唐 凯,罗苗壮,陈 锋,陈华彬,任国辉

(中国石油集团川庆钻探工程有限公司测井公司,重庆400021)

全通径射孔工艺技术应用研究

唐 凯,罗苗壮,陈 锋,陈华彬,任国辉

(中国石油集团川庆钻探工程有限公司测井公司,重庆400021)

全通径射孔工艺技术是在射孔后整个射孔管柱形成与油管直径相当的通径,不需提出管柱或丢枪就可完成生产测井、增产措施等后续作业。介绍了全通径射孔工艺技术的7项应用技术:与一次性完井管柱联作;与酸化(加砂)压裂联作;与复合射孔技术联作;用于欠平衡条件井射孔;用于大斜度老井补孔作业;作为负压阀实现负压射孔;代替隔板传爆装置实现环保射孔作业。分析了四川油田、塔里木油田等4口井的实际应用情况。现场应用表明,该技术能降低储层伤害,保护油气产层,缩短试油周期,提高完井效率,为油气田的勘探开发提供了有效的射孔完井方法。

全通径射孔;酸化压裂;加砂压裂;大斜度井;复合射孔

0 引 言

全通径射孔是采用油管将全通径射孔器材及配套井下工具输送到目的层位,起爆射孔后,将射孔器材的附件全部丢掉,整个管柱形成与油管直径相当的通径,不需提出管柱或丢枪作业就可完成生产测井、增产措施等后续作业,也可直接作为完井生产管柱的一项技术[1]。

为了节约试油时间,提高完井效率,射孔完井技术已从单一的射孔作业发展到与后续施工联合作业。常规的TCP技术射孔后,射孔枪管内的弹架在射孔弹等火工器材的爆炸冲击作用下变形扭曲,和射孔弹外壳的碎片一起充填在枪管内。另外射孔枪接头,起爆器等都无法形成有效通道,为满足后续作业要求,常采用的做法有进行丢枪作业,带枪进行后续作业,或起出射孔管柱再进行后续作业[2]。这些做法存在3个方面的不足:①要进行丢枪作业,就要多打口袋,增加了钻井成本;有些地区由于地层地质原因不允许把井钻得更深以获得能容纳射孔枪的口袋,这样就不能进行丢枪作业。②带枪进行后续作业虽能满足酸化、加砂压裂等增产措施要求,但不能满足生产测井的施工要求。③多次起下管柱,达不到保护产层的目的,同时增加作业成本,延长试油周期。

1 全通径射孔工艺技术的应用研究

1.1 与一次性完井管柱联作

全通径射孔与一次性完井管柱联作(见图1),不需提出管柱或丢枪作业就可直接作为完井生产管柱,可完成生产测井等后续作业。避免了反复起下管柱对地层的伤害,提高了生产能力,同时缩短了试油时间,降低了试油成本,增加了施工作业的安全性。

图1 全通径射孔与一次性完井管柱联作示意图

该联作管柱中一般采用机械式、插管式等永久封隔器[3],因此采用该联作技术必须考虑封隔器启动芯子(或坐封球座)的外径尺寸要小于全通径射孔器材射孔后形成的通径,同时也应考虑枪串在井下的抗腐蚀条件及生产年限。该技术工艺特点是管柱采用封隔器完井,射孔枪上部是破裂盘,全通径压力起爆器装在射孔枪的下部,由于破裂盘起爆后能炸成比较小的碎块,所以这种管柱结构更容易形成全通径;管柱中可加入投棒(压力)开孔装置,防止万一全通径射孔失败,可打开开孔装置增大筛管的流通面积。

1.2 与酸化(加砂)压裂联作

全通径射孔与酸化(加砂)压裂联作(见图2),实现了1趟作业管柱完成射孔和后续增产措施2项施工作业。该联作技术应在井筒内提供足够的酸化(加砂)压裂通道,减小增产措施的施工压力,降低施工难度。

