一趟管柱实现分层射孔和试油联作的思考

王芝尧, 刘志英, 王瑀,陈舒勇,潘岸柳

(1.中国石油大港油田公司勘探开发研究院, 天津 300280; 2.中国石油渤海钻探工程有限公司测井公司, 天津 300280; 3.中国石油大港油田公司第四采油厂， 天津 300280)

0 引 言

随着石油技术的发展,特别是在试油阶段,有效地利用现有工具及设计合理的管柱结构,通过新的工艺提高射孔质量和效率成为射孔重要的发展方向之一[1]。射孔试油联作技术具有效率高、地层测试数据准确等优点,中国各大油田加大了射孔试油联作技术的设计研发力度和应用。调研发现,对于多层需要测试的射孔井依然没有有效的解决方法,一般多采用分层多趟管柱射孔测试联作或一趟管柱对几个临近的层进行同时射孔后多层混合测试,致使测试的是多层混合数据,不利于对每个地层准确认知。对多层位同时进行射孔测试,当跨度较大时不但成本增加,周期延长,也容易出现夹层枪断爆的工程事故。最重要的是射过孔的井无法使用多级起爆射孔,需要对一个层位进行重复射孔时需要采取二次或者多次管柱射孔。

一趟管柱分层射孔试油联作技术能够通过一趟管柱对不同的地层进行分别射孔和测试,或满足利用一趟管柱对同一地层进行二次射孔的技术需求。该项技术重点解决了第1级起爆后产生的压力、震动对第2级起爆装置产生影响问题,并采用TCP电棒起爆装置使起爆方式更加安全可靠。一趟管柱分层射孔试油联作技术在提高测试准确性的同时可以缩短试油周期,减低工程事故率,在实际生产中有很大的市场需求。

1 工程概况

一趟管柱分层射孔是指利用一趟管柱,对多个层位分别进行移位射孔,或利用一趟管柱对同一层位进行二次射孔。一趟式管柱分层射孔试油联作技术优势。

(1) 一趟管柱对不同地层分别测试与常规的试油方法相比,可对每个油层分别进行测试,提高了测试准确性,缩短试油周期,提高了测试效率。

(2) 一趟管柱分层射孔试油联作技术,通过一趟管柱,对跨度较大的地层进行移位式射孔,可以提高射孔效率;在枪串的连接中,不使用常规射孔枪中的夹层枪连接起爆下一层位,可降低夹层断爆概率,降低成本。

(4) 关井泄压。LPR-N测试阀关闭,环空压力通过井口泄压。

(3) 通过一趟管柱对同一地层进行重复射孔,使孔密加大,流动效能增加,达到增加射孔效能的效果。

(4) 利用该项技术能及时发现薄产层、划分出水层,为油田开发提供及时准确的地质资料,降低试油成本,有利于多发现产层,提高勘探开发效益。

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该项目的想法最早于2007年提出,并在现场做了一些相关试验。试验将安全机械点火头安装于射孔器最下端,随射孔器一同下入井内,引爆射孔器后,起出射孔管柱,检查底部点火头,发现销钉剪切试验失败。

前期技术准备失败的原因:①射孔器引爆后,因为爆轰产生高压,致使销钉剪切,试验失败;②射孔器引爆后,因为爆轰而产生震动,致使销钉剪切,试验失败。射孔器引爆后,因为爆轰产生的高压、震动,致使销钉剪切,对第2级点火头的造成破坏,造成试验失败。解决压力、震动对第2级点火头造成的影响是该项技术的研究重点。

2 一趟管柱分层射孔的总体方案

2.1 压力释放方式

为验证射孔器引爆后产生的瞬间压力以及对二级起爆装置产生的影响,作以下试验,将p-t仪与射孔枪相连,点火后测出枪内的p-t曲线(见图1)。数据见表1。试验结果表明,在大约1.087 5 s时射孔弹爆轰,压力迅速上升,射孔后压力峰值高达108.23 MPa,高压维持时间10 ms左右,瞬间爆轰产生的高压可将点火头销钉剪切。

