負壓射孔方式在海上油田探井測試中的應(yīng)用與改進

楊 子， 陳光峰， 盛廷強， 周寶鎖， 高科超， 張興華

(1中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 2中海油田服務(wù)股份有限公司 3中海石油(中國)有限公司天津分公司)

在油氣田探井測試中，負壓射孔技術(shù)是目前國內(nèi)外油氣井最為廣泛的完井技術(shù)[1]，負壓射孔提高了射孔的完善程度，解決了大部分井因油層堵塞、傷害造成的油氣層產(chǎn)量降低的問題[2-4]，國內(nèi)外許多現(xiàn)場實踐和室內(nèi)試驗也已證實，負壓射孔是降低射孔損害、減少孔眼堵塞、提高油氣產(chǎn)能的有效射孔方法之一[5]。其可以電纜傳輸和油管傳輸[6]，而目前常用的是TCP+APR或TCP+MFE射孔測試聯(lián)作工藝，通常采用安全機械點火頭+壓力延時點火頭或上下同時采用壓力延時點火頭的點火方式。針對致密儲層，地質(zhì)通常要求通過負壓射孔方式對儲層進行誘噴使得在射孔的瞬間地層流體產(chǎn)生負壓沖擊回流，沖洗孔眼附近的地層和孔眼內(nèi)的爆炸殘余物，暢通了油流通道，從而達到提高低滲透油藏產(chǎn)能的目的[7]。但一些低孔滲井要求通過測試管柱掏空的方式造大壓差誘噴地層，此前射孔工藝要求必須采用井口投棒或點火棒置于LPR-N測試閥上部的投棒點火方式進行射孔。但在一些深井或大斜度井測試中，通過井口投棒點火射孔方式，通常會受到井深、井斜和管柱變徑等因素影響，造成點火棒無法正常墜落至點火頭位置，導致點火失敗。

環(huán)空加壓射孔裝置是針對投棒點火方式的不足而特意研發(fā)引進的，徹底解決了海上油田一些深井或大斜度井測試中投棒點火成功率低的難題，且在多年的作業(yè)實踐中取得了良好的應(yīng)用效果，但也存在不足，而本文針對性的提出了相關(guān)改進措施。

一、投棒點火負壓射孔方式的應(yīng)用現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的負壓射孔管柱，常常采用投棒式起爆器來引爆射孔槍。而投棒式起爆方法適用于直井或井斜小于65°的定向井，且要求工具是全通徑，對井況要求高，其射孔方式也存在較大問題。

A井是海上油田的一口定向井，最大井斜為44.82°。該井DST2測試層的射孔方式為投棒點火。組下射孔測試聯(lián)作管柱時，點火棒置于LPR-N測試閥上部，點火棒距離安全機械點火頭約54 m。待準備就緒，環(huán)空加壓開LPR-N測試閥后，點火棒自由墜落，作用于安全機械起爆裝置而引爆射孔槍射孔。但由于LPR-N測試閥以下管柱中的緩沖器有較大的變徑(緩沖器的最小內(nèi)徑為57 mm，最大內(nèi)徑為104.8 mm，在變徑處有臺階，如圖1所示)，該井斜度比較大，因此當LPR-N測試閥打開點火釋放棒后，點火棒下行至緩沖器最大內(nèi)徑處遇阻，造成點火棒未能正常砸到安全機械點火頭上，投棒點火失敗。

圖1 點火棒在緩沖器中遇阻示意圖

B井是海上油田的一口預探井，該井DST1測試層工藝為射孔測試壓裂一體化(射孔測試壓裂管柱如圖2所示)，點火方式為井口投棒點火。在確保LPR-N測試閥已經(jīng)正常開啟的狀態(tài)下，井口投點火棒，觀察環(huán)空壓力無變化，且井口無流動顯示。后鋼絲作業(yè)嘗試打撈點火棒檢查發(fā)現(xiàn)打撈頭處有明顯撞擊痕跡。最后再次用固井泵管柱內(nèi)加壓至43.45 MPa時壓力陡然降至31.03 MPa穩(wěn)壓，繼續(xù)按照0.04 m3/min排量泵入0.48 m3活性水，壓力穩(wěn)定在33.10 MPa，確認已經(jīng)射孔。

圖2 B井射孔測試聯(lián)作管柱

待DST1射孔測試壓裂作業(yè)結(jié)束起出管柱時，發(fā)現(xiàn)玻璃盤接頭下部的?73 mm厚壁油管中堆積了大量的鐵銹。由此可判斷引起井口投棒點火失敗的直接原因是鉆具內(nèi)壁銹蝕較為嚴重，循環(huán)洗井時因鐵銹重力沉降作用下落堆積于點火頭上部的厚壁油管中，阻隔了點火棒撞擊機械點火頭的通道，直接導致投棒點火失敗。