图2 全通径射孔与酸化(加砂)压裂联作示意图

常规射孔与酸化联作技术已在四川、塔里木等油田普遍开展。对于四川磨溪气田的雷口坡气藏,多采用5 in(非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同)尾管完井,加之射孔井段长达百米,没有足够的口袋满足丢枪,造成89型射孔枪与5 in尾管之间的间隙小、摩擦阻力大。假设采用胶束酸或胶凝酸,注酸排量为4 m3/min,套管内径108 mm,射孔后的射孔枪外径94 mm,射孔枪长度取100 m,经计算得摩擦阻力分别为4 M Pa和2.8 M Pa。这样高的摩擦阻力就有可能造成射孔层位的下半段得到较少的酸甚至得不到酸。因此,在雷口坡气藏,常规射孔与酸化联作技术不适用,不能满足酸化压裂要求。采用全通径射孔与酸化联作技术,酸化时枪管内外都可进酸,减少了注酸的摩擦阻力。同时,管柱内成全通径,不用丢枪也能实现生产测井作业。该技术工艺特点是射孔枪上部是破裂盘,管柱中使用 Y344型酸化封隔器,替液后瞬时加大排量启动封隔器或投球加压启动封隔器,加大泵压起爆,在起爆的同时射孔枪成全通径,同时酸液通过筛管和枪管内部注入地层。

射孔与加砂压裂联作时,由于砂浓度较高,加砂摩擦阻力大,所以在常规射孔-加砂压裂联作时,一般采取射孔后丢枪再进行加砂压裂的联作模式。但是,当井况条件不满足丢枪要求,全通径射孔与加砂压裂联作就能解决这一问题。一方面采用全通径射孔枪可以提供更大的加砂通道,如127 mm套管(内径Φ108 mm)使用89型全通径射孔枪进行射孔,可以提供的流通面积为5.31×10-3m2,而常规射孔枪带枪进行加砂压裂,提供的流通面积为2.94× 10-3m2,增加了44.6%的流通面积;另一方面对于常规加砂压裂,射孔形成的裂缝不能得到充分利用,在进行加砂压裂时射孔裂缝有的已经闭合,从而增加了施工难度。而采用联作技术在射孔的同时就进行加砂压裂,避免了射孔裂缝的闭合,降低了施工压力。该技术工艺特点是联作时携砂液不仅从筛管,而且通过射孔枪上的孔眼挤入地层,所以射孔时尽量选择会使枪上孔眼大的射孔弹。

1.3 与复合射孔技术联作

随着低孔隙度、低渗透率、致密岩性的油气层比例的增加,并且该类储层性质差,勘探开发难度大,采用常规射孔技术很难取得理想的效果。因此,可以采用全通径射孔与复合射孔技术联作(作业管柱见图3),利用复合射孔在射孔孔眼周围形成多径向裂缝,沟通井筒近井地带的天然裂缝,改善油气流通通道[4],同时全通径射孔为后续作业提供了足够通道,为这类非常规油气藏提供了一种新的射孔完井方法。

图3 全通径与复合射孔联作示意图

1.4 用于欠平衡条件井

欠平衡条件井要求从钻井到射孔完井整个过程采用不压井作业,以氮气等惰性气体为介质,采用欠平衡技术钻井,不固井,然后进行负压射孔。传统的射孔方法已不能满足全过程的负压作业。常规WCP是在压井液压井的正压条件下射孔施工作业,常规TCP虽然能够满足不压井射孔,但无法满足射孔后不压井取枪的要求,而全通径射孔技术则可以实现从负压射孔到增产措施、完井投产的全过程不压井作业[5]。

对油气产量较高、射孔井段较长、射孔枪与套管间隙较小的井,用普通射孔枪不能满足流量和取枪的需要,全通径射孔能有效解决这一问题(见图4)。该技术工艺特点是射孔管柱不带筛管,强行通过井口旋转防喷器将射孔枪下入井筒内;为实现负压射孔,采用在环空内氮气加压方式起爆射孔枪;负压射孔后产层套管和射孔枪均形成筛管,油气从套管和全通径枪内产出。

图4 全通径射孔用于欠平衡条件井示意图

1.5 用于大斜度老井补孔作业

在大斜度老井中进行补孔,油管、套管不能沟通,只能采用油管加压的方式。过去一般采用压力起爆开孔装置来满足生产或压井取心射孔管柱,现采用全通径管柱,可代替压力起爆开孔装置,增大油气的流通面积,便于生产。图5为全通径射孔用于大斜度老井补孔示意图。

