超長跨距多點起爆負壓射孔技術在海上油田的應用

曾春珉韋龍貴黃亮馮雪松簡成.中海石油（中國）有限公司湛江分公司；. 中海油能源發展股份有限公司工程技術湛江分公司

超長跨距多點起爆負壓射孔技術在海上油田的應用

曾春珉1韋龍貴1黃亮1馮雪松2簡成2
1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司；2. 中海油能源發展股份有限公司工程技術湛江分公司

現有多級射孔技術管柱結構復雜、傳爆效率和可靠性較低、成本較高、難以實現負壓射孔等問題限制了其在海上油田的推廣應用，為此，對常規單級開孔裝置進行改進，研制出了多級開孔裝置，與旁通接頭、液壓延時點火頭、RTTS封隔器等工具配合，形成了超長跨距多點起爆負壓射孔技術。多級開孔裝置可通過內置滑套實現各級點火頭引爆后再制造負壓，具備一趟管柱負壓射開所有層段的功能，滿足多射孔層段、大層間距（可超過500 m）的射孔要求，并且工藝原理簡單、安全可靠。該技術在南海西部潿洲A油田6口井進行了成功應用，與常規負壓射孔作業相比，作業時效提高了51.3%，成本降低了17.68%。

超長距離；長夾層段；多層段；負壓射孔；海上油田

潿洲A油田多口井存在射孔層段多、射孔段長、層間跨度大等特點，其中A2井射孔段毛厚575 m，層間跨度最高達534 m，而南海西部油田尚無射孔段500 m以上一次射孔作業經驗。常規負壓射孔技術采用單級引爆方式，夾層段使用空槍和導爆索連接，斷爆機率高，無法滿足海上作業要求［1-10］；而常規多級起爆射孔技術采用投棒—壓力增壓、壓力—壓力、壓力—投棒復合起爆、分級投棒等起爆方式，可實現大跨距多層射孔，但管柱結構復雜，傳爆效率和可靠性較低，難以實現負壓射孔，且成本較高，無法滿足海上油田開發要求［11-20］。針對常規多級起爆射孔技術存在的不足，研發了超長跨距多點起爆負壓射孔技術，該技術與現有技術相比，在施工安全和質量得到保證的前提下能夠節省大量作業時間和成本，滿足了海上油氣田開發要求。

1 多點起爆負壓射孔管柱Negative-pressure perforation string with multiple igniters

1.1管柱結構

Structure of the string

管柱結構見圖1。

圖1　超長跨距多點起爆負壓射孔管柱Fig.1 Negative-pressure perforation string with multiple igniters over super-long span

主要工具有：

（1）多級開孔裝置。多級開孔裝置結構見圖2。

工作原理：環空加壓后壓力經旁通接頭、傳壓管進入多級開孔裝置，再通過裝置的傳壓孔進入RTTS封隔器以下環空，通過篩管接頭傳至各射孔層段射孔槍壓力延時點火頭，點火并延時，繼續加壓，多級開孔裝置內部滑套剪切銷釘，上行至預定位置后鎖定，此時多級開孔裝置傳壓孔關閉，生產通道打開，封隔器以下環空與管柱內部連通，形成負壓，射孔后地層流體可以通過管柱到達地面。多級開孔裝置必須配合封隔器、延時起爆裝置使用，同時采用環空加壓點火方式完成射孔作業。

圖2　多級開孔裝置Fig.2 Multi-stage perforation device

（2）旁通接頭。旁通接頭與傳壓管配合使用，其主要作用是將封隔器以上環空的壓力（即井口施加的點火壓力）傳遞至多級開孔裝置，通過多級開孔裝置的傳壓孔傳遞至封隔器以下環空，從而引爆延時點火頭。傳壓管的作用是傳遞壓力，同時將傳壓通道和生產通道分隔開。

圖3　旁通接頭Fig.3 By-pass joint

（3）液壓延時點火頭。液壓延時點火頭可以在點火頭引爆后延時引爆射孔槍，為環空繼續加壓打開生產通道提供條件。延時點火頭通過延時火藥的燃燒達到延時的目的，延時時間可以根據作業要求進行設定。

