电缆输送两次下井定方位射孔工艺

2013-09-18汤红梅南迎飞李元宏舒淑宁王秋娥

测井技术 2013年6期

汤红梅，南迎飞，李元宏，舒淑宁，王秋娥

(1.大庆油田采油四厂地质大队，大庆黑龙江 163511;2.西安通源石油科技股份有限公司，陕西西安 710075)

0 引言

电缆输送定方位射孔可在小于30°井的较大范围中使用，且定位精度高、施工效率明显优于油管输送定方位射孔，目前中国比较先进的是3次下井完成电缆输送定方位射孔。该技术采用火药座封定位管串，当座封力达到设定值时实现丢手，而要把火药力控制到恰到好处不是易事，且火药座封和丢手引起的震动容易对陀螺仪造成伤害，因此，座封丢手和下陀螺仪分2次下井完成，然后再下射孔管柱。本文采用全新方法，将座封丢手和下陀螺仪1次下井、射孔和打捞1次下井，开发了两次下井电缆输送定方位射孔的新工艺，并在定边3口井作业成功，从而进一步提高了施工效率。

1 工作原理

1.1 管串工作原理

两次下井管串示意图见图1和图2。

图1 第1次下井管串

图2 第2次下井管串

1.1.1 第1次下井管串

第1次管串下井到位后，上提下放管串，弓式悬挂器卡瓦张开坐在套管上。陀螺仪通电，测量下定位键的方位，随后给爆炸螺栓通电炸断，利用井液压力推动中心轴活塞上行，弹爪收缩，实现管串的丢手动作。完成第1次管串下井的悬挂、方位测量及丢手动作后，提出丢手管串。

(1)小直径悬挂器。悬挂器是整套工艺技术的关键部件之一，它悬挂在套管上，用于支撑其上的仪器串，支撑位置见图1，结构见图3。工作原理:当管串到预定位置后，上提管串超过防坐距离时，滑销行至导轨槽的下死点位置，再下放管串时，滑销换向至导轨槽上死点位置，卡瓦被锥体推开，卡于套管内壁，完成悬挂动作。

图3 悬挂器

(2)丢手装置。丢手装置是整套工艺技术的核心部件，结构见图4。丢手原理:管串悬挂并测定方位后，给爆炸螺栓通电将其炸断，井液通过中心轴内的中心孔进入中心轴活塞下部，推动活塞剪断销钉后上行，使弹爪失去依托缩回，从而实现丢手。图4中爆炸螺栓的药量控制在1～2 g，对管串震动很小。爆炸螺栓炸断后井液通过中心孔时有阻尼作用，能控制中心轴的上行速度，实现平稳丢手。

(3)减震器。为了进一步削减爆炸螺栓爆炸对陀螺仪及自然伽马磁定位仪的不利影响，管串中安装了减震器，该减震器采用多销式新结构，减震效果优于常规减震器，其结构见图5。

(4)安全接头。为了避免下井后悬挂器卡死同时又不能丢手的意外情况，管串中设置了安全接头，以便在卡井事故发生时能够拉断安全接头的剪销，从而将贵重的陀螺仪及仪器串取出井口，降低发生意外情况时的损失。剪切销设置拉力为1.2 tf*非法定计量单位，1 tf=9.80665 kN，下同/个，安全接头结构见图6。

(5)加重。为了使管串下井顺利并保证悬挂实现可靠丢手，管串中设置了加重，也便于通过悬重的变化判断管串是否丢手。

1.1.2 第2次下井管串

由于第1次管串下井后已经测得了装置内定位键的方位，在第2次下井前先调整好射孔枪的方位，使射孔枪的射孔方向和地层的待射孔方位一致。在枪串到位、定方位的同时，打捞头也插入到打捞座中，点火射孔后上提电缆，悬挂器滑销滑至长轨道下死点，卡瓦回收解卡，即可取出全部管串，完成定方位射孔作业。

(1)深度调整装置。在第2次下井管串中，射孔枪下带的深度调整装置可以根据悬挂器实际悬挂深度对射孔枪的长度进行调整，从而使射孔枪在深度方向准确对准待射孔层位，其结构见图7。