據(jù)此分析可得出，投棒點火的負壓射孔方式存在諸多不足：①該點火方式在井斜較大或深井的射孔作業(yè)中受很大局限性，由于測試管柱變徑等因素的影響，點火棒在下落過程中反復磕碰出現(xiàn)彎曲、斷裂等情況，出現(xiàn)卡棒現(xiàn)象，不能正常撞擊點火頭起爆射孔槍；②在確保投棒點火通道順暢的前提下，若投棒點火仍未點火成功，且還要對儲層造負壓，此時只能鋼絲打撈點火棒排查原因；要么只能將掏空的測試管柱灌滿進行正加壓點火，但這不能最大程度的發(fā)揮造負壓誘噴和解堵儲層的目的；③后改進方法，將點火棒置于LPR-N測試閥上部，但由于LPR-N測試閥提前打開，因此將會導致誤射孔的重大事故，存在重大安全隱患；④在深井或半潛式鉆井平臺實施探井測試時，通常采用可旋轉(zhuǎn)式耐壓為103.422 MPa井口控制頭，其高度和體積不僅較常規(guī)井口控制頭高大之外，假若再實施井口投棒點火方式，人員操作時需高空作業(yè)，甚至還得因半潛式鉆井平臺需克服由于潮汐作用引起的管柱升沉防范人員磕碰擠傷的風險。

二、環(huán)空加壓射孔裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀

環(huán)空加壓射孔裝置包括環(huán)空加壓旁通接頭、環(huán)空加壓篩管接頭、流管組件及密封組件(結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示)。其工作原理可概述為：①環(huán)空加壓旁通接頭連接于RTTS封隔器上部，傳壓孔與環(huán)空相連通；②環(huán)空加壓篩管接頭連接于封隔器下部，其流通孔是地層流體的流通通道，射孔、開井以后地層流體經(jīng)由此流通孔流入測試管柱；③流管組件連接上下兩個接頭，環(huán)空加壓旁通接頭與流管組件通過密封組件與管柱隔離，環(huán)空加壓篩管接頭與流管組件通過密封與管柱內(nèi)相隔離。

圖3 環(huán)空加壓射孔裝置整體結(jié)構(gòu)及部分組件示意圖

鑒于投棒點火方式存在的缺陷和不足，尤其是針對深井或大斜度井的探井射孔測試作業(yè)，特此引進了環(huán)空加壓射孔裝置，其有重要作業(yè)優(yōu)勢：①不再受井深或井斜等因素的局限。該點火方式近年來已經(jīng)在渤海和東海海域的深井或大斜度井成功應(yīng)用若干次，為解放高壓低滲和低壓低滲等油氣藏儲量發(fā)揮了較大作用；②其射孔管柱可采用雙壓力延時點火頭，分別裝在射孔槍頂部和底部，頂部點火頭通過?73 mm油管、減震器、環(huán)空加壓裝置與環(huán)空相連，通過環(huán)空加壓方式引爆頂部壓力延時點火頭進行射孔，相比投棒點火方式更有優(yōu)勢，徹底解決了深井測試和大斜度井測試投棒點火成功率低的問題，且底部壓力延時點火頭可作為備用。

C井是海上油田的一口評價井，其中DST2測試工藝為TCP+APR射孔測試聯(lián)作(管柱圖如圖4所示)，點火方式是環(huán)空加壓射孔。DST2射孔測試聯(lián)作管柱組到位，經(jīng)過二次電測校深確認深度誤差無誤，正常環(huán)空加壓開LPR-N測試閥、點火射孔。測試過程中，一開井和二開井時正常，且環(huán)空壓力穩(wěn)定無異常。由于DST2測試層儲層屬致密層，在初開井井口流動氣泡微弱。在二開井井口再次確定流動氣泡微弱的情況下，用連續(xù)油管氣舉排液，氣舉最大深度為3 700 m。在二關(guān)井起出連續(xù)油管后，環(huán)空加壓至11.032 MPa壓力迅速下降至8.963 MPa，環(huán)空無法穩(wěn)壓，三開井失敗。后經(jīng)現(xiàn)場試驗排查，判斷為LPR-N閥以下工具出現(xiàn)漏點，直接導致管柱內(nèi)外串通。起出管柱后發(fā)現(xiàn)傳壓桿和篩管接頭插入密封處泄漏，三道密封圈已無。篩管接頭密封槽臺階處已損傷，有明顯溝槽，且傳壓桿密封面處也已出現(xiàn)溝槽。

