模塊化射孔工藝技術

郭景學，姜曉燕，王文昌

(大慶油田有限責任公司試油試采分公司，黑龍江大慶 163412)

1 前言

射孔完井是油氣田勘探開發過程中一個非常重要的環節，射孔效果的好壞直接影響油氣井的產能。隨著油田勘探開發工作的不斷深入，勘探開發地層的條件越來越差，井況也更加復雜，對射孔完井技術也提出了更高的要求。現代射孔完井技術不僅要準確打開油氣層，還要保護油氣層，最終要解放油氣層，而且還要降低施工成本，簡化施工工藝。為了進一步發展射孔完井技術，滿足油田市場需要，在對國內外射孔完井工藝技術進行調研和分析的基礎上，大慶油田開發了模塊化電纜輸送射孔技術。該技術通過電纜輸送方式實現油管輸送射孔的目的，其設計思想不同于目前的常規射孔工藝技術，整個射孔槍系統采用模塊化設計，并能夠實現定方位射孔[1～3]。

2 工藝原理

2.1 系統構成

模塊化射孔技術主要由6部分構成(見圖1)。

2.1.1 射孔器支撐模塊

為了支撐全井模塊槍的重量以及模塊槍引爆后的爆轟震擊，研制了可取式模塊槍支撐器(見圖2)，是一種上提下放式錨定支撐器。為了防止射孔殘渣或地層出砂造成砂埋，支撐器的卡瓦采用六相間隔式結構;同時，為了避免支撐器在射孔后發生轉動或竄動，6個卡瓦止動塊上的止動槽設計成4個橫向槽，兩個縱向槽。4個橫向槽保證支撐器向上承載能力，兩個縱向槽防止支撐器在射孔后發生轉動。

其技術指標如下:最大外徑為114 mm，總長1 025 mm，承載能力＞500 kN。

2.1.2 電動撈放模塊

打撈/釋放裝置(見圖3)采用機電一體化控制技術，由直流電動機驅動機械手，對射孔器模塊及支撐器模塊進行可靠的打撈與釋放。該裝置設計為在打撈時可不必通電即可撈取，并且在地面對撈取物釋放時也可以不加電就能釋放。這樣，該裝置既可以手動操作，又可以電動控制，操作可靠、簡便。

2.1.3 深度(方位)定位模塊

圖1 模塊化射孔原理示意圖Fig.1 Diagram of modularized perforation

圖2 模塊槍支撐器Fig.2 Carrier of modularized gun

圖3 打撈/釋放裝置Fig.3 Salvage/release device

支撐器上提下放錨定后，為了確定支撐器的準確深度，設計了深度定位模塊，該模塊主要由磁定位器(CCL)和激磁器組成。其原理是當射孔槍支撐器錨定后，CCL的記錄點和激磁器的注磁點與支撐器上端面的距離已知。此時，利用激磁器對套管進行注磁，然后上提儀器，CCL就測得了注磁信號和套管接箍信號，通過對比就知道注磁點深度，這樣也就知道了支撐器錨定深度。另外，在定方位射孔時，為了確定支撐器上方位鍵的準確方位，設計了與之配套的方位陀螺儀，這樣就完成了井下工具的定深定向工作。

2.1.4 深度(方位)調整模塊

由于支撐器為上提下放錨定方式，其錨定深度不是十分精確。另外，在定方位射孔時，支撐器上導向裝置的方向與目的方位可能不一致。因此，設計了一個鎖定式雙定向調向短接，該短接下井后使其與支撐器鎖定，并且在徑向不發生旋轉，其上部裝有外導向器和調向器，依據當前方位和目標方位的差值調整方位角度，保證了模塊槍方位上的精度。

2.1.5 射孔器模塊

射孔器模塊主要由撈放頭、射孔槍、彈架、射孔彈、導爆索、對接頭以及耐壓傳爆組件等構成。其中，耐壓傳爆組件由主爆管和被爆管兩部分組成，能夠實現在井下(具有液體、溫度、壓力)條件下兩個傳爆管之間可靠傳爆，其傳爆距離大于100 mm，耐壓70 MPa，耐溫163℃。

