采气井负压射孔管柱及推广应用

孙国海 袁冲 张广辉 张伟

摘 要：天然气是本世纪优质、高效、清洁的新能源，以其节能、环保、经济、方便的优势备受世界各国的关注。我国已列为二十一世纪经济和环保重点推广的新能源。加快天然气的开发利用，对改善能源结构保护生态环境、提高人民生活质量、节约能源具有十分重要的战略意义。随着天然气需求量的不断增长，对地层天然气的开采也随之进入了快车道。由于天然气埋藏在地下的封闭地层中，为了对封闭地层中的天然气进行开采，可以将射孔管柱下至气层，通过射孔管柱上的射孔枪射开套管及封闭地层，以实现天然气的开采。正压射孔易污染地层，使射孔后不能自喷生产，甚至压死地层。常规负压射孔需要在射孔前将套管内射孔液面降低至合理负压高度，费时费力，且不适用于井筒纵向射开多产层的天然气开采。针对上述情况，我们提出了采气井负压射孔管柱优化结构，目前已在大港油田采油二厂地区推广应用，施工成功率达到了100%，并申请了国家实用新型专利。

关键词：天然气;开采;射孔;负压射孔;推广应用;专利

1 常规气层射孔

1.1 正压射孔

采油二厂地区气层射孔方式普遍采用正压射孔的方式。由于该地区地层压力系数相对较低，气层压力一般不是很高，对于井筒纵向有已射开的层位的井，施工前一般采用密度大于等于1.0g/cm3的压井液进行压井，然后进行油管传输射孔作业;对于空井筒的井需要射开气层时，一般井筒射孔液为清水，且液面在井口。相对于低压气层，也属于正压范畴。气层正压射孔后，一般均需进行诱喷作业，方可自喷生产。目前应用较多的诱喷方法为氮气诱喷，该方法为射孔后通过注入高压氮气将井筒射孔液排出，降低井筒液面高度，从而使井筒压力低于地层压力，达到气井自喷的目的。正压射孔最大的缺点在于射孔后压井液易对地层造成污染，甚至压死地层。使用氮气排液诱喷无形中增加了开采成本。例如：庄1501井，封层、补层单采气，射孔井段1172.94-1175.94m，射孔液为清水，补孔后观察4小时，油套无压力，清水反循环洗井出口无油气显示。采用液氮反举排液10方，放出井内氮气后，油压升至5.2MPa，套管升至5.7MPa，自喷天然气生产。

1.2 负压射孔

常规负压射孔，在射孔前需要将井筒压力降至低于地层压力，通常为降低井筒液面高度的方法降低井筒压力，需要射孔前下入管柱，通过高压空气或氮气进行排液，将井筒液面将至一定深度。然后进行射孔作业。该方法在二厂地区较少使用。

2 负压管柱气层射孔

2.1 负压射孔管柱结构及原理

负压射孔管柱结构为：射孔枪+安全枪+起爆装置+油管1根+投棒开孔装置+油管4根+定位短节+油管+Y211（或Y221）封隔器+安全接头+油管+射采联作泵+滑套泄油器+油管（至井口）。

原理：将射孔管柱下至射孔深度，由于射孔管柱为封闭状态，下管柱过程中，根据负压值加入合适高度的液垫。封隔器座封，将油套环空内液柱分隔为两段，封隔器下部至预射层的环空压力低于预射地层压力，投棒点火射孔，此时油管、封隔器下部油套环空与射孔地层连通，由于射孔地层压力高于油管内液柱压力及封隔器下部环空压力，故地层中的天然气进入封隔器下部油套环空后沿油管通道喷出井口，形成自喷。若不能形成自喷，则可投入泵底阀，下入活塞，靠射采联作泵进行生产。

2.2 应用负压射孔管柱的施工步骤

①搬迁、安装;②压井：如井筒有射開层位，则选择合适密封的压井液进行压井;③起出原井管柱;④冲砂：根据设计要求选择是否冲砂;⑤通井：根据套管内径选择合适的通井规通井至预射孔层位以下50m，或设计要求位置;⑥刮削试压：选择合适的套管刮削器，刮削至通井深度或设计要求位置，封隔器座封位置及射孔层位要求反复刮削3次以上，彻底反循环洗井后对管柱试压21MPa，保证油管密封性;⑦套管试压：下入封隔器对水泥返高以上套管进行试压，保证井筒密封性完好;⑧射孔：将负压射孔管柱下至射孔层位，磁定位校深，座封封隔器，投棒点火;⑨若自喷则自喷生产，若不自喷则投泵底阀，下入活塞生产。

2.3 负压射孔管柱应用优势

①使用该射孔管柱进行气层补孔，大大提高了自喷成功率;②射孔前在井筒形成负压环境，有效防止了射孔后井液进入地层，造成地层污染;③射孔后不用氮气排液就能形成自喷，节约了开采成本;④该管柱为射采联作结构，若不自喷，直接就可以下入活塞投产，节省了劳动强度及成本。

3 负压射孔管柱推广应用

2017年以来，采油厂积极响应“天然气快上产”的号召，围绕气井措施开展技术攻关，改变以往的常规射孔方式，实现了采油厂首口采气井负压射孔工艺的成功。目前已在二厂地区实施6井次，施工成功率达到了100%，节约因液氮排液产生的费用20余万元。其中，庄5-10-4井，射孔后油压7.1MPa，自喷生产，日产天然气3000余方。庄6-13-5井，射孔后未自喷，投泵底阀后下入活塞生产，产液8方后转自喷生产，3mm油嘴，油压9MPa，日产天然气9000余方。