多重疊套管射孔性能試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

，，，，，

(1.中國(guó)石油集團(tuán) 測(cè)井有限公司西南分公司，重慶 400021；2.塔里木油田分公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000)①

國(guó)內(nèi)各大油氣田鉆井設(shè)計(jì)的套管井一般包含導(dǎo)管、表層套管、技術(shù)套管和生產(chǎn)套管。在淺層油氣鉆井至少設(shè)計(jì)二開，下入至少2層套管；而高風(fēng)險(xiǎn)井、高含硫井、超深井的鉆井設(shè)計(jì)則需設(shè)計(jì)四開到五開，便于油氣井鉆進(jìn)，需要下入4～5層套管。套管下入或懸掛在外層大套管上或直接返回到井口。在遇到高壓地層、蠕變地層、斷層等[1]，需要多層套管隔離封堵之外，鉆探超深油氣井的淺層部分儲(chǔ)層也會(huì)被2～3層套管同時(shí)隔離[2-3]，尤其在氣井，需要通過高抗壓生產(chǎn)套管保證油氣井生產(chǎn)時(shí)井口的安全。

部分含水氣層的油氣井在生產(chǎn)開發(fā)過程中會(huì)產(chǎn)出地層水，而這部分水不能直接排到地面，污染環(huán)境，需要對(duì)這部分水進(jìn)行油氣井回注，而回注的地層一般滲透率高，且符合環(huán)保要求，這些地層多數(shù)在多層套管隔離段內(nèi)。還有一種情況，油氣田開發(fā)前期，沒有全面考慮物性較差儲(chǔ)層的產(chǎn)能，需懸掛回接多層套管封堵。

無論是氣田水回注還是物性差儲(chǔ)層挖潛，對(duì)這些多層套管固封的儲(chǔ)層重新利用開發(fā)，首先需要解決地層與井筒之間的通道難題，這種情況下聚能射孔[4]成為首選工藝。常規(guī)射孔作業(yè)幾乎都是針對(duì)單層套管射孔，而多層套管會(huì)對(duì)射孔彈在套管上孔徑、地層穿深等性能產(chǎn)生很大影響，需要對(duì)多層套管射孔進(jìn)行技術(shù)研究。

1 技術(shù)分析

射孔對(duì)象為固井作業(yè)后多層套管與地層，不但套管層數(shù)多、壁厚大，而且每層都進(jìn)行了固井作業(yè)，有些油氣井為2層套管，有些油氣井為3層套管，甚至4層套管。例如139.7 mm(5英寸)外層套管回接114.3 mm(4英寸)內(nèi)層套管、177.8 mm(7英寸)外層套管回接127.0 mm(5英寸)內(nèi)層套管、346.0 mm (13英寸)外層套管重疊244.5 mm(9英寸)中間套管再回接177.8 mm(7英寸)內(nèi)層套管等。這些多層套管油氣井重新挖潛或注水開發(fā)利用，首先需要解決井筒和地層之間建立流體流動(dòng)通道，最常用的建立通道技術(shù)是聚能射孔，內(nèi)層套管小會(huì)限制了下入聚能射孔器尺寸，也就限制了聚能射孔器的套管穿孔性能，無論是常規(guī)聚能射孔彈技術(shù)還是先鋒射孔彈技術(shù)，聚能射孔彈打穿多層套管過程中，每層套管穿孔過程都需要消耗大量能量，射孔射流的拉伸作用使得內(nèi)層套管孔徑能夠達(dá)標(biāo)，而外層套管孔徑會(huì)逐漸變小，在地層上建立的孔道和穿深都變小。多層套管射孔作業(yè)后，因外層套管孔徑小，套管孔眼附近流體注入或產(chǎn)出摩阻變大，地層破裂壓力升高。為了更好地溝通地層，需要采取酸化、氣體壓裂等措施對(duì)地層進(jìn)行改造作業(yè)，使地層具備更好的流通通道。

2 工藝技術(shù)研究與功能試驗(yàn)

油氣井多層套管射孔主要采用聚能射孔技術(shù)，利用聚能射孔彈瞬間形成的高溫、高壓、高速金屬射流射穿套管、水泥環(huán)和地層，建立井筒與地層通道。對(duì)于多層套管射孔，開展了地面多層套管模擬穿孔試驗(yàn)研究，包括常規(guī)聚能射孔彈技術(shù)、先鋒射孔彈技術(shù)進(jìn)行打靶檢測(cè)。模擬套管與油氣井同等鋼級(jí)、壁厚相同，槍管與套管間隙相同，套管與套管間隙相同，套管間充填水泥模塊，地層應(yīng)用API RP 19B標(biāo)準(zhǔn)水泥柱狀靶。

