射孔器模擬井射孔試驗套管內毛刺高度評價探討

鄧剛，李險峰，李東傳，郭金榮

1.中國石油大慶油田有限責任公司開發部（黑龍江 大慶 163000）

2.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）

3.中國石油大慶油田有限責任公司采油工程研究院（黑龍江 大慶 163453）

0 引言

射孔完井是最常用的完井方式[1-4]，聚能射孔器在建立井筒與油氣層間通道的同時，也對套管造成了損傷。比如在套管內側孔眼邊緣形成毛刺（內毛刺），這會阻礙射孔槍、管柱等儀器設備通過套管甚至刮傷橋塞、封隔器等，影響座封效果，嚴重的會造成卡槍等事故。

國內通常采用SY/T 6163—2018《油氣井用聚能射孔器材通用技術條件及性能試驗方法》[5]檢驗評價聚能射孔器射孔生產的套管內毛刺高度。射孔器模擬井射孔試驗后，任取鄰近的至少5 個孔的一段試驗套管剖開，測量套管上的內毛刺高度，并按要求評價，在執行過程中發現因取樣位置不同而得出結果不同的現象。API RP 19B：2021[6]給出了射孔器在混凝土靶射孔產生內毛刺的試驗方法，沒有給出對應的評價方法。本文分析了射孔器模擬井射孔試驗涉及的抽樣方案、樣品切割、結果評價等，對比不同評，價方法給出結果的質量水平，有助于更科學地檢驗并評價射孔器性能，為標準的制修訂提供參考。

1 問題來源

1.1 套管的內毛刺高度相關規定

SY/T 6163—2018中規定，模擬井射孔試驗用射孔槍有效射孔長度不大于6 m，射孔器在模擬井射孔試驗后套管的內毛刺高度相關規定有：

1）內毛刺高度。射孔器進行模擬井射孔試驗后，套管或油管內毛刺高度應不大于2.5 mm。

2）試驗套管。測量內毛刺高度。任取鄰近的至少5 個孔的一段試驗套管剖開，用深度卡尺在套管內壁孔眼處進行測量，單位為毫米（mm）。

3）抽樣方案。計數抽樣方案按GB/T 2828.1—2012[7]規定確定（表1）。

表1 內毛刺高度計數抽樣方案

4）判定規則。當不合格品數不大于Ac（合格判定數）時判定合格，當不合格品數不小于Re（不合格判定數）時判定不合格。

SY/T 6163—2018 中第5 章對射孔器模擬井射孔試驗中內毛刺高度進行了要求；第6 章對內毛刺高度的測量方法進行了規定；第7 章中抽樣方案和判定規則是對試驗結果是否滿足第5章中關于抽樣和判定規定的要求，并給出了對應的AQL值。

1.2 方法中存在的不足

在SY/T 6163—2018 標準執行過程中，發現模擬井射孔試驗方法和抽樣方案均存在瑕疵：

1）試驗過程。第6.6.6.6.2 條規定了，任取鄰近的至少5 個孔的一段試驗套管剖開，用深度卡尺在套管內壁孔眼處進行測量。存在問題：任取鄰近的至少5 個孔，選擇不同位置的5 個孔測得的結果可能不同。

2）抽樣方案給出的檢驗水平低、接收質量限過于寬松。第7.1.4.1.2 條規定了模擬井試驗套管內毛刺高檢驗水平、接收質量限分別為S-2、10.0。存在問題：AQL=10.0表明允許不合格品為10%，即每100個樣品中允許有10個不合格，方案過于寬松。

2 井下施工對套管內毛刺高度的要求

射孔在套管上形成內毛刺，一般在2.5 mm 以內，少量高度可達4.1 mm[8]。套管內毛刺影響射孔槍串的提出以及后續作業過程，嚴重時造成完井管柱阻卡[9]，影響橋塞和封隔器的座封效果等。為了防止事故的發生，現場一般在施工前進行套管刮削[10]或模擬通井[11]作業，去掉毛刺或最大限度地降低高度，保證井筒通暢，提高井下座封等施工成功率。因此，有效地控制射孔造成的套管內毛刺高度，可降低或省去套管刮削或通井作業，提高施工效率。

3 試驗中出現的問題

3.1 檢驗過程簡介

射孔器模擬井射孔試驗按SY/T 6163—2018 第6.6條規定執行，將射孔器（選用1 m 射孔器和2 m 射孔器串聯）放入注入清水的套管中，在18～20 MPa下射孔，任取鄰近的至少5 個孔的一段試驗套管剖開測量內毛刺高度，如圖1、圖2所示。

