渤中34-2油田复合射孔事故初探

张 飞,李君宝,王晓龙,金 鑫,张彬奇,陈 欣,徐 鲲

(中海油能源发展监督监理技术公司,天津塘沽 300452)

渤中34-2油田复合射孔事故初探

张 飞,李君宝,王晓龙,金 鑫,张彬奇,陈 欣,徐 鲲

(中海油能源发展监督监理技术公司,天津塘沽 300452)

渤中34-2油田P10井为一口调整井,属于正常温度、压力系统,孔隙度较低,近井带污染比较严重,完井射孔方式采用复合射孔。针对射孔作业中出现减震器上端油管挤瘪、RTTS封隔器水力锚和胶筒损坏、点火棒卡于封隔器芯管内等现象,从管柱设计、负压选择、管柱材质、现场施工管理等方面对此次事故进行分析,并提出相关建议,对射孔作业中类似事故的应对及处理有一定的指导意义。

完井工程;复合射孔;封隔器胶筒损坏;油管挤瘪

1 油田概述

渤中34-2油田是一个以构造层状油藏为主、部分为受岩性控制的复合式油气田。北块Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ油组为纵、横向上分布稳定且具有统一油水界面的构造层状油藏,油水界面为海拔-3 472 m。渤中34-2-P10是渤中34油田一口调整井,共钻遇2套含油层系:东营组和沙河街组。沙河街组为主要含油层段,岩性组合为含砾砂岩、砂岩、细粉砂岩与泥岩不等厚互层。自上而下划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四个油组,油层埋深为3 150～3 500 m。其中沙河街Ⅰ、Ⅱ油组分布比较稳定,Ⅲ、Ⅳ油组缺失。Ⅰ油组钻遇油层厚度21.8 m,平均孔隙度11.74%,渗透率114.5×10-3μm2;Ⅱ油组钻遇油层厚度26.5 m,平均孔隙度11.99%,渗透率112.05×10-3μm2。因本井孔隙度较低,近井带污染比较严重,完井射孔方式采用复合射孔[1]。

2 渤中34-2-P10射孔作业描述

2.1 井身结构及射孔器材

渤中34-2-P10井的套管程序如下:Φ762 mm隔水导管×90 m+Φ339.7 mm表层套管× 598.0 m+Φ244.5 mm技术套管×2895.0 m+ Φ177.8 mm尾管×(2 750.0～3 813.0 m)。

本井采用油管输送、大负压返涌射孔技术,管柱中设计负压阀,通过钻具内外液柱压差来实现负压控制,负压值的选择以不卡枪为原则尽量接近设计负压值。管柱结构及下入顺序为:

(1)液压延时点火头+Φ127 mm射孔枪41根;(2)液压延时点火头+压力传感接头;(3)Φ73 mm EUE厚壁油管1根;(4)负压阀(关闭);(5) Φ73 mm EUE厚壁油管1根;(6)减震器Φ73 mm EU B×P;(7)Φ73 mm油管短节Φ73 mm EU B ×P;(8)变扣接头Φ73 mm EU P×310;(9)RTTS封隔器311×310;(10)安全接头311×310;(11)震击器311×310;(12)Φ121 mm钻铤3柱311× 310;(13)放射性标记接头311×310;(14)Φ121 mm钻铤1柱311×310;(15)Φ89 mm钻杆311× 310;(16)变扣311×410;(17)Φ127 mm钻杆。P10井射孔器材数据见表1,射孔段数据见表2。

表1 渤中34-2-P10井的基本数据Tab.1 the basic data of Bozhong 34-2-P10 well

表2 渤中34-2-P10井复合射孔段数据Tab.2 Compound perforated well data of Bozhong 34-2-P10 well

2.2 复合射孔工艺简述

复合射孔技术是聚能射孔技术与复合推进剂技术的有机结合,是将两种性质完全不同的高能量火药和炸药作为能源作用于地层,达到解堵、造缝,最终增产的目的[2]。

复合射孔比普通射孔作业具有以下特点:(1)压力峰值高、加载快,在孔眼周围形成网状裂纹; (2)破除近井污染带、增加渗流面积;(3)效率高,一趟管柱即可实现射孔、复合压裂双重作用,成本低。

复合射孔适用产层有:(1)低孔隙度的裂缝致密岩、不含泥质的白云岩或有垂直裂缝的非均质灰岩;(2)有粉砂岩和泥质夹层的不含泥质砂岩; (3)近井带渗透表面在钻井、试油、采油过程中被严重堵塞。

2.3 复合射孔器材结构

复合射孔器材的结构与其它产品的区别主要在弹架结构和含能材料的装药结构[3],如图1所示。

本产品在每米射孔枪内装弹数量为40发(型号为692D-127H-2型的深穿透射孔弹,重25 g),弹间距仅52 mm。含能材料制成筒状结构,固定在射孔弹的弹架外,形成复合射孔弹架整体,装配在射孔枪内,组成复合射孔器。

图1 高孔密复合射孔弹架结构示意Fig.1 Schematic diagram of high-density compound perforation

2.4 射孔作业步骤简述

P10井射孔作业中射孔枪下至预定位置后,电测校深,井口配长达到射孔深度要求后,连接测试树、方井口和地面管线,关万能放喷器,环空加压点火(1 792.7 kPa×1 min),迅速放压,5 min后井口感觉到震动和响声。随后将射孔枪起出射孔段,坐封RTTS封隔器,投点火棒砸负压阀,投棒后等待大约30 min后,有气体溢出,判断枪体内外沟通完成。射孔作业完成,反循环完井液压井直至返出无油气。

