海上油田特色射孔工藝技術研究與應用

張啟龍 梁月松 陳立強 孟凡華 侯新旭

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司. 海洋石油高效開發國家重點實驗室，天津 300459；2.中海油田服務股份有限公司，天津 300459；3.中海油能源發展有限公司工程技術分公司，天津 300459)

0 引言

射孔作業是指完井鉆井結束，并下入套管固井后，下入射孔管柱，引爆炸藥形成高能射流沖擊套管，利用射流的巨大沖擊力，射穿套管、水泥環和地層，起到溝通地層和井筒的目的，為地下原油流入井筒創造通道[1]。這種完井方式叫做套管射孔完井，其具有以下優勢：

(1)連通條件好，地層流體流向井筒的通道通暢；

(2)套管能夠有效支撐井壁，防止井壁垮塌；

(3)有效封隔油水層，實現層位的分層開采；

(4)井筒條件滿足側鉆要求，為下一步作業創造有利條件；

(5)工藝步驟簡單，成本較低。

鑒于以上優點，套管射孔完井方式成為海上最主要的完井方式之一，但射孔易產生壓實帶并且碎屑易堵塞孔眼，增加射孔作業的表皮系數，從而影響產能。但如果采用較大射孔負壓，雖會降低流動摩阻，但由于海上油田以疏松砂巖為主，較大負壓易造成地層大量出砂，影響單井的生產壽命[2]。為了解決以上矛盾，海上油田逐漸形成一套射孔工藝，既能保證射開地層，減低附加表皮系數，又能降低單井大量出砂的風險。

1 射孔方式分類

1.1 根據傳輸方式分類

根據射孔的輸送方式，電纜射孔、連續油管輸送射孔和油管傳輸射孔(TCP射孔)。電纜射孔是利用電纜下入射孔工具進行射孔作業，其傳輸能力強，能通過電纜信號引爆數百米的射孔段進行射孔，且作業效率較高，但該射孔工藝只適用于井斜較小的井，而海上油田以大斜度定向井為主，因此其在海上應用較少。而連續油管輸送射孔方式利用連續油管進行傳輸射孔作業，其與TCP射孔方式類型，只是利用連續油管代替普通油管，但由于海上平臺空間和吊機工作重量限制，連續油管在海上作業成本較高，且作業深度限制較大，因此在海上油田應用較少。目前，海上油田應用最多的射孔方式為TCP射孔方式，其通過油管進行傳輸，利用投棒或者環空加壓的方式，完成射孔作業，其能夠滿足高孔密、深穿透、大孔徑等射孔要求，可以設置射孔時的壓力以滿足反排要求，且工藝成熟，作業成功率較高，該方式也是國內外各大油田最常用的射孔方式。

1.2 根據壓力分類

根據射孔時井筒內的壓力情況，分為正壓射孔、平衡射孔和負壓射孔。當射孔時井筒的壓力大于地層壓力時，此射孔方式為正壓射孔，該射孔方式能夠有效壓制地層壓力，防止地層流體快速流入井筒而對井筒安全造成威脅，但其會對地層產生較大壓實作用，且使炮彈碎屑等污染物進入地層，從而影響最終產能，因此該射孔方式在海上應用較少。而負壓射孔與正壓射孔相反，其在射孔時井筒壓力明顯小于地層壓力，因此射孔后大量地層流體帶動污染碎屑流入井筒而被排出，保證了井筒的清潔且降低了井筒表皮系數，增加了單井的產量，但是由于井筒壓力小于地層壓力，會導致大量流體流入且易造成管柱出砂，因此其只在井壁穩定的致密砂巖應用較多，而海上油田儲層以疏松砂巖為主，因此其在海上油田應用也較少。海上油田目前常用的射孔方式為平衡射孔，射孔時的井筒壓力約等于地層壓力，從而在井筒安全和清潔之間尋找平衡，為了能夠將射孔后的碎屑等污染物排出，該射孔工藝往往與負壓反涌作業聯合，既保證了井筒安全又降低了井筒表皮。

2 海上常用射孔工藝介紹

根據海上作業特點，海上常用的射孔方式為平衡TCP射孔與負壓反涌聯作，即先用平衡射孔作業打開地層，再利用負壓反涌工藝進行反排，解除射孔污染，分別從射孔參數的優化設計、管柱設計和施工步驟等角度對該工藝進行介紹[3]。

2.1 射孔參數設計

射孔作業關鍵步驟為參數的設計，首先根據地層特征和射孔表皮計算公式，計算不同孔徑下的產能變化，尋找產能最優的射孔孔徑，再計算不同射孔深度下的產能變化，得到產能最優條件下的最優射孔深度，當兩個參數存在矛盾而沒有對應射孔彈時，根據儲層性質進行優選。當儲層為為致密儲層時，孔密和孔深的影響大于孔徑和相位，此時選擇深穿透射孔彈；當儲層為疏松砂巖時，孔徑的影響大于孔密大于孔深大于相位，此時選擇大孔徑射孔彈。

