基于液壓轉(zhuǎn)換裝置的電纜分級射孔技術(shù)

劉正彥，梁洪軍，姜福成，楊學(xué)貴，章松橋

（1.陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所，陜西西安710061；2.中國石化西北油田分公司測試管理中心，新疆輪臺841600；3.中國石化東北石油局工程公司測井站，吉林長春130062）

基于液壓轉(zhuǎn)換裝置的電纜分級射孔技術(shù)

劉正彥1，梁洪軍2，姜福成3，楊學(xué)貴1，章松橋1

（1.陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所，陜西西安710061；2.中國石化西北油田分公司測試管理中心，新疆輪臺841600；3.中國石化東北石油局工程公司測井站，吉林長春130062）

電纜分級射孔是應(yīng)用于油氣井分段射孔的技術(shù)，特別適用于大井段水平井的射孔開發(fā)。介紹了分級射孔技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。分級射孔采用多級槍串結(jié)構(gòu)，多芯電纜輸送式射孔方式，通過地面監(jiān)測，分級起爆射孔槍。根據(jù)中國生產(chǎn)現(xiàn)狀，提出利用液壓轉(zhuǎn)換裝置實現(xiàn)電纜分級射孔；槍串連接投送器以及橋塞，實現(xiàn)分段坐封。該技術(shù)滿足了分級射孔技術(shù)國產(chǎn)化的要求，可應(yīng)用于頁巖氣井的射孔、坐封、分段壓裂等。

分級射孔；頁巖氣；水平井；液壓轉(zhuǎn)換；電纜輸送；橋塞

0 引 言

隨著國家逐步重視開發(fā)頁巖氣，頁巖氣射孔技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用受到各石油公司廣泛的重視研究。根據(jù)國外頁巖氣開采技術(shù)的經(jīng)驗，頁巖氣井的射孔采用分段射孔，分段坐封，伴隨著分段壓裂以及最后一次鉆通所有封隔橋塞，進行采集頁巖氣的開采工藝?；谶@種射孔工藝，提出分級射孔、分段坐封的實現(xiàn)方法。分級射孔是利用電纜實現(xiàn)多級槍串1次下井，逐級起爆射孔槍，完成射孔的工藝。分級射孔的實現(xiàn)目前主要有2類方法：① 采用液壓轉(zhuǎn)換裝置，由最下級槍起爆以后，利用液壓轉(zhuǎn)換裝置逐級實現(xiàn)上級射孔槍的接通起爆，完成分級射孔的目的；② 利用選發(fā)電子雷管，裝配于多級槍串的聯(lián)槍接頭內(nèi)，由地面發(fā)送指令，通過電纜傳輸任意級起爆射孔槍，實現(xiàn)射孔的目的。這2種技術(shù)國外都已有應(yīng)用，針對分級射孔技術(shù)國產(chǎn)化的需要，本文提出了電纜分級射孔實現(xiàn)的方法，開發(fā)了電纜分級射孔應(yīng)用的液壓轉(zhuǎn)換裝置。液壓轉(zhuǎn)換裝置是電纜分級射孔實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。

1 電纜分級射孔技術(shù)原理

分級射孔主要應(yīng)用于水平井射孔，且目前主要利用電纜輸送式射孔方法。分級射孔是多級槍串一次下井，連接數(shù)級射孔槍及起爆單元，根據(jù)不同射孔層段，由最下級射孔槍起爆射孔，上提槍串，對準(zhǔn)上級射孔層段，逐次引爆后續(xù)起爆單元，實現(xiàn)分段射孔的目的。分段坐封是在分級射孔的多級槍串尾部連接坐封裝置以及橋塞，與多級射孔槍串同時下井，進行點火坐封橋塞，再進行后續(xù)的分級射孔［1］。

