模擬井射孔試驗射孔器偏斜問題研究

汪建兵，李厚磊

石油工業油氣田射孔器材質量監督檢驗中心 （黑龍江 大慶 163853）

套管模擬井檢測試驗通過模擬井下射孔環境來檢測套管和射孔器的射孔特性，具有效果穩定、相似性強、可靠性高等特點，很好地監督檢驗了全國各生產廠家套管和射孔器產品的質量，滿足了各油田和使用企業對該系列產品質量的要求。但是，隨著模擬井檢測試驗的進行，我們發現檢測過程中射孔器常常由于偏離套管軸心方向發生偏斜而導致射孔孔徑不均勻、孔裂的現象，這不僅會影響試驗數據的可靠性，甚至會導致原本合格的產品產生不合格的結果。而根據SY/T 6491-2011《油層套管模擬井射孔試驗與評價標準》的規定[1]，射孔器和套管需在內毛刺高度、外徑脹大、孔眼處裂孔率和非孔眼處裂紋數等幾個指標方面符合相應標準，才算產品合格。通過對此現象的研究探討，找出原因，避免再次出現因射孔器偏斜導致的檢驗結果不合格的現象。

1 油層套管模擬井射孔試驗方法

將被檢套管靶下入模擬井內，模擬井井身結構如圖1所示，在規定的壓力和溫度條件下，將射孔器放入靶內進行射孔，射孔彈一般采取螺旋四相位，相位角90°，16孔/m的密度均勻分布在射孔器中。通過對射孔后套管和射孔器的變形及破壞程度的綜合分析評價套管或射孔器的質量[2]。

圖1 模擬井井身結構示意圖

試驗方法：將試驗套管與承壓套管聯接，下入模擬井中預定深度；連接循環加壓裝置，按要求組裝射孔器，將射孔器下入模擬井中；在電路斷路的情況下接通射孔器引爆線與電纜，將射孔器下入預定深度，確保承壓套管密封，對井筒加壓，當壓力達到規定要求時，通電引爆射孔器；系統泄壓后，分別起出試驗套管靶和承壓套管；剖開試驗套管靶上的養護套和水泥環，縱向剖開試驗套管；測量數據，對結果進行檢驗和評價[3]。

2 射孔數據處理方法

以2014年7組射孔孔徑相位差別明顯的試驗數據為例，它們均是用標準射孔器對140mm套管（5in）和 178mm 套管（7in）射孔試驗得出。 試驗時嚴格執行SY/T 6491-2011《油層套管模擬井射孔試驗與評價標準》，試驗結果如表1所示。

表2是對各相位數據和平均值取的相對值，表1和表2中同一組數據反映的是同一次試驗不同相位的孔徑大小情況，通過這七組數據可以看出相位間孔徑大小存在明顯差異，即同一次試驗中，某1個或某2個相位的孔徑明顯偏大，另外幾個相位相應偏小的情況 （例如第1組試驗中，F3相位明顯大于其他3個相位，第4組中F3和F4相位明顯大于其他2個相位）。

表1 分相位套管射孔孔徑數據統計表 /mm

表2 分相位射孔孔徑相對差值分析 /%

3 孔徑差別原因與校正方法分析

產生孔徑大小呈相位差異的原因和射孔彈射孔本身的特性有關系，射孔彈的射孔流成錐形，越靠近射孔源，射孔流越粗，在套管上形成的穿孔孔徑越大；越遠離射孔源，射孔流越細，在套管上形成的穿孔孔徑越小[4]。

因此，當射孔器射孔過程中發生偏斜時，就會造成一側相位射孔彈靠近套管，產生的射孔孔徑就會偏大，其他相位遠離套管，產生的射孔孔徑則偏小。

如圖2所示，在理想狀態下，射孔器基本居中，射孔孔徑結果趨于一致，作為對射孔器的評價依據結果更準確權威可靠。而實際操作中，射孔器會發生偏斜情況。這對模擬井套管試驗結果的一致性產生了影響。

圖2 射孔器理想射孔位置和發生偏斜情況示意圖

模擬井試驗中，射孔器通過電纜連接放入井中，懸掛在預定位置后進行射孔，射孔器會因為無法固定導致產生偏斜，在深度200m的模擬井下，很難通過現有器械對射孔器進行扶正居中；射孔過程中，射孔介質的攪動和射孔本身也會對射孔器產生橫向上的作用力，這也會導致射孔器產生偏斜[5]。

這就需要研制出一款射孔器扶正裝置，滿足對模擬井試驗中各種不同型號射孔器進行扶正的作用，避免因為射孔器偏斜導致的孔徑偏差。通過對射孔器本身結構做出深入了解和研究之后，在不影響試驗實施和結果的前提下，設計出安裝在射孔器外表的橡膠材質扶正器。

1）針對目前檢測率較高的外徑為102mm和127 mm的2種射孔器，設計制作了2種分別與之相匹配的扶正器。

2）2款扶正器均采用合成橡膠材質，試驗時安裝在射孔器上下兩端，放入井中預定位置后，可以做到支撐扶正射孔器的作用。橡膠材質強度高韌性大，而且摩擦不會產生火花，是制作扶正器的理想材料。

4 結論

通過對不同相位的射孔孔徑出現明顯差異的現象研究發現，可以得出以下結論：

1）油層套管模擬井檢驗過程中由于無扶正和橫向固定裝置，射孔器容易發生偏斜，導致射孔孔徑不均勻，靠近射孔器的一側孔徑明顯大于遠離射孔器的一側，這影響了試驗結果的一致性。

2）國內市場要求對射孔器和套管性能進行模擬井評價，因此必須對SY/T 6491-2011《油層套管模擬井射孔試驗與評價標準》中穿孔孔徑判定規則進行修正。

3）建議模擬井試驗用扶正裝置對射孔器進行扶正，消除由其偏斜造成的系統誤差。通過對模擬井試驗本身的特殊性質和試驗數據的仔細分析，從根源上解決了射孔器偏斜導致的誤差。不帶扶正裝置的射孔器射孔時產生的系統誤差通過安裝扶正器可以完全消除。

[1]SY/T 6491-2011油層套管模擬井射孔試驗與評價標準[S].

[2]GB/T 20488-2006油氣井聚能射孔器材性能試驗方法[S].

[3]GB/T 20489-2006油氣井聚能射孔器材通用技術條件[S].

[4]李東傳.關于SY/T 5128-1997標準中穿孔深度判定方法所存在的系統誤差[J].石油工業技術監督，2002，19(2)：27-29.

[5]馮其京.數值模擬油井射孔器作用過程方法研究及應用[J].計算力學學報，2013，30（5）：741-742.