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文档简介
油管传输多级起爆负压射孔技术佟成秋曹宇欣张端英 王胜利 马文通重成兴(吉林油田测井公司) (川南机械厂)7前 言在石油射孔工程中,存在下列两个方面的难题;1由于储集层压力较大,且要射开的目的层之间的距离比较长(比如大于十米,几十、甚 至上百米),第一层射孔后即会造成井喷,要想执行第二层、第三层射孔及其他作业,首先必须 压井,这样必然造成射孔层位的污染,以及工期的延误。2要求大夹层的多个(两个和两个以上)目的层段同时射孔。如果采用夹层枪,不但容易 造成传爆不良,导致炸枪或降低成功率,而且会使夹层枪在上下两侧爆轰的的挤压下变形卡 井,造成难以处理的工程事故,同时在经济方面也形成的巨大浪费为解决这两个方面的难题,国内各油气田纷纷立项,投人大量资金和技术力量寻求解决方 法,解决办法各有千秋,但都倾向TCP多级起爆技术;截止目前,就国内来讲,大多数油田的 TCP多级起爆技术,起爆均采用整体加压或多级投棒两种方式整体加压起爆方式无法形成可调负压射孔l投棒方式最大的缺点是如果次级投棒失败,则 不能打捞,存在造成误射孔或地面爆炸事故的重大全隐患t而且不能用于稠油井、大斜度井、水 平井因此多层、大段距高压目的层同时射开,且负压并满足测试联作要求,在吉林油田尚属一 个空白吉林石油集团公司科技处为此立项,测井公司会同川南机械厂共同负责,开展专项研究。 最终达到以下目的: 解决各种井况下,适应各种地质要求、多层负压、同时起爆的突出问题。有效地消除射孔 以及压井造成的油层污染,提高求产的速度及真实性解决稠油井、大斜度井、水平井,射孔施工问题,使整体施工工期缩短、提高整体效益可 以采用不同枪型及测试联作等先进射孔工艺组合,实现一次管柱完成多功能作业。夹层采用油管连接,消除使用夹层枪导致的射孔工程事故隐患避免爆燃卡枪以及重大 人身及质量事故隐患等一系列问题,并节省射孔直接费用。58原理及技术关键设计思想吉林油田由于其特有的地质条件,对TCP多级起爆技术有特殊的要求,因此我们的研究 工作起点必须高,重点从下列几个方面考虑:1吉林油田油气层多,部分储集层的地层压力有较大差异,按过去常规TCP射孔方式, 存在如下问题,即第一层射孔后可能会造成井喷,如果舍弃其它层位的射孔投产,又会影响整 井产能的发挥,要想执行第二层、第三层射孔或其他作业,就首先必须先压井,这样必然造成射 孔层位的多次污染、甚至压成死井。另外在工程上,一旦遇到类似情况,会造成工程成本的几倍乃至几十倍的增加,以及工期 的延误,甚至酿成工作过程中的安全、质量事故所以该技术必须解决上述问题。2采用TCP射孔方式,要求大夹层的多个(两个和两个以上)目的层段同时射孔。采用 夹层枪带来的传爆环节多,容易造成传爆不良,导致炸枪或降低成功率,以及会使夹层枪在两 鼬爆轰的挤压下变形卡井等问题3由于吉林油田油层多,大部分储集层的地层压力较小,属于低孔、低渗油、气藏。使用 该项技术,应该最大限度的实现负压射孔,消除射孔污染,提高求产的真实性。对发现低丰度 油气藏起到较好的临门一脚的作用4使用该项技术,可以实现各种枪型下的多个层位的射孔与测试联作的自由组合5对于稠油井、大斜度井、水平井,电缆射孔无法进行的情况下,采用此方法应能较好的 解决多个目的层位的同时射孔问题I尤其适宜高压气井射孔针对以上要求,测井公司和川南机械厂联合,利用了高科技军工火工技术以及压力传导技 术解决了多层大段距、负压、联作等一系列问题的理论探讨,并通过室内外实验证明了此技术 的可靠性关键装置及技术关键1。由于需要在两个或两个以上的目的层射孔,同时形成负压,因此考虑在套管加压,实现 点火,然后在油管形成负压,负压形成后射孔。要形成负压,必须使封隔器下面的套管和油管连通,而点火之前却是分开的,这就需要一 个打开和关闭的装置即负压开孔装置。2由于点火和射孔有时间差,则需要一个延时装置。即延迟起爆器。3为了使射孔瞬间的震动不伤害封隔器,以及其它装置,需进行纵向减震。即需要纵向 减震器4为了实现油套分开,必须使用一套封隔器。595由于点火和开孔都是加压剪断剪切销来实现,因此剪切销的剪切值的准确性是技术关 键6点火和射孔的时间差靠延时装置内的延期起爆管的延时作用来实现,延期起爆管的延 时精确性是技术关键。负压形成及多级起爆基本原理 当按图1所示将整个管串联接完成后,下入井底,校深配平管柱,封闭井口,然后向油套环空加压,压力通过中心导压管,以及各级筛管接头,直接传递给各级延时起爆器,各级延时起爆 器接受压力P1后,剪切起爆剪销,点火活塞带动击针下行,使雷管爆轰,爆轰的雷管点燃延迟 管,转入爆燃,爆燃延迟时间持续45分钟,在此期间,射孔弹处于待爆状态。