連續油管分簇射孔技術發展現狀

陳建波

(中國石油川慶鉆探工程公司測井公司 重慶 400021)

·綜 述·

連續油管分簇射孔技術發展現狀

陳建波

(中國石油川慶鉆探工程公司測井公司 重慶 400021)

介紹了國內外連續油管分簇射孔技術最新發展動態，主要有以下四種方式：連續油管內置光纖或電纜的分簇射孔技術；采用連續油管點火傳爆系統的分簇射孔技術；采用倒計時或脈沖壓力激發的智能點火頭的連續油管分簇射孔技術；采用智能點火頭和壓控開關組合的連續油管分簇射孔技術。通過對國內外技術現狀的分析，提出了我國今后在頁巖氣等非常規油氣開發中連續油管分簇射孔的發展方向。

連續油管；分簇射孔；智能點火；油氣井；頁巖氣

0 引 言

連續油管輸送射孔技術是非常規油氣藏開發的關鍵技術，在頁巖氣水平井復合橋塞分段水力壓裂改造過程中，第一段射孔一般需要使用連續油管進行多簇射孔，第一層壓裂完成后，才能進行復合橋塞泵送作業。根據資料統計，2012年北美頁巖氣水平套管井第一段完井方式中，連續油管輸送射孔占到91%，爬行器輸送射孔占到4.2%，鉆具傳輸射孔占到0.8%，壓裂滑套等其他方式占到4.4%。雖然在四川盆地威遠作業區，有少量的頁巖氣井第一段采用壓裂滑套的方式進行不射孔壓裂，但現場應用效果不理想。連續油管輸送射孔技術以其技術的成熟和相對低廉的作業成本等優勢，仍然是非常規油氣藏開發第一段射孔的首選技術。然而，由于射孔跨度一般比較大，往往無法一次下井點火完成對第一段的多簇射孔施工作業，這就需要連續油管多次起下完成整段的射孔作業，增加了作業時間和施工成本，也降低了連續油管的使用壽命。裴楚洲提到在JY9-2HF采用了一種連續油管分簇作業方式，但一次下井最多只能采用兩簇射孔點火作業[1]。

除此之外，隨著頁巖氣開發的逐漸深入，所采用的電纜泵送分簇射孔技術也面臨著一系列的技術難題。如我國的頁巖氣藏地質條件具有地下結構復雜，褶皺強烈，儲層埋藏深等特點，其中四川盆地頁巖氣埋藏深度大多數接近或者超過3 000 m，而且由于水平井鉆井技術的提高，井內水平段不斷加長，部分井深已經突破5 000 m。部分頁巖氣井存在井筒狗腿度大、井眼軌跡上傾等不利因素，而且隨著體積壓裂段數的不斷增多，井內套管出現變形、套管破損或井筒內有沉沙等一系列的復雜情況，導致電纜泵送分簇射孔泵送困難、管串遇阻或遇卡等情況產生，往往需要具備更大輸送能力和處理能力的連續油管才能滿足需求。

針對上述情況，迫切需要一種新的射孔技術，即連續油管輸送分簇射孔技術，這里主要指滿足連續油管一次下井三簇及三簇以上分簇射孔作業的技術。調研發現，國內外的連續油管輸送分簇射孔技術主要有以下四種方式，下面將進行詳細敘述。

1 連續油管內置光纖或電纜的分簇射孔技術

連續油管內置光纖或電纜分簇射孔技術不改變電纜泵送分簇射孔器結構、連接及點火方式，但需要連續油管穿光纖或電纜裝置和技術。美國NOV公司(國民石油公司)目前有該裝置出售，國內杰瑞、勝利高原、江漢四機廠三家公司能提供連續油管穿電纜技術服務。論文SPE119365介紹了一種利用連續油管內置電纜的分簇射孔技術，該技術能在地面直接獲取數據并對連續油管深度進行精確控制、電點火射孔以及應用開關控制選擇性地引爆射孔槍[2]。論文SPE94125介紹了一種采用塑料涂層的“E-line”連續油管分簇裝置和技術，該技術在阿曼的一個碳酸鹽巖油田得到了成功應用，提高了油田產量[3]。

現有依靠電纜進行信號傳輸和控制的分簇射孔技術主要依靠靈活可靠的電子編程技術，實現一次下井多次點火作業，具有設備簡單可靠、時效高等突出優點。目前，國內已經形成了比較成熟的電纜輸送分簇射孔與橋塞聯作工藝技術，在水平段2 000 m，井筒條件良好的作業條件下進行了數百井次的成功作業。連續油管內置光纖或電纜分簇射孔技術的關鍵就是配置光纖或電纜的連續油管設備。

