射孔器模擬井射孔試驗套管內(nèi)毛刺高度評價探討

鄧剛，李險峰，李東傳，郭金榮

1.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司開發(fā)部（黑龍江 大慶 163000）

2.石油工業(yè)油氣田射孔器材質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（黑龍江 大慶 163853）

3.中國石油大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院（黑龍江 大慶 163453）

0 引言

射孔完井是最常用的完井方式[1-4]，聚能射孔器在建立井筒與油氣層間通道的同時，也對套管造成了損傷。比如在套管內(nèi)側(cè)孔眼邊緣形成毛刺（內(nèi)毛刺），這會阻礙射孔槍、管柱等儀器設(shè)備通過套管甚至刮傷橋塞、封隔器等，影響座封效果，嚴(yán)重的會造成卡槍等事故。

國內(nèi)通常采用SY/T 6163—2018《油氣井用聚能射孔器材通用技術(shù)條件及性能試驗方法》[5]檢驗評價聚能射孔器射孔生產(chǎn)的套管內(nèi)毛刺高度。射孔器模擬井射孔試驗后，任取鄰近的至少5 個孔的一段試驗套管剖開，測量套管上的內(nèi)毛刺高度，并按要求評價，在執(zhí)行過程中發(fā)現(xiàn)因取樣位置不同而得出結(jié)果不同的現(xiàn)象。API RP 19B：2021[6]給出了射孔器在混凝土靶射孔產(chǎn)生內(nèi)毛刺的試驗方法，沒有給出對應(yīng)的評價方法。本文分析了射孔器模擬井射孔試驗涉及的抽樣方案、樣品切割、結(jié)果評價等，對比不同評，價方法給出結(jié)果的質(zhì)量水平，有助于更科學(xué)地檢驗并評價射孔器性能，為標(biāo)準(zhǔn)的制修訂提供參考。

1 問題來源

1.1 套管的內(nèi)毛刺高度相關(guān)規(guī)定

SY/T 6163—2018中規(guī)定，模擬井射孔試驗用射孔槍有效射孔長度不大于6 m，射孔器在模擬井射孔試驗后套管的內(nèi)毛刺高度相關(guān)規(guī)定有：

1）內(nèi)毛刺高度。射孔器進(jìn)行模擬井射孔試驗后，套管或油管內(nèi)毛刺高度應(yīng)不大于2.5 mm。

2）試驗套管。測量內(nèi)毛刺高度。任取鄰近的至少5 個孔的一段試驗套管剖開，用深度卡尺在套管內(nèi)壁孔眼處進(jìn)行測量，單位為毫米（mm）。

3）抽樣方案。計數(shù)抽樣方案按GB/T 2828.1—2012[7]規(guī)定確定（表1）。

表1 內(nèi)毛刺高度計數(shù)抽樣方案

4）判定規(guī)則。當(dāng)不合格品數(shù)不大于Ac（合格判定數(shù)）時判定合格，當(dāng)不合格品數(shù)不小于Re（不合格判定數(shù)）時判定不合格。

SY/T 6163—2018 中第5 章對射孔器模擬井射孔試驗中內(nèi)毛刺高度進(jìn)行了要求；第6 章對內(nèi)毛刺高度的測量方法進(jìn)行了規(guī)定；第7 章中抽樣方案和判定規(guī)則是對試驗結(jié)果是否滿足第5章中關(guān)于抽樣和判定規(guī)定的要求，并給出了對應(yīng)的AQL值。

1.2 方法中存在的不足

在SY/T 6163—2018 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行過程中，發(fā)現(xiàn)模擬井射孔試驗方法和抽樣方案均存在瑕疵：

1）試驗過程。第6.6.6.6.2 條規(guī)定了，任取鄰近的至少5 個孔的一段試驗套管剖開，用深度卡尺在套管內(nèi)壁孔眼處進(jìn)行測量。存在問題：任取鄰近的至少5 個孔，選擇不同位置的5 個孔測得的結(jié)果可能不同。

2）抽樣方案給出的檢驗水平低、接收質(zhì)量限過于寬松。第7.1.4.1.2 條規(guī)定了模擬井試驗套管內(nèi)毛刺高檢驗水平、接收質(zhì)量限分別為S-2、10.0。存在問題：AQL=10.0表明允許不合格品為10%，即每100個樣品中允許有10個不合格，方案過于寬松。

2 井下施工對套管內(nèi)毛刺高度的要求

射孔在套管上形成內(nèi)毛刺，一般在2.5 mm 以內(nèi)，少量高度可達(dá)4.1 mm[8]。套管內(nèi)毛刺影響射孔槍串的提出以及后續(xù)作業(yè)過程，嚴(yán)重時造成完井管柱阻卡[9]，影響橋塞和封隔器的座封效果等。為了防止事故的發(fā)生，現(xiàn)場一般在施工前進(jìn)行套管刮削[10]或模擬通井[11]作業(yè)，去掉毛刺或最大限度地降低高度，保證井筒通暢，提高井下座封等施工成功率。因此，有效地控制射孔造成的套管內(nèi)毛刺高度，可降低或省去套管刮削或通井作業(yè)，提高施工效率。

3 試驗中出現(xiàn)的問題

3.1 檢驗過程簡介

射孔器模擬井射孔試驗按SY/T 6163—2018 第6.6條規(guī)定執(zhí)行，將射孔器（選用1 m 射孔器和2 m 射孔器串聯(lián)）放入注入清水的套管中，在18～20 MPa下射孔，任取鄰近的至少5 個孔的一段試驗套管剖開測量內(nèi)毛刺高度，如圖1、圖2所示。

