渤海油田大斜度井射孔工艺

2022-01-19刘占奇

当代化工研究 2022年1期

＊刘占奇

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司天津 300459）

1.引言

众所周知，射孔是建立地层和井筒之间流体流动通道的一项技术，是油气田完井工程的重要组成部分和试油工艺的关键环节。随着射孔技术的应用与发展，渤海油田逐渐形成了正压射孔、负压射孔、正压射孔负压反涌、超正压射孔等工艺技术。其中负压反涌射孔工艺因负压清洗射孔孔道、作业风险低等特点在我国渤海疏松砂岩储层射孔完井中应用比较广泛。

随着渤海油田的不断开发与推进，为了实现经济利益最大化，方便管理，海上的丛式井开发，越来越多的工程采用较少平台布置大量大斜度井来进行更多区域的油气开采。常规射孔工艺随着油井井斜越来越大，有两个难题日益凸显，一方面常规校深定位方法，即靠仪器和电缆自重进行校深定位，由于井斜太大，井眼轨迹复杂，仪器难以下入到位；另一方面，射孔作业和负压诱喷需要两趟管柱实现，增加了工期和费用，致使常规的射孔工艺在满足斜度井工艺需求上有一定的局限性。

针对海上这个难题，逐渐采用了电缆旁通泵送校深工艺、随钻GR校深工艺和动态负压射孔工艺，在校深定位方法和负压诱喷方法上实现了技术的突破，通过将不同的校深定位工艺和不同的负压诱喷方法相组合，以适用于不同条件下的井况。

2.大斜度井校深定位工艺

渤海油田大斜度井因井斜大电缆无法输送射孔枪到位，因此基本均采用油管输送射孔。油管输送射孔通过测量并对比管柱中的放射性接头（放射性记号源）的深度与套管上预留记号源的深度来确定射孔器的实际深度。海上油气井多采用双同位素校深方法，即分别在套管上和射孔管柱上安装放射性记号源，校深时通过电缆将伽马仪器下入射孔管柱内，测出射孔管柱上的放射性接头和套管上的放射性记号源标记深度。在校深图上读出射孔顶界深度和管柱上放射性标记的深度，来计算出射孔管柱的调整量。

对于大斜度定向井而言，由于井斜大、井眼轨迹复杂，单凭依靠电缆仪器自重无法将伽马工具下放到位来完成射孔枪的校深定位工作，因此针对该难题，采用了电缆旁通泵送校深工艺、随钻GR校深工艺来满足大斜度井的需求。

(1)电缆旁通泵送校深工艺

电缆旁通泵送校深工艺，是将电缆旁通短节应用到射孔电缆输送中。操作时，先将电缆穿入旁通侧面的水眼，再从旁通下端穿出，然后在穿出的电缆前端制作电缆头，连接井下仪器。随后将旁通三件套配合电缆安装到旁通侧面的水眼中。电缆和旁通连接好后，把电缆头及井下仪器放入钻杆内，旁通下端与井口处的钻杆拧紧，旁通上端连接泵入管线。一般的泵送施工，只要在杆内建立正常的循环即可，依靠循环的液体推力就能将电缆输送到目的深度。然后在电缆上行过程中，根据套管上和射孔管柱上安装放射性记号源校深。

图1 某形式电缆旁通工具

泵送的压力与井斜大小、泵送段长度、井眼轨迹、完井液密度、钻杆内径、井筒清洁程度等有关。同时在校深作业工程中，由于枪身已经下到井内，起爆器为加压方式起爆，这就要采取必要的措施来避免枪身误起爆事故的发生。一是严格控制泵入井下的压力值，避免压力过高和压力激动的产生；二是通过合理加装起爆器剪切销钉数量来提高压力起爆器的安全压力值。电缆旁通泵送工具也随着井况条件的日益苛刻，不断优化发展，成为解决大斜度井电测校深的有力工具。

(2)随钻GR校深工艺

随钻GR校深是将随钻伽马仪器连接在射孔管柱上，下钻至测井井段顶，开泵，随钻下测地层伽马，测井结束后停泵，通过将实时伽马测井曲线与钻井时的裸眼电缆伽马测井曲线进行比对，完成射孔管柱的校深作业。

随钻GR仪器由MWD系统井下部分与PCG（Pressure Case Gamma）探管组成，其原理主要是开泵后PCG探管控制脉冲器将测得井下地层自然伽马以及套管同位素实时伽马数据，通过完井液脉冲传向地面解码。

