渤海油田大斜度井射孔工藝

＊劉占奇

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司 天津 300459）

1.引言

眾所周知，射孔是建立地層和井筒之間流體流動通道的一項技術，是油氣田完井工程的重要組成部分和試油工藝的關鍵環(huán)節(jié)。隨著射孔技術的應用與發(fā)展，渤海油田逐漸形成了正壓射孔、負壓射孔、正壓射孔負壓反涌、超正壓射孔等工藝技術。其中負壓反涌射孔工藝因負壓清洗射孔孔道、作業(yè)風險低等特點在我國渤海疏松砂巖儲層射孔完井中應用比較廣泛。

隨著渤海油田的不斷開發(fā)與推進，為了實現經濟利益最大化，方便管理，海上的叢式井開發(fā)，越來越多的工程采用較少平臺布置大量大斜度井來進行更多區(qū)域的油氣開采。常規(guī)射孔工藝隨著油井井斜越來越大，有兩個難題日益凸顯，一方面常規(guī)校深定位方法，即靠儀器和電纜自重進行校深定位，由于井斜太大，井眼軌跡復雜，儀器難以下入到位；另一方面，射孔作業(yè)和負壓誘噴需要兩趟管柱實現，增加了工期和費用，致使常規(guī)的射孔工藝在滿足斜度井工藝需求上有一定的局限性。

針對海上這個難題，逐漸采用了電纜旁通泵送校深工藝、隨鉆GR校深工藝和動態(tài)負壓射孔工藝，在校深定位方法和負壓誘噴方法上實現了技術的突破，通過將不同的校深定位工藝和不同的負壓誘噴方法相組合，以適用于不同條件下的井況。

2.大斜度井校深定位工藝

渤海油田大斜度井因井斜大電纜無法輸送射孔槍到位，因此基本均采用油管輸送射孔。油管輸送射孔通過測量并對比管柱中的放射性接頭（放射性記號源）的深度與套管上預留記號源的深度來確定射孔器的實際深度。海上油氣井多采用雙同位素校深方法，即分別在套管上和射孔管柱上安裝放射性記號源，校深時通過電纜將伽馬儀器下入射孔管柱內，測出射孔管柱上的放射性接頭和套管上的放射性記號源標記深度。在校深圖上讀出射孔頂界深度和管柱上放射性標記的深度，來計算出射孔管柱的調整量。

對于大斜度定向井而言，由于井斜大、井眼軌跡復雜，單憑依靠電纜儀器自重無法將伽馬工具下放到位來完成射孔槍的校深定位工作，因此針對該難題，采用了電纜旁通泵送校深工藝、隨鉆GR校深工藝來滿足大斜度井的需求。

(1)電纜旁通泵送校深工藝

電纜旁通泵送校深工藝，是將電纜旁通短節(jié)應用到射孔電纜輸送中。操作時，先將電纜穿入旁通側面的水眼，再從旁通下端穿出，然后在穿出的電纜前端制作電纜頭，連接井下儀器。隨后將旁通三件套配合電纜安裝到旁通側面的水眼中。電纜和旁通連接好后，把電纜頭及井下儀器放入鉆桿內，旁通下端與井口處的鉆桿擰緊，旁通上端連接泵入管線。一般的泵送施工，只要在桿內建立正常的循環(huán)即可，依靠循環(huán)的液體推力就能將電纜輸送到目的深度。然后在電纜上行過程中，根據套管上和射孔管柱上安裝放射性記號源校深。

圖1 某形式電纜旁通工具

泵送的壓力與井斜大小、泵送段長度、井眼軌跡、完井液密度、鉆桿內徑、井筒清潔程度等有關。同時在校深作業(yè)工程中，由于槍身已經下到井內，起爆器為加壓方式起爆，這就要采取必要的措施來避免槍身誤起爆事故的發(fā)生。一是嚴格控制泵入井下的壓力值，避免壓力過高和壓力激動的產生；二是通過合理加裝起爆器剪切銷釘數量來提高壓力起爆器的安全壓力值。電纜旁通泵送工具也隨著井況條件的日益苛刻，不斷優(yōu)化發(fā)展，成為解決大斜度井電測校深的有力工具。