图4 丢手装置

图5 减震器

图6 安全接头

图7 深度调整装置

(2)导向装置。在地面调整好管串长度后，当管串下井到预定位置时，深度调整装置下带的导向装置会在管串重力的作用下使导向槽和悬挂器上端的定位键相互配合在一起，从而保证了调整好方位的射孔枪和待射孔方位一致，实现准确定位。图8(a)为射孔枪下带的打捞头及导向槽，图8(b)为定方位键坐入导向槽中。

2 主要技术特点

(1)采用自然伽马磁定位组合仪与陀螺仪一同下井，免除了定方位射孔前只下伽马仪的步骤，而且提高了定位的准确性。

(2)实现自然伽马、陀螺仪、爆炸螺栓的3路选择电控。

(3)特制的弓式悬挂器外径仅102 mm，确保射孔残渣不会将其卡住。

(4)将爆炸开孔、液压推动、机械丢手3种方式结合在一起，结构简单，丢手可靠，实现了全新的丢手方式。

图8 定方位工作原理示意图

(5)爆炸螺栓药量小且设有减震装置，中心孔对井液有阻尼作用，实现了无震动平稳丢手。

(6)悬挂、丢手、打捞等各主要部件均采用成熟技术，提高了其可靠性和作业成功率。

3 地面试验

电缆输送两次下井定方位系统经过一系列地面试验，对悬挂器、丢手装置、减震器、安全接头等进行了全面检验和验证，确定了剪切销钉的剪切值、安全接头的拉力值以及丢手装置的拉力峰值。在套管中对悬挂器进行了悬挂和解除悬挂试验，所有地面试验证明整个下井管串工艺性能良好，工作可靠。

(1)安全接头剪切试验。获得了准确的销钉剪切值，其试压曲线见图9。为准确合理安装剪切销提供了可靠依据。

(2)丢手装置拉力试验。为验证丢手装置弹爪的可靠性，对丢手装置进行了拉力试验，试验证明在拉力为4 tf时弹爪没有出现变形、松动，整个丢手装置连接性能良好。

(3)为了保证爆炸螺栓通电后可靠炸断，对爆炸螺栓进行了地面炸断试验，试验结果证明，在设计的结构和尺寸下，爆炸螺栓可以可靠炸断。

图9 剪切销压力曲线

(4)地面模拟上井试验。在开窗的套管中进行第1次下井管串的整个工艺动作见图10。第2次下井管串主要完成定方位射孔及打捞工作。第2次下井管串的地面试验见图11。

图10 第1次管串地面试验

4 现场作业

电缆输送两次下井定方位射孔工艺技术于2013年3—5月在定边3口井作业均一次成功，该工艺现场的施工过程如下。

(1)某待射孔井的最大井斜角为22°，布孔相位角为180°，射孔段范围及射孔方位要求见表1。

(2)为充分验证电缆输送两次下井定方位射孔技术的可靠性和高效性，在第1次定方位射孔方案设计中，没有采用中间连接夹层枪一次完成2层射孔作业，而是对上下2层分别进行定方位射孔作业。施工过程证明两次下井管串实现悬挂、丢手、定方位、射孔、打捞的工艺过程顺利平稳。

图11 第2次管串地面试验

表1 ××井射孔井段范围及方位要求

(3)在下井前连接好整套装置，先在地面对陀螺仪进行方位校正，得到了陀螺仪和定方位键的相对角度。用电缆将整套装置下入井中，投放到计算的预定位置后通过上提下放进行悬挂器的悬挂，测量悬挂点的深度并记录。随后通过陀螺仪测得定位键的方向后通电引爆爆炸螺栓，井液通过进液孔进入中心轴，井液压力推动中心轴活塞上移，弹爪缩回，实现丢手，完成丢手起出井口。

(4)根据测量的方位，在地面调整射孔枪与导向槽的夹角，通过方位罗盘调整导向槽与射孔枪的相对角度，然后通过电缆将第2次管串下入井中。射孔枪下端的导向装置和悬挂器上端的定位键对接后，射孔枪自动调整为待射孔的方位，通过电缆引爆射孔枪。射孔完毕后，上提电缆，射孔枪下带的打捞头即将悬挂器及加重一起提出井口，完成预定位置的定方位射孔作业。