表1 试验数据表

图1 枪内压力曲线展开图

通过射孔时井下压力产生原因的分析可以看出,对第2级起爆装置产生影响的压力主要来自第1级射孔器引爆瞬间产生的压力,为了降低第1级射孔器产生的压力,在第1级射孔器底部加装压力释放装置,在其下方连接空枪。压力释放装置的原理是在射孔枪底部提供一定的常压空间,射孔时靠枪内剧增的压力将释放装置上的压力释放,活塞向下推动打开压孔,从而使常压空间与密封的环空连通。射孔产生的部分压力释放到空枪内,达到吸收第1级射孔器起爆时产生瞬间高压的作用,确保第2级射孔器起爆装置的安全。

也就在这个时候，一些人被狗的异常举动吸引过来，他们此刻才知道原来这里还窝着一个活物，他们七手八脚地从废墟里把我扒出来。也就是在这个时候，我倒反而失去了知觉。脑袋晕乎乎地仿佛整个身子都升到了天上。

2.2 减震方式

对第2级起爆装置产生影响的震动主要来自第1级射孔器引爆瞬间产生的震动,为了降低第1级射孔器产生的震动,在两级射孔器之间加入2个减震器,确保第2级射孔器起爆装置的安全。

2.3 起爆新方式

常规投棒点火头受到压力、震动影响时,其安全性无法保证。为了使一趟管柱分层射孔试油技术更加安全,采用TCP电棒起爆装置实现电起爆方式。TCP电棒起爆装置是油管输送射孔电棒供电起爆装置,主要用于油气井内起爆装有大电流雷管的油管输送射孔器。

(1) TCP电棒起爆装置的主要结构由电棒和附件导电接头总成2部分组成,其中电棒由电源仓、输出仓(内装湿性插接器)、放电装置和打捞尾杆组成(见图2)。

师傅告诉他，原始记录是总结经验、摸清操作规律的依据，记录过程千万草率不得。董松江把这句话牢牢地记在了心里。他每填写一个数据，都要核对仪表多次，以防出错。每班456个数据，四五年间，他记录了近76万个数据，没有一次漏记错记。

TCP电棒供电起爆装置做到了火工、电器分离,且无剪切销钉,对压力、震动的影响更加安全。电棒是充电电源,可重复使用并可自动定时放电,投棒遇阻时,3 h以后基本放电完毕,不用捞棒作业,直接起油管,确保安全可靠。

图2 电棒结构示意图

电棒的主要技术指标:供电额定电压40 V;电容量6 500 MF;安全电流0.5 A;点火电流1 A;耐温160 ℃/48 h;耐压60 MPa;放电所需时间3 h(从投棒开始计时)。

导电接头总成由湿性导电装置、具有排砂和接地功能的导向装置和电缆枪头3大部分组成。电缆枪头与导电装置连接端装配有大电流雷管,大电流雷管是靠瞬间的大电流激发起爆的,其使用过程中的安全电流大于0.5 A,起爆电流为1 A,可有效避免因外界因素作用而引起的误起爆,电缆枪头另一端装有避爆装置,可确保射孔安全(见图3)。

图3 导电接头总成结构示意图

(2) TCP电棒起爆装置的工作原理。导电接头总成内装有大电流安全雷管,随射孔器和油管下井,定位校深确定深度后调整油管,安装好井口后,将电棒充电,放电装置加水后立即投入井内。电棒到达导电接头后,与湿性导电装置插接,电流通过大电流安全电雷管,引爆雷管及射孔器,完成射孔作业。

3 一趟管柱分层射孔工艺安全性分析

3.1 压力安全性

采用第1级射孔器底部加装压力释放装置,可以有效吸收第1级射孔器起爆时产生的压力,能够避免对第1级射孔器及起爆装置的冲击,确保射孔安全。压力释放装置连接的射孔空枪长度,可以根据第1级射孔器装弹量进行调整,尽可能地吸收第1级射孔时产生的压力。

3.2 震动安全性

(3) RTTS循环阀。该阀接于测试阀之上时可在测试后作为循环阀使用;接在测试阀之下时主要作为封隔器的旁通,其内部设有J型槽机构,靠上提和下压管柱开关旁通孔;还用来在第1层测试结束时加环压通过旁通孔将封隔器以下的油气挤回地层。

3.3 起爆安全性

在大电流雷管使用过程中因为安全电流大于0.5 A,起爆电流1 A,能够有效避免静电误起爆危险。符合射孔火工、电分离的规定,使射孔更加安全。

采用压控设计能有效避免地面爆炸的危险。当射孔器下入井下300 m后,大电流雷管在液柱压力的作用下,压缩弹簧使大电流雷管下行,才与传爆管接近,避免了地面施工中存在的危险。