该技术工艺特点是采用全通径起爆器后,起爆后枪上的孔眼成筛管,与油管沟通。如果射孔管柱只用作再射孔的目的,只需上面第1支枪上部的传爆组件为可炸碎结构,第1支枪管与油管沟通即可。

1.6 用做负压阀

为实现负压射孔,施工前要用氮气循环代替液降液面,采用全通径射孔则避免了这一麻烦,省时、省工还节省了费用。工艺特点是用做负压阀时全通径管柱要带卡瓦式封隔器但不用筛管。下井时由于油管、套管不通,套管中的井液进不到油管中,可按设计的负压往油管灌水。(投棒)射孔后,射孔枪即成筛管。

图5 全通径射孔用于大斜度老井补孔示意图

1.7 实现环保作业

当有夹层时,射孔后取出管柱,井液会流到井台和井场上,不仅清理麻烦,还易造成环境污染。使用全通径射孔则会避免这一情况,可代替隔板传爆装置的作用。工艺特点是使用全通径射孔枪,射孔后夹层枪与上、下枪管沟通,取枪管时夹层枪内的井液会从其下面的枪管孔眼中流回到井中而不会流到井台上。

2 现场应用

2.1 YT1-×井应用情况

中国石油川庆钻探工程有限公司测井公司已成功将全通径射孔与一次性完井管柱联作、与酸化(加砂)压裂联作等工艺技术应用于四川、塔里木等油田,并取得了较好的作业效果。

YT1-×井属塔里木油田西气东输项目的重点开发井,采用 Ф89 mm全通径射孔枪分别对下第三系和白垩系储层进行一次性射孔完井作业(带M HR永久式封隔器)。为实现整个管柱全通径, M HR永久式封隔器不能采用传统投球憋压的坐封方式,该井是采用在坐落短节中下入堵塞器,再加压坐封的方式。射孔枪上部装有隔离射孔枪和井内液体的破裂盘,全通径压力起爆器装在射孔枪的下部。

该井封隔器坐封后进行油管加压起爆全通径射孔枪,压力加至18 M Pa快速回0,之后井口油压迅速攀升,说明点火成功。启用2条放喷管线放喷点火,井口压力仍高达50 M Pa。射孔后下Ф50 mm通径规检验射孔枪的通径情况,能顺利下过射孔枪,说明起爆器芯子、射孔弹及传爆组件等碎屑已全部落到井底口袋中,射孔枪形成通径良好,能满足生产测井要求。经测试 YT1-×井单井日产气超过40× 104m3,是该区块产量较高的1口井。

2.2 Y×井应用情况

Y×井位于四川安岳县岳源乡石归村3组,安岳地区岳源乡中三叠统侵蚀面高点顶部,是该构造须家河组气藏的1口预探井,完钻层位雷口坡组,完钻井深2 353.0 m。

该井用Φ73 mm油管带封隔器和全通径射孔枪进行射孔加砂联作。封隔器下入井深2 246.11 m。施工前先进行低替基液9.9 m3再坐封封隔器,之后进行憋压射孔,射孔后直接进入高挤前置液。投球憋掉封隔器启动接头芯子后进行正常加砂施工。共挤入井筒液量202.07 m3,挤入地层液量192.17 m3,其中压裂基液6.31 m3,前置液101.19 m3,携砂液84.67 m3;加入30/60目陶粒16.57 m3(29 t),施工排量2.55 m3/min;高挤阶段施工泵压一般59.6～62.4 M Pa,最高64.5 M Pa,高挤时间88 min,最高砂浓度483 kg/m3(见图6)。从图6可见,整个施工过程顺利,取得较好的作业效果。该井与邻井相比,降低破裂压力10%左右。解除了地层堵塞,并且形成高导流能力的填砂裂缝,为油气流通提供高导流能力的流动通道,提高了井口产能。

图6 Y×井压裂施工曲线

2.3 BQ×××井应用情况

BQ×××井采用5 in套管完井,射孔跨度320 m,射厚40 m,为河包场中三叠统侵蚀面鼻状构造轴部西北翼的1口探井,是以氮气为介质,采用欠平衡技术钻的井,对须二、须四层位进行射孔试油。在井口带压情况下,下入320 m 89型全通径射孔枪及压力起爆器,用氮气加压到8.7 MPa,一次起爆成功。