對于國外的液壓裝置實現(xiàn)分級射孔的技術(shù)，哈里伯頓公司有泵送可鉆橋塞水平井射孔起爆技術(shù)。該技術(shù)也是采用電纜輸送式射孔，其技術(shù)特點是利用液壓轉(zhuǎn)換裝置可靠地實現(xiàn)分級射孔，分段坐封，具有耐高溫、抗高壓的技術(shù)優(yōu)勢。對于選發(fā)電子雷管實現(xiàn)分級射孔的技術(shù)，主要應(yīng)用有DYNA energetics公司的選發(fā)電子雷管，該技術(shù)也是采用電纜輸送式射孔，其技術(shù)優(yōu)點是聯(lián)槍接頭的結(jié)構(gòu)簡單，分級射孔起爆技術(shù)可靠。但是其國內(nèi)實現(xiàn)的難題是電子裝置的耐高溫以及抗震性能難以滿足，目前還處于研究階段。筆者正是基于目前的可實現(xiàn)條件，提出液壓轉(zhuǎn)換裝置實現(xiàn)分級射孔、分段坐封的方法。

2 電纜分級射孔裝置

2.1 電纜分級射孔裝置原理結(jié)構(gòu)

分級射孔采用多級槍串結(jié)構(gòu)，由電纜實現(xiàn)輸送。槍串連接結(jié)構(gòu)依次為地面監(jiān)控起爆儀器、多芯電纜、馬籠頭、磁定位器、射孔槍、液壓轉(zhuǎn)換裝置聯(lián)槍接頭、橋塞投送器、橋塞。磁定位器實現(xiàn)對槍串在井中的定位，確定相應(yīng)的射孔層段。液壓轉(zhuǎn)換裝置主要實現(xiàn)在下級槍起爆后，由進入槍體的液體推動液壓開關(guān)，接通上級槍起爆以及檢測射孔槍的狀態(tài)。滾輪扶正器主要應(yīng)用于水平井段，對槍串進行扶正，同時減少槍串在水平井段推進的摩擦阻力。投送器主要實現(xiàn)點燃起爆火藥，推動坐封工具坐封橋塞。

2.2 電纜分級射孔裝置技術(shù)特點

分級射孔裝置采用電纜輸送，水平井段可采用泵送橋塞方式推進槍體。專用多級起爆儀實現(xiàn)了地面監(jiān)控、起爆。分級射孔裝置采用三芯電纜，其中2個芯實現(xiàn)磁定位信號傳輸，1個芯是槍體內(nèi)長通導(dǎo)線。采用直流檢測各級射孔槍狀態(tài)交流起爆磁電雷管，采用磁電雷管，有效提高了安全性能。

分級射孔裝置在裝配滾輪扶正器的情況下可應(yīng)用于水平井射孔，保證槍體位于套管中心；滾輪減輕槍體在套管內(nèi)的摩擦阻力，可靠實現(xiàn)泵送槍體的目的。

分級射孔專用監(jiān)控儀是應(yīng)用于磁電雷管的專用儀器，可以在地面監(jiān)測井下射孔槍狀態(tài)、確定某級槍是否起爆、槍體是否進水；同時起爆每一級射孔槍內(nèi)磁電雷管。磁電雷管的使用避免了油田現(xiàn)場使用的強磁場、靜電帶來的危險。

投送器是應(yīng)用于橋塞分段坐封的工具，適用于頁巖氣井的射孔工藝。投送器輸入端連接于液壓轉(zhuǎn)換裝置，輸出端連接橋塞。一次下井實現(xiàn)點燃投送工具內(nèi)火藥，完成坐封橋塞，同時接通上級槍、地面發(fā)送起爆射孔槍信號、完成射孔。

2.3 電纜分級射孔液壓轉(zhuǎn)換裝置

根據(jù)分級射孔的技術(shù)原理，其實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)是分級。