（4）RTTS機械封隔器。RTTS機械封隔器是一種機械操作可回收式封隔器，射孔作業過程中用以封隔環空，保證井控安全。

1.2工作原理

Working principles

利用油管取代夾層槍，將槍串分成幾組獨立的槍串，每組槍串都安裝液壓延時點火頭，射孔管柱下入過程中管柱內與環空不連通，管柱內灌入液墊并留空一部分管柱制造射孔負壓。射孔管柱到位后，校深，坐封RTTS封隔器。環空加壓，壓力通過傳壓接頭、傳壓管進入多級開孔裝置，再通過多級開孔裝置的傳壓孔進入RTTS封隔器以下環空，通過篩管接頭傳至各個壓力延時點火頭，點火并延時，繼續加壓，多級開孔裝置內部滑套上行至預定位置后鎖定，此時傳壓孔關閉，生產孔打開，封隔器以下環空與管柱內部連通，形成負壓，射孔后，地層流體可以通過管柱到達地面。

1.3技術特點

Technical features

（1）可以在夾層距離超過500 m、有多個射孔層段的油氣井內安全高效地實施射孔作業，而且不受井斜等因素影響。

（2）可以適應各種地質要求、解決各種井況下多層負壓同時起爆的問題，有效地消除了射孔及壓井造成的油層污染，提高了求產速度。

（3）無需增壓裝置或投棒釋放裝置，管柱結構簡單；夾層采用油管連接，消除了使用夾層槍導致的射孔工程事故隱患，施工工藝安全可靠。

（4）與目前多級起爆射孔技術相比，節約了增壓裝置或投棒釋放裝置的連接時間和工具費用，降低了作業時間和成本。

2 可靠性試驗Reliability test

由于南海西部油田首次采用該技術，為確保海上射孔作業實施的可靠性，在陸地試驗井中對多級開孔裝置進行了可靠性試驗。

2.1模擬試驗管柱

Simulation test

為得到真實的試驗結果，模擬試驗管柱結構盡可能與真實射孔管柱結構接近，模擬試驗管柱自下至上分別為：空槍+壓力延時點火頭+篩管接頭+多級開孔裝置+油管+變扣接頭+RTTS封隔器+旁通接頭+鉆桿。

2.2試驗過程和結果

Procedures and results

（1）對試驗井井筒進行試壓（壓力18 MPa），確保井筒密封。

（2）按順序組合并下入模擬試驗管柱，管柱下至500 m時鉆桿內灌滿水，繼續下管柱至2 000 m，留空1 500 m鉆桿不灌水。

（3）坐封RTTS封隔器，關閉井口防噴器，井口環空加壓至16.6 MPa，穩壓2 min后釋放井口壓力，打開防噴器。

（4）上提解封RTTS封隔器，重新關閉井口防噴器，反循環，觀察井口鉆桿內是否有液體排出，從而判斷多級開孔裝置生產通道是否打開。如圖4所示，鉆桿內有液體流出，表明多級開孔裝置生產通道已正常打開。

圖4　反循環井口有井液排出Fig.4 Discharged fluids at wellhead during reverse circulation

（5）打開井口防噴器，起鉆。起鉆過程中觀察多級開孔裝置的生產通道是否打開及傳壓孔是否關閉，如圖5所示，多級開孔裝置的生產通道已經打開，傳壓孔已經關閉。

圖5　多級開孔裝置出井狀態Fig.5 Conditions of recovered multi-stage perforation device

（6）起出多級開孔裝置后，使用手壓泵從旁通接頭傳壓孔處打壓，加壓至10 MPa，穩壓1 min，從而判斷多級開孔裝置傳壓孔是否關閉并密封良好。如圖6所示，多級開孔裝置傳壓孔密封良好，沒有液體滲出。

圖6　手壓泵打壓驗證多級開孔裝置傳壓孔是否關閉Fig.6 Verification of proper closure of pressure-transmission port in the multi-stage perforation device through pressurization by using manual pump