图2 随钻GR仪器

表1 伽马探管系统参数

对于随钻GR校深工艺，深度的准确是最基本的部分也是最关键的部分，对比实时伽马测井曲线和裸眼井伽马测井曲线，找出标志层，并进行认真比对，校正到裸眼测井曲线深度；做好详细的记录，准确的将测井深度转换成射孔枪的深度。该工艺解决了大井斜电缆校深难问题，取得了较好的效果，另一方面也提高了射孔作业的安全性，减少了大排量泵送GR仪器造成射孔枪误引爆的风险。

3.大斜度井射孔诱喷工艺

对于大斜度定向井，由于在射孔作业之前需要进行射孔枪的校深定位，无论是采用电缆旁通泵送校深工艺，还是采用随钻GR校深工艺，在作业过程中都需要建立井筒循环，都使得无法在射孔管柱内造负压，需要在射孔作业后，再下一趟负压返涌管柱，即TCP平衡射孔、负压单独放喷工艺。此外，另一种动态负压射孔工艺则是利用储层中非射孔段夹层中的空枪造负压，在射孔的同时实现负压返涌，不需要再下一趟返涌管柱，完井作业工序相对简单。

(1)TCP平衡射孔、负压单独诱喷工艺

TCP平衡射孔、负压单独诱喷工艺，是在井筒压力与地层压力平衡或者前者稍高于后者的情况下进行射孔作业，射孔后尽量减少射孔工作液向储层入侵。在射孔作业结束后，下入另一趟单独诱喷的管柱，进行负压返涌作业，清洁射孔后的孔眼、孔隙吼道。相对动态负压射孔来说该方式的优势是安全性高一些，因为负压诱喷的管柱下入位置在射孔层段至上，可以避免诱喷期间因储层疏松出砂而导致管柱遇卡等复杂情况。但在射孔后到负压诱喷需要有一段等待的时间，也相对增加了完井液对储层的暴露时间。

(2)动态负压射孔工艺

动态负压是在射孔的同时，在射孔管柱中产生的爆炸点附近设置了泄压点以及泄流空间，导致了井筒内液体向降压腔里以非常大的加速度向低压区流动，而其造成的与加速度反向的惯性力使得快速降压装置周围的液体中产生了极大的负压差。在该大负压差作用下，使得地层到井筒之间会产生较大的瞬间冲击回流，从而清除炮眼中的射孔残渣、岩石碎屑以及孔道周围的压实带，同时由于射孔孔眼周围岩石遭到重复性应力破坏，从而进一步提高了储层的渗透性和导流能力。

动态负压射孔是在初始的静态压力下，射孔的同时在地层和井筒之间产生一个变化的可维持一定时间的动态负压，而初始的静态压力状态可以是正压、负压或平衡压力的条件。在动态负压射孔作业前需根据目的层的地层流体性质、孔隙度、孔隙压力及渗透率等参数，用射孔优化设计软件进行初始负压值设计及射孔参数设计，同时计算出降压枪的数量，以达到最佳射孔负压值的要求。

图3 动态负压与静态负压对比示意图

负压值是动态负压射孔工艺的关键，考虑到对射孔炮眼的清洁程度和对油井套管和井下工具安全强度，对于海上的砂岩油气藏而言，针对非致密地层，采用VNN公式计算负压值，针对致密地层，采用斯伦贝谢Behrmann公式计算负压值。最大负压值取套管和井下工具破坏强度最小值的80%。

动态负压射孔的管柱设计是另一个关键，根据需要在射孔枪或夹层枪内安装负压弹，在射孔弹对地层射孔的同时，负压弹对枪身开孔（不损伤套管），井筒液体通过枪身上的孔眼快速进入射孔枪内，瞬时降低井筒压力，在射孔孔道内产生瞬间冲击回流，冲洗射孔孔道及孔道周围压实带。射孔管柱最底部连接有P-T测试仪，可针对射孔压力信号的数据进行采集存储，该仪器能够承受射孔瞬间所产生的138MPa的高压，具备高抗震能力，根据需要可设置记录压力样本数据点，并储存于8MB的内存卡中，即使测试仪射孔时意外损坏，已记录储存的数据也不会丢失，具有较高的安全性。

4.大斜度井射孔工艺

对于海上油气井的射孔工艺的难点主要分为射孔管柱校深定位工艺和射孔诱喷工艺。目前针对海上大斜度井射孔难题主要采用以下工艺组合来解决，即电缆旁通泵送校深+单独负压诱喷射孔工艺，随钻GR校深+单独负压诱喷射孔工艺，电缆旁通泵送+动态负压射孔工艺，随钻GR校深+动态负压射孔工艺。对于不同的射孔校深定位与诱喷工艺的优缺点和适用条件进行了分析和对比。