負壓設計時應考慮以下因素：能夠降低射孔壓實污染，降低表皮系數；返排物不應卡死負壓射孔管柱；參考以往類似油、氣井的負壓射孔實踐經驗值；不破壞地層巖石骨架。根據以上因素，利用實驗方法建立了負壓計算公式，最小負壓Pmin=6.89×3.5/(K0.37)，最 大 負 壓Pmax=6.89×2.5/(K0.17)，其中K為地層滲透率，單位為μm2×10-3。設計負壓位于兩者之間。根據作業經驗，有出砂歷史的油田射孔作業時，設計負壓值P=0.8Pmin+0.2Pmax，沒有出砂歷史的油田，設計負壓值P=0.8Pmax+0.2Pmin。

2.2 管柱設計

根據負壓反涌的管柱類型，作業方式分為一趟管柱射孔與負壓反涌聯作和兩趟管柱射孔與負壓反涌作業。一趟管柱射孔與負壓反涌管柱從下往上依次為壓力延時點火頭、射孔槍、壓力延時點火頭、負壓閥、流量閥、RTTS封隔器、震擊器、鉆桿。其采用的引爆射孔彈方式為環空加壓，打開流量閥的方式為投棒砸開負壓閥，其造負壓方式為用油管流量閥到達預計的深度后，鉆桿內打壓關閉流量閥，該點以上的油管都是空氣，從而制造負壓值。而兩趟管柱負壓負壓反涌的管柱從下往上依次為：盲堵、負壓閥、RTTS封隔器、負壓閥傳壓孔、震擊器、流量閥、鉆桿。其采用環空加壓方式，通過傳壓孔穿過封隔器后打開負壓閥，造負壓方式與一趟一趟管柱射孔與負壓反涌管柱一樣。在設計時，井斜較小的井(一般小于70°)采用一趟管柱射孔與負壓反涌聯作方式，而井斜較大的井(一般大于70°)采用兩趟管柱射孔與負壓反涌作業。

2.3 作業流程

一趟管柱射孔與負壓反涌聯作方式的施工步驟為：根據射孔管柱表組裝下入射孔管柱，下鉆到位后測量方余；鉆桿內電測校深，根據校深長度配長；放到射孔位置關閉上閘板和萬能防噴器，環空打壓后穩壓1min，打開防噴器聽到震動后確認射孔成功；打開防噴器將轉注上提到射孔段以上，防止卡槍；射孔作業后，上提一定距離后正轉下壓坐封RTTS封隔器，進行環空試壓；油管連接考克，考克閥關閉，里面裝著點火棒，連接循環頭和方井口；打開考克，點火棒下落將負壓閥打開，進行負壓反涌，污油進入方井口的一個支路進入污油灌；反涌完畢，上提管柱解壓RTTS，關閉萬能防噴器進行反循環壓井，反出的污油進入污油灌，待返出干凈后，進入另一個支路返回泥漿池。

兩趟管柱射孔與負壓反涌作業的施工流程為：根據射孔管柱表組裝下入射孔管柱，下鉆到位后測量方余；鉆桿內電測校深，根據校深長度配長；放到射孔位置關閉上閘板防噴器，鉆桿內正打壓后穩壓1min，打開防噴器聽到震動后確認射孔成功；起射孔槍至射孔段以上，防止射孔槍砂；連接方井口及地面管線，進行反循環壓井洗井，返出原油進污油罐，待返出液基本無原油后，返出液進泥漿池；連接單獨放噴管柱并下入；下鉆到設計流量閥位置，正打壓關閉油管流量閥(造成后續連接的管柱內為空的，從而造成負壓)；繼續下鉆，到位后正轉下壓坐封RTTS封隔器，進行環空試壓；連接方井口及地面管線，然后環空打更高的壓力通過負壓閥開孔傳壓裝置傳遞到封隔器下方的負壓孔并打開；負壓反涌一段時間，返出的污油和水經過油氣分離后進入污油罐；上提解封RTTS，環空補完井液。

目前海上特色射孔工藝已成功在海上油田應用數百口井，在保證井筒安全的基礎上，大幅降低了射孔表皮，從而增加了單井的產量和生命周期，解決了常規射孔工藝存在的缺點，有助于海上油田實現穩產和增產目標。

3 結語

(1)根據海上作業特點，海上常用的射孔方式為平衡TCP射孔與負壓反涌聯作，即先用平衡射孔作業打開地層，再利用負壓反涌工藝進行反排。

(2)井斜較小的井(一般小于70°)采用一趟管柱射孔與負壓反涌聯作方式，而井斜較大的井(一般大于70°)采用兩趟管柱射孔與負壓反涌作業。

(3)一趟管柱射孔與負壓反涌聯作方式與兩趟管柱射孔與負壓反涌作業造負壓的原理相同，但打開負壓閥方法有所區別，前者利用投棒砸開負壓閥，后者通過環空加壓，壓力從傳壓孔傳遞到負壓閥使其打開。