(2)隨鉆GR校深工藝

隨鉆GR校深是將隨鉆伽馬儀器連接在射孔管柱上，下鉆至測井井段頂，開泵，隨鉆下測地層伽馬，測井結束后停泵，通過將實時伽馬測井曲線與鉆井時的裸眼電纜伽馬測井曲線進行比對，完成射孔管柱的校深作業(yè)。

隨鉆GR儀器由MWD系統(tǒng)井下部分與PCG（Pressure Case Gamma）探管組成，其原理主要是開泵后PCG探管控制脈沖器將測得井下地層自然伽馬以及套管同位素實時伽馬數據，通過完井液脈沖傳向地面解碼。

圖2 隨鉆GR儀器

表1 伽馬探管系統(tǒng)參數

對于隨鉆GR校深工藝，深度的準確是最基本的部分也是最關鍵的部分，對比實時伽馬測井曲線和裸眼井伽馬測井曲線，找出標志層，并進行認真比對，校正到裸眼測井曲線深度；做好詳細的記錄，準確的將測井深度轉換成射孔槍的深度。該工藝解決了大井斜電纜校深難問題，取得了較好的效果，另一方面也提高了射孔作業(yè)的安全性，減少了大排量泵送GR儀器造成射孔槍誤引爆的風險。

3.大斜度井射孔誘噴工藝

對于大斜度定向井，由于在射孔作業(yè)之前需要進行射孔槍的校深定位，無論是采用電纜旁通泵送校深工藝，還是采用隨鉆GR校深工藝，在作業(yè)過程中都需要建立井筒循環(huán)，都使得無法在射孔管柱內造負壓，需要在射孔作業(yè)后，再下一趟負壓返涌管柱，即TCP平衡射孔、負壓單獨放噴工藝。此外，另一種動態(tài)負壓射孔工藝則是利用儲層中非射孔段夾層中的空槍造負壓，在射孔的同時實現負壓返涌，不需要再下一趟返涌管柱，完井作業(yè)工序相對簡單。

(1)TCP平衡射孔、負壓單獨誘噴工藝

TCP平衡射孔、負壓單獨誘噴工藝，是在井筒壓力與地層壓力平衡或者前者稍高于后者的情況下進行射孔作業(yè)，射孔后盡量減少射孔工作液向儲層入侵。在射孔作業(yè)結束后，下入另一趟單獨誘噴的管柱，進行負壓返涌作業(yè)，清潔射孔后的孔眼、孔隙吼道。相對動態(tài)負壓射孔來說該方式的優(yōu)勢是安全性高一些，因為負壓誘噴的管柱下入位置在射孔層段至上，可以避免誘噴期間因儲層疏松出砂而導致管柱遇卡等復雜情況。但在射孔后到負壓誘噴需要有一段等待的時間，也相對增加了完井液對儲層的暴露時間。

(2)動態(tài)負壓射孔工藝

動態(tài)負壓是在射孔的同時，在射孔管柱中產生的爆炸點附近設置了泄壓點以及泄流空間，導致了井筒內液體向降壓腔里以非常大的加速度向低壓區(qū)流動，而其造成的與加速度反向的慣性力使得快速降壓裝置周圍的液體中產生了極大的負壓差。在該大負壓差作用下，使得地層到井筒之間會產生較大的瞬間沖擊回流，從而清除炮眼中的射孔殘渣、巖石碎屑以及孔道周圍的壓實帶，同時由于射孔孔眼周圍巖石遭到重復性應力破壞，從而進一步提高了儲層的滲透性和導流能力。

