渤中34-2油田復合射孔事故初探

張 飛,李君寶,王曉龍,金 鑫,張彬奇,陳 欣,徐 鯤

(中海油能源發(fā)展監(jiān)督監(jiān)理技術公司,天津塘沽 300452)

渤中34-2油田復合射孔事故初探

張 飛,李君寶,王曉龍,金 鑫,張彬奇,陳 欣,徐 鯤

(中海油能源發(fā)展監(jiān)督監(jiān)理技術公司,天津塘沽 300452)

渤中34-2油田P10井為一口調整井,屬于正常溫度、壓力系統,孔隙度較低,近井帶污染比較嚴重,完井射孔方式采用復合射孔。針對射孔作業(yè)中出現減震器上端油管擠癟、RTTS封隔器水力錨和膠筒損壞、點火棒卡于封隔器芯管內等現象,從管柱設計、負壓選擇、管柱材質、現場施工管理等方面對此次事故進行分析,并提出相關建議,對射孔作業(yè)中類似事故的應對及處理有一定的指導意義。

完井工程;復合射孔;封隔器膠筒損壞;油管擠癟

1 油田概述

渤中34-2油田是一個以構造層狀油藏為主、部分為受巖性控制的復合式油氣田。北塊Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ油組為縱、橫向上分布穩(wěn)定且具有統一油水界面的構造層狀油藏,油水界面為海拔-3 472 m。渤中34-2-P10是渤中34油田一口調整井,共鉆遇2套含油層系:東營組和沙河街組。沙河街組為主要含油層段,巖性組合為含礫砂巖、砂巖、細粉砂巖與泥巖不等厚互層。自上而下劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四個油組,油層埋深為3 150～3 500 m。其中沙河街Ⅰ、Ⅱ油組分布比較穩(wěn)定,Ⅲ、Ⅳ油組缺失。Ⅰ油組鉆遇油層厚度21.8 m,平均孔隙度11.74%,滲透率114.5×10-3μm2;Ⅱ油組鉆遇油層厚度26.5 m,平均孔隙度11.99%,滲透率112.05×10-3μm2。因本井孔隙度較低,近井帶污染比較嚴重,完井射孔方式采用復合射孔[1]。

2 渤中34-2-P10射孔作業(yè)描述

2.1 井身結構及射孔器材

渤中34-2-P10井的套管程序如下:Φ762 mm隔水導管×90 m+Φ339.7 mm表層套管× 598.0 m+Φ244.5 mm技術套管×2895.0 m+ Φ177.8 mm尾管×(2 750.0～3 813.0 m)。

本井采用油管輸送、大負壓返涌射孔技術,管柱中設計負壓閥,通過鉆具內外液柱壓差來實現負壓控制,負壓值的選擇以不卡槍為原則盡量接近設計負壓值。管柱結構及下入順序為:

(1)液壓延時點火頭+Φ127 mm射孔槍41根;(2)液壓延時點火頭+壓力傳感接頭;(3)Φ73 mm EUE厚壁油管1根;(4)負壓閥(關閉);(5) Φ73 mm EUE厚壁油管1根;(6)減震器Φ73 mm EU B×P;(7)Φ73 mm油管短節(jié)Φ73 mm EU B ×P;(8)變扣接頭Φ73 mm EU P×310;(9)RTTS封隔器311×310;(10)安全接頭311×310;(11)震擊器311×310;(12)Φ121 mm鉆鋌3柱311× 310;(13)放射性標記接頭311×310;(14)Φ121 mm鉆鋌1柱311×310;(15)Φ89 mm鉆桿311× 310;(16)變扣311×410;(17)Φ127 mm鉆桿。P10井射孔器材數據見表1,射孔段數據見表2。

表1 渤中34-2-P10井的基本數據Tab.1 the basic data of Bozhong 34-2-P10 well

表2 渤中34-2-P10井復合射孔段數據Tab.2 Compound perforated well data of Bozhong 34-2-P10 well