2.1 工藝技術(shù)研究

針對(duì)要在油氣井多層套管內(nèi)形成孔道并溝通地層，聚能射孔為首選工藝技術(shù)，而深穿透射孔最優(yōu)，它利用射孔彈瞬間形成的高溫、高壓、高速金屬射流穿透多層套管，但射孔彈的射流是有限的，隨著套管離射孔器距離增加，套管上形成的孔徑將會(huì)變小，在地層上形成的孔道變短。對(duì)此，優(yōu)先選擇穿深技術(shù)最好的先鋒射孔彈技術(shù)。

除此之外，穿透套管并在地層形成孔道，為了獲取更好地溝通地層，獲取良好的地層滲透性，具備氣體壓裂的StimGun射孔[5]為另一種選擇，其可以更好地突破地層污染帶，更好地溝通地層天然裂縫，也可以降低后續(xù)儲(chǔ)層改造的破裂壓力。

現(xiàn)階段，還有一種磨料射流高壓水力噴砂射孔方式[6]，借助攜砂高壓水射流打磨套管的方式對(duì)套管進(jìn)行穿孔作業(yè)，建立井筒與套管之間的通道，該方式可一次性形成4～6孔道。有限的孔道，會(huì)影響多層大套管的噴砂射孔效果。該方式在多層復(fù)合套管射孔中應(yīng)用的很少，在單層套管射孔中用的較多。

2.2 工藝試驗(yàn)方案

利用完整的套管進(jìn)行模擬打靶測(cè)試[7]，中間填充水泥模塊，建立的模型技術(shù)參數(shù)與井下施工作業(yè)接近(溫度、壓力除外)，該方案是一種臥式打靶測(cè)試方案。另一種是將套管進(jìn)行切割成塊狀，然后按照井下技術(shù)參數(shù)，建立豎立式打靶測(cè)試方案。2種工藝試驗(yàn)方案均能夠獲取可靠的打靶測(cè)試數(shù)據(jù)，但豎立式打靶測(cè)試方案更方便操作。如圖1～2。

圖1 臥式打靶方案

圖2 立式打靶方案

2.3 功能試驗(yàn)

應(yīng)用常規(guī)射孔彈技術(shù)對(duì)177.8 mm(7英寸)內(nèi)層套管和244.5 mm(9英寸)外層套管進(jìn)行雙層套管打靶測(cè)試。3發(fā)射孔彈DP43RDX45-1(大1 m彈)，炸高20 mm ，槍套間隙21.5 mm，槍套間介質(zhì)為水，套管間水泥環(huán)厚度21.4 mm ，應(yīng)用鋼級(jí)P110鋼材作為模擬177.8 mm套管壁厚10 mm、 模擬244.5 mm套管壁厚12 mm，API RP 19B 柱靶110 mm×1 000 mm。

DP43RDX45-1打雙層套管打靶檢測(cè)結(jié)果，柱靶穿深627 mm，177.8 mm(7英寸)套管孔徑?12.7 mm，244.5 mm(9英寸)套管孔徑10.2 mm。如圖3。

圖3 大1 m彈打雙層套管示意

應(yīng)用先鋒射孔彈技術(shù)[8]對(duì)177.8 mm(7英寸)內(nèi)層套管、244.5 mm(9英寸)中層套管和346.0 mm(13英寸)外層套管進(jìn)行3層套管打靶測(cè)試。2發(fā)射孔彈SDP44HMX45-2，炸高25 mm ，槍套間隙13 mm ，槍套間介質(zhì)為水，中間套管間水泥環(huán)厚度21 mm ，外層套管間水泥環(huán)厚度35 mm；應(yīng)用鋼級(jí)BG140的 177.8 mm套管壁厚12.65 mm、鋼級(jí)BG140的244.5 mm套管壁厚11.99 mm，鋼級(jí)BG140的 346.0 mm套管壁厚15.88 mm ，API RP 19B 柱靶110 mm×1 000 mm。

SDP44HMX45-2打3層套管打靶檢測(cè)結(jié)果，柱靶穿深975 mm，177.8 mm套管孔徑12.5 mm，244.5 mm套管孔徑8.0 mm，346.0 mm套管孔徑7 mm。如圖4。