鱼类对饲料中蛋白质、糖类和脂类物质消化能力的高低可通过各种消化酶活性的比值进行比较。一般认为杂食性鱼类和草食性鱼类的蛋白酶活力与淀粉酶活力比值低于肉食性鱼类[25]。大刺鳅各消化器官中蛋白酶活力均远大于淀粉酶活力，表现出肉食性的特点；另外肠道淀粉酶含量提升幅度高于肝脏淀粉酶含量，这与吴婷婷等[26]报道相似，说明肠道为淀粉主要的吸收场所，而肝脏分泌的主要是消化酶原，这些消化酶原的活性很低。因此，适当提高大刺鳅幼鱼饲料中蛋白质比例，有助于促进消化吸收，加快生长，提高养殖效益。

4 射孔和试油联作系统工作原理

射孔测试联作技术可以用一趟管柱实现射孔和测试2个目的,获取井下产量、温度和压力等资料,一般采用自下而上的方式进行分层射孔、测试。在测试时,当测试管柱内的压力小于地层压力时,地层流体流入测试管柱内。

4.1 射孔管柱工作原理

管柱结构采用从上到下的顺序:上部测试管柱+定位短节+点火头(电起爆)+射孔器+两级减震器+压力延时起爆装置+射孔器+压力释放装置(见图4)。

图4 射孔、试油管柱联作示意图

(1) 第1层射孔。将射孔管柱下入井内,下井过程中由于测试阀关闭,井液不能进入测试阀以上的油管柱,故要根据负压设计,灌注一定高度的液垫。定位校深确定深度后调整油管,到达目的层后座封隔器。环空打压开测试阀,采用混气水油管加压引爆压力起爆装置,延时期间放压以保证得到所需的负压值。延时后引爆一级射孔器,射孔器发射后产生的高压由枪尾的压力释放装置释放,产生的震动由两级射孔器之间的减震装置吸收减震。完成射孔后,在负压差作用下地层液体向井筒流动,为测试创造了必要条件。

(1) 下井准备。下井前,根据测试设计要求,设定测试阀和循环阀的开启压力(氮气室注氮);井口安装油嘴,倒好地面流程所有的阀闸以及安装相关的测压、测流量、测温度的仪器。

(2) 第2层射孔。移位进行二次定位校深,调整到目的层,用循环替液或掏空的办法满足负压射孔要求。从井口投放TCP电棒,电棒以自由落体向下运动,电棒的撞杆经过导向装置扶正,撞击到导电装置的插针上,与导电装置插接,TCP电棒放电,电流通过大电流雷管时,引爆大电流雷管,引爆射孔器,完成二次射孔。在负压差作用下地层液体向井筒流动,进行第2层测试。

电器取暖设备中的辐射，真的对人体有影响吗？想要了解电热毯对人体有没有辐射作用，先了解下电热毯的工作原理。专家表示：电热毯中含有电热丝，相当于导线，通电后，利用电阻产生热量，从而起到保暖的作用。电流通过电热丝时，肯定会产生磁场，也会形成电场。需要说明的是，电热毯在通电后产生的磁场、电场，远远低于环境标准。这么看来，使用电热毯还是安全的。

选用APR全通径测试器和本文设计的新型射孔管柱组成的联作管柱进行作业。其射孔、试油联作原理是用油管输送射孔方式将射孔管柱下入井中,下井时测试阀LPR-N关闭;管柱下到预定射孔位置,调整深度,座封封隔器;向环空加压,打开测试阀后稳定环压,使测试阀保持开启;从油管内投棒或压力方式激发起爆装置,完成射孔作业;进行开井测试,关井时释放环压即可。具体测试过程:

4.2 测试管柱工作原理

如果要对同一地层进行重复射孔,可在第1次射孔完成后移动管柱对准该层,再进行射孔即可。

DR-1型干眼仪对泪膜脂质层光干涉图像的观察结果显示戴镜后1个月较戴镜前比较泪膜脂质层分级出现下降，差异有统计学意义（P＜0.001），3个月和6个月时趋于稳定，与戴镜前比较差异无统计学意义。见表1。

