采氣井負壓射孔管柱及推廣應用

孫國海 袁沖 張廣輝 張偉

摘 要：天然氣是本世紀優質、高效、清潔的新能源，以其節能、環保、經濟、方便的優勢備受世界各國的關注。我國已列為二十一世紀經濟和環保重點推廣的新能源。加快天然氣的開發利用，對改善能源結構保護生態環境、提高人民生活質量、節約能源具有十分重要的戰略意義。隨著天然氣需求量的不斷增長，對地層天然氣的開采也隨之進入了快車道。由于天然氣埋藏在地下的封閉地層中，為了對封閉地層中的天然氣進行開采，可以將射孔管柱下至氣層，通過射孔管柱上的射孔槍射開套管及封閉地層，以實現天然氣的開采。正壓射孔易污染地層，使射孔后不能自噴生產，甚至壓死地層。常規負壓射孔需要在射孔前將套管內射孔液面降低至合理負壓高度，費時費力，且不適用于井筒縱向射開多產層的天然氣開采。針對上述情況，我們提出了采氣井負壓射孔管柱優化結構，目前已在大港油田采油二廠地區推廣應用，施工成功率達到了100%，并申請了國家實用新型專利。

關鍵詞：天然氣;開采;射孔;負壓射孔;推廣應用;專利

1 常規氣層射孔

1.1 正壓射孔

采油二廠地區氣層射孔方式普遍采用正壓射孔的方式。由于該地區地層壓力系數相對較低，氣層壓力一般不是很高，對于井筒縱向有已射開的層位的井，施工前一般采用密度大于等于1.0g/cm3的壓井液進行壓井，然后進行油管傳輸射孔作業;對于空井筒的井需要射開氣層時，一般井筒射孔液為清水，且液面在井口。相對于低壓氣層，也屬于正壓范疇。氣層正壓射孔后，一般均需進行誘噴作業，方可自噴生產。目前應用較多的誘噴方法為氮氣誘噴，該方法為射孔后通過注入高壓氮氣將井筒射孔液排出，降低井筒液面高度，從而使井筒壓力低于地層壓力，達到氣井自噴的目的。正壓射孔最大的缺點在于射孔后壓井液易對地層造成污染，甚至壓死地層。使用氮氣排液誘噴無形中增加了開采成本。例如：莊1501井，封層、補層單采氣，射孔井段1172.94-1175.94m，射孔液為清水，補孔后觀察4小時，油套無壓力，清水反循環洗井出口無油氣顯示。采用液氮反舉排液10方，放出井內氮氣后，油壓升至5.2MPa，套管升至5.7MPa，自噴天然氣生產。

1.2 負壓射孔

常規負壓射孔，在射孔前需要將井筒壓力降至低于地層壓力，通常為降低井筒液面高度的方法降低井筒壓力，需要射孔前下入管柱，通過高壓空氣或氮氣進行排液，將井筒液面將至一定深度。然后進行射孔作業。該方法在二廠地區較少使用。

2 負壓管柱氣層射孔

2.1 負壓射孔管柱結構及原理

負壓射孔管柱結構為：射孔槍+安全槍+起爆裝置+油管1根+投棒開孔裝置+油管4根+定位短節+油管+Y211（或Y221）封隔器+安全接頭+油管+射采聯作泵+滑套泄油器+油管（至井口）。

原理：將射孔管柱下至射孔深度，由于射孔管柱為封閉狀態，下管柱過程中，根據負壓值加入合適高度的液墊。封隔器座封，將油套環空內液柱分隔為兩段，封隔器下部至預射層的環空壓力低于預射地層壓力，投棒點火射孔，此時油管、封隔器下部油套環空與射孔地層連通，由于射孔地層壓力高于油管內液柱壓力及封隔器下部環空壓力，故地層中的天然氣進入封隔器下部油套環空后沿油管通道噴出井口，形成自噴。若不能形成自噴，則可投入泵底閥，下入活塞，靠射采聯作泵進行生產。

2.2 應用負壓射孔管柱的施工步驟

①搬遷、安裝;②壓井：如井筒有射開層位，則選擇合適密封的壓井液進行壓井;③起出原井管柱;④沖砂：根據設計要求選擇是否沖砂;⑤通井：根據套管內徑選擇合適的通井規通井至預射孔層位以下50m，或設計要求位置;⑥刮削試壓：選擇合適的套管刮削器，刮削至通井深度或設計要求位置，封隔器座封位置及射孔層位要求反復刮削3次以上，徹底反循環洗井后對管柱試壓21MPa，保證油管密封性;⑦套管試壓：下入封隔器對水泥返高以上套管進行試壓，保證井筒密封性完好;⑧射孔：將負壓射孔管柱下至射孔層位，磁定位校深，座封封隔器，投棒點火;⑨若自噴則自噴生產，若不自噴則投泵底閥，下入活塞生產。

2.3 負壓射孔管柱應用優勢

①使用該射孔管柱進行氣層補孔，大大提高了自噴成功率;②射孔前在井筒形成負壓環境，有效防止了射孔后井液進入地層，造成地層污染;③射孔后不用氮氣排液就能形成自噴，節約了開采成本;④該管柱為射采聯作結構，若不自噴，直接就可以下入活塞投產，節省了勞動強度及成本。

3 負壓射孔管柱推廣應用

2017年以來，采油廠積極響應“天然氣快上產”的號召，圍繞氣井措施開展技術攻關，改變以往的常規射孔方式，實現了采油廠首口采氣井負壓射孔工藝的成功。目前已在二廠地區實施6井次，施工成功率達到了100%，節約因液氮排液產生的費用20余萬元。其中，莊5-10-4井，射孔后油壓7.1MPa，自噴生產，日產天然氣3000余方。莊6-13-5井，射孔后未自噴，投泵底閥后下入活塞生產，產液8方后轉自噴生產，3mm油嘴，油壓9MPa，日產天然氣9000余方。