基于液压转换装置的电缆分级射孔技术

刘正彦，梁洪军，姜福成，杨学贵，章松桥

（1.陕西应用物理化学研究所，陕西西安710061；2.中国石化西北油田分公司测试管理中心，新疆轮台841600；3.中国石化东北石油局工程公司测井站，吉林长春130062）

基于液压转换装置的电缆分级射孔技术

刘正彦1，梁洪军2，姜福成3，杨学贵1，章松桥1

（1.陕西应用物理化学研究所，陕西西安710061；2.中国石化西北油田分公司测试管理中心，新疆轮台841600；3.中国石化东北石油局工程公司测井站，吉林长春130062）

电缆分级射孔是应用于油气井分段射孔的技术，特别适用于大井段水平井的射孔开发。介绍了分级射孔技术的发展现状。分级射孔采用多级枪串结构，多芯电缆输送式射孔方式，通过地面监测，分级起爆射孔枪。根据中国生产现状，提出利用液压转换装置实现电缆分级射孔；枪串连接投送器以及桥塞，实现分段坐封。该技术满足了分级射孔技术国产化的要求，可应用于页岩气井的射孔、坐封、分段压裂等。

分级射孔；页岩气；水平井；液压转换；电缆输送；桥塞

0 引 言

随着国家逐步重视开发页岩气，页岩气射孔技术的开发应用受到各石油公司广泛的重视研究。根据国外页岩气开采技术的经验，页岩气井的射孔采用分段射孔，分段坐封，伴随着分段压裂以及最后一次钻通所有封隔桥塞，进行采集页岩气的开采工艺。基于这种射孔工艺，提出分级射孔、分段坐封的实现方法。分级射孔是利用电缆实现多级枪串1次下井，逐级起爆射孔枪，完成射孔的工艺。分级射孔的实现目前主要有2类方法：① 采用液压转换装置，由最下级枪起爆以后，利用液压转换装置逐级实现上级射孔枪的接通起爆，完成分级射孔的目的；② 利用选发电子雷管，装配于多级枪串的联枪接头内，由地面发送指令，通过电缆传输任意级起爆射孔枪，实现射孔的目的。这2种技术国外都已有应用，针对分级射孔技术国产化的需要，本文提出了电缆分级射孔实现的方法，开发了电缆分级射孔应用的液压转换装置。液压转换装置是电缆分级射孔实现的关键技术。

1 电缆分级射孔技术原理

分级射孔主要应用于水平井射孔，且目前主要利用电缆输送式射孔方法。分级射孔是多级枪串一次下井，连接数级射孔枪及起爆单元，根据不同射孔层段，由最下级射孔枪起爆射孔，上提枪串，对准上级射孔层段，逐次引爆后续起爆单元，实现分段射孔的目的。分段坐封是在分级射孔的多级枪串尾部连接坐封装置以及桥塞，与多级射孔枪串同时下井，进行点火坐封桥塞，再进行后续的分级射孔［1］。

对于国外的液压装置实现分级射孔的技术，哈里伯顿公司有泵送可钻桥塞水平井射孔起爆技术。该技术也是采用电缆输送式射孔，其技术特点是利用液压转换装置可靠地实现分级射孔，分段坐封，具有耐高温、抗高压的技术优势。对于选发电子雷管实现分级射孔的技术，主要应用有DYNA energetics公司的选发电子雷管，该技术也是采用电缆输送式射孔，其技术优点是联枪接头的结构简单，分级射孔起爆技术可靠。但是其国内实现的难题是电子装置的耐高温以及抗震性能难以满足，目前还处于研究阶段。笔者正是基于目前的可实现条件，提出液压转换装置实现分级射孔、分段坐封的方法。

2 电缆分级射孔装置

2.1 电缆分级射孔装置原理结构

分级射孔采用多级枪串结构，由电缆实现输送。枪串连接结构依次为地面监控起爆仪器、多芯电缆、马笼头、磁定位器、射孔枪、液压转换装置联枪接头、桥塞投送器、桥塞。磁定位器实现对枪串在井中的定位，确定相应的射孔层段。液压转换装置主要实现在下级枪起爆后，由进入枪体的液体推动液压开关，接通上级枪起爆以及检测射孔枪的状态。滚轮扶正器主要应用于水平井段，对枪串进行扶正，同时减少枪串在水平井段推进的摩擦阻力。投送器主要实现点燃起爆火药，推动坐封工具坐封桥塞。

