复合射孔工艺技术是近年来发展起来的一项集射孔与高能气体压裂于一体的施工方式,一次施工达到了射孔完井和增产、增注的双重目的。其方式是在射孔枪体内或下部加一定量的压裂火药,在射孔的同时进行高能气体压裂。高温、高压气体在射孔瞬间通过射孔孔眼对地层压裂,形成多条裂缝,部分解除钻井、固井、射孔等过程对地层的污染,改善近井地层渗透性能,从而提高油气井完善程度,满足完井需要。
复合射孔测试联作可以一次施工完成射孔、高能气体压裂改造地层和地层测试几道工序,大大地节省了施工时间,现已广泛地在油田得到应用。
大庆试油试采公司2005年将该技术成功引入印尼市场,但截止目前,复合射孔联作主要还是简单的用封隔器配合进行射孔和测试。其工序为:将复合射孔枪连同封隔器下入井中,校深定位后关闭环空,投棒点火。在地面观察环空压力变化,确认无压力后,打开环空,坐封封隔器,进行抽汲诱喷。待自喷后,用钢丝下入电子压力计到最接近油层深度悬挂或丢手,测取流动压力,通过地面关井测取压力恢复资料。测试结束后,压井,解封封隔器,进行循环,起钻。常用管柱见图1。
复合射孔中的几个问题
复合射孔对环空加压工具的影响及解决措施 在印尼市场,在最初的复合射孔测试联作中,曾一度使用RD循环阀及OMNI多次循环阀阀作为循环阀,目的是在封隔器解封之前进行压井循环。但在某口井的测试过程中,RD安全循环阀破裂盘被击穿,该工具球阀关闭,RD安全循环阀的循环孔却没有被开启。事后分析其主要原因是:复合射孔期间,油管和环空在井口都被关闭,射孔后高能气体压裂在环空中产生的瞬时高压压值极高,该高压击穿RD安全循环阀的破裂盘,使其球阀关闭。但又由于该高压只产生在射孔后的瞬时,在压力击穿破裂盘剪切心轴下移使球阀关闭后,该压力已不足以使剪切心轴继续向下运动而露出循环孔。因此,在复合射孔联作中应尽量避免使用环空加压操作工具,这样不但确保了施工安全,而且使管柱更加简便经济。
复合射孔对安全接头的影响及解决措施 在复合射孔联作中,非常容易出现安全接头的张力套被剪断的现象,甚至对于铜制张力套还发生过安全接头张力套脱扣现象。其实,这些现象都不是在解封过程中造成的,而是复合射孔瞬间的高压释放和震动导致对张力套的损坏。一旦工具正转就有可能造成工具从安全接头处倒开,而使下部工具落井。因此,应避免使用带张力套的安全接头。
复合射孔对封隔器的影响及解决措施 RTTS封隔器水力锚的密封圈在常规联作施工中基本不会损坏,只有极少数特别高压高产的井会出现井底流动压力高于套压的情况,这种情况下水力锚才会起作用涨开。一般情况下,井底套压都高于流动压力,该处始终是处于静密封状态。而在复合射孔中,RTTS封隔器水力锚的密封圈被损坏的现象非常普遍,这说明每一次射孔枪起爆过程中,水力锚都受力外涨了,而起爆过后又因弹簧的作用迅速回位。因此,在进行复合射孔后的封隔器保养时,必须每次都必须更换所有水力锚密封圈,并对与密封圈接触的密封面进行细致的检查,避免密封圈因为损坏而失去密封性。
对于9-5/8″RTTS封隔器,还有一个现象不容忽视,即在复合射孔测试联作中容易发生射孔后不能坐封的现象。其主要原因是射孔时封隔器没有座封,卡瓦体处于锁定状态,点火后复合射孔瞬间产生的高压有一部分向上释放。封隔器摩擦块和井壁紧贴,卡瓦体横截面很大,像一个大的活塞一样,作用在卡瓦体上的高压使卡瓦体上行,并猛烈撞击封隔器本体上的凸耳(如图2),非常容易导致凸耳和J形槽变形而卡死。封隔器在井底座封时是依靠摩擦块和井壁的摩擦力来转动卡瓦体,在凸耳和J形槽卡死的情况下摩擦力将无法使卡瓦体转动,也就无法完成正常坐封封隔器。对于防硫封隔器,因其钢材相对较软,这种撞击更容易产生凸耳和J 形槽的变形,这种不能坐封的现象也就更为多发。其解决方法可以在9-5/8″RTTS封隔器下部增加一个外径稍小于封隔器卡瓦体,并带有导压孔的接头(如图3),用该接头替代封隔器卡瓦体承受复合射孔瞬间来自下部的高压,降低封隔器卡瓦体与本体上凸耳的撞击强度,并将高压导向管柱内部以及管柱本身,而不是过多地作用在封隔器的本体上,这样从一定程度上能降低对封隔器的损坏。