據(jù)此分析可得：導致此次測試失敗的根本原因是環(huán)空加壓射孔裝置的密封件密封性能失效所致。

D井是鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北部構(gòu)造上的一口預探井，該井DST2測試層工藝為TCP+MFE射孔測試聯(lián)作(管柱圖如圖5所示)，點火方式為環(huán)空加壓射孔。由于該構(gòu)造區(qū)塊儲層致密，采用TCP負壓射孔，測試設(shè)計誘噴壓差為16 MPa。初開井正常，且井口泡泡頭氣泡強烈。初關(guān)井時發(fā)現(xiàn)套壓緩慢上漲，且是持續(xù)性上漲，直到漲勢趨緩。而根據(jù)二開井情況，可準確判斷出管柱內(nèi)外已經(jīng)串通。后起出測試管柱發(fā)現(xiàn)，環(huán)空加壓射孔裝置的傳壓桿處用于密封的“O”圈已經(jīng)嚴重損害。

圖4 環(huán)空加壓射孔裝置在射孔測試聯(lián)作管柱中的安裝圖

圖5 D井MFE射孔測試聯(lián)作管柱圖

測試結(jié)束后從回放曲線上看，壓力計完整連續(xù)地記錄了整個測試過程中的壓力及溫度變化，測試初開、初關(guān)曲線正常，二開后油套連通，環(huán)空流體進入油管內(nèi)，導致二開流壓較高，二關(guān)采用地面關(guān)井。

據(jù)此分析可得：造成此次測試管柱內(nèi)外串通的根本原因在于環(huán)空加壓射孔裝置的密封件密封性能失效，直接導致測試失敗。

三、問題分析及改進措施

根據(jù)分析近年來在應(yīng)用環(huán)空加壓射孔裝置中所出現(xiàn)的問題，可論證出該裝置存在的重要缺陷和不足：①不能單獨對環(huán)空加壓射孔裝置進行試壓，不能確保其在試壓合格的前提下入井；②該裝置主要是依靠“O”圈等密封件進行密封的，且連接扣型僅為常規(guī)扣型。據(jù)此缺陷和不足，可對該裝置的試壓配件和密封件進行升級改造。

1. 單獨試驗裝置研制

(1)加工與旁通接頭的旁通螺紋一致的盲堵頭，用于堵塞旁通接頭的一端旁通孔。

(2)加工與旁通接頭的旁通螺紋一致的轉(zhuǎn)換接頭，用于連接試壓泵的加壓管線。

(3)試驗管串為(從下到上)：盲堵接頭+?73 mm EUE油管+篩管接頭+?88.9 mm IF(P)×?73 mm EUE(B)變扣+?73 mm EUE油管+?88.9 mm IF(B)×?73 mm EUE(P)變扣+旁通接頭(一端傳壓孔用盲堵頭堵死，另一端傳壓孔轉(zhuǎn)1/2NPT變扣連接手壓泵)，試壓裝置連接示意圖如圖6所示。

圖6 單獨試壓配件連接示意圖

(4)應(yīng)用效果：手壓泵打壓22.000 MPa，穩(wěn)壓5 min，在打壓及穩(wěn)壓過程中，試驗管串未出現(xiàn)泄漏、滲漏的現(xiàn)象，且手壓泵的壓力表也未出現(xiàn)壓降的現(xiàn)象，環(huán)空加壓裝置耐壓合格。

圖7 升級改造后的環(huán)空加壓射孔裝置圖

2. 密封件及扣型改造升級

(1)采用86射孔槍代替?73 mm EUE油管(如圖7所示)，將原油管扣連接、密封方式改為?73 mm Acme梯形螺紋連接加“O”形圈密封方式。

(2)對壓力起爆裝置、縱向減震器、環(huán)空加壓裝置連接扣型進行改造升級，將原先?73 mm EUE油管扣更改為?73 mm Acme梯形螺紋，改造升級后的扣型如表1所示。

表1 改造升級后的射孔管柱主要扣型

四、結(jié)論

(1)投棒點火負壓射孔方式在深井或大斜度井測試作業(yè)中受到很大限制，為保障射孔成功率和測試作業(yè)安全，不建議采用投棒點火負壓射孔方式。

(2)環(huán)空加壓射孔裝置可徹底解決投棒點火負壓射孔方式的難題，其提高了射孔成功率，規(guī)避了因投棒點火方式帶來的作業(yè)風險，多年的作業(yè)實踐證明其有良好的應(yīng)用效果。

(3)作業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，由于環(huán)空加壓射孔裝置的密封件性能問題，曾多次造成管柱內(nèi)外串通而導致測試失敗，而對該裝置密封件和連接扣型進行改造升級，可大大提高射孔測試作業(yè)成功率，降低作業(yè)成本。