斯倫貝謝的連續油管內置光纖技術及組成結構如圖1所示。連續油管用光纖一般被封裝在0.071 in(1 in=25.4 mm)(1.8 mm)外徑因康鎳合金的管內，它的重量非常輕，只有的電纜重量1/20，光纖管本身具有抗腐蝕性，適于井底環境作業，耐溫能達到300℉(149℃)。光纖所占連續油管的內徑空間很小，減小了對泵量的影響。該技術已在阿拉斯加Kuparukr Prudhoe灣、馬來西亞、加拿大、阿曼等國進行了150多井次的各類試油完井作業。

圖1 連續油管內置光纖示意圖

連續油管內置電纜利用電纜傳輸數據，給井下電子選發塊發出查詢、控制和點火指令，由地面控制系統完成所有簇的點火作業。由于光纖或電纜傳輸的數據量很大，因此可以實現對連續油管深度的精確定位，具有其它方式不具備的作業優勢。

2 采用連續油管點火傳爆系統的分簇射孔技術

論文SPE143354介紹了一種采用連續油管點火傳爆系統的分簇射孔技術[4]，其下井管串如圖2所示。

1-投球起爆裝置；2-射孔槍；3-連油點火傳爆組件；4-延時火藥；5-射孔槍；6-連油點火傳爆組件；7-延時火藥；8-射孔槍；9-篩管；10-壓力起爆裝置；11-坐封工具；12-橋塞圖2 連續油管點火傳爆系統組成

這套管串在連續油管輸送頁巖井中得到普遍使用。射孔作業程序如下：下管串，使橋塞對準坐封層位；環空加壓至超過靜液柱壓力2 500 psi(1 psi=6.89 kPa)，起爆壓力起爆裝置；坐封橋塞；提升連續油管到射孔層位，加壓測試橋塞；投球坐封投球起爆裝置，加壓點火第一根射孔槍；提升連油到下一簇射孔層位，等待6 min延時火藥燃燒；第二根槍點火射孔；提升連油到下一簇射孔層位，等待6 min延時火藥燃燒；第三根槍點火射孔；提升連油到下一簇射孔層位，等待6 min延時火藥燃燒；第四根槍點火射孔。如果還有射孔槍，則重復上述步驟直到所有射孔槍點火射孔。最后將管串起出。

這套系統采用了HTD起爆系統(水平延時起爆輔助順序傳爆)，當第一根射孔槍起爆后，剩余的其它所有槍都會被順序起爆。因此，一但第一根射孔槍作業完成后，必須在設定的時間內提升管串到下一簇射孔層位避免射孔順序發生錯誤。

目前，該套系統已經成功使用上百井次，包括15 700套連續油管點火傳爆系統和90 000發射孔彈，為水平井射孔作業提供了更為便捷的方式。

3 采用智能點火頭的連續油管分簇射孔技術

隨著電子技術的發展，智能點火頭應運而生。該技術充分應用了電子裝置的可控制性、靈活性和精確性，由此給射孔行業帶來了一場新的技術變革，一種連續油管分簇射孔技術正是基于智能點火頭構建的。點火頭可以采用時間或臨界壓力/溫度來激發。同時也可以采用一系列的壓力脈沖或震動來激發。為了保障地面安全，一般帶有溫度壓力開關。其工作流程一般如圖3所示。

目前，具有智能多級點火頭的有斯倫貝謝、哈里伯頓、Probe等公司[5,6]。斯侖貝謝的智能點火頭外徑為44 mm，長度為1.88 m，耐溫177℃，耐壓172 MPa,電池耐用240 h，而且能承受最大不超過500 g的沖擊加速度。哈里伯頓103 MPa的智能觸發裝置外徑為43 mm，長度為1.52 m，耐溫157℃，延時時間5 min到36 h,電池耐用216 h。206 MPa的智能觸發裝置外徑為54 mm，長度為1.42 m，耐溫157℃，延時時間5 min到36 h,電池耐用216 h。Probe的智能點火頭外徑為43 mm，長度1.93 m，耐溫175℃，耐壓105 MPa。

配備智能點火頭的連續油管下井管串示意如圖4所示。

圖3 連續油管智能點火頭工作流程

圖4(a)采用多個智能點火頭+分簇射孔電子選發塊的方式，可以采用倒計時或壓力脈沖的激發方式，每個智能點火頭控制每簇射孔槍的點火和起爆。圖4(b)采用一個智能點火頭+分簇射孔電子選發塊的方式，需要采用復雜的電子編程才能實現依次分簇點火作業。