改进复合射孔
测试联作工艺
合理的装药量的设计 目前在印尼市场进行复合射孔,普遍采用满弹,即复合药片与射孔弹间隔排列,并没有针对地层的特点而优选复合药片的用量。所以复合射孔产生的峰值压力可能远高于地层的破裂压力,在对地层造成微裂缝的同时,可能也对井筒本身及井下工具造成危害。目前DST工具配合复合射孔使用出现的问题,绝大多数都是因为复合射孔的峰值压力造成的。如何根据地层的特点确定复合射孔,尤其是复合射孔-测试联作工艺中的合理装药量,是一个亟待解决的问题。
实现井下开关井 为了保护测试阀及其它工具,力求管柱的简单,进行复合射孔时一般不下测试阀,这样也就不能实现井下开关井。点火后通过抽汲求产,如需要关井只能在测试树或油嘴管汇处采取地面关井。
不能实现井下关井的一个重要原因是,一般的测试阀都是关着下井,如果与投棒式复合射孔工具一起联作将不能提供投棒的下落通道。即便使用压力起爆方式,起爆瞬间的巨大压力作用在测试阀上,尤其是象LPR-N这样的球阀将很容易因损坏而失去密封。
当然,如果测试阀能够打开下井,则可以解决这一难题。目前包括哈里伯顿在内的许多DST厂家都有选择式测试阀或类似的产品,井下球阀的打开和关闭都不需要保持环空压力。
下井前,可以将测试球阀设定在打开的位置。将复合射孔枪连同封隔器及测试工具下入井中,校深定位后关闭环空,投棒点火。在地面观察环空压力变化,确认无压力后,打开环空,坐封封隔器,进行抽汲诱喷。环空加压放压一次实现井下关井,这样可以像正常测试一样实现多次开关井。
下入这种开关井不需要环空保压的选择式测试阀,有几个关键的地方必须考虑到:一是起爆瞬间的瞬时高压可能会使测试阀运转一次,即由原来的开井状态转变为关井状态;二是对于一些高产井,在开井初期由于井筒流体的流动致使井筒温度产生变化,将导致环空压力激增,有时会增加几百个PSI,而关井情况会相反,压力会回落。如果不对环空压力加以控制,很可能使测试阀不预期的运转,而地面可能无法正确判断出测试阀的状态。因此在起爆时关闭环空,也应将防喷器上或节流管汇上的阀门(最好是高压球阀)打开,以快速卸掉激增的压力。开井时也是一样,尽量在压力开始上升时就打开该阀门卸掉环空压力,以免压力变化过大导致测试阀的非预期运转。从射孔枪点火开始,操作人员就应该密切注意环空压力的变化,及早采取措施应对。
实现井下压力/温度资料的录取 目前进行的复合射孔还不能随管柱下入电子压力计录取地层压力温度资料。以前对于探井和评价井等需要获得地层参数的井,如果采取复合射孔,只能在起出复合射孔管柱后再特地下入测试阀、压力计等工具以录取地层资料,这就大大增加了使用成本。
为了节约成本,目前用户普遍采用复合射孔后钢丝下入电子压力计,然后丢手固定在井下特定的座落接头上,通过地面开关井来测压力降落和压力恢复。但由于采取地面开关井,井筒储存效应将非常明显,录取的资料质量相对于井下开关井来说大打折扣。
如果使用选择式测试阀来进行复合射孔测试联作,可考虑在开井抽汲自喷后,用钢丝下入电子压力计到测试阀以下最接近油层深度丢手,这样地面操作环空压力实现井下测试阀的开关就不会对压力计造成影响,录取的资料质量也会有很大提高。
用钢丝输入电子压力计也存在一定的缺点,例如对于高产气井钢丝工具不容易下入和丢手。需要采取合理的措施,如增加配重等来解决此问题。目前的技术已经能够实现在光油管内任何油管接箍处的钢丝送入压力计的丢手。在测试阀以下进行压力计的丢手将不再是问题。