連續(xù)油管分簇射孔技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

陳建波

(中國石油川慶鉆探工程公司測井公司 重慶 400021)

·綜 述·

連續(xù)油管分簇射孔技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

陳建波

(中國石油川慶鉆探工程公司測井公司 重慶 400021)

介紹了國內(nèi)外連續(xù)油管分簇射孔技術(shù)最新發(fā)展動態(tài)，主要有以下四種方式：連續(xù)油管內(nèi)置光纖或電纜的分簇射孔技術(shù)；采用連續(xù)油管點火傳爆系統(tǒng)的分簇射孔技術(shù)；采用倒計時或脈沖壓力激發(fā)的智能點火頭的連續(xù)油管分簇射孔技術(shù)；采用智能點火頭和壓控開關(guān)組合的連續(xù)油管分簇射孔技術(shù)。通過對國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀的分析，提出了我國今后在頁巖氣等非常規(guī)油氣開發(fā)中連續(xù)油管分簇射孔的發(fā)展方向。

連續(xù)油管；分簇射孔；智能點火；油氣井；頁巖氣

0 引 言

連續(xù)油管輸送射孔技術(shù)是非常規(guī)油氣藏開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，在頁巖氣水平井復(fù)合橋塞分段水力壓裂改造過程中，第一段射孔一般需要使用連續(xù)油管進行多簇射孔，第一層壓裂完成后，才能進行復(fù)合橋塞泵送作業(yè)。根據(jù)資料統(tǒng)計，2012年北美頁巖氣水平套管井第一段完井方式中，連續(xù)油管輸送射孔占到91%，爬行器輸送射孔占到4.2%，鉆具傳輸射孔占到0.8%，壓裂滑套等其他方式占到4.4%。雖然在四川盆地威遠作業(yè)區(qū)，有少量的頁巖氣井第一段采用壓裂滑套的方式進行不射孔壓裂，但現(xiàn)場應(yīng)用效果不理想。連續(xù)油管輸送射孔技術(shù)以其技術(shù)的成熟和相對低廉的作業(yè)成本等優(yōu)勢，仍然是非常規(guī)油氣藏開發(fā)第一段射孔的首選技術(shù)。然而，由于射孔跨度一般比較大，往往無法一次下井點火完成對第一段的多簇射孔施工作業(yè)，這就需要連續(xù)油管多次起下完成整段的射孔作業(yè)，增加了作業(yè)時間和施工成本，也降低了連續(xù)油管的使用壽命。裴楚洲提到在JY9-2HF采用了一種連續(xù)油管分簇作業(yè)方式，但一次下井最多只能采用兩簇射孔點火作業(yè)[1]。

除此之外，隨著頁巖氣開發(fā)的逐漸深入，所采用的電纜泵送分簇射孔技術(shù)也面臨著一系列的技術(shù)難題。如我國的頁巖氣藏地質(zhì)條件具有地下結(jié)構(gòu)復(fù)雜，褶皺強烈，儲層埋藏深等特點，其中四川盆地頁巖氣埋藏深度大多數(shù)接近或者超過3 000 m，而且由于水平井鉆井技術(shù)的提高，井內(nèi)水平段不斷加長，部分井深已經(jīng)突破5 000 m。部分頁巖氣井存在井筒狗腿度大、井眼軌跡上傾等不利因素，而且隨著體積壓裂段數(shù)的不斷增多，井內(nèi)套管出現(xiàn)變形、套管破損或井筒內(nèi)有沉沙等一系列的復(fù)雜情況，導(dǎo)致電纜泵送分簇射孔泵送困難、管串遇阻或遇卡等情況產(chǎn)生，往往需要具備更大輸送能力和處理能力的連續(xù)油管才能滿足需求。

