浅谈油气层开采的射孔定位与精度控制方法

2021-04-11韩松辰

当代化工研究 2021年16期

＊韩松辰

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司天津 300452）

油气开发作业时，往往通过前期地震勘察发现大型构造，确定是否储存有油气资源，再通过合理勘探部署，最终选定凿井位置，利用钻探工艺将套管下设入地层，实现固定管路通道的开启，将油气引流导升至地面，加以开发利用。通常采取射孔作业的主要方式可分为三种，即电缆射孔、钻杆钻透射孔、油管联测射孔等，不论采用哪一种射孔方式，为了确保射孔效果和施工精度，必须准确定位第一枪射弹落点到测试岩层的顶界面，以此通过射深来判断钻井施工揭露油气的合理深度。

1.射孔作业方式分类

(1)电缆射孔方式

电缆射孔顾名思义是指通过把电缆固定在射孔枪上，在发射后随着枪头一起下设到目标层位，经过准确定位后，再对套管进行射孔作业。这种作业方式操作简单、效率较高，而且可通过发射射孔弹的反馈信息准确判断是否揭露目标层，该技术相对成熟完善，已被业内广泛使用。虽然成本低廉、操作简便，但是同样也存在诸多问题，比如射孔弹根据不同孔径要求，单循环的射孔进度也不同，采用127mm射孔弹发射时，每次深度只能达到6m，不能有效实现预期目标；此外，使用射孔弹发射时，如果对大型构造的先期探查资料掌握不准，有可能因为地层油气存在超高压条件下冒然射孔导致井喷事故发生，而且容易造成对原始油气层的破坏和污染。

(2)钻杆钻透射孔

钻杆钻透射孔技术主要采用钻杆钻进施工把射孔枪预送至设计目的层，然后再进行射孔作业，不同于电缆射孔方式，钻杆钻透射孔操作可在任何条件下开展射孔工作，即便油气层存在较大压力，也可以进行负压操作和超压作业，单循环进尺也不受射孔弹发射影响，可有效提高射孔效率和进尺厚度。

(3)油管联测射孔

油管联测射孔与钻杆钻透射孔方式近似，是指利用钻杆钻进过程中将测量工具进行固定钻进，直到揭露目标层后，即可同时获得测量数据，判断层位深度，是一种同步测量方法，它可以在理想的射孔条件下，实现短时间的深度测量，有利于根据实时测量数据对射孔作业方案进行优化调整，达到最佳射孔效果。

2.层位深度的确定方法

射孔层位深度是为了利用不同的射孔方式校正射弹中孔控制层位的实际深度，也是确定从井口到标志层的开孔距离，主要目的是将下管时的固管接箍图与测井曲线图相吻合，确定在一个成孔图标准上进行分析。为了准确射孔到达预定的设计深度与标志层层位，需要提前对地层岩性进行分析，准确掌握地质资料，明确目的层位置后，通过射孔进行层位验证，最终确定油气层的准确位置，便于为后期凿井和引气利用做好准备工作。具体确定层位深度的施工工序如下：

(1)电缆射孔定位

①为了取得相关的射孔验证结果，需要提前制定相关参数表格，明确各项记录的标准要求和时间节点，以便在试油过程中不遗漏任何关键环节，取得预期效果。主要参数包括层位、孔深、射孔弹规格（弹型、孔径）、发数、射孔枪型号、点火时间、校正时间、出井时间、下管深度、接箍深度、设计和实际射孔次数等。②在绘制接箍曲线图和自然伽玛测井图上分析判断出目标层的顶底板界面，测算出油气层的实际深度，为了提高射孔孔深的准确度，需要尽量将套管短节和接箍放到射孔层区段以下，以保护该区段在提拉过程中出现塌孔现象。③通过连接电缆的射孔枪端头磁力定位仪与射孔弹累计发射深度的加和，实地测算出射孔深度，填报在参数列表当中。④为了减少在射孔过程中出现的累积误差，需要所有钻井工具必须符合标准件的要求，尤其是固管用接箍，必须对管径、壁厚、强度等达到高标准一致，而且为了射孔成型完整，后期便于凿井开采，初期探查尽量将设计射孔终孔位置布置在标志层顶板以下25m范围内，方便一次射孔成功和准确记录各项参数。⑤将标准接箍的下设深度与射孔层顶界面之间的差值视为射孔层定位距，当此差值为正数时，说明接箍下设超过了射孔层的顶界面深度，需要上提电缆，达到顶界面深度；当差值为负值时，说明接箍下设深度不够，需要继续钻进至设计深度方可，并同时在参数表上记录定位距。⑥在下设套管施工电缆射孔时，需要预先测定套管标记层深度，再确定标准接箍的深度，然后利用确定的标准接箍深度再确定视射孔定位距，最终确定射孔深度。