圖1 側向剖開的套管

圖2 放大的套管內毛刺

射孔器在套管上形成的孔眼分四個相位（每相位間隔90℃）均勻分布，一般呈逆時針或順時針螺旋下降排布，模擬井試驗套管剖開方式一般選一個相位的3個孔和鄰近相位的2個孔（圖3）。

圖3 射孔套管上的孔眼分布圖

3.2 結果分析

對某次射孔器模擬井射孔試驗套管內毛刺高度測試后再次取樣，結果不一致（表2）。剖開套管檢查所有孔眼處的內毛刺高度，超過2.5 mm 的有6個，該類情況下，不同位置的取樣，會出現結果不一致的現象。

表2 混凝土靶/模擬井射孔套管內毛刺高度對比分析/mm

3.3 研究與探討

3.3.1 抽樣方案對結果的影響

沒有特別規定時，GB/T 2828.1—2012 中推薦采用一般檢驗水平Ⅱ，破壞性或嚴重降低產品性能的檢驗選用較低的檢驗水平。檢驗費用較高時，優先用低的檢驗水平，因此，SY/T 6163—2018 中射孔毛刺高度試驗選用特殊檢驗水平（S-2）。在SY/T 6163—2018 中套管的內毛刺高度檢驗水平基礎上，嘗試逐漸提高檢驗水平中模擬井射孔試驗后套管的內毛刺高度抽樣方案，射孔套管內毛刺高度分析方法對比見表3。對事例數據進行分析，模擬井射孔套管內毛刺高度對比分析見表4。結果如下：

表3 射孔套管內毛刺高度分析方法對比

表4 模擬井射孔套管內毛刺高度對比分析

1）以圖3 示意方法切割鄰近的5 個孔測量毛刺，合格判定數取1，存在兩種結果：合格/不合格分別為97.5%、2.5%；合格判定數取0，存在兩種結果：合格/不合格分別為55%、45%。

2）取每個相位的12 孔測量毛刺再加下一個相位第1 個孔，合格判定數取1，存在兩種結果：合格/不合格分別為75%、25%。

3）取每個相位12 孔再加下一個相位前4 個孔，合格判定數取2，存在兩種結果：合格/不合格分別為75%、25%。

4）取每支槍對應的16個孔測量毛刺，合格判定數取2，存在兩種結果：合格/不合格分別為66.7%、33.3%。

4）以每支槍為單位取32個孔測量毛刺，合格判定數取3，存在兩種結果：合格/不合格分別為33.3%、66.7%。

5）樣本量取48，合格判定數取5，檢測結果為：不合格。

3.3.2 抽樣方案的選擇

抽樣檢驗必然存在誤判風險。抽樣方案中樣本量越大、接收準則越嚴格，越接近真實水平，但成本也越高。設計一套合適的抽樣檢驗方案，需要主管方或委托方綜合考慮樣本量、檢驗成本、檢驗周期等限制條件，全面評估需要承擔的經濟以及誤判風險，經縝密考慮后確定。

SY/T 6163—2018規定，模擬井射孔試驗用射孔槍有效射孔長度不大于6 m，執行過程中可以選用1、2、3、4、5或6 m 的射孔槍，或現場使用的某種介于1～6 m間的射孔槍。

案例中討論的3 m 射孔槍模擬井射孔試驗后套管上有48 個孔眼，對應48 個內毛刺，可選擇對其中的5、13、16、32、48 個內毛刺或介于其中的內毛刺數量進行測量和評價。為了更客觀地表征產品批的質量，應給出對應的計數抽樣方案，適當提高檢驗水平，且保持方案中各檢驗水平一致。

4 結論與建議

1）SY/T 6163—2018 中給出了射孔器模擬井射孔試驗的套管內毛刺高度抽樣方案，樣本量為5、接收質量限為10.0%，接收質量限過于寬松，檢驗水平低，判定風險較大。應調整抽樣方案，建議檢驗水平為Ⅰ、接收質量限為4.0、樣本量取48、合格判定數取5。

2）為提高檢驗判定的準確性，應根據批量大小，按GB/T 2828.1—2012 確定樣本量，建議使用與射孔槍有效射孔長度（射孔孔眼數量）匹配的檢驗水平、接收質量限等設計計數抽樣方案。

3）為了更科學合理地評價套管上內毛刺高度，建議結合現場質量控制需求，對評價方法進行更加深入的研究，為SY/T 6163—2018 標準的修訂提供依據。