多級(jí)負(fù)壓點(diǎn)火射孔技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)案例

（中海油能源發(fā)展股份有限公司上海工程技術(shù)分公司，上海 200335）

0 引言

射孔作業(yè)，即利用火工器材或其他能源的能量射開(kāi)套管、水泥環(huán)和地層，溝通油、氣流通道的井下作業(yè)。它是油氣田在勘探、開(kāi)發(fā)過(guò)程中不可缺少的技術(shù)。在勘探時(shí)，通過(guò)鉆井、錄井和測(cè)井發(fā)現(xiàn)油層之后，必須下套管射孔后進(jìn)行試油，以確定該油層有無(wú)工業(yè)開(kāi)采價(jià)值。油田開(kāi)發(fā)中的生產(chǎn)井，進(jìn)行完井作業(yè)也必須先射孔，然后才能進(jìn)行防砂、下生產(chǎn)管柱、下泵等其他采油、注水等作業(yè)。

在油氣田在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如果調(diào)整了開(kāi)發(fā)方案，往往須進(jìn)行補(bǔ)孔，以保持油氣田的產(chǎn)量。隨著射孔技術(shù)、采油技術(shù)的發(fā)展以及我國(guó)各大油田在勘探開(kāi)發(fā)工作中的經(jīng)驗(yàn)積累，石油工作者越來(lái)越重視射孔技術(shù)，我國(guó)的射孔技術(shù)有了飛速的發(fā)展，取得了很大的成績(jī)。

負(fù)壓射孔是目前最好的射孔方式。過(guò)油管射孔只有第一槍才可以構(gòu)成負(fù)壓。第二槍開(kāi)始為等壓射孔。由于井口防噴裝置長(zhǎng)度的限制，過(guò)油管射孔每次下井的槍長(zhǎng)度有限，只射一槍的井很少，所以過(guò)油管射孔不能滿(mǎn)足負(fù)壓射孔的要求。只有油管輸送射孔（TCP）才能滿(mǎn)足負(fù)壓射孔的各種要求。

TCP 負(fù)壓射孔[1]通過(guò)油管或鉆桿輸送射孔槍進(jìn)行射孔作業(yè)，是目前廣泛應(yīng)用的射孔技術(shù)。負(fù)壓射孔是通過(guò)在管柱內(nèi)形成負(fù)壓，鉆桿或油管內(nèi)的完井液液柱壓力低于地層壓力的條件下射開(kāi)油氣層，并利用地層壓力清理射孔殘?jiān)退樾?，防止壓井液進(jìn)入地層，起到保護(hù)地層的目的。

在長(zhǎng)夾層大跨度井和水平井長(zhǎng)井段中，目前一般采用多級(jí)分段點(diǎn)火射孔，實(shí)現(xiàn)負(fù)壓射孔。即在射孔槍上下安裝多級(jí)點(diǎn)火頭，防止長(zhǎng)導(dǎo)爆索斷爆，提高一次射孔成功率。

1 背景

東海殘雪平臺(tái)采用平臺(tái)修井機(jī)進(jìn)行某7 井完井作業(yè)，由于該井射孔段跨度較大，毛射孔段超過(guò)400 m，純射孔段52.4 m，中間夾層槍較長(zhǎng)，最大跨度達(dá)到190.8 m，為避免較長(zhǎng)導(dǎo)爆索發(fā)生斷爆情況，同時(shí)最大限度的保護(hù)油氣層，防止射孔后的殘?jiān)蛪壕哼M(jìn)入地層造成污染，所以采用多級(jí)點(diǎn)火環(huán)空加壓的負(fù)壓射孔方式。