2.2 復合射孔工藝簡述

復合射孔技術是聚能射孔技術與復合推進劑技術的有機結合,是將兩種性質完全不同的高能量火藥和炸藥作為能源作用于地層,達到解堵、造縫,最終增產的目的[2]。

復合射孔比普通射孔作業(yè)具有以下特點:(1)壓力峰值高、加載快,在孔眼周圍形成網狀裂紋; (2)破除近井污染帶、增加滲流面積;(3)效率高,一趟管柱即可實現射孔、復合壓裂雙重作用,成本低。

復合射孔適用產層有:(1)低孔隙度的裂縫致密巖、不含泥質的白云巖或有垂直裂縫的非均質灰?guī)r;(2)有粉砂巖和泥質夾層的不含泥質砂巖; (3)近井帶滲透表面在鉆井、試油、采油過程中被嚴重堵塞。

2.3 復合射孔器材結構

復合射孔器材的結構與其它產品的區(qū)別主要在彈架結構和含能材料的裝藥結構[3],如圖1所示。

本產品在每米射孔槍內裝彈數量為40發(fā)(型號為692D-127H-2型的深穿透射孔彈,重25 g),彈間距僅52 mm。含能材料制成筒狀結構,固定在射孔彈的彈架外,形成復合射孔彈架整體,裝配在射孔槍內,組成復合射孔器。

圖1 高孔密復合射孔彈架結構示意Fig.1 Schematic diagram of high-density compound perforation

2.4 射孔作業(yè)步驟簡述

P10井射孔作業(yè)中射孔槍下至預定位置后,電測校深,井口配長達到射孔深度要求后,連接測試樹、方井口和地面管線,關萬能放噴器,環(huán)空加壓點火(1 792.7 kPa×1 min),迅速放壓,5 min后井口感覺到震動和響聲。隨后將射孔槍起出射孔段,坐封RTTS封隔器,投點火棒砸負壓閥,投棒后等待大約30 min后,有氣體溢出,判斷槍體內外溝通完成。射孔作業(yè)完成,反循環(huán)完井液壓井直至返出無油氣。

起出射孔管柱時發(fā)現:(1)射孔槍上端油管出現嚴重凹陷變形(圖2);(2)Φ177.8 mm RTTS封隔器水力錨、膠筒損壞(圖3、圖4);(3)點火棒被卡在RTTS封隔器水力錨芯管內,負壓閥未打開(圖5)。

3 渤中34-2射孔事故分析

射孔槍彈在瞬間爆破燃燒時產生的巨大能量作用于地層的同時部分壓力上竄,壓力沒有地方宣泄而作用于有限環(huán)形空間管柱上,壓力超過封隔器水力錨芯管抗擠壓強度,產生變形凹縮[3];壓力從水力錨傳壓孔進入芯管與水力錨之間,將芯管擠壞。同時,封隔器和減震器在強度和材質方面的弱點也有可能是造成此次射孔事故發(fā)生的原因之一。針對出現的現象從以下幾個方面進行分析。

3.1 射孔瞬間能量分析

圖2 擠癟的射孔厚壁油管Fig.2 Squeeze deflated tubling

圖3 RTTS封隔器水力錨破損Fig.3 RTTS packer hydraulic anchor damage

圖4 RTTS膠皮、擋環(huán)破損Fig.4 RTTS rubber,retaining ring broken

圖5 點火棒卡于RTTS芯管內Fig.5 Ignition stick card in RTTS core tube

Φ177.8 mm RTTS封隔器水力錨、膠筒損壞以及油管擠癟,原因之一為封隔器距離射孔彈距離太近,僅26.77 m,壓力緩沖空間有限。通過對復合射孔特點的分析,結合管柱結構計算得出結論:應適當增加封隔器與射孔彈頂部第一發(fā)彈距離,釋放壓力空間大,單位面積受壓降低。復合射孔相關參數詳見表3。

