定向井連續油管機械定位射孔技術分析及應用

杜承強，王方祥，吳英新，李道松，馬 超，向兆東

(中國石油集團渤海鉆探工程公司 井下技術服務分公司，天津 300280)

隨著油田勘探開發的進展，大斜度井、水平井日益增多[1]。如何提高這類定向井的測試成功率是井下作業的重要課題[2-3]。射孔的目的是將井筒與油氣層連通[4]，目前主要的射孔方式是電纜傳輸射孔和油管輸送射孔[5]。在定向井中進行射孔作業時，由于井斜較大，電纜輸送容易遇阻，而油管輸送也會使得定位誤差較大，導致無法準確射穿目的層[6]。為此，王英等[6-7]針對電纜式射孔方式，介紹了帶柔性滾輪加重、帶電纜泵送工藝，解決大斜度井電纜射孔問題。溫軍彥[2]、孔祥吉等[3]、趙金龍等[8-13]針對常規油管輸送測試及射孔工藝，介紹了國內外管柱結構及工序優化、封隔器選型、井控方案，解決大斜度井地層測試方面的經驗。連續油管作業技術具有施工簡單、安全可靠的特點，能夠將工具準確地傳輸至目的層位，解決常規射孔工藝的技術難題[14]。呂選鵬等[14-15]針對常規作業裝備的局限性，采用連續油管設備，有效解決該弊端，展望了連續油管在油氣田勘探開發中的應用前景。陳建波等[16-21]介紹了國內外常用的4種連續油管射孔方式的應用前景，及連續油管射孔技術的最新發展動態和工具改進、應用經驗。

綜合以上多人論述，針對大斜度定向井(水平井)射孔的技術難題，通過對常規電纜、油管輸送射孔工藝的改進，仍然不能根本解決爬行器效率較低、滾輪落井、管串卡阻等風險。油管傳輸射孔后，在起槍過程中，發現溢流顯示后，不但面臨井噴風險，需關井壓井作業，會大幅增加作業周期，影響作業效率。采用連續油管傳輸射孔技術可以避免上述風險。但是，由于連續油管材韌性的特點，管材在井筒內發生彎曲是必然的，尤其是在大斜度井中，管材的彎曲更加明顯，地面計數器所反映的油管下深與實際井深存在誤差，因此發生誤射的風險較高。

結合大港油田地區大斜度井的特點，進行連續油管機械定位的理論分析，采用連續油管+套管機械定位+蹩壓點火射孔方式，解決了常規射孔工藝難以下入、管串遇卡、作業效率較低、連續油管難以實現精確定位等問題。

1 連續油管機械定位射孔工藝技術

連續油管機械定位射孔技術，是利用定位器精準捕捉油氣層套管短套位置后，根據套管接箍和定位器的位置，推算射孔槍的位置數據，以實現對目的油氣層精確射孔。

1.1 定位原理

傳統磁定位技術是使用電子信號傳輸套管接箍信號，而機械定位技術是通過定位器產生的拉力變化，尋找短套管位置。圖1是電纜射孔定位技術與機械定位技術的測試結果對比示意圖。

a XXX井CCL定位射孔測試曲線

b ZH54-22井連續油管機械定位測試曲線

機械定位的結果需與測井標準圖套管接箍數據對比，進行校深，最終有效捕獲油氣層準確的位置數據。圖1a為常規電子信號定位示意圖；圖1b為ZH54-22井機械定位示意圖，曲線峰值跳躍點為套管接箍位置。

1.2 定位器結構

定位器的結構如圖2所示，外筒上有安裝卡瓦和彈簧的凹槽，共3個，上下兩端為端蓋。首先在外筒上安裝卡瓦、彈簧和端蓋，然后由內筒的上端插入，完成安裝。

圖2 連續油管機械定位器結構示意

1.3 定位方法

定位器卡在井筒內壁，在反力的作用下，壓縮彈簧片處于縮緊狀態。上提管柱時，定位器到達套管接箍處，此處存在變徑，在彈簧的作用下，卡瓦凸出的部分就會進入變徑，從而使卡瓦與套管接箍接觸，產生8 000～10 000 N的阻力。通過地面數據采集系統判斷定位器卡瓦過套管接箍時的拉力變化來準確錄取套管接箍數據。最后，根據套管接箍和定位器的位置，推算射孔槍的位置數據，以實現對目的油氣層精確射孔。

1.4 定位器主要技術參數

該機械定位器長度僅為467 mm，承壓可達到70 MPa，適用于90°以內的大斜度定向井(水平井)。表1所示為139.7 mm套管內使用的機械定位器的參數。

表1 機械定位器技術參數

1.5 機械定位管柱結構

連續油管輸送機械定位射孔工具串結構為：?50.8 mm連續油管+?73 mm油管連接器+?73 mm安全接頭+變扣接頭+?73 mm篩管+定位器+加壓起爆器+射孔槍+尾堵，管柱結構如圖3所示。

1—連續油管；2—油管連接器；3—安全接頭；4—變扣接頭；5—篩管；6—定位器；7—加壓起爆器；8—射孔槍；9—尾堵。

1.6 井控方案實施

井控裝置采用采油樹+防噴器組+防噴管+注入頭的組合方式。圖4為井口井控裝置組合示意圖。使用連續油管輸送射孔后，起出射孔槍，可直接進行壓裂施工或下泵投產。因連續油管作業裝置具有可帶壓作業的特殊性能，可以隨時加深管串至理想位置，進行洗、壓井作業或直接投產，將井噴失控的風險降至最低，作業效率大幅提升。