圖4 先鋒射孔彈SDP44HMX45-2打3層套管示意

應(yīng)用先鋒射孔彈技術(shù)對(duì)127.0 mm(5英寸)內(nèi)層套管、177.8 mm(7英寸)中層套管、244.5 mm(9英寸)套管進(jìn)行3層套管打靶測(cè)試，3發(fā)射孔彈SDP39HMX25-2，127.0 mm套管厚度9.19 mm(P140鋼級(jí))，177.8 mm套管厚度12.65 mm(P140鋼級(jí))，244.5 mm套管厚度11.99 mm(P140鋼級(jí))，炸高12 mm，間隙內(nèi)填充水泥塊。

SDP39HMX25-2打3層套管打靶檢測(cè)結(jié)果，柱靶穿深713 mm，127.0 mm套管孔徑10.5 mm，177.8 mm套管孔徑7.4 mm，244.5 mm套管孔徑5.9 mm。如圖5。

圖5 先鋒射孔彈SDP39HMX25-2打3層套管示意

應(yīng)用先鋒射孔彈技術(shù)進(jìn)行2層、3層套管、多層套管穿透，都能夠成功，并在水泥靶上留下較好的孔道深度，為后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用打下扎實(shí)基礎(chǔ)。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果

目前，在塔里木油田等應(yīng)用聚能射孔技術(shù)成功完成了不同規(guī)格類型套管的2層、3層套管射孔作業(yè)近10口井，包括新開發(fā)油田的氣田水回注、老井挖潛等，例如127.0 mm(5英寸)、177.8 mm(7英寸)雙層套管的LN2-S22-19H、KE8010、KE402等井，應(yīng)用73型射孔槍配SDP33HMX18-1先鋒彈結(jié)合StimGun射孔作業(yè)；在237.05 mm(10英寸)、365.15 mm(14英寸)套管的KS2-2-9、KS209井，應(yīng)用127型射孔槍配DP43HMX45-1射孔彈作業(yè)；在177.8 mm(7英寸)、244.5 mm(9英寸)、346.0 mm(13英寸)3層套管的KS601井，應(yīng)用127型射孔槍配SDP44HMX45-2先鋒射孔彈作業(yè)；在114.3 mm(4英寸)、139.7 mm(5英寸)套管的LT1井，應(yīng)用73型射孔槍配SDP33HMX18-1先鋒射孔彈作業(yè)；在101.6 mm(4英寸)、139.7 mm(5英寸)套管的WB13-5井，由于101.6 mm套管變形嚴(yán)重，射孔器材通過性變小，結(jié)合安全與穿孔性能，應(yīng)用51型射孔槍配SDP26HMX7-1先鋒射孔彈作業(yè)等。

KS601井作為塔里木油田克深氣田水回注工程建設(shè)的一口井，開發(fā)利用177.8 mm(7英寸)、244.5 mm(9英寸)、346.0 mm(13英寸)3層套管固井作業(yè)后，有效層進(jìn)行氣田水回注。油田公司進(jìn)行實(shí)物打靶試驗(yàn)，獲取了與KS601井井下3層套管固井相同的穿孔性能數(shù)據(jù)。現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)用電纜輸送射孔和鉆桿傳輸射孔兩項(xiàng)工藝，電纜射孔后井口施加壓力27 MPa試擠作業(yè)，地層進(jìn)液1 m3以上，證明先鋒射孔彈射穿了3層套管，之后繼續(xù)進(jìn)行鉆桿傳輸射孔作業(yè)。經(jīng)過酸化解堵后，KS601井日注水量270 m3，注水壓力34 MPa，注水能力滿足克深氣田當(dāng)天產(chǎn)出氣田水全部回注需求。

4 結(jié)論

分析了多層套管射孔存在的技術(shù)難點(diǎn)，形成匹配穿透多層套管的工藝技術(shù)，展開了多層套管射孔地面功能試驗(yàn)，取得了科學(xué)的技術(shù)數(shù)據(jù)。多層套管射孔工藝技術(shù)投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，應(yīng)用不同的射孔工藝和射孔器完成了2層、3層套管的油氣井射孔作業(yè)，取得了顯著的射孔應(yīng)用效果。

由于多層套管的存在，遠(yuǎn)離射孔器的套管在射孔過程中形成的套管孔徑偏小，會(huì)影響到后續(xù)的流體注入和產(chǎn)出，建議加大力度對(duì)多層套管的等孔徑技術(shù)研究與應(yīng)用，為多層套管的開發(fā)提供技術(shù)支持。