模塊槍射孔技術在斜井定方位射孔中的應用

鄭長建，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研究所，黑龍江大慶 163412)

1 前言

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，最終解放油氣層，而且還要降低射孔成本，簡化施工工藝。為了進一步發展射孔完井技術，在對國內外射孔完井工藝技術現狀進行調研和分析的基礎上，提出模塊化電纜輸送射孔技術。該技術是一項具有嶄新思想和設計理念的射孔完井工藝技術，能夠有效提高射孔完井效率。

目前的射孔完井工藝技術普遍采用電纜輸送方式和油管輸送方式。電纜輸送方式需要多次下井才能完成全井的射孔任務，施工方便快捷，對于易噴井，則很難達到HSE的施工要求;而油管輸送射孔方式可以一次下井完成全井任意井段的射孔，達到防噴目的，但施工時間較長。目前的定方位射孔技術須采用油管輸送射孔工藝，而對于斜度較大(＞24°)的斜井，特別是存在“狗腿彎”的斜井，采用油管輸送式定方位射孔時，全井管柱旋轉困難，并且在旋轉管柱過程中存在一定的安全隱患，給施工帶來一定的困難。

2 系統構成

模塊化射孔技術主要由6部分構成(見圖1)。

圖1 模塊槍系統構成Fig.1 Construction of modular gun

2.1 模塊射孔支撐器

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，它采用上提下放方式錨定支撐器。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。

2.2 打撈/釋放裝置

打撈/釋放裝置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。該裝置既可以電動控制，又可以手工操作，操作可靠、簡便。

2.3 定深、定向系統

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、方位定位系統，主要由磁定位器(CCL)和激磁器組成。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，我們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。

2.4 深度方位補償系統

由于支撐器為上提下放錨定方式，其錨定深度不可能十分精確。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補償短接，該短接下井后使其與支撐器鎖定，并且在徑向上不發生旋轉，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，保證模塊槍方位上的精度。

2.5 模塊射孔器

模塊射孔器主要由撈放頭、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℃。

2.6 地面井下控制系統

地面井下控制系統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。其中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。而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。

3 工藝原理、流程

3.1 工藝原理

圖2 模塊槍工藝示意Fig.2 Diagrammatic sketch

如圖2所示，模塊槍定方位射孔采用單芯電纜傳輸方式，首先將射孔器支撐裝置錨定到預定深度，通過智能激磁信號，精確調整深度;通過專用的定方位陀螺儀，精確調整方位等，然后將具有自動定向對接的模塊射孔器全部依次下入井內，最后引爆射孔彈，從而達到多支射孔器分次下井、一次點火實現多層定向射孔的目的。它的優點是充分發揮了電纜傳輸方式動用設備少、作業方便、施工時間短等優勢，又實現了部分油管輸送射孔的功能，如全井負壓射孔、防噴等。另外，在高壓油氣井射孔時，模塊化射孔器可自動丟到井底，使油、氣井直接投產，對高壓油、氣不會產生截流;如果想起出井下工具，由于井下工具不長，利用井口防噴管就可完成此項工作。

3.2 流程

模塊槍定方位射孔工藝流程:利用單芯電纜攜帶深度定位儀、打撈/釋放裝置、方位支撐器下井，到達預定深度后、測量七組套管接箍核實井位，并將支撐器坐封在預定深度，由于支撐器坐封采用的是上提下放坐封方式，受其坐封距的影響，坐封深度不可能十分準確，同時支撐器上部的導向器方位也是隨機的，所以對深度、方位必須加以補償，經過智能激磁信號確定精確深度;經過陀螺定方位儀確定支撐器方位后，將特制的補償短接下入井中，將深度、方位補償到目標值，然后依次下入具有自動定向的模塊槍，直至滿足全部射孔井段，再次校驗深度、方位，無誤后點火引爆射孔槍，起爆方式可以采用套管投棒起爆，也可以采用加壓起爆。

4 斜井模擬試驗

針對模塊槍斜井施工，所能適應的井斜極限，做了斜井模擬試驗，從理論分析和實踐上驗證了模塊槍下井工具在斜井中應用的井斜極限值。

試驗的結論證明，井斜在＜45°范圍內，模塊槍支撐、對接、撈放可靠，解封/坐封自如，下井工具順暢。

5 現場應用

模塊槍定方位射孔工藝技術，在模擬井試驗成功的基礎上，在大慶油田三口斜井上進行了定方位射孔施工(見表1)。

表1 模塊槍電纜射孔施工井匯總Table 1 Summary of cable perforation well

以古159－斜110為例(見表2)，說明試驗過程。

表2 G159－斜110井完井參數Table 2 Well G 159-inclined 110 completion parameters

該井射開兩層，由于井斜(24.2°)較大，若采用油管輸送定方位射孔，管柱旋轉困難，無法實現;夾層厚度(41.7 m)，若采用夾層槍過夾層，一是下槍、撈槍施工時間長;二是射孔施工成本增加，經過與采油廠協議，決定采用模塊槍斜井定向射孔進行施工。下入兩柱定向模塊射孔槍，分別定深、定向。套管加壓兩層一次點火，同時起爆成功。

通過三口井的現場結論證明，模塊槍對接成功率100%;傳爆成功率100%;打撈釋放成功率100%，經過磁測井儀和陀螺儀測井資料解釋結果證明，射孔深度、方位準確無誤。

6 結語

模塊槍電纜定方位射孔工藝技術，不僅適用于直井定向射孔施工，同時適用于斜井的定向射孔施工，解決了油管輸送式定向射孔所不能實現的大斜度井定向射孔施工問題，必將在射孔領域得到廣泛的應用。