水平井射孔技术

贺红民 吴少威 王志兴 王高科

(中国石油测井有限公司长庆事业部 陕西高陵)

水平井射孔技术

贺红民 吴少威 王志兴 王高科

(中国石油测井有限公司长庆事业部 陕西高陵)

随着油田开发的深入发展,水平井开采呈日趋上升之势,射孔作为油气田勘探开发中的主要完井方法,其工艺技术也需要不断跟进完善。文章通过对长庆油田近几年的水平井射孔施工进行了分析,为射孔器的相位设计、起爆方式选择、校深定位以及施工注意事项提供了参考依据。

水平井射孔;相位角;增压装置

0 引 言

水平井射孔是通过油管输送的方式来实现的。直井油管输送射孔时,定位短接通常连接在工艺器材上方三、四根油管处。校深时,通过一次伽马-磁定位校深就可以确定射孔器的井深位置。但在水平井段,由于校深仪器不能下到水平井段或大斜度井段,这样就必须通过连接两个定位短接并通过两次校深来实现射孔器定位。另外,根据地质及工程需要,水平井射孔器相位的选择,对以后的出油效果会造成较大影响,特别是如何实现跨距大、多层油藏同时打开,是水平井射孔的技术要点。如果这一环节出现问题,将造成很大的人力、物力资源浪费。本文将以上问题进行细致剖析,为水平井射孔施工提供理论依据。

1 射孔器相位的设计[1]

最初的水平井射孔是全方位的。由于处在井壁上方的穿孔“俗称开天窗”存在着生产过程中井筒顶面出砂严重而影响后续防砂作业,甚至在开采过程中因顶面地层坍塌影响生产的弊端,人们在实践中逐步将水平井射孔完善为水平井定向射孔技术。水平井射孔定向方式分为外定向和内定向两种,都是利用重力垂直于地心的原理,在水平段由滚动轴承和配重块组成的转动系统在重力作用下带动射孔枪身转动到既定方位,不需要专门的仪器定位。

水平井、大斜度井定向射孔,根据工程条件的需要主要考虑控砂、边水突进、底水上窜和井眼轨迹等几个方面的问题。根据不同的工程需求,采用不同的定方位选择。一般情况下,水平井射孔都采用低平方向,即水平两侧,目的是使射孔后沿孔眼展开的裂缝始终在储层内延伸,以防顶部落砂垮塌和底水锥进。

对于边水地层,为了防止水淹速度过快,应避免180°方向射孔。

对于井眼轨迹在油层中的位置,我们根据以下几种情况进行选择:

1)井眼轨迹在油层中部时,射孔方向采用水平、水平两侧向下30°和向上30°共6个方位(↖↗←→↙↘);

2)井眼轨迹靠近油层下部时,射孔方向采用水平两侧向上30°2个方位(↖↗);

3)井眼轨迹靠近油层上部时,射孔方向采用水平两侧向下30°2个方位(↙↘)。

2 长距离段爆轰压力的传递[2]

油管输送射孔中,如果两个射孔层位间的夹层段过长,用射孔枪来串接射孔器既浪费资源,又不能确保爆轰波可靠传递。如果把夹层段的射孔枪用油管代替将会消除以上不利因素。

将夹层段的射孔枪用油管来代替涉及能量的转换,夹层段用射孔枪串接,依靠的是爆轰波传递爆轰能量,夹层枪用油管代替,就需要增添增压装置以及压力起爆装置。爆轰能量通过增压装置转变为机械动能,然后又通过压力起爆装置转变为爆轰能量使得下一级射孔器起爆。