(2)联测射孔定位

①与电缆射孔定位的施工方法相似，需要先制定相关参数表格，明确主要实验数据，如包括层位、孔深、射孔弹规格（弹型、孔径）、发数、射孔枪型号、点火时间、校正时间、出井时间、下管深度、接箍深度、设计和实际射孔次数，及射孔点火定位深度等。②确定管柱放射性标记定位的位置。③实地测量管柱发射首弹与各组件的长度之和，并将座封前后产生的伸缩量作为误差因素考虑在内，进行统计计算。④根据下设套管和钻井工具钻进过程中绘制的实际岩芯柱状图进行分析测算，估算出管柱深度的测算误差。⑤在参数统计表中详细记录地层柱状成果图测量数据，并在成果图上标出标志层定位深度。⑥与电缆射孔方法确定射孔定位距的计算方法类似，将射孔层顶界面深度与地层标志点的深度之差作为基础数据，再与零长定位距进行误差计算，其差值即为地层定位点的位置误差，当结果为正值时，说明地层定位点高于管柱定位点；当数值为负数时，说明地层定位点低于管柱定位点。⑦对于管柱内座封深度的数值校正主要采用磁定位接箍图（CCL）和射孔点火定位深度图（GR）进行分析，计算视定位距时将管柱与地层标志点定位深度差值进行比较，当校正值为正数时，说明管柱深度下设过度，已超过地层标志位置，需要上提至误差深度以上；反之数值为负数时，说明管柱深度未下设到位，需要继续下设到误差值位置，才能够到达地层标志层位置。⑧对于座封深度偏差校正时，按照序列7步骤进行验证，当套管下设深度超过或小于地层标志层位置时，需要调整实际下设深度，消除实际误差后再次确定终孔位置，符合要求后进行验收，最终进行座封；若仍不符合要求，则应解封后再次调校，直到满足误差要求。

3.误差来源与方案优化

(1)造成射孔定位误差的主要原因

①采用电缆射孔方式作业时，由于电缆本身带有一定的柔韧性和伸缩性，在调校位置过程中，难免会对电缆进行一些提拉和下拽的动作，因为受力大小不均、受力方向不同，导致电缆在不同程度的伸缩量也不同，因此，造成电缆长度在射孔作业时产生长度误差，需要在计算时充分考虑。②由于发射射孔弹时需要多次连续发射，但是受到地质条件的影响，岩层硬度系数也不同，因此，每次发射射孔弹的射孔深度也不相同，也会导致误差的出现。③射孔弹发射后地面接收仪器对于每次回传数据的记录时间也会存在误差，或者时间读数精度不高时也会造成测深的误差。④根据磁定位接箍图（CCL）和射孔点火定位深度图（GR）进行分析时，如果曲线图绘制不清，或者图纸存在绘制误差，也会导致在后期分析时存在基础数据的误差，导致测深出现不准确。⑤固管使用的套管和接箍不是标准管件时，如果下设时未经验收，在实际测量中也会造成人为计数的误差，导致长短件不一，出现测深的失真。

(2)提高射孔定位精度的方法

经过对射孔定位误差的原因分析，可以有针对性的制定提高精度的具体措施，比如下列方法可以采纳：

①采用电缆射孔作业方式时，预设的标志点层位尽量设定在射孔层层位下20m以内，提高控制精度；而当下设套管时，应当将下设深度确定在定位层深度以下15m左右。②严格按照自下而上—确认程序—点火发射的作业顺序进行施工，避免人为误操作造成的误差值产生。③绘制磁定位接箍图（CCL）和射孔点火定位深度图（GR）时，应尽量绘制清楚、准确，减少因为制图误差提供的失真数据，造成后期分析时的测量失误，导致误差产生。④加强对施工作业前使用工具、钻杆、电缆、套管、接箍等实用工具规格质量的验收检查，确保工具的完好标准，减少工具出厂的制造误差带来的后期计算误差。⑤不论是人工测量还是机器读数，都应尽量规范化计数、计时的标准，尤其是接收机接收回传信号时，必须确保每次发射弹传回信息的读数符合误差精度要求。