施壓裂后投產(chǎn)，由于井眼軌跡的特殊性，首段目的層的射孔出現(xiàn)技術(shù)難題，采用常規(guī)電纜、油管輸送射孔工藝面臨著射孔槍身難以下入、難定位、射孔后油氣流外泄等高風(fēng)險。綜合考慮，最終選擇連續(xù)油管機(jī)械定位蹩壓點火方式射孔，射開首段4 461～4 468 m，順利完成定位射孔施工。圖1b為該井實施機(jī)械定位的定位曲線圖。

該井射孔后采用泵送橋塞分段壓裂，放噴后使用5 mm油嘴投產(chǎn)，獲工業(yè)油、氣流，套壓10.9 MPa，產(chǎn)油52.14 t/d，產(chǎn)氣10 440 m3/d。

3.2 在大港油田Q61-5H井的應(yīng)用

Q61-5H井是大港油田在Q61區(qū)塊部署的井叢井組中的1口水平井，最大井斜84.26°，水平段位移370.17 m。前期井筒作業(yè)時發(fā)現(xiàn)首段射孔段附近3 329.9 m處有小于100 mm的套管變形(使用?100 mm通井規(guī)遇阻)。該井井斜角度大，井眼軌跡特殊，且井筒有套管變形，情況較為復(fù)雜。如果使用傳統(tǒng)射孔工藝，發(fā)生卡鉆的風(fēng)險較高。采用連續(xù)油管機(jī)械定位射孔工藝，分2次使用68射孔槍、89射孔槍，機(jī)械定位射孔獲得成功，射開井段：3 335.5～3 336.5 m，3 315.5～3 316.5 m，3 289.5～3 290.5 m，經(jīng)分段泵送橋塞壓裂措施后自噴生產(chǎn)，?3 mm油嘴，壓力10.3 MPa，產(chǎn)油26.62 t/d，產(chǎn)液41.6 t/d。

3.3 在大港油田趙家堡1號井叢平臺的應(yīng)用

趙家堡1號井叢井臺是部署于大港油田羊二莊一斷塊莊的9口定向井組，表2為井叢井9口井的井深結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。

該平臺位于沿海邊緣趙家堡村西，處于環(huán)境極其敏感的地帶，且井場異常狹小，井深2 000～2 300 m，井斜度為24～56°，最大井斜達(dá)到了56.55°，水平位移最大的達(dá)到了1 362.98 m，全角變化率達(dá)到了3.25～4.47°。

采用連續(xù)油管機(jī)械定位射孔工藝對井其中的9口井采取拉鏈?zhǔn)缴淇鬃鳂I(yè)，均順利實施精確定位射孔，然后使用常規(guī)修井機(jī)1臺跟進(jìn)下泵完井。該井工廠平臺的施工僅動用連續(xù)油管作業(yè)機(jī)、常規(guī)修井機(jī)各1臺，緩解了井場狹小的問題，且保障了大斜度定向井的成功定位射孔，與常規(guī)作業(yè)相比提高了作業(yè)效率10%，累計增產(chǎn)原油84.79 t/d。

表2 趙家堡1號井叢平臺施工井參數(shù)及效果統(tǒng)計

3.4 在大港油田港東1號井叢平臺的應(yīng)用

G8-65-3井是大港油田港東1號井叢平臺的一口定向井，使用本工藝實施射孔結(jié)束洗井后2 h，開井觀察時發(fā)現(xiàn)溢流并逐步加大，關(guān)井壓力由0上升至5.4 MPa，使用密度1.28、1.4 g/cm3鹵水分2次壓井，成功壓住溢流。該井若采用常規(guī)電纜或油管輸送射孔將導(dǎo)致溢流、井涌，甚至井噴的風(fēng)險概率較高，且在空井筒狀態(tài)下，只能采用擠壓井的措施，會對儲層帶來污染。本次使用連續(xù)油管作業(yè)機(jī)射孔，發(fā)現(xiàn)溢流后，立即組織壓井，帶壓調(diào)整連續(xù)油管管柱洗井、脫氣，是常規(guī)作業(yè)裝備不可完成的。

4 結(jié)論

1)在分析連續(xù)油管機(jī)械定位原理的基礎(chǔ)上，研制了新型機(jī)械定位裝置。詳述了機(jī)械定位工藝實施過程，結(jié)合連續(xù)油管作業(yè)機(jī)獨特的作業(yè)性能，形成了連續(xù)油管機(jī)械定位射孔工藝。

2)連續(xù)油管機(jī)械定位射孔工藝流程簡單、操作便捷，可提高射孔作業(yè)效率和準(zhǔn)確性，且有效地防止井噴事故的發(fā)生。

3)連續(xù)油管機(jī)械定位射孔技術(shù)可應(yīng)用于大斜度井、水平井等射孔施工難度較高及一些特殊工況的井，是常規(guī)射孔方式有效的補(bǔ)充手段。