负压射孔方式在海上油田探井测试中的应用与改进

杨 子， 陈光峰， 盛廷强， 周宝锁， 高科超， 张兴华

(1中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 2中海油田服务股份有限公司 3中海石油(中国)有限公司天津分公司)

在油气田探井测试中，负压射孔技术是目前国内外油气井最为广泛的完井技术[1]，负压射孔提高了射孔的完善程度，解决了大部分井因油层堵塞、伤害造成的油气层产量降低的问题[2-4]，国内外许多现场实践和室内试验也已证实，负压射孔是降低射孔损害、减少孔眼堵塞、提高油气产能的有效射孔方法之一[5]。其可以电缆传输和油管传输[6]，而目前常用的是TCP+APR或TCP+MFE射孔测试联作工艺，通常采用安全机械点火头+压力延时点火头或上下同时采用压力延时点火头的点火方式。针对致密储层，地质通常要求通过负压射孔方式对储层进行诱喷使得在射孔的瞬间地层流体产生负压冲击回流，冲洗孔眼附近的地层和孔眼内的爆炸残余物，畅通了油流通道，从而达到提高低渗透油藏产能的目的[7]。但一些低孔渗井要求通过测试管柱掏空的方式造大压差诱喷地层，此前射孔工艺要求必须采用井口投棒或点火棒置于LPR-N测试阀上部的投棒点火方式进行射孔。但在一些深井或大斜度井测试中，通过井口投棒点火射孔方式，通常会受到井深、井斜和管柱变径等因素影响，造成点火棒无法正常坠落至点火头位置，导致点火失败。

环空加压射孔装置是针对投棒点火方式的不足而特意研发引进的，彻底解决了海上油田一些深井或大斜度井测试中投棒点火成功率低的难题，且在多年的作业实践中取得了良好的应用效果，但也存在不足，而本文针对性的提出了相关改进措施。

一、投棒点火负压射孔方式的应用现状

传统的负压射孔管柱，常常采用投棒式起爆器来引爆射孔枪。而投棒式起爆方法适用于直井或井斜小于65°的定向井，且要求工具是全通径，对井况要求高，其射孔方式也存在较大问题。

A井是海上油田的一口定向井，最大井斜为44.82°。该井DST2测试层的射孔方式为投棒点火。组下射孔测试联作管柱时，点火棒置于LPR-N测试阀上部，点火棒距离安全机械点火头约54 m。待准备就绪，环空加压开LPR-N测试阀后，点火棒自由坠落，作用于安全机械起爆装置而引爆射孔枪射孔。但由于LPR-N测试阀以下管柱中的缓冲器有较大的变径(缓冲器的最小内径为57 mm，最大内径为104.8 mm，在变径处有台阶，如图1所示)，该井斜度比较大，因此当LPR-N测试阀打开点火释放棒后，点火棒下行至缓冲器最大内径处遇阻，造成点火棒未能正常砸到安全机械点火头上，投棒点火失败。

图1 点火棒在缓冲器中遇阻示意图

B井是海上油田的一口预探井，该井DST1测试层工艺为射孔测试压裂一体化(射孔测试压裂管柱如图2所示)，点火方式为井口投棒点火。在确保LPR-N测试阀已经正常开启的状态下，井口投点火棒，观察环空压力无变化，且井口无流动显示。后钢丝作业尝试打捞点火棒检查发现打捞头处有明显撞击痕迹。最后再次用固井泵管柱内加压至43.45 MPa时压力陡然降至31.03 MPa稳压，继续按照0.04 m3/min排量泵入0.48 m3活性水，压力稳定在33.10 MPa，确认已经射孔。

图2 B井射孔测试联作管柱

待DST1射孔测试压裂作业结束起出管柱时，发现玻璃盘接头下部的Ø73 mm厚壁油管中堆积了大量的铁锈。由此可判断引起井口投棒点火失败的直接原因是钻具内壁锈蚀较为严重，循环洗井时因铁锈重力沉降作用下落堆积于点火头上部的厚壁油管中，阻隔了点火棒撞击机械点火头的通道，直接导致投棒点火失败。

据此分析可得出，投棒点火的负压射孔方式存在诸多不足：①该点火方式在井斜较大或深井的射孔作业中受很大局限性，由于测试管柱变径等因素的影响，点火棒在下落过程中反复磕碰出现弯曲、断裂等情况，出现卡棒现象，不能正常撞击点火头起爆射孔枪；②在确保投棒点火通道顺畅的前提下，若投棒点火仍未点火成功，且还要对储层造负压，此时只能钢丝打捞点火棒排查原因；要么只能将掏空的测试管柱灌满进行正加压点火，但这不能最大程度的发挥造负压诱喷和解堵储层的目的；③后改进方法，将点火棒置于LPR-N测试阀上部，但由于LPR-N测试阀提前打开，因此将会导致误射孔的重大事故，存在重大安全隐患；④在深井或半潜式钻井平台实施探井测试时，通常采用可旋转式耐压为103.422 MPa井口控制头，其高度和体积不仅较常规井口控制头高大之外，假若再实施井口投棒点火方式，人员操作时需高空作业，甚至还得因半潜式钻井平台需克服由于潮汐作用引起的管柱升沉防范人员磕碰挤伤的风险。

二、环空加压射孔装置的应用现状

环空加压射孔装置包括环空加压旁通接头、环空加压筛管接头、流管组件及密封组件(结构示意图如图3所示)。其工作原理可概述为：①环空加压旁通接头连接于RTTS封隔器上部，传压孔与环空相连通；②环空加压筛管接头连接于封隔器下部，其流通孔是地层流体的流通通道，射孔、开井以后地层流体经由此流通孔流入测试管柱；③流管组件连接上下两个接头，环空加压旁通接头与流管组件通过密封组件与管柱隔离，环空加压筛管接头与流管组件通过密封与管柱内相隔离。