此时继续加压,压力继续升高,此时达到P2压力,该压力剪切负压开堵孔活塞的剪销, 活塞上行,封闭传压孔,连通测试负压内外孔,通过油管低压区,形成油层负压。及测试通道, 此过程必须小于4分钟内完成,负压形成之后,延迟管燃烧到预定时间,爆燃转变成爆轰,各级 射孔器起爆,负压射孔完成,整个过程结束60图I 多层大段负压起爆技术原理示意图6I管串设计、设计计算1管串设计 按图2所示:图示为两级,超过两级依此类推。图?管柱连接示意图622剪切销计算方法 基本数据: a压力起爆装置井下垂深; b开孔装置井下垂深; c环空液体比重I d下井管柱内液体比重, e测试阀深度1 f射孔压差;g安全压力I h地层温度I i压力起爆装置单颗剪切销剪切值; j开孔装置单颗剪切销剪切值。3计算步骤 (1)压力起爆剪切销计算: a压力起爆受环空液柱压力环空液柱压力一压力起爆装置井下垂深环空液体比重 注。不同目的层的压力起爆所受环空液柱压力不同 b剪切销在温度T时的剪切值温度T时剪切值一常温时单颗剪切值X(1一温度T时强度降低值) 最大值=温度T时剪切值(1+5) 最小值=温度T时剪切值x(15) 引爆前预计承受的最高压力=环空液柱压力+安全压力C确定剪切销数量 剪切销数量=压力起爆承受的最高压力单颗剪切销最小值d点火压力:当射孔管柱下到预定深度,封隔器座封,测试阀打开,加点火压力范围为: 最大压力MPaP最小压力MPae井口所加压力范围为: 井口所加最大压力MPa=最大压力MPa一环空液柱压力MPa 井口所加最小压力MPa-最小压力MPa一环空液柱压力MPa(2)压力开孔剪切销计算:a开孔装置受环空液柱压力 环空液柱压力=开孔装置井下垂深环空液体比重b下井管柱内液柱压力计算 管柱内液柱压力一(测试阀l?2_k垂深管内液体比重)+(测试阀以下到开孔装置垂深测试阀以下到开孔装置油管内液体比重)一射孔压差 C开孔装置内外压差计算:内外压差一环空液柱压力一管柱内液柱压力d开孔压力计算:要求开孔压力的最大值应大于开测试阀压力而小于开循环阀压力63开孔压力=开孔装置内外压差+安全压力e确定剪切销数量剪切销数量=开孔压力单颗剪切销最小值 f开孔压力:当射孔管柱下到预定深度,封隔器座封,测试阀打开,加点火压力范围为: 最大开孔压力MPa-单颗剪切销最大值MPa颗颗数最小开孔压力MPa-单颗剪切销最小值MPa颗颗数g井口所加压力范围为:井口所加最大压力MPa-最大压力MPa一内外压差MPa井口所加最小压力MPa=最小压力MPa一内外压差MPa要求:测试阀关闭时,开孔装置不能构成压差。当测试阀打开时,开孔装置构成压差,继续 加环压打开开孔装置开孔装置和压力起爆装置的剪切销剪切值、延时装置延时时间应当准 确无误。o爨S要蕊察西写赢“脯跳、慨,。 。、 L 燃m040 6080 100120140160 180200 220()圈3剪切销强度随温度变化曲线围各种装置及作用1压力起爆装置 受压力控制,起爆引爆延期起爆装置。2延期起爆装置下端与射孔枪连接,内含延期起爆管燃烧速度一定,达到预定时间则引爆射孔器实现射孔。3开孔装置 油气井开采TCP作业中,使用本产品在井口注水加环压使之工作,在射孔层位形成负压。 开孔装置位于封隔器下端,井口加环压,从旁通接头进入传压管,通过本装置的加压口进入各筛管接头,压力进入各个压力起爆装置,压力至预定设计值,点火,进入延时状态,继续加64压,本产品中的负压孔打开,在延时时间内使射孔段的压力通过负压孔进入油管,形成预定负 压,达到负压射孔目的。4纵向减震器在油管传输测试联作射孔工艺中,用于保护地层测试仪及管柱的一种工具。该工具能有 效的缓冲当射孔枪起爆时,对整个管柱和测试仪器的冲击力。当射孔枪爆炸时,对管柱产生的冲击力传递到减震器后,下接头开始在上接头上滑动回 缩,首先剪断连接套上的8颗剪切销,再压缩弹簧及外套管内液体,以达到减震目的。减震器作用时,减震效果主要靠压缩外套管内液体。减震器在外套管上端设有8个用螺 塞堵注的圣42 mm阻尼孔,使用时应根据需要打开1至8个阻尼孔。5主要技术参数名称 HgMp一25HgMp一25B外形尺寸 41021165 夺1021275,连接尺寸2丢TBG 2TBG芍8UP剪切销剪断力 3632N颗 3632N颗 剪切销剪断力 3632N颗 3632N颗 耐温 18048 h 18048 h耐压 60 MPa60 MPa最大压缩行程 200 mm 200 mm6结构原理 见图4。