為了使模塊槍徑向旋轉靈活和順利對接，設計了萬向球式扶正器(見圖4)。其采用六相位獨立彈性球式，承載能力徑向動載荷及軸向動載荷5 t以上。將扶正器直接置于導向器與槍頭之間即可。扶正器的彈子可以萬向自由轉動，保證了模塊槍順利下井并在井內居中，便于對接與打撈。

電纜定方位射孔時需要增加定向模塊，包括導向器和定向器。

導向器(見圖5)置于模塊槍身上部，與槍頭加工為一體，其上部制作為導向斜面和定向槽，且帶有六相位球式扶正器，中間為凸起的圓柱形，用于連接被爆傳爆管;定向器(見圖6)置于模塊槍身下部，與槍尾加工為一體，中間為凸起的圓柱形，用于連接主爆傳爆管。當兩柱模塊槍在井內對接時，帶有鍵槽的定向器與導向器上的定位鍵接觸后，由于導向器導向斜面的存在，導向器在自身重力的作用下，使導向器與定向器發生相對的旋轉滑動，最終使定向槽與導向鍵相互吻合在一起，實現了模塊槍的自動定向與對接，從而實現了定方位射孔。

圖4 球式扶正器Fig.4 Ball type centralizer

圖5 導向器Fig.5 Inlet guide

圖6 定向器Fig.6 Directional coupler

2.1.6 地面控制模塊

地面控制模塊主要包括磁定位信號采集處理、深度信號采集處理、激磁信號采集處理、激磁控制、打撈/釋放控制、單芯多路傳輸控制等(見圖7)。采用單芯多路傳輸控制是因為目前射孔隊多數采用單芯電纜，為了拓寬該技術的適用范圍，利用單芯多路轉換分時傳輸控制技術，單芯電纜可以傳輸4路信號，即磁定位信號、激磁信號、激磁控制信號、打撈/釋放控制信號。磁定位信號采集處理、深度信號采集處理、激磁信號采集處理等，應用常規的數控射孔儀器即可完成。

圖7 地面控制模塊原理圖Fig.7 Diagram of surface control module

2.2 施工流程

首先用電纜攜帶深度定位儀和打撈/釋放裝置，將帶有導向功能的模塊槍支撐器下入待射油層的預定深度，利用地面數控儀測定其準確深度后，使之錨定在套管上;再用陀螺測斜儀測定坐封后的支撐器上部的定向器方位，以該定向器方位為依據，利用調向短接將該方位調整到目標方位，并將該調向短接下入井中，與支撐器上部的定向器坐鍵吻合;再將每支具有自動定向和對接功能，且帶有扶正器的模塊槍依入井中，直至滿足全部射孔井段(見圖8)。由于支撐器和每支射孔槍上部帶有導向斜面和定位凹槽，射孔槍下部帶有定向凸鍵，因而在射孔槍自身重力的作用下，使定向凸鍵與導向斜面發生相對滑動，射孔槍發生旋轉，最終使導向凸鍵嵌入導向凹槽，實現模塊槍自動定向對接。

起爆方式可采用電纜對接起爆，也可以采用壓力起爆和投棒起爆。

3 現場試驗情況

在模擬井試驗成功的基礎上，在X2－2－P64井進行了現場試驗。射孔器全部起出后，證明射孔彈全部起爆，測后磁結果表明射孔深度準確，見表1。

圖8 施工流程框圖Fig.8 Operation flowchart

表1 X2－2－P64井數據表Table 1 Datasheet of X2－2－P64

4 結語

1)模塊化射孔技術將機電一體化控制、航空航天等技術與聚能射孔技術進行了有機結合，整體技術含量較高。

2)模塊化射孔技術由于具有施工簡便、作業時間短、防噴等技術特點，其應用規模和領域將會不斷擴大。

[1]劉國志，劉方玉，許顯志.大慶油田射孔、試油技術發展與實踐[M].北京:石油工業出版社，2006.

[2]劉玉芝.油氣井射孔井壁取芯技術手冊[M].北京:石油工業出版社，2000.

[3]萬仁溥，羅英俊.采油技術手冊[M].北京:石油工業出版社，1989.