(2) 下井。下井时LPR-N测试阀关闭,下部做旁通阀使用的循环阀旁通开启,封隔器胶筒处于收缩状态。在射孔、试油联作时,APR测试管柱下部带有射孔枪和点火头(见图4)。

(3) 地层流体流动。座封封隔器,RTTS循环阀旁通关闭,连接好地面管线,关闭防喷器,向环空打压至设计值,打开LPR-N测试阀,射孔完毕后,地层流体流经测试阀测试流体,进入流动期。

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天峻地区春季干旱对牧业造成的影响主要表现在牧草发育期，从表4可以看到，在2006、2007年和2014年春季，相对湿润度指数(M指数)和标准化降水指数(SPI指数)都显示天峻地区出现干旱，而当年的草原牧草返青期与常年平均返青期相比出现了推迟，2014年甚至是比正常年份返青期推迟了22d。草原牧草返青期的推迟极大的影响了牧草的生长，造成牧草产量的下降，使草原牲畜饱青期推后，从而不利于膘情恢复，对个别膘情不好的牲畜，特别是老弱病畜增加了度春的难度。而对于牧民群众来说，返青期的推迟意味需要大量购入饲草料用来保畜，从而增加了饲养成本，很大程度上减少了全年的收入。

(5) 反循环。测试完毕后,环空加压至OMNI循环阀操作压力,打开循环孔,将管柱内地层流体返出处理。若该循环阀故障,可对环空继续加压,打开上部RD安全循环阀,实现反循环。其目的是为了使上部管柱内的多余液体,通过安全阀的循环孔排出。

(6) 起出与压井。上提管柱打开RTTS循环阀,平衡RTTS封隔器上下方压力,膨胀的封隔器胶筒开始收缩解封,管柱可移动。环空加压,通过RTTS旁通阀将封隔器以下的井筒内的油气挤回地层;LPR-N测试阀仍然关闭,上部反循环阀的循环孔打开,用压井液进行反循环将管柱内的油气排出;再使压井液进入正循环,压住射开的层位,直至井静。

测试完毕,打水泥塞封闭,确保上下封隔。重复上述操作,进行第2层测试。

目前，研究区的工程地质、自然环境等方面已有较为详尽的资料，但在地下水方面没有进行过系统的分析研究。本研究应用GMS建立研究区的溶质(污染物)运移模型来探索污染物迁移的规律、确认污染扩散时间和范围，弥补研究区对地下水研究方面的不足，并在此基础上建立场地的污染监控体系。同时为其他类似场地的污染模拟、监测工作提供参考。

4.3 APR测试管柱主要部件工作原理

4.3.1 LPR-N测试阀工作原理

LPR-N测试阀是测试管柱的核心部件,依靠它实现井下开关井。先在地面对氮气室充好氮气,氮气压力作用在动力心轴上,球阀处于关闭位置;工具下井后,球阀始终关闭,在封隔器座封后,向环空加预定压力,压力传到动力心轴,心轴带动控制臂下移,使球阀转动实现开井;关井时,释放环空内的压力,氮气室内的氮气压力推动动力心轴,动力心轴带动动力臂上移,使球阀转动实现关井。如此反复操作,实现多次开关井。与MFE、HST工具相比,该测试阀具有安全可靠,易于操作的优点(见图5)。

图5 测试阀示意图

4.3.2 循环阀工作原理

女性发生月经失调原因可由机体雌孕激素水平不稳定乃至分泌严重不足引起，当妇女不能正常排卵时，孕激素水平会发生降低，从而导致子宫内膜脱落异常由此发生不规律月经，临床将此称为无排卵型月经失调。[1]一般治疗此病时常选择补充孕激素的治疗方案，服药简便，疗效理想。但临床上尚未对所用药量作出明确规定，故此次研究旨在于探究用于治疗的最佳剂量。

(2) OMNI阀。OMNI阀是一个可重复关闭的全通径循环阀,靠反复向环空施加一定的泵压、然后泄压操作。它主要由氮气室、油室、循环阀、球阀4部分组成。氮气室充有一定量的氮气,用于平衡液柱压力和环空压力;球阀用于关闭测试管柱。OMNI阀处于循环位置时,循环孔打开,球阀关闭,此时可通过OMNI阀进行正反循环。

减震器可利用其内部的减震元件吸收或减少对射孔装置的纵向和横向的冲击震动,达到保护射孔器的目的。在第1、第2级射孔器之间加装2级减震器,压缩量达400 mm,能够将第1级射孔器产生的震动充分吸收,避免对第2级射孔器震动的影响。