圖4 連續油管機械定位射孔井口井控裝置示意

2 工藝實施過程

1)測量射孔工具尺寸。

2)地面計數器清零，下入連續油管及工具串。

3)工具下至500 m，試提管柱，驗證定位器工作情況。

4)定位短套管位置數據。校核連續油管深度數據，根據短套深度和完井套管接箍位置數據、測井標準圖套管接箍數據，依次找到短套管以下的每個套管接箍位置。

5)尋找目的層位套管接箍數據，最終校核確定射孔槍位置數據，調整射孔槍至目的層位。

6)井筒水力加壓射孔。

7)起出連續油管及射孔工具串，檢查發射率。

3 現場應用情況

連續油管機械定位射孔技術在大港油田大斜度定向井(水平井)累計實施26井次、38段；在其他油田實施大斜度定向井定位射孔32井次、76段。定位成功率100%，井噴事故率為0，射孔誤差小于10 cm。

3.1 在大港油田ZH54-22井的應用

ZH54-22井是位于大港油田Z1504斷塊埕海3-1井場的1口開發井，位于大港油田東部沿海人工島井場，最大井斜度63.2°，水平位移2 776.08 m，井眼軌跡如圖5所示。

圖5 ZH54-22井井眼軌跡

地層壓力系數1.33，預測關井最大井口壓力為22.98 MPa，屬于異常高壓儲層，處于環境敏感度極高的灘海位置，對施工工藝及井控的要求苛刻，不允許出現井噴事故。計劃使用泵送橋塞工藝分3段實施壓裂后投產，由于井眼軌跡的特殊性，首段目的層的射孔出現技術難題，采用常規電纜、油管輸送射孔工藝面臨著射孔槍身難以下入、難定位、射孔后油氣流外泄等高風險。綜合考慮，最終選擇連續油管機械定位蹩壓點火方式射孔，射開首段4 461～4 468 m，順利完成定位射孔施工。圖1b為該井實施機械定位的定位曲線圖。

該井射孔后采用泵送橋塞分段壓裂，放噴后使用5 mm油嘴投產，獲工業油、氣流，套壓10.9 MPa，產油52.14 t/d，產氣10 440 m3/d。

3.2 在大港油田Q61-5H井的應用

Q61-5H井是大港油田在Q61區塊部署的井叢井組中的1口水平井，最大井斜84.26°，水平段位移370.17 m。前期井筒作業時發現首段射孔段附近3 329.9 m處有小于100 mm的套管變形(使用?100 mm通井規遇阻)。該井井斜角度大，井眼軌跡特殊，且井筒有套管變形，情況較為復雜。如果使用傳統射孔工藝，發生卡鉆的風險較高。采用連續油管機械定位射孔工藝，分2次使用68射孔槍、89射孔槍，機械定位射孔獲得成功，射開井段：3 335.5～3 336.5 m，3 315.5～3 316.5 m，3 289.5～3 290.5 m，經分段泵送橋塞壓裂措施后自噴生產，?3 mm油嘴，壓力10.3 MPa，產油26.62 t/d，產液41.6 t/d。

3.3 在大港油田趙家堡1號井叢平臺的應用

趙家堡1號井叢井臺是部署于大港油田羊二莊一斷塊莊的9口定向井組，表2為井叢井9口井的井深結構數據。

該平臺位于沿海邊緣趙家堡村西，處于環境極其敏感的地帶，且井場異常狹小，井深2 000～2 300 m，井斜度為24～56°，最大井斜達到了56.55°，水平位移最大的達到了1 362.98 m，全角變化率達到了3.25～4.47°。

采用連續油管機械定位射孔工藝對井其中的9口井采取拉鏈式射孔作業，均順利實施精確定位射孔，然后使用常規修井機1臺跟進下泵完井。該井工廠平臺的施工僅動用連續油管作業機、常規修井機各1臺，緩解了井場狹小的問題，且保障了大斜度定向井的成功定位射孔，與常規作業相比提高了作業效率10%，累計增產原油84.79 t/d。

表2 趙家堡1號井叢平臺施工井參數及效果統計

3.4 在大港油田港東1號井叢平臺的應用

G8-65-3井是大港油田港東1號井叢平臺的一口定向井，使用本工藝實施射孔結束洗井后2 h，開井觀察時發現溢流并逐步加大，關井壓力由0上升至5.4 MPa，使用密度1.28、1.4 g/cm3鹵水分2次壓井，成功壓住溢流。該井若采用常規電纜或油管輸送射孔將導致溢流、井涌，甚至井噴的風險概率較高，且在空井筒狀態下，只能采用擠壓井的措施，會對儲層帶來污染。本次使用連續油管作業機射孔，發現溢流后，立即組織壓井，帶壓調整連續油管管柱洗井、脫氣，是常規作業裝備不可完成的。

4 結論

1)在分析連續油管機械定位原理的基礎上，研制了新型機械定位裝置。詳述了機械定位工藝實施過程，結合連續油管作業機獨特的作業性能，形成了連續油管機械定位射孔工藝。

2)連續油管機械定位射孔工藝流程簡單、操作便捷，可提高射孔作業效率和準確性，且有效地防止井噴事故的發生。

3)連續油管機械定位射孔技術可應用于大斜度井、水平井等射孔施工難度較高及一些特殊工況的井，是常規射孔方式有效的補充手段。