2.2 电缆分级射孔装置技术特点

分级射孔装置采用电缆输送，水平井段可采用泵送桥塞方式推进枪体。专用多级起爆仪实现了地面监控、起爆。分级射孔装置采用三芯电缆，其中2个芯实现磁定位信号传输，1个芯是枪体内长通导线。采用直流检测各级射孔枪状态交流起爆磁电雷管，采用磁电雷管，有效提高了安全性能。

分级射孔装置在装配滚轮扶正器的情况下可应用于水平井射孔，保证枪体位于套管中心；滚轮减轻枪体在套管内的摩擦阻力，可靠实现泵送枪体的目的。

分级射孔专用监控仪是应用于磁电雷管的专用仪器，可以在地面监测井下射孔枪状态、确定某级枪是否起爆、枪体是否进水；同时起爆每一级射孔枪内磁电雷管。磁电雷管的使用避免了油田现场使用的强磁场、静电带来的危险。

投送器是应用于桥塞分段坐封的工具，适用于页岩气井的射孔工艺。投送器输入端连接于液压转换装置，输出端连接桥塞。一次下井实现点燃投送工具内火药，完成坐封桥塞，同时接通上级枪、地面发送起爆射孔枪信号、完成射孔。

2.3 电缆分级射孔液压转换装置

根据分级射孔的技术原理，其实现的关键技术是分级。

液压转换装置的原理相当于联动开关（见图1），在上级枪中处于断开状态，在下级枪中处于接通状态。在下级枪起爆以后，井内液体通过射孔弹穿孔枪体孔道进入枪身，井内的液体压力，推动联动开关，断开下级枪的电路连接，接通上级枪处于待射孔状态，地面发送第2次起爆信号，引爆第2级射孔枪；每级射孔枪射孔完成以后，枪体内液体逐级推动上一级液压转换装置，逐级断开下级枪，接通上级枪，从而实现分级射孔的目的。

图1 电缆分级射孔枪串原理

2.4 电缆分级射孔技术在页岩气井射孔中的意义

页岩气是一种非常规天然气。页岩气储层致密渗透率低，单井产量低，开发难度大。根据国外页岩气开采的技术，采用分段射孔、分段坐封桥塞，伴随着大规模压裂，最后一次钻通所有桥塞进行页岩气的开采工艺。对于国产化的技术要求是实现分级射孔、分段坐封。本文提出的电缆分级射孔技术，满足了分级射孔，实现多级枪串一次下井多次点火起爆、实现分段坐封、分级射孔的工艺技术。基于液压转换装置的电缆分级射孔起爆技术，可应用于页岩气井的射孔、坐封、分段压裂，实现了页岩气开采的工艺要求。

3 结 论

（1）基于液压转换装置的分级射孔技术原理满足分级起爆，分段射孔的技术要求，实现多级枪串一次下井、多次射孔的任务。

（2）多级监控起爆仪可以实现对井下射孔枪状态的监控、多级枪串的分级起爆，实现地面实时监控井下射孔枪。

（3）连接桥塞可应用于页岩气水平井分段坐封，同时提供枪串水平段推进的动力。

［1］ 刘玉芝.油气井射孔井壁取心技术手册［M］.北京：石油工业出版社，2000.

［2］ 江怀友，宋新民，安晓璇，等.世界页岩气资源与勘探开发技术综述［J］.天然气技术，2008，2（6）：26－31.

Cable Conveying Grading－perforating Technology Based on Hydraulic Converter

LIU Zhengyan1，LIANG Hongjun2，JIANG Fucheng3，YANG Xuegui1，ZHANG Songqiao1
（1.Shaanxi Applied Physics－chemistry Research Institute，Xi’an，Shaanxi 710061，China；2.Northwest Oilfield Company Test and Management Center，Sinopec，Luntai，Xinjiang 841600，China；3.Northwest Petroleum Bureau Engineering Company，Sinopec，Changchun，Jilin 130062，China）

The cable grading－perforating technology is used in oil and gas wells with different perforating intervals or layers，which is especially suitable for longer perforation intervals in horizontal wells.Introduced is the status of grading－perforating technology.The multi－stage perforator series／strings and multi－core conveying are used for cable conveying grading－perforating，which is monitored by ground instrument and detonated grade by grade.In view of domestic perforating equipment status in China，the cable conveying grading－perforating technology may result from the hydraulic converter.If the perforator string is connected with setting tool and bridge plug，it can be set part by part.The cable convey grading－perforating technology is feasible in localization of manufactures and is used for perforation，set packer and staged fracturing in the shale gas wells.

grading－perforating，shale gas，horizontal well，hydraulic converting，cable conve

TE257.1 文献标识码：A

ying，bridge plug

2011－08－25 本文编辑 王小宁）

唐凯，男，1975年生，高级工程师，长期从事射孔工艺研究工作。