2 主要工具原理

負(fù)壓開(kāi)孔裝置如圖1 所示，該裝置是一種在射孔完井作業(yè)中建立負(fù)壓的裝置。下井過(guò)程中，油管與套管壓力隔離。封隔器座封后，地面環(huán)空加壓，作用在裝置滑套上，至預(yù)定壓力，滑套推動(dòng)剪切組件上行，到位后鎖死。此時(shí)，生產(chǎn)孔打開(kāi)，封隔器以下環(huán)空與該裝置以上油管連通，形成負(fù)壓。繼續(xù)加壓，引爆壓力延時(shí)點(diǎn)火頭，完成負(fù)壓射孔。使用該裝置可以在射孔槍上連接壓力延時(shí)點(diǎn)火頭。

點(diǎn)火頭也叫起爆裝置，一般來(lái)講聚能射孔的全過(guò)程是撞擊式雷管被引爆經(jīng)過(guò)傳爆、導(dǎo)爆最終使射孔彈釋放出其全部能量形成高壓、高速射流射穿目的靶。而引發(fā)這一系列爆轟波的產(chǎn)生，傳遞的源頭是撞擊式雷管被引爆。我們把能使撞擊式雷管引爆的裝置叫做點(diǎn)火頭。它是TCP 射孔的關(guān)鍵部件。點(diǎn)火頭的2 個(gè)主要部件是擊針和雷管室。其動(dòng)作原理是擊針受力，離開(kāi)銷(xiāo)釘位置并以6～8磅·尺的力砸向雷管，使雷管產(chǎn)生爆轟。根據(jù)擊針?biāo)芡饬τ袡C(jī)械的和液壓的2 種狀況，我們將點(diǎn)火頭分為兩類(lèi)。1）機(jī)械點(diǎn)火頭。2）壓力點(diǎn)火頭，而又常把壓力點(diǎn)火頭分為環(huán)空壓差和全承壓式2 種。出于作業(yè)安全、保障負(fù)壓、井下復(fù)雜情況，確保一次成功等多種因素的考慮，又派生出多種點(diǎn)火頭，如安全機(jī)械點(diǎn)火頭、壓力延時(shí)點(diǎn)火頭、（火藥延時(shí)和液壓延時(shí)）壓差式點(diǎn)火頭、雙引爆點(diǎn)火頭等。

RTTS 封隔器，用于測(cè)試、措施和擠水泥作業(yè)的全通徑卡瓦型封隔器。全通徑可以最小壓降泵注大的排量。通過(guò)正轉(zhuǎn)下壓坐封、上提解封；并可通過(guò)油管射孔槍?zhuān)淮纹鹣裸@可進(jìn)行多種作業(yè)。如射孔、測(cè)試、擠注、補(bǔ)孔。

R/A 短節(jié)又名同位素短節(jié)，下井時(shí)內(nèi)裝放射性元素 Co60，用于TCP 射孔作業(yè)校正射孔深度，通過(guò)下入電纜進(jìn)行較深，以確保射孔作業(yè)的精度。

3 風(fēng)險(xiǎn)案例介紹

多級(jí)點(diǎn)火環(huán)空加壓射孔方式的特點(diǎn)是在兩段射孔槍的上下均安裝點(diǎn)火裝置[2]，在校深和坐封封隔器等射孔前準(zhǔn)備工作之后，進(jìn)行環(huán)空加壓，壓力通過(guò)環(huán)空加壓旁通接頭進(jìn)入中心管，穿越封隔器，經(jīng)多級(jí)負(fù)壓開(kāi)孔裝置[3]下接頭的傳壓孔傳遞到封隔器以下的環(huán)空，使壓力從封隔器以上環(huán)空傳遞到封隔器以下環(huán)空，使環(huán)空壓力作用在各個(gè)點(diǎn)火頭上。環(huán)空加壓點(diǎn)火示意圖，傳壓孔關(guān)閉測(cè)試孔打開(kāi)后示意圖。

在加壓的過(guò)程中一次激發(fā)所有點(diǎn)火頭，在點(diǎn)火頭火藥延時(shí)期間，環(huán)空繼續(xù)加壓至滑套，剪切銷(xiāo)釘剪斷壓力，滑套向上位移，關(guān)閉傳壓孔、打開(kāi)測(cè)試孔，從而形成返排通道，此時(shí)封隔器以下環(huán)空和鉆桿內(nèi)部連通，鉆桿內(nèi)液柱壓力小于地層壓力，從而形成負(fù)壓，射孔槍由于延時(shí)火藥[4]的作用，在形成負(fù)壓后射孔槍進(jìn)行射孔。