（7）將多級開孔裝置拆開，銷釘剪切已經剪斷，操作正常。

通過試驗，表明該裝置具有較高的可靠性能，能夠滿足海上作業要求。

3 現場應用Field applications

3.1作業步驟

Operational procedures

（1）連接射孔管柱，管柱下入過程中管柱內灌入液墊至設計高度。

（2）將射孔管柱下入到位，校深，根據校深結果調整射孔槍深度，坐封機械封隔器。

（3）關閉環形防噴器，環空加壓至點火壓力后，穩壓，引爆各級點火頭，延時開始，繼續加壓，傳壓孔關閉，生產通道打開，形成負壓。

（4）環空泄壓，等待射孔槍射孔。

（5）射孔后放噴，壓井，解封RTTS封隔器，起射孔管柱。

3.2應用效果

Application performances

超長跨距多點起爆負壓射孔技術在南海西部潿洲A油田6口井進行了現場應用，共完成射孔井段22層，夾層總厚1 809.5 m，射孔總跨度2515.11 m，射孔槍發射率100%。其中A1S1、A2井射孔段厚度為512.41 m、575.7 m，A2井最大射孔夾層段厚度超過534.7m。與采用常規負壓射孔技術作業相比，作業時效提高了51.30%，成本降低了17.68%，節約工期20 d，節約作業成本共計4 515萬元。見表1。

表1　潿洲A油田6口井射孔數據Table 1 Perforation data for 6 wells in Weizhou-A Oilfield

4 結論與建議Conclusions and recommendations

超長跨距多點起爆負壓射孔技術在作業安全、作業時效、作業成本、儲層保護方面具有較大優勢，是一項“增產降本”的實用技術。隨著南海西部油田越來越多的低滲透、低品位和邊際油田的投入開發，為了滿足產量要求，井越打越深，射孔段層位越來越多，射孔跨距越來越長，超長跨距多點起爆負壓射孔技術的有效應用和推廣為該類油氣田的高效開發提供了技術保障，建議在海上油氣田進一步推廣應用。

References：

［1］姚志中，趙開良，焦建國，姚慧智.高溫高壓井射孔工藝技術在元壩×井的應用［J］. 測井技術，2013，37（1）：114-117.

YAO Zhizhong， ZHAO Kailiang， JIAO Jianguo， YAO Huizhi. Application of perforating technique for high temperature and pressure well to Yuanba × well［J］. WLT， 2013， 37（1）： 114-117.

［2］黃益疆，肖勝彪.動態負壓射孔作業卡槍案例分析［J］.長江大學學報：自然科學版，2013（11）： 114-117.

HUANG Yijiang， XIAO Shengbiao. Case study of gun stuck of dynamic under balanced pressure perforating technology in Xinjiang oilfield［J］. Journal of Yangtze University， 2013（11）： 114-117.

［3］曹陽，史雪枝，伍強，劉剛，金陽.元壩超深高含硫大斜度氣井射孔技術［J］. 石油鉆采工藝，2012，34（2）：59-61.

CAO Yan， SHI Xuezhi， WU Qiang， LIU gang， JIN Yang. Perforating in ultra-deep and highly deviated wells with high sulfur gas in Yuanba gas field［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2012， 34（2）： 59-61.

［4］郭希明，蔣宏偉，郭慶豐，黃玉康，蔣記偉. 油管輸送式射孔技術起爆方式的設計與應用分析［J］. 重慶科技學院學報：自然科學版，2011（3）：96-99.

GUO Ximing， JIANG Hongwei， GUO Qingfeng，HUANG Yukang， JIANG Jiwei. Application and design of detonating models of tubing conveyed perforation technology［J］. Journal of Chongqing University of Science and Technology： Natural Sciences Edition， 2011 （3）： 96-99.

［5］李擁軍，黃繼紅，劉健，熊永明，許彬，徐家年，劉冬冬.一種新的射孔負壓設計方法［J］. 石油鉆采工藝，2010，32（2）：118-121.

LI Yongjun， HUANG Jihong， LIU Jian， XIONG Yongming，XU Bin， XU Jianian， LIU Dongdong. Research and application of a new method of under-balanced perforating pressure design［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2010，32（2）： 118-121.

［6］周思宏，王向東，王輝，任兆林，韋敏，胡培霞，趙霞. 負壓射孔與防漏失一體化工藝在海上油田的應用［J］.石油機械，2014，42（4）：49-52.