5 现场试验

按照前期设计在试验井内进行井下施工试验,使用APR测试器,并配置高精度的压力记录仪。施工完成后,取出射孔枪,射孔发射率100%,射孔孔径、射孔枪膨胀等技术指标达到设计要求。通过一次管柱分层射孔技术在现场试验应用可以看出,该项技术可行,具备现场大量使用的条件,并应该适当地增加现场应用次数。

本研究显示我院慢阻肺首次确诊重度及以上比例约为50%，慢阻肺平均错失早期诊断时间中位数为3年。慢阻肺患者年龄、错失早期诊断时间与疾病严重程度相关，年龄越大，错失早期诊断时间越长，疾病越严重。

通过现场实验对取得的测试资料和回收的地层流体进行数据处理和分析,得出一趟管柱分层射孔试油联作工艺可以提供更为真实的地层评价。由于测试是在爆炸时记录,因此可从变化率褶积方法早期获得储层渗透率。采用常规射孔试油,起下管柱次数多,周期长,劳动量大,在井深2 500 m左右,试油平均需15～20 d。与常规射孔试油相较,采用一趟管柱分层射孔试油技术仅需4～6 d,可缩短试油周期,减少劳动强度,降低试油成本。

(1) RD安全循环阀。该阀主要用于油气井测试结束时封隔地层和循环、排出管柱中的地层流体,也在紧急情况下使用。其组成部件为充氮室、润滑系统、循环孔及球阀,氮气室充注氮气用于平衡环空压力。RD安全循环阀靠作用在破裂盘上的环空压力操作,破裂盘破裂后球阀关闭,剪切心轴向下运动直至打开循环孔。

6 结 论

(1) 一趟管柱分层射孔测试联作管柱中,由于APR全通径测试器的通径大,除具有常规测试器的功能外,稍加改造还可使用一趟管柱完成射孔—测试—酸化(压裂)-再测试等综合作业及电缆作业。特别对低渗透高污染储层,要在射孔后酸化,能更好清除污染,提供最真实的地层评价,可以采用射孔—酸化—APR测试三联作。

(2) 一趟管柱分层射孔试油联作技术实现对不同目的层进行一趟分层射孔和测试,提高试油准确性及缩短试油周期、降低工程事故率。在枪串的连接中,不使用夹层枪连接起爆下一层位,用移位式射孔方式替代夹层枪,大幅度减少夹层枪数量,可降低夹层断爆几率,减少管柱起下次数,投入成本少。

(3) 通过一趟管柱,对跨度较大的地层进行移位式射孔,减少了起下油管的次数,能够有效提高井下作业效率;通过一趟管柱对同一地层进行重复射孔,使孔密增加,流动效能增加,达到增加射孔效能的效果。

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对于线性卷积这个知识点来讲，经过运算原理讲解、概念对比分析，以及Matlab运算结果验证分析几个步骤之后，学生已经比较清楚地理解了卷积运算的步骤，了解到卷积是获取系统输出的一种运算方法。知识的最终目的是为了应用，数字信号处理理论的知识最终是为了应用于工程设计。为了让学生理解卷积的实际应用过程，我们对教材[1]中的实例1.3.4进行修改完善，并引出本门课的FIR(Finite Impulse Response)滤波器设计的概念，将卷积这种纯理论的运算与工程应用联系起来，不仅可以让学生进一步理解卷积运算的物理意义，也可以进一步激发学生对这个知识点，甚至对本门课程的学习兴趣。

LMPP方法根据功能函数的非线性程度及目标可靠度确定局部采样区域的大小，但由于未能考虑Kriging近似的误差，导致局部采样区域过小而遗漏某些重要样本点。如图3所示，f(x)为真实的功能函数约束边界，为由克里金近似拟合出来的约束函数边界。外边的圆圈是本文提出的局部采样区域，里面的圆圈是LMPP方法的局部采样区域。可以看出，利用LMPP方法进行采样时，由于未能充分考虑克里金近似的误差，导致对真实的功能函数约束边界f(x)影响较大的样本点A未被采样，降低了采样效率。为提升LMPP方法的采样效率，本文在功能函数非线性程度及目标可靠度的基础上，进一步考虑Kriging近似的误差，计算模型如下：

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