圖4 采用智能點火頭的兩種下井射孔管串

4 采用智能點火頭和壓控開關的連續油管分簇射孔技術

圖5 下井管串示意圖

該技術是基于壓力控制式多級點火開關和Probe公司推出的智能點火頭開發的[7,8]。Probe智能多級起爆器或點火頭是在Probe智能起爆器(EFH)基礎上發展而來的產品，與智能起爆器遵循著同樣的操作要求。與智能起爆器相同，多級起爆器也能通過編程發送確定的點火指令。多級起爆器一旦接收到點火信號，即可通過正負極轉換，按照用戶設定的延遲間隔，最多起爆20級。多級起爆器有一個板載電容放電模塊，能夠起爆雷管和點火頭。其組合管串如圖5所示。

圖5中，所有管串組裝完成后，下入井中預定位置。先用正負點火雙極點火開關的負極點火功能對第一支射孔槍進行點火作業，點燃雷管和射孔槍。作業完成后，上提到第二簇位置，用正負點火雙極點火開關的正極點火功能對第二支射孔槍進行點火。點火完成后，井內液體導通負向點火開關，對第三支射孔槍進行負電點火。點火完成后，井內液體導通正向點火開關，對第四支射孔槍進行正電點火。如此正、負點火循環，依次完成所有簇的點火作業。

5 結 論

連續油管輸送分簇射孔技術一次下井可以完成橋塞坐封和多簇射孔，可大幅提高施工時效，降低作業成本，滿足水平井分簇射孔中一系列的復雜工程需求，為頁巖氣、致密油氣等非常規油氣藏高效開發提供技術支撐。綜合上述國內外現狀分析結果，提出以下兩點建議：

1)優先發展連續油管內置光纖或電纜的分簇射孔技術，該技術可以利用現成的分簇射孔系統，具有技術簡單、配套容易等優點，可以快速滿足頁巖氣等非常規油氣開發的需求。

2)進一步發展采用智能點火頭的連續油管分簇射孔技術，該技術復雜，但由于不需要對連續油管作業裝備進行改造，而且具有靈活可靠的作業優點，是未來連續油管分簇射孔技術發展的一個重要方向。

[1] 裴楚洲.連續油管分簇射孔技術及應用[J]. 天然氣工業，2014,34(1):1-3

[2] SALSMAN A D, NEYAEI F. Minimize risk and improve efficiency associated with electric coiled tubing perforating operations[C]. SPE119365.2009.

[3] SANTHANA K, Stan J, GISBERGEN V. Eliminating multiple interventions using a single rig-up coiled-tubing solution [C]. SPE94125.2008.

[4] LAGRANGE T, BARTON J, ANDRICH L. Coiled-tubing-conveyed perforating in shale[C]. SPE143354,2011.

[5] Schlumberger. eFire electronic firing head system.[Z].2004.

[6] Halliburton. Intelligent trigger device.[Z].2010.

[7] Dynaenergetics. Multi-fire electronic firing head user manual1.0[Z].2015.

[8] Hunting Energy Service. Hunting Tian complete catalog brochuresV9.1.[Z].2012.

Current Situation of Coiled-Tubing-Conveyed Cluster Perforating Technology

CHEN Jianbo

(CNPCCCDCWellLoggingCompany,Chongqing400021,China)

The developing course and current situation of coiled-tubing-conveyed cluster perforating technology are introduced, which include the coming 4 types: 1) coiled-tubing-conveyed cluster perforating technology with built-in optical fiber or wire line, 2) cluster perforating technology with coiled tubing booster ignition system, 3) coiled-tubing-conveyed cluster perforating technology with eFire electronic firing head system excited by countdown or pressure pulse, and 4) coiled-tubing-conveyed cluster perforating technology with eFire electronic firing head system and pressure operated switch. By analyzing the current situation of this technology domestic and abroad, the development trend of coiled-tubing-conveyed cluster perforating technology is put forward for the unconventional oil and gas development such as shale gas and so on.

coiled-tubing; cluster perforating； intelligent firing; oil well; shale gas

陳建波，男，1981年生，工程師，碩士研究生，主要從事射孔技術研究及應用工作。E-mail:chjbo_cj@cnpc.com.cn

TE257+.1

A

2096-0077(2017)03-0007-04

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.03.002

2016-09-07 編輯：姜 婷)