图3 环空加压射孔装置整体结构及部分组件示意图

鉴于投棒点火方式存在的缺陷和不足，尤其是针对深井或大斜度井的探井射孔测试作业，特此引进了环空加压射孔装置，其有重要作业优势：①不再受井深或井斜等因素的局限。该点火方式近年来已经在渤海和东海海域的深井或大斜度井成功应用若干次，为解放高压低渗和低压低渗等油气藏储量发挥了较大作用；②其射孔管柱可采用双压力延时点火头，分别装在射孔枪顶部和底部，顶部点火头通过Ø73 mm油管、减震器、环空加压装置与环空相连，通过环空加压方式引爆顶部压力延时点火头进行射孔，相比投棒点火方式更有优势，彻底解决了深井测试和大斜度井测试投棒点火成功率低的问题，且底部压力延时点火头可作为备用。

C井是海上油田的一口评价井，其中DST2测试工艺为TCP+APR射孔测试联作(管柱图如图4所示)，点火方式是环空加压射孔。DST2射孔测试联作管柱组到位，经过二次电测校深确认深度误差无误，正常环空加压开LPR-N测试阀、点火射孔。测试过程中，一开井和二开井时正常，且环空压力稳定无异常。由于DST2测试层储层属致密层，在初开井井口流动气泡微弱。在二开井井口再次确定流动气泡微弱的情况下，用连续油管气举排液，气举最大深度为3 700 m。在二关井起出连续油管后，环空加压至11.032 MPa压力迅速下降至8.963 MPa，环空无法稳压，三开井失败。后经现场试验排查，判断为LPR-N阀以下工具出现漏点，直接导致管柱内外串通。起出管柱后发现传压杆和筛管接头插入密封处泄漏，三道密封圈已无。筛管接头密封槽台阶处已损伤，有明显沟槽，且传压杆密封面处也已出现沟槽。

据此分析可得：导致此次测试失败的根本原因是环空加压射孔装置的密封件密封性能失效所致。

D井是鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东北部构造上的一口预探井，该井DST2测试层工艺为TCP+MFE射孔测试联作(管柱图如图5所示)，点火方式为环空加压射孔。由于该构造区块储层致密，采用TCP负压射孔，测试设计诱喷压差为16 MPa。初开井正常，且井口泡泡头气泡强烈。初关井时发现套压缓慢上涨，且是持续性上涨，直到涨势趋缓。而根据二开井情况，可准确判断出管柱内外已经串通。后起出测试管柱发现，环空加压射孔装置的传压杆处用于密封的“O”圈已经严重损害。

图4 环空加压射孔装置在射孔测试联作管柱中的安装图

图5 D井MFE射孔测试联作管柱图

测试结束后从回放曲线上看，压力计完整连续地记录了整个测试过程中的压力及温度变化，测试初开、初关曲线正常，二开后油套连通，环空流体进入油管内，导致二开流压较高，二关采用地面关井。

据此分析可得：造成此次测试管柱内外串通的根本原因在于环空加压射孔装置的密封件密封性能失效，直接导致测试失败。

三、问题分析及改进措施

根据分析近年来在应用环空加压射孔装置中所出现的问题，可论证出该装置存在的重要缺陷和不足：①不能单独对环空加压射孔装置进行试压，不能确保其在试压合格的前提下入井；②该装置主要是依靠“O”圈等密封件进行密封的，且连接扣型仅为常规扣型。据此缺陷和不足，可对该装置的试压配件和密封件进行升级改造。

1. 单独试验装置研制

(1)加工与旁通接头的旁通螺纹一致的盲堵头，用于堵塞旁通接头的一端旁通孔。

(2)加工与旁通接头的旁通螺纹一致的转换接头，用于连接试压泵的加压管线。

(3)试验管串为(从下到上)：盲堵接头+Ø73 mm EUE油管+筛管接头+Ø88.9 mm IF(P)×Ø73 mm EUE(B)变扣+Ø73 mm EUE油管+Ø88.9 mm IF(B)×Ø73 mm EUE(P)变扣+旁通接头(一端传压孔用盲堵头堵死，另一端传压孔转1/2NPT变扣连接手压泵)，试压装置连接示意图如图6所示。

图6 单独试压配件连接示意图

(4)应用效果：手压泵打压22.000 MPa，稳压5 min，在打压及稳压过程中，试验管串未出现泄漏、渗漏的现象，且手压泵的压力表也未出现压降的现象，环空加压装置耐压合格。

图7 升级改造后的环空加压射孔装置图

2. 密封件及扣型改造升级

(1)采用86射孔枪代替Ø73 mm EUE油管(如图7所示)，将原油管扣连接、密封方式改为Ø73 mm Acme梯形螺纹连接加“O”形圈密封方式。

(2)对压力起爆装置、纵向减震器、环空加压装置连接扣型进行改造升级，将原先Ø73 mm EUE油管扣更改为Ø73 mm Acme梯形螺纹，改造升级后的扣型如表1所示。

表1 改造升级后的射孔管柱主要扣型

四、结论

(1)投棒点火负压射孔方式在深井或大斜度井测试作业中受到很大限制，为保障射孔成功率和测试作业安全，不建议采用投棒点火负压射孔方式。

(2)环空加压射孔装置可彻底解决投棒点火负压射孔方式的难题，其提高了射孔成功率，规避了因投棒点火方式带来的作业风险，多年的作业实践证明其有良好的应用效果。

(3)作业现场应用发现，由于环空加压射孔装置的密封件性能问题，曾多次造成管柱内外串通而导致测试失败，而对该装置密封件和连接扣型进行改造升级，可大大提高射孔测试作业成功率，降低作业成本。