液壓轉(zhuǎn)換裝置的原理相當(dāng)于聯(lián)動開關(guān)（見圖1），在上級槍中處于斷開狀態(tài)，在下級槍中處于接通狀態(tài)。在下級槍起爆以后，井內(nèi)液體通過射孔彈穿孔槍體孔道進入槍身，井內(nèi)的液體壓力，推動聯(lián)動開關(guān)，斷開下級槍的電路連接，接通上級槍處于待射孔狀態(tài)，地面發(fā)送第2次起爆信號，引爆第2級射孔槍；每級射孔槍射孔完成以后，槍體內(nèi)液體逐級推動上一級液壓轉(zhuǎn)換裝置，逐級斷開下級槍，接通上級槍，從而實現(xiàn)分級射孔的目的。

圖1 電纜分級射孔槍串原理

2.4 電纜分級射孔技術(shù)在頁巖氣井射孔中的意義

頁巖氣是一種非常規(guī)天然氣。頁巖氣儲層致密滲透率低，單井產(chǎn)量低，開發(fā)難度大。根據(jù)國外頁巖氣開采的技術(shù)，采用分段射孔、分段坐封橋塞，伴隨著大規(guī)模壓裂，最后一次鉆通所有橋塞進行頁巖氣的開采工藝。對于國產(chǎn)化的技術(shù)要求是實現(xiàn)分級射孔、分段坐封。本文提出的電纜分級射孔技術(shù)，滿足了分級射孔，實現(xiàn)多級槍串一次下井多次點火起爆、實現(xiàn)分段坐封、分級射孔的工藝技術(shù)。基于液壓轉(zhuǎn)換裝置的電纜分級射孔起爆技術(shù)，可應(yīng)用于頁巖氣井的射孔、坐封、分段壓裂，實現(xiàn)了頁巖氣開采的工藝要求。

3 結(jié) 論

（1）基于液壓轉(zhuǎn)換裝置的分級射孔技術(shù)原理滿足分級起爆，分段射孔的技術(shù)要求，實現(xiàn)多級槍串一次下井、多次射孔的任務(wù)。

（2）多級監(jiān)控起爆儀可以實現(xiàn)對井下射孔槍狀態(tài)的監(jiān)控、多級槍串的分級起爆，實現(xiàn)地面實時監(jiān)控井下射孔槍。

（3）連接橋塞可應(yīng)用于頁巖氣水平井分段坐封，同時提供槍串水平段推進的動力。

［1］ 劉玉芝.油氣井射孔井壁取心技術(shù)手冊［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2000.

［2］ 江懷友，宋新民，安曉璇，等.世界頁巖氣資源與勘探開發(fā)技術(shù)綜述［J］.天然氣技術(shù)，2008，2（6）：26－31.

Cable Conveying Grading－perforating Technology Based on Hydraulic Converter

LIU Zhengyan1，LIANG Hongjun2，JIANG Fucheng3，YANG Xuegui1，ZHANG Songqiao1
（1.Shaanxi Applied Physics－chemistry Research Institute，Xi’an，Shaanxi 710061，China；2.Northwest Oilfield Company Test and Management Center，Sinopec，Luntai，Xinjiang 841600，China；3.Northwest Petroleum Bureau Engineering Company，Sinopec，Changchun，Jilin 130062，China）

The cable grading－perforating technology is used in oil and gas wells with different perforating intervals or layers，which is especially suitable for longer perforation intervals in horizontal wells.Introduced is the status of grading－perforating technology.The multi－stage perforator series／strings and multi－core conveying are used for cable conveying grading－perforating，which is monitored by ground instrument and detonated grade by grade.In view of domestic perforating equipment status in China，the cable conveying grading－perforating technology may result from the hydraulic converter.If the perforator string is connected with setting tool and bridge plug，it can be set part by part.The cable convey grading－perforating technology is feasible in localization of manufactures and is used for perforation，set packer and staged fracturing in the shale gas wells.

grading－perforating，shale gas，horizontal well，hydraulic converting，cable conve

TE257.1 文獻標(biāo)識碼：A

ying，bridge plug

2011－08－25 本文編輯 王小寧）

唐凱，男，1975年生，高級工程師，長期從事射孔工藝研究工作。