該井射孔管柱共下入四級(jí)點(diǎn)火頭，根據(jù)點(diǎn)火頭的安裝深度計(jì)算地面加壓值，見(jiàn)表1。

射孔準(zhǔn)備工作完成后，開(kāi)始環(huán)空加壓，對(duì)壓井泵緩慢加壓到1 800 psi 后開(kāi)始計(jì)時(shí)，約4 min 后加壓至2 300 psi左右時(shí)管柱震動(dòng)，環(huán)空壓力隨即突然降至0，隨后管柱第二次震動(dòng)。

兩次管柱震動(dòng)為兩段射孔槍起爆，從圖2 結(jié)構(gòu)中可看出，在負(fù)壓開(kāi)孔裝置的滑套動(dòng)作后，傳壓孔[5]關(guān)閉，測(cè)試孔打開(kāi)，此時(shí)封隔器以上環(huán)空壓力到此滑套處后被封死，此時(shí)環(huán)空處于密封狀態(tài)，因此在環(huán)空壓力打上去后，環(huán)空壓力不該有明顯改變，尤其是環(huán)空壓力突然降到了0，更是非正?，F(xiàn)象。

在確認(rèn)射孔后，再次環(huán)空加壓能夠起壓并加壓至3 500 psi，打開(kāi)RD 循環(huán)閥[6]，循環(huán)壓井。

循環(huán)結(jié)束后，起射孔管柱中至井口，檢查發(fā)現(xiàn)多級(jí)負(fù)壓開(kāi)孔裝置滑套剪切銷(xiāo)釘已剪斷，狀態(tài)正常。

表1 點(diǎn)火頭及負(fù)壓開(kāi)孔裝置銷(xiāo)釘計(jì)算

3 原因分析

第一槍響后壓力下降，如果后面不能再起壓，那么RD循環(huán)閥將不能打開(kāi)，管柱將無(wú)法建立循環(huán)，這種情況非常危險(xiǎn)。

環(huán)空加壓過(guò)程中壓力先傳遞到封隔器以下環(huán)空，當(dāng)滑套位移時(shí)傳壓孔關(guān)閉，壓力也不會(huì)外泄。唯一的可能性就是，環(huán)空加壓過(guò)程中，當(dāng)?shù)谝粯岦c(diǎn)火時(shí)滑套還未動(dòng)作，此時(shí)井筒與地層處于溝通狀態(tài)，壓力傳入地層造成壓力突降。

第二次環(huán)空加壓可以起壓，原因是在第一次加壓的過(guò)程中，已接近負(fù)壓開(kāi)孔裝置滑套銷(xiāo)釘?shù)募羟兄?，在射孔的一瞬間還未剪切但已無(wú)限接近剪切值，在射孔導(dǎo)致的管柱震動(dòng)以及壓力激動(dòng)的作用下，銷(xiāo)釘剪切，關(guān)閉了傳壓孔打開(kāi)了測(cè)試孔。

4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

在環(huán)空多級(jí)加壓點(diǎn)火方式射孔的過(guò)程中，環(huán)空加壓時(shí)，可以緩慢開(kāi)始打壓，當(dāng)壓力達(dá)到點(diǎn)火頭最小點(diǎn)火壓力后，要迅速將壓力加至多級(jí)負(fù)壓開(kāi)孔裝置滑套動(dòng)作壓力，保證滑套在射孔前動(dòng)作。

根據(jù)井況盡量少選擇或不選擇環(huán)空多級(jí)加壓點(diǎn)火方式射孔，如果作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)了測(cè)試孔打開(kāi)前射孔，那么就無(wú)法建立循環(huán)通道，后果將不堪設(shè)想。