ZHOU Sihong， WANG Xiangdong， WANG Hui， RENZhaolin， WEI Min， HU Peixia， ZHAO Xia. Application of the integrated technology of negative pressure perforation and lost circulation prevention in offshore oilfields［J］. China Petroleum Machinery， 2014， 42（4）： 49-52.

［7］王守君，譚忠健，胡小江，許兵，劉振江，馮衛華.海上復合射孔與地層測試聯作工藝技術研究及應用［J］. 中國海上油氣，2013，25（3）：8-12.

WANG Shoujun， TAN Zhongjian， HU Xiaojiang， XU Bing， LIU Zhenjiang， FENG Weihua. An offshore combination technology of composite perforation and formation testing and its application ［J］. China Offshore Oil and Gas， 2013， 25（3）： 8-12.

［8］王芝堯，劉志英，王瑀，陳舒勇，潘岸柳.一趟管柱實現分層射孔和試油聯作的思考［J］.測井技術，2014，38（3）：370-374.

WANG Zhirao， LIU Zhiying， WANG Yu， CHEN Shuyong，PAN Anliu. Realizing combination technology of layered perforating and test by a trip string ［J］. Well Logging Technology， 2014， 38（3）： 370-374.

［9］郭士生，趙戰江，聶鍇，李小凡，高科超，劉攀峰. 海上平臺射孔、壓裂、測試與水力泵快速返排求產聯作測試工藝技術研究與應用［J］. 油氣井測試，2015，24（1）：41-43.

GUO Shisheng， ZHAO Zhanjiang， NIE Kai， LI Xiaofan，GAO Kechao， LIU Panfeng. Technology research and application of combination technology of perforation，fracturing， testing， hydraulic jet pump fast reverse flushing and testing on offshore platform［J］. Well Testing， 2015，24（1）： 41-43.

［10］王向東，王輝，張勇，施明華，周大志. 負壓射孔與防漏失一體化工藝技術［J］.特種油氣藏，2014（4）：148-150.

WANG Xiangdong， WANG Hui， ZHANG Yong， SHI Minghua， ZHOU Dazhi. Integrated under balanced perforating and anti-circulation loss process［J］. Special Oil and Gas Reservoirs， 2014（4）： 148-150.

［11］焦建國，袁書安，施興建，茍娜.多級延時起爆射孔技術在P氣田的應用［J］.西部探礦工程，2013，25（6）：64-66.

JIAO Jianguo， YUAN Shuan， SHI Xingjian， GOU Na. Application of multistage delaying detonating perforation technology in P Gas field ［J］. West-china Exploration Engineering， 2013， 25（6）： 64-66.

［12］曲忠仁，宋杰，張昌美，李守鑫，周緒國.長夾層油管輸送射孔工藝在新疆油田的應用［J］.測井技術，2011，35（4）：387-389.

QU Zhongren， SONG Jie， ZHANG Changmei， LI Shouxin， ZHOU Xuguo. Application of tubing conveyed perforation to large layer interval oil wells in XinJiang oilfield［J］. Well Logging Technology， 2011， 35（4）：387-389.

［13］王樹申，湯科，趙延升.油管輸送補孔增壓多級起爆工藝技術研究與應用［C］.第四屆全國油氣田開發技術大會，2011.

WANG Shushen， TANG Ke， ZHAO Yansheng. Study and application of tubing conveyed pressurization multistage initiating perforating technology［C］. The Fourth National Conference on oil and gas field development， 2011.

［14］項宏君. 增壓多級起爆射孔技術研究［D］.黑龍江大慶：東北石油大學，2011.

XIANG Hongjun. Perforating technology for booster multistage blast［D］. Daqing： Northeast Petroleum University， 2011.

［15］時軍虎. 增壓多級起爆射孔有限元分析［D］. 黑龍江大慶：東北石油大學，2011.

SHI Junhu.Pressurization multistage initiating perforating finite element analysis ［D］. Daqing：Northeast Petroleum University， 2011.

［16］黃威. 油管輸送式補孔多級起爆技術研究［D］.北京：中國石油大學（北京），2010.