起爆后油压迅速上升,说明油套已沟通,射孔枪已形成了长的筛管,为后续施工提供足够的通道。经测试,产油19 t/d,产气3.77×104m3/d,而该井邻近井同产层且储层参数相当的包浅13井的测试产量为1.55×104m3/d,施工效果明显。

2.4 WBQ2-×井应用情况

WBQ 2-×井是四川油气田重点开发井,位于宣汉县五宝镇。该井井况复杂,施工风险大,井斜度为34.78°,同时下面一层已经射孔有天然气,并存在井漏现象。此外射孔井段长达245 m,不允许射孔后丢枪。油公司要求采用既可带压射孔又能一次性完井的射孔管柱。该井是油管加压,全通径压力起爆器只能放在射孔枪的上部;管柱中投棒开孔装置为备用,若射孔失败代替筛管取管柱用。

该井进行油管加压起爆,压力显示13 M Pa快速回零,点火成功,起爆之后井口油压迅速上升,之后启用2条放喷管线点火放喷,井口仍有8 M Pa的压力存在。该井测试产量产能达65×104m3/d,是该区块产量最高的1口井。这么高的产能与全通径射孔枪形成的245 m长筛管的流通性能良好有关。

3 结论与认识

(1)全通径射孔工艺技术实现了与一次性完井管柱联作、与酸化(加砂)压裂联作、与复合射孔技术联作,能满足生产测井、欠平衡条件井、大斜度老井需补孔井的施工要求,可作为负压阀实现负压射孔,同时,也可代替隔板传爆装置实现环保射孔作业。

(2)本文叙述的7项应用技术,能满足地质和工程2个方面的需求,并在现场应用中取得较好的作业效果。

(3)该技术只能在直井、大斜度井内作业,还不能很好解决水平井射孔作业。

(4)该技术不需提出射孔作业管柱或丢枪作业就可完成后续作业,降低储层伤害,保护了油气产层,缩短试油周期,提高完井效率。

[1] 袁吉诚,唐 凯,罗苗壮,等.全通径射孔应用技术研究[J].测井与射孔,2007,2:77-80.

[2] 陈 锋,唐 凯.全通径射孔与加砂压裂联作技术及其应用[J].天然气工业,2008,11:56-58.

[3] 万仁溥.现代完井工程 [M].2版.北京:石油工业出版社,2000.

[4] 李道品.低渗透油田高效开发决策论[M].北京:石油工业出版社,2003:235-238.

[5] 陈 锋,姜德义,唐 凯,等.欠平衡钻井条件配套的射孔工艺技术[J].测井技术,2006,30(1):22-24.

Application of Full-bore Perforation Technology

TANG Kai,LUO M iaozhuang,CHEN Feng,CHEN Huabin,REN Guohui
(Well Logging Company,CNPC Chuanqing Drilling&Exploration Engineering Corporation,Chongqing 400021,China)

Full-bo re perfo rating technology allow s carrying out p roduction logging,p roduction incrementmeasures and other follow-up operationsw ithout pulling out string o r dropping perforating gun,because the entire operating string fo rm ing path is equivalent to tubing inner diameter after perforation.Introduced are seven app lications of this technology:combination operation w ith one-time comp letion string,combination operation w ith acidification(sand-up)fracturing, combination operation w ith composite perforating technology,in under-balanced well perfo ration, in high-deviated old w ell re-perfo ration,being valve fo r negative p ressure perfo rating and rep lacing clapboard exp losive devices to realize environmental p rotection perforating.Analyzed are the p ractical app lications in 4 w ells from Sichan oilfield and Tarim oilfield.Field app lications show that the technology can reduce formation damages,p rotect oil and gas p roduction levels,shorten testing time,imp rove the w ell-comp letion efficiency and p rovide an effective perfo rating method for oil and gas field exp loration and development.

full-bo re perfo rating,acidification fracturing,sand-up fracturing,high-deviation well,composite perforating

1004-1338(2010)05-0496-05

TE257.1

A

唐 凯,男,1975年生,高级工程师,长期从事射孔工艺研究工作。

2010-02-08 本文编辑 王小宁)