表3 渤中34-2-P10復合射孔相關參數Tab.3 Compound perforation related parameters of Bozhong 34-2-P10 well

此井所用射孔彈為低碎屑、深穿透,彈殼為鋅鋁材料制成的。該材料在射孔時,隨著射孔爆轟而燃燒,在槍體內也會產生一定的壓力。不管采用何種射孔技術,使用鋅鋁殼射孔彈時一定要考慮鋅鋁材料燃燒所產生的壓力對槍體抗爆力的影響。

3.2 負壓選擇分析

此次設計負壓值為8.36 MPa,在射孔瞬間,考慮由復合火藥爆炸產生的巨大能量瞬間分壓達到32.8 MPa和靜液柱壓力達到33.098 MPa,以及在復合射孔中未考慮起出射孔段的鉆桿對所造負壓的影響,其影響相當于增加了201 m的深度,負壓值增加2.03 MPa,所以產生的實際負壓為8.36+2.03=10.39 MPa。此時,作用在RTTS封隔器芯管上的力為P環(huán)空分壓+P負壓=32.8+ 10.39=43.19 MPa。

實際產生的負壓加劇了對射孔管柱芯管的破壞。而按照復合射孔p-t實驗曲線分析[4],環(huán)空增壓一般會在射孔作業(yè)瞬間之后0.1～0.2 ms出現疊加,火藥量在射孔彈壓力的瞬時耐壓可達62～70 MPa,基本到達封隔器芯管的耐壓差69 MPa。因此建議復合射孔作業(yè)中選擇合適的負壓值。管柱設計中考慮在深井復合射孔能量太大,釋放空間有限,將會在整個射孔管柱中尋找弱點突破,從而產生射孔槍上第一根油管發(fā)生嚴重變形、封隔器膠皮擠破、工作筒扶正塊擠癟等現象。

3.3 材質分析

3.3.1 RTTS封隔器

經過工具拆卸現場分析,復合火藥產生的巨大能量以壓力的形式作用于環(huán)形空間內,壓力從扶正塊間的傳壓孔釋放[4],封隔器芯管抗擠強度僅為69 MPa,芯管強度小于復合火藥產生的能量,因而芯管擠癟。致使點火棒被卡死在RTTS封隔器水力錨處芯管內,負壓閥未被打開。而在實際作業(yè)中,地層射開后產生的分壓通過傳壓孔將芯管擠癟,通過擠癟空間與射孔管柱內空間建立聯絡通道。

3.3.2 減震器

減震器是利用橡膠筒的可壓縮性來減輕射孔瞬間管柱的震動。射孔槍的重量由中心管中部的大直徑臺階壓到下面的六個膠環(huán)上,上部的六個膠環(huán)不受力,當射孔槍引爆時,中心管上行,大直徑臺階加力到上面六個膠環(huán),膠環(huán)的彈性緩沖了向上的震力,下落時,下面的膠環(huán)也會緩沖震力。上接頭的“O”圈能保持內外的密封。

由于其膠環(huán)或膠筒室與外筒外面相通,泥漿能進入膠環(huán),膠筒室使用時間長,出現銹跡。滑動摩擦力增大,會影響減震效果。卸開后發(fā)現中心管上、下有大量銹跡,未清洗干凈,工具保養(yǎng)檢查不到位。

3.3.3 油管

Φ73 mm EUE油管壁厚7.01 mm,抗擠壓強度95.7 MPa,該油管被擠扁的原因是槍體內的壓力迅速釋放到環(huán)空中并與環(huán)空壓力疊加,使環(huán)空壓力升高,形成環(huán)空壓力大于油管抗擠壓強度。

在復合射孔的瞬間,壓力分為兩部分:內壓和外壓,外壓部分以環(huán)空壓力的形式體現。復合射孔中的環(huán)空壓力,主要由射孔火藥燃燒產生的燃氣所形成,還包括地層的靜態(tài)壓力。而地層壓力過高會導致以下結果:

(1)射孔過程產生的較高環(huán)空壓力難以向地層釋放,使環(huán)空壓力居高不下;若射孔槍內火藥繼續(xù)燃燒輸出壓力,則使環(huán)空壓力持續(xù)升高;

(2)居高不下或持續(xù)升高的環(huán)空壓力,反過來導致射孔槍內燃氣壓力泄出速度低于生成速度,造成槍內壓力急劇升高、火藥燃速急劇加快,將更高的燃氣壓力排向環(huán)空,使環(huán)空壓力進一步升高。

3.4 現場施工管理

現場施工過程中應及時與服務商溝通,對相關器材提前確認檢查、保養(yǎng)達到要求。審核相關工具或服務內容檢查報告,資質證書等,保證在作業(yè)過程中安全可靠。

4 建議

復合射孔是一個系統工程,涉及到的專業(yè)多,包括火工、機械、流體力學、結構力學、射孔、油藏地質、壓裂等。通過分析計算,結合本次現場施工中出現的復雜情況,提出一些建議,以確保該技術與現有工藝、地質情況等配套,使施工作業(yè)更安全、更可靠。

(1)TCP作業(yè)中封隔器與射孔槍上端之間需6根油管距離(50～100 m)連接,防止瞬間爆轟波和大負壓產生的能量釋放空間有限,能量無法釋放,破壞損傷封隔器和相應的射孔管柱。

(2)在Φ177.8 mm套管井射孔放噴時采用Φ244.5 mm套管井和Φ244.5 mm RTTS封隔器。

(3)增設兩個減震器,從而增加減震效果。

(4)減震器上的油管選用厚壁油管,從而使其抗擠性能增加。

(5)選用對溫度壓力適應性高的管材,如果現場條件不能滿足則需要建議在復合射孔中,選用合適負壓值,不應單方面考慮大負壓返涌而選取大壓差。

(6)復合射孔不宜在長井段,多井段帶夾層槍作業(yè),以免發(fā)生壓扁夾層槍、卡槍或者損傷套管事故。

[1]萬仁溥,羅英俊.采油技術手冊[M].北京:石油工業(yè)出版社, 1989.

[2]萬仁溥.現代完井工程(第二版)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2000.

[3]周志華,譚忠健,劉富奎.高孔密復合射孔技術研究[J].測井技術,2006,30(1):19-21.

[4]中國石油學會測井專業(yè)委員會射孔分會.2004年射孔年會論文集[C].西安:第二屆中國石油學會測井專業(yè)委員會射孔分會年會,2004:25-42.

A preliminary discussion on perforation accident in Bozhong34-2 Oilfield

Zhang Fei,Li Junbao,Wang Xiaolong,Jin Xin,Zhang Binqi,Chen Xin,Xu Kun
(CNOOC Supervision and Technology Company,Tanggu300452)

Bozhong34-2-P10 is an adjust well,being normal temperature and pressure systems.Due to the low reservoir porosity in this well,and the serious pollution of near-wellbore,compound perforation has been used.Through analysis of the phenomena during perforating operation,such as the upper shock absorber tubing extrusion deflated,RTTS packer hydraulic anchor and damage of plastic tubes,fire stick cards in the core tube packer,accident analysis has been conducted from the column design,unbalanced selection,tools analysis,on-site construction management and other aspects.In addition,on the basis of the analysis results,relevant recommendations and suggestion on the perforating operation and handling of similar incidents have been put forward.

completion engineering;compound perforation;the damaged of packer rubber;tubing extrusion deflated

book=6,ebook=89

TE257+.1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.02.100

1008-2336(2010)02-0100-05

2010-02-25;改回日期:2010-03-31

張飛,1983年生,男,工程師,2006年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學采礦工程專業(yè),現從事完井監(jiān)督工作。E-mail:zhangfei2@cnooc. com.cn。