HUANG Wei. Tubing conveyed multistage perforating technology［D］. Beijing： China University of Petroleum（Beijing）， 2010.

［17］劉祖林，楊保軍，曾雨辰. 頁巖氣水平井泵送橋塞射孔聯作常見問題及對策［J］. 石油鉆采工藝，2014，36（3）：75-78.

LIU Zulin， YANG Baojun， ZENG Yuchen. Common problems of pumping bridge plug and clustering perforation for horizontal shale gas well and countermeasures［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2014， 36（3）： 75-78.

［18］宋建華，張端英，高英，于春光，田家輝，于恒祥，管波.傳輸射孔負壓多級起爆技術在吉林油田的應用［J］.測井技術，2002，26（3）： 257-260.

SONG Jianhua， ZHANG Duanying， GAO Ying， YU Chunguang， TIAN Jiahui， YU Hengxiang， GUAN Bo. Application of negative pressure multistage detonating technique in tubing conveyed perforator to Jilin oilfield ［J］. Well Logging Technology， 2002， 26（3）： 257-260.

［19］冉令剛，孫迪非. 油管傳輸多級起爆負壓射孔技術［J］.石油鉆采工藝，2002，24（5）：79-80.

RAN Linggang， SUN Difei. Tubing survey mutal charge ignite under balance perforating technique［J］. Oil Drilling & Production Technology， 2002， 24（5）： 79-80.

［20］張維山，陳宇.多級壓力引爆負壓射孔技術［J］. 測井技術，2001，25（5）：386-388.

ZHANG Weishan， CHEN Yu. Multi-pressure detonation system for underbalance perforating［J］. Well Logging Technology， 2001， 25（5）： 386-388.

（修改稿收到日期 2016-02-18）

〔編輯 景 暖〕

Application of negative-pressure perforation technique with multiple igniters over super-long span in offshore oilfields

ZENG Chunmin1， WEI Longgui1， HUANG Liang1， FENG Xuesong2， JIAN Chen2
1. Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.， Zhanjiang， Guangdong 524057， China；2. Zhanjiang Branch of CNOOC Energy Tech-Drilling & Production Co.， Zhanjiang， Guangdong 524057， China

Pipe strings for existing multi-stage perforation techniques are characterized by complicated structures， low detonation efficiencies， poor reliability， high operation costs and difficulties in their application in negative-pressure perforation. Consequently，applicability of such pipe-strings in offshore oilfields is limited. In this regard， conventional single-stage perforation devices were modified to develop multi-stage perforation devices. Combined with bypassing joints， hydraulic delayed igniter， RTTS packer and other tools， the negative-pressure perforation technique with multiple igniters over super-long span was developed. Through the integral slid sleeve， the multi-stage perforation device can generate negative pressures after detonation of multiple igniters. In this way， all target intervals can be perforated in one single trip under negative pressure to satisfy demands related to perforation in multiple intervals with significant interval distances （above 500 m）. The newly developed device is characterized by simplified structures， safety， reliability. The device has been successfully deployed in 6 wells in Weizhou A Oilfield in western part of South China Sea. These operating time increased by 51.3% and costs decreased by 17.68%.

super-long span； long interbedded interval； multiple intervals； negative-pressure perforation； offshore oilfields

ZENG Chunmin， WEI Longgui， HUANG Liang， FENG Xuesong， JIAN Cheng. Application of negative-pressure perforation technique with multiple igniters over super-long span in offshore oilfields［J］. Oil Drilling & Production Technology，2016， 38（2）： 181-185.

TE257+.1文獻標識碼：B

1000 -7393（ 2016 ） 02 -0181-05

10.13639/j.odpt.2016.02.010

曾春珉（1984-），2009年畢業于中國石油大學（華東）油氣井工程專業，獲碩士學位，現從事海上完井技術研究工作。通訊地址：（524057）廣東省湛江市坡頭區南油一區油公司大樓二樓。電話：0759-3912694。E-mail：zengchm1@cnooc.com.cn

引用格式：曾春珉，韋龍貴，黃亮，馮雪松，簡成.超長跨距多點起爆負壓射孔技術在海上油田的應用［J］.石油鉆采工藝，2016，38（2）：181-185.