2.1 增压装置的工作原理

增压装置上接射孔枪,下接夹层油管。在下管串过程中,压井液通过特制筛管进入夹层油管中,当管串到位时,夹层油管内已充满压井液。初级起爆器起爆后,射孔枪将爆轰波传递至增压装置,并通过增压装置内的复合点火具的能量转化点燃主装复合药,在本体燃烧室内瞬间产生高温、高压气体,将本体下部活塞推出,高压气体泄放到夹层油管内。由于夹层油管内充满压井液,根据液体具有不可压缩的特性,压井液将装置泄放的气体压力瞬间传递到下一级压力起爆器上。装置产生的输出压力在距离100 m处可产生20 MPa～25 MPa的压力差,大大高于压力起爆器安全销剪断压力。因此,压力起爆器起爆发火,完成下一层射孔作业。

需要注意的是增压装置适用夹层不能超过100 m,如果夹层跨距大于100 m,产生的压力差将可能满足不了要求,所以必须在夹层中间再增加一套增压装置与压力起爆装置,这样才能确保压力稳定传递。

2.2 特制筛管

分为大孔筛管和小孔筛管,位于夹层油管的两端,在过夹层工艺管串中特制筛管的作用有以下几点:

1)在下井过程中,自动将夹层油管内充满井液;2)将增压装置产生的多余气体及时泄放,避免损坏管串;

3)将增压装置所产生高温高压气体的泄放主通道引向次级压力起爆器,即大孔筛管方向。

2.3 使用注意事项

1)此工艺不适合于稠油井,大小筛管孔眼容易被堵;

2)不适合于直径变化大的管串射孔作业,产生的压力差在直径变化大的管串处会明显下降;

3)为防止油管变形,夹层油管必须采用加厚油管。

3 水平井射孔校深方式[3]

3.1 一次校深

通常,油管输送射孔采用的定位方式是自然伽马与磁定位校深定位,方法就是在射孔器上方的油管上连接一根2、3 m长的油管短接作为定位短接,定位短接与射孔器之间的距离(射孔零长s)下井前在地面丈量出来。校深时测出定位短接在井内的位置,再加上射孔零长,就可以判断出射孔器在井内的位置。同时定位短接与射孔器间的距离不能太远,避免丈量油管时产生误差和油管伸长量的累积,以及记录时发生重复或遗漏现象。

3.2 两次校深

水平井校深时,如果水平段与大斜度井段距离短,自然伽马与磁定位校深仪可以下到定位短接处,则采用连接一个定位短接,并进行一次校深。如果水平井段跨距过大,校深仪器不能测到水平井段或大斜度井段,此时校深定位就需要通过连接两个定位短接,两次校深来实现。第一次校深是在两根短接都在直井段或小斜度井段(确保校深仪器能够到达),同时两根定位短接在井内的位置(h1与h2),自然伽马曲线变化幅度明显。测出两根短接在井内的位置后计算出它们之间的距离(L=h1-h2)。第二次校深是在射孔器下到射孔井段处(此时上部的定位短接在直井段,而下部的定位短接已进入水平段),测出上部定位短接的井深位置h。射孔器的位置H=h+L+s。

3.3 校深时注意事项

1)减少绘图仪走纸误差

通常绘图仪走纸都会有一定误差,即出的图纸与尺子实际测量的不相符,如果测量段过长,测量的图纸过长,那么由绘图仪带来的误差就很大。为减少绘图仪的走纸误差,就必须将定位短接下到自然伽马有明显变化的地方进行校深,以减少测量段(即校深误差)。

2)减少马丁代可产生的误差积累

马丁代可如果使用时间过久,计量轮就会产生磨损,测算的深度就有一定误差,如果测量跨距太大,马丁代可所产生累积误差将不可忽略。要减小这种误差就应该使得测量段尽可能短,那么将定位短接下到自然伽马有明显变化的地方进行校深就更加合理。

4 施工中的注意事项

4.1 压力开孔装置用途

压力开孔装置的开孔打开前,油管管串处于封闭状态。此时在油管内进行加压可确保压力起爆装置顺利起爆。开孔打开后,油管内部与环空连同在一起,即为油气流提供了通道,也保证在起油管时,油管内的液体及时得到排放。所以新井投产时,如果井筒内没有压力泄露,用开槽管可代替压力开孔装置。