針對上述情況，迫切需要一種新的射孔技術(shù)，即連續(xù)油管輸送分簇射孔技術(shù)，這里主要指滿足連續(xù)油管一次下井三簇及三簇以上分簇射孔作業(yè)的技術(shù)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外的連續(xù)油管輸送分簇射孔技術(shù)主要有以下四種方式，下面將進行詳細敘述。

1 連續(xù)油管內(nèi)置光纖或電纜的分簇射孔技術(shù)

連續(xù)油管內(nèi)置光纖或電纜分簇射孔技術(shù)不改變電纜泵送分簇射孔器結(jié)構(gòu)、連接及點火方式，但需要連續(xù)油管穿光纖或電纜裝置和技術(shù)。美國NOV公司(國民石油公司)目前有該裝置出售，國內(nèi)杰瑞、勝利高原、江漢四機廠三家公司能提供連續(xù)油管穿電纜技術(shù)服務(wù)。論文SPE119365介紹了一種利用連續(xù)油管內(nèi)置電纜的分簇射孔技術(shù)，該技術(shù)能在地面直接獲取數(shù)據(jù)并對連續(xù)油管深度進行精確控制、電點火射孔以及應(yīng)用開關(guān)控制選擇性地引爆射孔槍[2]。論文SPE94125介紹了一種采用塑料涂層的“E-line”連續(xù)油管分簇裝置和技術(shù)，該技術(shù)在阿曼的一個碳酸鹽巖油田得到了成功應(yīng)用，提高了油田產(chǎn)量[3]。

現(xiàn)有依靠電纜進行信號傳輸和控制的分簇射孔技術(shù)主要依靠靈活可靠的電子編程技術(shù)，實現(xiàn)一次下井多次點火作業(yè)，具有設(shè)備簡單可靠、時效高等突出優(yōu)點。目前，國內(nèi)已經(jīng)形成了比較成熟的電纜輸送分簇射孔與橋塞聯(lián)作工藝技術(shù)，在水平段2 000 m，井筒條件良好的作業(yè)條件下進行了數(shù)百井次的成功作業(yè)。連續(xù)油管內(nèi)置光纖或電纜分簇射孔技術(shù)的關(guān)鍵就是配置光纖或電纜的連續(xù)油管設(shè)備。

斯倫貝謝的連續(xù)油管內(nèi)置光纖技術(shù)及組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。連續(xù)油管用光纖一般被封裝在0.071 in(1 in=25.4 mm)(1.8 mm)外徑因康鎳合金的管內(nèi)，它的重量非常輕，只有的電纜重量1/20，光纖管本身具有抗腐蝕性，適于井底環(huán)境作業(yè)，耐溫能達到300℉(149℃)。光纖所占連續(xù)油管的內(nèi)徑空間很小，減小了對泵量的影響。該技術(shù)已在阿拉斯加Kuparukr Prudhoe灣、馬來西亞、加拿大、阿曼等國進行了150多井次的各類試油完井作業(yè)。

圖1 連續(xù)油管內(nèi)置光纖示意圖

連續(xù)油管內(nèi)置電纜利用電纜傳輸數(shù)據(jù)，給井下電子選發(fā)塊發(fā)出查詢、控制和點火指令，由地面控制系統(tǒng)完成所有簇的點火作業(yè)。由于光纖或電纜傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量很大，因此可以實現(xiàn)對連續(xù)油管深度的精確定位，具有其它方式不具備的作業(yè)優(yōu)勢。

2 采用連續(xù)油管點火傳爆系統(tǒng)的分簇射孔技術(shù)

論文SPE143354介紹了一種采用連續(xù)油管點火傳爆系統(tǒng)的分簇射孔技術(shù)[4]，其下井管串如圖2所示。

1-投球起爆裝置；2-射孔槍；3-連油點火傳爆組件；4-延時火藥；5-射孔槍；6-連油點火傳爆組件；7-延時火藥；8-射孔槍；9-篩管；10-壓力起爆裝置；11-坐封工具；12-橋塞圖2 連續(xù)油管點火傳爆系統(tǒng)組成