图4不考虑液体作用时,作用于上接头的力与压缩行程关系图,见图5。100 200厅缩打卅 图5室内及现场实验室内试验1试验目的检验加压起爆、延时开孑L的可靠性。2试验器材和设备 a模拟封隔器所配套的短节、接头、密封圈 b手动试压泵3试验方法通过地面模拟现场环境进行点火试验4试验过程实施试验前,试验技术人员共同进行了试验可行性的论证,同时为提高试验的成功率,拟 出了试验的具体方案FYK2一l装置:装剪切销14颗(剪切值29 MPa颗),理论剪切值为406 MPa压力点火头装置:装剪切销8颗(剪切值367 MPa7颗J,理论剪切值为2936 MPa围6地面模拟组装示震图按图6装配完毕后(127枪身内注满水),用手动试压泵从旁通接头处打压(另一孔用丝堵 将其密封),当压力升到305 MPa(压力表显示值)时,起爆器被激发起爆,点火成功。这时泵 压下降了20 MPa左右,继续加压至39 MPa(压力表显示值)时,开孔销钉被剪切,(起爆器响 声小于开孔销钉被剪断的声音),开孔成功。过45分,延时装置引爆。5实验结论 通过以上试验表明; 上述装置达到了最初设汁效果,具备到现场进行进一步试验的条件。 现场实验及设计计算1基本资料 井号:星24 井深:11510 m 压井液:清水 比重1066油管液体垂深:500 m2准备计算因19、20、2l层夹层很短,考虑用夹层枪,所以整体婕用两级起爆,用两个压力起爆装置和 两个压力延时起爆装置。(1)压力起爆剪切销计算: 不同目的层的压力起爆所受环空液柱压力不同按最深一级计算。 a压力起爆受环空液柱压力:6008 MPa b由于井浅、井温较低,不考虑温度的影响最大值:3854 MPa最小值:3487 MPa 引爆前预计承受的最高压力:13008 MPa c确定剪切销数量剪切销数量:4颗 d点火压力:当射孔管拄下到顶定深度,封隔器座封测斌测打开,加点火压力范嗣为: 最大压力:】5416 MPa最小压力:13948 MPa e井口所加压力范围为: 最大压力:9408 MPa最小压力:794 MPa点火压力范围:794 MPa-9103 MPa (2)压力开孔剪切销计算: a开孔装置受环空液主压力环空液柱压力:5。871 MPa b下井管拄内液柱压力计算 管柱内液拄压力:4905 MPa C开孔装置内外压差计算: 内外压差:0966 MPa d开孔压力计算: 开孔安全压力取14408 MPa开孔压力一开孔装置内外压差。安全压力15374 MPa e剪切销 最大值=剪切值(1+5):3045 MPa颗最小值一剪切值(15):2755 MPa颗f确定剪切销数量 剪切销数量最小值:558颗;圆整后加1取6颗 g开孔压力:当射孔管臣下到预定深度,封隔器座封,测试阀打开,加点火压力范围为: 最大开孔压力MPa:1827 MPa67最小开孔压力MPa:16。53 MPa h井口所加压力范围为: 井口所加最大压力=最大压力一内外压差 取17304 MPa 井口所加最小压力=最小压力一内外压差 取15564 MPa井口所加开孔压力范围:15564 MPa17304 MPa,最后加35 MPa管线损失压力。3现场操作及实验结果(1)管柱连接由下至上依次是19、20、21三个小层,组成84 ITI射孔管串,第一级起爆器,筛管接头,夹 层油管(963 m),16号层射孔枪,第二级起爆器,筛管接头,纵向减震器,负压开孔总成,封隔 器总成,旁通接头,提升短接,三根长油管,定位短接,油管拄,找平短接,油管挂。(2)校深配平通过电缆校深配平,找平短接为71 ml资料如附件。 (3)起爆过程在环空加满清水,油管加500 m清水。用泵车加环压,加到8MPa时,缓慢加压并开始计 时,加到10 MPa后,稳压30$;继续加压至21 MPa,稳压30 s后,听到负压开孔装置打开声 音,泄掉压力,形成负压。到4分48 s时,听到一级射孔枪起爆,到4分50 s时,听到另一级射 孔枪起爆。(4)结果检验及结论 起出管柱验证,各部件均符合技术要求。通过实验,充分证实了如下几个方面: a整个设计合理,工作可靠,可以满足现场使用需要; b可以实现多层同时起爆;C可以实现可控制的负压射孔;d剪切销的剪切值的准确;e延期起爆管的延时精确;总结及建议通过一系列研制、地面试验和井下试验,该技术在吉林油田通过星24井射孔初步获得成 功,(起出管柱证明各部件符合技术要求,经直接测试该层日产水9
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