模块化射孔工艺技术

2012-09-21郭景学姜晓燕王文昌

中国工程科学 2012年4期

郭景学，姜晓燕，王文昌

(大庆油田有限责任公司试油试采分公司，黑龙江大庆 163412)

1 前言

射孔完井是油气田勘探开发过程中一个非常重要的环节，射孔效果的好坏直接影响油气井的产能。随着油田勘探开发工作的不断深入，勘探开发地层的条件越来越差，井况也更加复杂，对射孔完井技术也提出了更高的要求。现代射孔完井技术不仅要准确打开油气层，还要保护油气层，最终要解放油气层，而且还要降低施工成本，简化施工工艺。为了进一步发展射孔完井技术，满足油田市场需要，在对国内外射孔完井工艺技术进行调研和分析的基础上，大庆油田开发了模块化电缆输送射孔技术。该技术通过电缆输送方式实现油管输送射孔的目的，其设计思想不同于目前的常规射孔工艺技术，整个射孔枪系统采用模块化设计，并能够实现定方位射孔[1～3]。

2 工艺原理

2.1 系统构成

模块化射孔技术主要由6部分构成(见图1)。

2.1.1 射孔器支撑模块

为了支撑全井模块枪的重量以及模块枪引爆后的爆轰震击，研制了可取式模块枪支撑器(见图2)，是一种上提下放式锚定支撑器。为了防止射孔残渣或地层出砂造成砂埋，支撑器的卡瓦采用六相间隔式结构;同时，为了避免支撑器在射孔后发生转动或窜动，6个卡瓦止动块上的止动槽设计成4个横向槽，两个纵向槽。4个横向槽保证支撑器向上承载能力，两个纵向槽防止支撑器在射孔后发生转动。

其技术指标如下:最大外径为114 mm，总长1 025 mm，承载能力＞500 kN。

2.1.2 电动捞放模块

打捞/释放装置(见图3)采用机电一体化控制技术，由直流电动机驱动机械手，对射孔器模块及支撑器模块进行可靠的打捞与释放。该装置设计为在打捞时可不必通电即可捞取，并且在地面对捞取物释放时也可以不加电就能释放。这样，该装置既可以手动操作，又可以电动控制，操作可靠、简便。

2.1.3 深度(方位)定位模块

图1 模块化射孔原理示意图Fig.1 Diagram of modularized perforation

图2 模块枪支撑器Fig.2 Carrier of modularized gun

图3 打捞/释放装置Fig.3 Salvage/release device

支撑器上提下放锚定后，为了确定支撑器的准确深度，设计了深度定位模块，该模块主要由磁定位器(CCL)和激磁器组成。其原理是当射孔枪支撑器锚定后，CCL的记录点和激磁器的注磁点与支撑器上端面的距离已知。此时，利用激磁器对套管进行注磁，然后上提仪器，CCL就测得了注磁信号和套管接箍信号，通过对比就知道注磁点深度，这样也就知道了支撑器锚定深度。另外，在定方位射孔时，为了确定支撑器上方位键的准确方位，设计了与之配套的方位陀螺仪，这样就完成了井下工具的定深定向工作。

2.1.4 深度(方位)调整模块

由于支撑器为上提下放锚定方式，其锚定深度不是十分精确。另外，在定方位射孔时，支撑器上导向装置的方向与目的方位可能不一致。因此，设计了一个锁定式双定向调向短接，该短接下井后使其与支撑器锁定，并且在径向不发生旋转，其上部装有外导向器和调向器，依据当前方位和目标方位的差值调整方位角度，保证了模块枪方位上的精度。

2.1.5 射孔器模块

射孔器模块主要由捞放头、射孔枪、弹架、射孔弹、导爆索、对接头以及耐压传爆组件等构成。其中，耐压传爆组件由主爆管和被爆管两部分组成，能够实现在井下(具有液体、温度、压力)条件下两个传爆管之间可靠传爆，其传爆距离大于100 mm，耐压70 MPa，耐温163℃。

为了使模块枪径向旋转灵活和顺利对接，设计了万向球式扶正器(见图4)。其采用六相位独立弹性球式，承载能力径向动载荷及轴向动载荷5 t以上。将扶正器直接置于导向器与枪头之间即可。扶正器的弹子可以万向自由转动，保证了模块枪顺利下井并在井内居中，便于对接与打捞。

电缆定方位射孔时需要增加定向模块，包括导向器和定向器。

导向器(见图5)置于模块枪身上部，与枪头加工为一体，其上部制作为导向斜面和定向槽，且带有六相位球式扶正器，中间为凸起的圆柱形，用于连接被爆传爆管;定向器(见图6)置于模块枪身下部，与枪尾加工为一体，中间为凸起的圆柱形，用于连接主爆传爆管。当两柱模块枪在井内对接时，带有键槽的定向器与导向器上的定位键接触后，由于导向器导向斜面的存在，导向器在自身重力的作用下，使导向器与定向器发生相对的旋转滑动，最终使定向槽与导向键相互吻合在一起，实现了模块枪的自动定向与对接，从而实现了定方位射孔。

图4 球式扶正器Fig.4 Ball type centralizer

图5 导向器Fig.5 Inlet guide

图6 定向器Fig.6 Directional coupler

2.1.6 地面控制模块

地面控制模块主要包括磁定位信号采集处理、深度信号采集处理、激磁信号采集处理、激磁控制、打捞/释放控制、单芯多路传输控制等(见图7)。采用单芯多路传输控制是因为目前射孔队多数采用单芯电缆，为了拓宽该技术的适用范围，利用单芯多路转换分时传输控制技术，单芯电缆可以传输4路信号，即磁定位信号、激磁信号、激磁控制信号、打捞/释放控制信号。磁定位信号采集处理、深度信号采集处理、激磁信号采集处理等，应用常规的数控射孔仪器即可完成。

图7 地面控制模块原理图Fig.7 Diagram of surface control module

2.2 施工流程

首先用电缆携带深度定位仪和打捞/释放装置，将带有导向功能的模块枪支撑器下入待射油层的预定深度，利用地面数控仪测定其准确深度后，使之锚定在套管上;再用陀螺测斜仪测定坐封后的支撑器上部的定向器方位，以该定向器方位为依据，利用调向短接将该方位调整到目标方位，并将该调向短接下入井中，与支撑器上部的定向器坐键吻合;再将每支具有自动定向和对接功能，且带有扶正器的模块枪依入井中，直至满足全部射孔井段(见图8)。由于支撑器和每支射孔枪上部带有导向斜面和定位凹槽，射孔枪下部带有定向凸键，因而在射孔枪自身重力的作用下，使定向凸键与导向斜面发生相对滑动，射孔枪发生旋转，最终使导向凸键嵌入导向凹槽，实现模块枪自动定向对接。

起爆方式可采用电缆对接起爆，也可以采用压力起爆和投棒起爆。