這套管串在連續(xù)油管輸送頁巖井中得到普遍使用。射孔作業(yè)程序如下：下管串，使橋塞對準(zhǔn)坐封層位；環(huán)空加壓至超過靜液柱壓力2 500 psi(1 psi=6.89 kPa)，起爆壓力起爆裝置；坐封橋塞；提升連續(xù)油管到射孔層位，加壓測試橋塞；投球坐封投球起爆裝置，加壓點火第一根射孔槍；提升連油到下一簇射孔層位，等待6 min延時火藥燃燒；第二根槍點火射孔；提升連油到下一簇射孔層位，等待6 min延時火藥燃燒；第三根槍點火射孔；提升連油到下一簇射孔層位，等待6 min延時火藥燃燒；第四根槍點火射孔。如果還有射孔槍，則重復(fù)上述步驟直到所有射孔槍點火射孔。最后將管串起出。

這套系統(tǒng)采用了HTD起爆系統(tǒng)(水平延時起爆輔助順序傳爆)，當(dāng)?shù)谝桓淇讟屍鸨?，剩余的其它所有槍都會被順序起爆。因此，一但第一根射孔槍作業(yè)完成后，必須在設(shè)定的時間內(nèi)提升管串到下一簇射孔層位避免射孔順序發(fā)生錯誤。

目前，該套系統(tǒng)已經(jīng)成功使用上百井次，包括15 700套連續(xù)油管點火傳爆系統(tǒng)和90 000發(fā)射孔彈，為水平井射孔作業(yè)提供了更為便捷的方式。

3 采用智能點火頭的連續(xù)油管分簇射孔技術(shù)

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，智能點火頭應(yīng)運而生。該技術(shù)充分應(yīng)用了電子裝置的可控制性、靈活性和精確性，由此給射孔行業(yè)帶來了一場新的技術(shù)變革，一種連續(xù)油管分簇射孔技術(shù)正是基于智能點火頭構(gòu)建的。點火頭可以采用時間或臨界壓力/溫度來激發(fā)。同時也可以采用一系列的壓力脈沖或震動來激發(fā)。為了保障地面安全，一般帶有溫度壓力開關(guān)。其工作流程一般如圖3所示。

目前，具有智能多級點火頭的有斯倫貝謝、哈里伯頓、Probe等公司[5,6]。斯侖貝謝的智能點火頭外徑為44 mm，長度為1.88 m，耐溫177℃，耐壓172 MPa,電池耐用240 h，而且能承受最大不超過500 g的沖擊加速度。哈里伯頓103 MPa的智能觸發(fā)裝置外徑為43 mm，長度為1.52 m，耐溫157℃，延時時間5 min到36 h,電池耐用216 h。206 MPa的智能觸發(fā)裝置外徑為54 mm，長度為1.42 m，耐溫157℃，延時時間5 min到36 h,電池耐用216 h。Probe的智能點火頭外徑為43 mm，長度1.93 m，耐溫175℃，耐壓105 MPa。

配備智能點火頭的連續(xù)油管下井管串示意如圖4所示。

圖3 連續(xù)油管智能點火頭工作流程

圖4(a)采用多個智能點火頭+分簇射孔電子選發(fā)塊的方式，可以采用倒計時或壓力脈沖的激發(fā)方式，每個智能點火頭控制每簇射孔槍的點火和起爆。圖4(b)采用一個智能點火頭+分簇射孔電子選發(fā)塊的方式，需要采用復(fù)雜的電子編程才能實現(xiàn)依次分簇點火作業(yè)。

圖4 采用智能點火頭的兩種下井射孔管串

4 采用智能點火頭和壓控開關(guān)的連續(xù)油管分簇射孔技術(shù)