動態(tài)負壓射孔是在初始的靜態(tài)壓力下，射孔的同時在地層和井筒之間產生一個變化的可維持一定時間的動態(tài)負壓，而初始的靜態(tài)壓力狀態(tài)可以是正壓、負壓或平衡壓力的條件。在動態(tài)負壓射孔作業(yè)前需根據目的層的地層流體性質、孔隙度、孔隙壓力及滲透率等參數，用射孔優(yōu)化設計軟件進行初始負壓值設計及射孔參數設計，同時計算出降壓槍的數量，以達到最佳射孔負壓值的要求。

圖3 動態(tài)負壓與靜態(tài)負壓對比示意圖

負壓值是動態(tài)負壓射孔工藝的關鍵，考慮到對射孔炮眼的清潔程度和對油井套管和井下工具安全強度，對于海上的砂巖油氣藏而言，針對非致密地層，采用VNN公式計算負壓值，針對致密地層，采用斯倫貝謝Behrmann公式計算負壓值。最大負壓值取套管和井下工具破壞強度最小值的80%。

動態(tài)負壓射孔的管柱設計是另一個關鍵，根據需要在射孔槍或夾層槍內安裝負壓彈，在射孔彈對地層射孔的同時，負壓彈對槍身開孔（不損傷套管），井筒液體通過槍身上的孔眼快速進入射孔槍內，瞬時降低井筒壓力，在射孔孔道內產生瞬間沖擊回流，沖洗射孔孔道及孔道周圍壓實帶。射孔管柱最底部連接有P-T測試儀，可針對射孔壓力信號的數據進行采集存儲，該儀器能夠承受射孔瞬間所產生的138MPa的高壓，具備高抗震能力，根據需要可設置記錄壓力樣本數據點，并儲存于8MB的內存卡中，即使測試儀射孔時意外損壞，已記錄儲存的數據也不會丟失，具有較高的安全性。

4.大斜度井射孔工藝

對于海上油氣井的射孔工藝的難點主要分為射孔管柱校深定位工藝和射孔誘噴工藝。目前針對海上大斜度井射孔難題主要采用以下工藝組合來解決，即電纜旁通泵送校深+單獨負壓誘噴射孔工藝，隨鉆GR校深+單獨負壓誘噴射孔工藝，電纜旁通泵送+動態(tài)負壓射孔工藝，隨鉆GR校深+動態(tài)負壓射孔工藝。對于不同的射孔校深定位與誘噴工藝的優(yōu)缺點和適用條件進行了分析和對比。

表2 電纜旁通泵送校深工藝和隨鉆GR校深比較

表3 動態(tài)負壓射孔工藝和單獨誘噴工藝對比

5.結論

針對目前渤海油田大斜度井射孔的難題，主要采用以下四種工藝組合得到了很好的解決，即電纜旁通泵送校深+單獨負壓誘噴射孔工藝，隨鉆GR校深+單獨負壓誘噴射孔工藝，電纜旁通泵送+動態(tài)負壓射孔工藝，隨鉆GR校深+動態(tài)負壓射孔工藝，但是不同工藝根據具體井況具有不同的適用性。

對于井身軌跡簡單，狗腿較小，井斜方位不大的井，電纜旁通泵送校深工藝在工期費用上更有優(yōu)勢；隨著渤海油田的開發(fā)趨勢，大位移井、大斜度井越來越多，對于井身軌跡相對較為復雜的井，尤其是對于水平套管井的開發(fā)模式，隨鉆GR校深結合動態(tài)負壓射孔工藝能夠更好的滿足作業(yè)需求。

渤海油田疏松砂巖儲層較多，射孔后容易出砂，對于動態(tài)負壓射孔而言出砂卡槍的風險較高，如果采用TCP平衡射孔、單獨誘噴返涌的方式，工序復雜，工期相對較長，因此對于該類型的井，期待著更加安全、更加高效、經濟性更優(yōu)的射孔工藝。