圖1 側(cè)向剖開的套管

圖2 放大的套管內(nèi)毛刺

射孔器在套管上形成的孔眼分四個相位（每相位間隔90℃）均勻分布，一般呈逆時針或順時針螺旋下降排布，模擬井試驗套管剖開方式一般選一個相位的3個孔和鄰近相位的2個孔（圖3）。

圖3 射孔套管上的孔眼分布圖

3.2 結(jié)果分析

對某次射孔器模擬井射孔試驗套管內(nèi)毛刺高度測試后再次取樣，結(jié)果不一致（表2）。剖開套管檢查所有孔眼處的內(nèi)毛刺高度，超過2.5 mm 的有6個，該類情況下，不同位置的取樣，會出現(xiàn)結(jié)果不一致的現(xiàn)象。

表2 混凝土靶/模擬井射孔套管內(nèi)毛刺高度對比分析/mm

3.3 研究與探討

3.3.1 抽樣方案對結(jié)果的影響

沒有特別規(guī)定時，GB/T 2828.1—2012 中推薦采用一般檢驗水平Ⅱ，破壞性或嚴(yán)重降低產(chǎn)品性能的檢驗選用較低的檢驗水平。檢驗費用較高時，優(yōu)先用低的檢驗水平，因此，SY/T 6163—2018 中射孔毛刺高度試驗選用特殊檢驗水平（S-2）。在SY/T 6163—2018 中套管的內(nèi)毛刺高度檢驗水平基礎(chǔ)上，嘗試逐漸提高檢驗水平中模擬井射孔試驗后套管的內(nèi)毛刺高度抽樣方案，射孔套管內(nèi)毛刺高度分析方法對比見表3。對事例數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，模擬井射孔套管內(nèi)毛刺高度對比分析見表4。結(jié)果如下：

表3 射孔套管內(nèi)毛刺高度分析方法對比

表4 模擬井射孔套管內(nèi)毛刺高度對比分析

1）以圖3 示意方法切割鄰近的5 個孔測量毛刺，合格判定數(shù)取1，存在兩種結(jié)果：合格/不合格分別為97.5%、2.5%；合格判定數(shù)取0，存在兩種結(jié)果：合格/不合格分別為55%、45%。

2）取每個相位的12 孔測量毛刺再加下一個相位第1 個孔，合格判定數(shù)取1，存在兩種結(jié)果：合格/不合格分別為75%、25%。

3）取每個相位12 孔再加下一個相位前4 個孔，合格判定數(shù)取2，存在兩種結(jié)果：合格/不合格分別為75%、25%。

4）取每支槍對應(yīng)的16個孔測量毛刺，合格判定數(shù)取2，存在兩種結(jié)果：合格/不合格分別為66.7%、33.3%。

4）以每支槍為單位取32個孔測量毛刺，合格判定數(shù)取3，存在兩種結(jié)果：合格/不合格分別為33.3%、66.7%。

5）樣本量取48，合格判定數(shù)取5，檢測結(jié)果為：不合格。

3.3.2 抽樣方案的選擇

抽樣檢驗必然存在誤判風(fēng)險。抽樣方案中樣本量越大、接收準(zhǔn)則越嚴(yán)格，越接近真實水平，但成本也越高。設(shè)計一套合適的抽樣檢驗方案，需要主管方或委托方綜合考慮樣本量、檢驗成本、檢驗周期等限制條件，全面評估需要承擔(dān)的經(jīng)濟以及誤判風(fēng)險，經(jīng)縝密考慮后確定。

SY/T 6163—2018規(guī)定，模擬井射孔試驗用射孔槍有效射孔長度不大于6 m，執(zhí)行過程中可以選用1、2、3、4、5或6 m 的射孔槍，或現(xiàn)場使用的某種介于1～6 m間的射孔槍。

案例中討論的3 m 射孔槍模擬井射孔試驗后套管上有48 個孔眼，對應(yīng)48 個內(nèi)毛刺，可選擇對其中的5、13、16、32、48 個內(nèi)毛刺或介于其中的內(nèi)毛刺數(shù)量進(jìn)行測量和評價。為了更客觀地表征產(chǎn)品批的質(zhì)量，應(yīng)給出對應(yīng)的計數(shù)抽樣方案，適當(dāng)提高檢驗水平，且保持方案中各檢驗水平一致。

4 結(jié)論與建議

1）SY/T 6163—2018 中給出了射孔器模擬井射孔試驗的套管內(nèi)毛刺高度抽樣方案，樣本量為5、接收質(zhì)量限為10.0%，接收質(zhì)量限過于寬松，檢驗水平低，判定風(fēng)險較大。應(yīng)調(diào)整抽樣方案，建議檢驗水平為Ⅰ、接收質(zhì)量限為4.0、樣本量取48、合格判定數(shù)取5。

2）為提高檢驗判定的準(zhǔn)確性，應(yīng)根據(jù)批量大小，按GB/T 2828.1—2012 確定樣本量，建議使用與射孔槍有效射孔長度（射孔孔眼數(shù)量）匹配的檢驗水平、接收質(zhì)量限等設(shè)計計數(shù)抽樣方案。

3）為了更科學(xué)合理地評價套管上內(nèi)毛刺高度，建議結(jié)合現(xiàn)場質(zhì)量控制需求，對評價方法進(jìn)行更加深入的研究，為SY/T 6163—2018 標(biāo)準(zhǔn)的修訂提供依據(jù)。