4.2 延时起爆装置用途

1)在新井投产中,如果需要同时对多个层位进行射孔,并且用开槽管代替压力开孔装置,就必须在每个射孔器与压力起爆装置之间连接一个延时起爆装置。因为在理论上压力起爆装置的剪切值相同,在实际使用时会存在一定误差。如果不连接延时起爆装置,加压过程中,一个压力起爆装置先打开,射穿一段地层,造成压力泄露,将会影响到其他压力起爆装置顺利起爆。连接上延时起爆装置,虽然压力起爆装置不能同时打开,但不会造成压力泄露,在延时的那段时间,所有压力起爆装置都会依次打开,顺利完成一次下井进行多层段射孔任务。

2)如果油管管柱下接压力开孔装置进行多层段射孔,那么在下一级射孔器上部接延时起爆装置便于在加压点火时地面监测。

4.3 尽可能减小油管的伸长量

在密封油管内加压过程中,有个不可忽略的因素,油管在压力作用下有一定伸长量,如何减小伸长量?

1)安全值的设计要合理,设计值太小,在下油管中途可能误爆;设计值太大,井口加压值也大,油管伸长量就变大。通常水平井压力安全值的设计是:井深7 2 000 m,P安全值=10 MPa;井深＞2 000 m,P安全值=12 MPa。

2)如果在射孔器上同时接有压力开孔与延时起爆装置,那么在加压过程中,井口加压到压力起爆装置打开需要的最大值时停止加压,等射孔器全部射孔后再继续加压直到压力开孔装置打开。

5 薛××水平井施工简介

1)基本情况

薛××水平井位处陕北黄土塬,地貌较复杂,该井井深2 661 m,造斜位置在1 600 m。1 750 m处井斜30°,1 900 m处井斜60°,2 060 m处井斜90°,水平井段大约600 m。要求分别对水平段的五个层位射孔,采用射孔器相位是180°与向下120°相位角,孔密16孔/m。每相位4孔,相间布孔,平均分布,射孔器布孔方式如图1所示。

图1 薛××井射孔器布孔方式

由于单相位射孔不利于压裂,同时要进行压裂加砂,所以采用混相位射孔器,并且相位是180°与向下120°相位角。

2)施工情况

该井与附近的井相比,产量有明显提高。详细情况参考表1。

表1 薛＊＊水平井施工情况汇总表

6 结 论

利用增压装置与压力起爆装置很好的解决了水平井多个层位同时射孔的问题。与连接夹层枪相比较,多级起爆技术不仅省时、省力,而且传爆更为可靠。另外,射孔时根据地层情况,采用变相位射孔器可以达到一定的增产目的,更适合于油气田水平井射孔需要,该技术已在长庆油田使用,效果良好。

[1] 陈日俭,朱建新.水平井射孔技术在特殊井况中的应用分析[D].中国科学院上海冶金研究所:材料物理与化学(专业)博士论文,2000

[2] 林玉玺,邵荟郁,张长庆.水平井射孔技术在TZ16-7井的应用[J].油气井测试,2001,10(4)

[3] 赵士华,刁林涛.大斜度井、水平井再射孔起爆技术及应用[J].石油仪器,2010,24(1)

PI,2010,24(6):29～31

In recent years,along with the further development of oilfield,the horizontal well drilling is increasingly rising,perforating as the main well completion method in oil-gas exploration and development,the technology also need to be continuously perfected.This paper analyzes the perforating construction of Changqing oilfield in recent years,in order to provide the reference to phase design,detonating way selection,deep correction orientation and construction points.

Key words:horizontal well perforation;phase angle;booster device

Technology of the horizontal well perforating.

He Hongmin,Wu Shaowei,Wang Zhixing and Wang Gaoke.

TE257+.1

B

1004-9134(2010)06-0029-03

贺红民,男,1974年生,工程师,现从事测井射孔工艺研究及测井仪器修理等工作。邮编:710201

2010-05-28编辑:刘雅铭)