圖5 下井管串示意圖

該技術(shù)是基于壓力控制式多級點火開關(guān)和Probe公司推出的智能點火頭開發(fā)的[7,8]。Probe智能多級起爆器或點火頭是在Probe智能起爆器(EFH)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的產(chǎn)品，與智能起爆器遵循著同樣的操作要求。與智能起爆器相同，多級起爆器也能通過編程發(fā)送確定的點火指令。多級起爆器一旦接收到點火信號，即可通過正負極轉(zhuǎn)換，按照用戶設(shè)定的延遲間隔，最多起爆20級。多級起爆器有一個板載電容放電模塊，能夠起爆雷管和點火頭。其組合管串如圖5所示。

圖5中，所有管串組裝完成后，下入井中預(yù)定位置。先用正負點火雙極點火開關(guān)的負極點火功能對第一支射孔槍進行點火作業(yè)，點燃雷管和射孔槍。作業(yè)完成后，上提到第二簇位置，用正負點火雙極點火開關(guān)的正極點火功能對第二支射孔槍進行點火。點火完成后，井內(nèi)液體導(dǎo)通負向點火開關(guān)，對第三支射孔槍進行負電點火。點火完成后，井內(nèi)液體導(dǎo)通正向點火開關(guān)，對第四支射孔槍進行正電點火。如此正、負點火循環(huán)，依次完成所有簇的點火作業(yè)。

5 結(jié) 論

連續(xù)油管輸送分簇射孔技術(shù)一次下井可以完成橋塞坐封和多簇射孔，可大幅提高施工時效，降低作業(yè)成本，滿足水平井分簇射孔中一系列的復(fù)雜工程需求，為頁巖氣、致密油氣等非常規(guī)油氣藏高效開發(fā)提供技術(shù)支撐。綜合上述國內(nèi)外現(xiàn)狀分析結(jié)果，提出以下兩點建議：

1)優(yōu)先發(fā)展連續(xù)油管內(nèi)置光纖或電纜的分簇射孔技術(shù)，該技術(shù)可以利用現(xiàn)成的分簇射孔系統(tǒng)，具有技術(shù)簡單、配套容易等優(yōu)點，可以快速滿足頁巖氣等非常規(guī)油氣開發(fā)的需求。

2)進一步發(fā)展采用智能點火頭的連續(xù)油管分簇射孔技術(shù)，該技術(shù)復(fù)雜，但由于不需要對連續(xù)油管作業(yè)裝備進行改造，而且具有靈活可靠的作業(yè)優(yōu)點，是未來連續(xù)油管分簇射孔技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。

[1] 裴楚洲.連續(xù)油管分簇射孔技術(shù)及應(yīng)用[J]. 天然氣工業(yè)，2014,34(1):1-3

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Current Situation of Coiled-Tubing-Conveyed Cluster Perforating Technology

CHEN Jianbo

(CNPCCCDCWellLoggingCompany,Chongqing400021,China)

The developing course and current situation of coiled-tubing-conveyed cluster perforating technology are introduced, which include the coming 4 types: 1) coiled-tubing-conveyed cluster perforating technology with built-in optical fiber or wire line, 2) cluster perforating technology with coiled tubing booster ignition system, 3) coiled-tubing-conveyed cluster perforating technology with eFire electronic firing head system excited by countdown or pressure pulse, and 4) coiled-tubing-conveyed cluster perforating technology with eFire electronic firing head system and pressure operated switch. By analyzing the current situation of this technology domestic and abroad, the development trend of coiled-tubing-conveyed cluster perforating technology is put forward for the unconventional oil and gas development such as shale gas and so on.

coiled-tubing; cluster perforating； intelligent firing; oil well; shale gas

陳建波，男，1981年生，工程師，碩士研究生，主要從事射孔技術(shù)研究及應(yīng)用工作。E-mail:chjbo_cj@cnpc.com.cn

TE257+.1

A

2096-0077(2017)03-0007-04

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.03.002

2016-09-07 編輯：姜 婷)