起出射孔管柱时发现:(1)射孔枪上端油管出现严重凹陷变形(图2);(2)Φ177.8 mm RTTS封隔器水力锚、胶筒损坏(图3、图4);(3)点火棒被卡在RTTS封隔器水力锚芯管内,负压阀未打开(图5)。

3 渤中34-2射孔事故分析

射孔枪弹在瞬间爆破燃烧时产生的巨大能量作用于地层的同时部分压力上窜,压力没有地方宣泄而作用于有限环形空间管柱上,压力超过封隔器水力锚芯管抗挤压强度,产生变形凹缩[3];压力从水力锚传压孔进入芯管与水力锚之间,将芯管挤坏。同时,封隔器和减震器在强度和材质方面的弱点也有可能是造成此次射孔事故发生的原因之一。针对出现的现象从以下几个方面进行分析。

3.1 射孔瞬间能量分析

图2 挤瘪的射孔厚壁油管Fig.2 Squeeze deflated tubling

图3 RTTS封隔器水力锚破损Fig.3 RTTS packer hydraulic anchor damage

图4 RTTS胶皮、挡环破损Fig.4 RTTS rubber,retaining ring broken

图5 点火棒卡于RTTS芯管内Fig.5 Ignition stick card in RTTS core tube

Φ177.8 mm RTTS封隔器水力锚、胶筒损坏以及油管挤瘪,原因之一为封隔器距离射孔弹距离太近,仅26.77 m,压力缓冲空间有限。通过对复合射孔特点的分析,结合管柱结构计算得出结论:应适当增加封隔器与射孔弹顶部第一发弹距离,释放压力空间大,单位面积受压降低。复合射孔相关参数详见表3。

表3 渤中34-2-P10复合射孔相关参数Tab.3 Compound perforation related parameters of Bozhong 34-2-P10 well

此井所用射孔弹为低碎屑、深穿透,弹壳为锌铝材料制成的。该材料在射孔时,随着射孔爆轰而燃烧,在枪体内也会产生一定的压力。不管采用何种射孔技术,使用锌铝壳射孔弹时一定要考虑锌铝材料燃烧所产生的压力对枪体抗爆力的影响。

3.2 负压选择分析

此次设计负压值为8.36 MPa,在射孔瞬间,考虑由复合火药爆炸产生的巨大能量瞬间分压达到32.8 MPa和静液柱压力达到33.098 MPa,以及在复合射孔中未考虑起出射孔段的钻杆对所造负压的影响,其影响相当于增加了201 m的深度,负压值增加2.03 MPa,所以产生的实际负压为8.36+2.03=10.39 MPa。此时,作用在RTTS封隔器芯管上的力为P环空分压+P负压=32.8+ 10.39=43.19 MPa。

实际产生的负压加剧了对射孔管柱芯管的破坏。而按照复合射孔p-t实验曲线分析[4],环空增压一般会在射孔作业瞬间之后0.1～0.2 ms出现叠加,火药量在射孔弹压力的瞬时耐压可达62～70 MPa,基本到达封隔器芯管的耐压差69 MPa。因此建议复合射孔作业中选择合适的负压值。管柱设计中考虑在深井复合射孔能量太大,释放空间有限,将会在整个射孔管柱中寻找弱点突破,从而产生射孔枪上第一根油管发生严重变形、封隔器胶皮挤破、工作筒扶正块挤瘪等现象。

3.3 材质分析

3.3.1 RTTS封隔器

经过工具拆卸现场分析,复合火药产生的巨大能量以压力的形式作用于环形空间内,压力从扶正块间的传压孔释放[4],封隔器芯管抗挤强度仅为69 MPa,芯管强度小于复合火药产生的能量,因而芯管挤瘪。致使点火棒被卡死在RTTS封隔器水力锚处芯管内,负压阀未被打开。而在实际作业中,地层射开后产生的分压通过传压孔将芯管挤瘪,通过挤瘪空间与射孔管柱内空间建立联络通道。

3.3.2 减震器

减震器是利用橡胶筒的可压缩性来减轻射孔瞬间管柱的震动。射孔枪的重量由中心管中部的大直径台阶压到下面的六个胶环上,上部的六个胶环不受力,当射孔枪引爆时,中心管上行,大直径台阶加力到上面六个胶环,胶环的弹性缓冲了向上的震力,下落时,下面的胶环也会缓冲震力。上接头的“O”圈能保持内外的密封。

由于其胶环或胶筒室与外筒外面相通,泥浆能进入胶环,胶筒室使用时间长,出现锈迹。滑动摩擦力增大,会影响减震效果。卸开后发现中心管上、下有大量锈迹,未清洗干净,工具保养检查不到位。

3.3.3 油管

Φ73 mm EUE油管壁厚7.01 mm,抗挤压强度95.7 MPa,该油管被挤扁的原因是枪体内的压力迅速释放到环空中并与环空压力叠加,使环空压力升高,形成环空压力大于油管抗挤压强度。

在复合射孔的瞬间,压力分为两部分:内压和外压,外压部分以环空压力的形式体现。复合射孔中的环空压力,主要由射孔火药燃烧产生的燃气所形成,还包括地层的静态压力。而地层压力过高会导致以下结果:

(1)射孔过程产生的较高环空压力难以向地层释放,使环空压力居高不下;若射孔枪内火药继续燃烧输出压力,则使环空压力持续升高;

(2)居高不下或持续升高的环空压力,反过来导致射孔枪内燃气压力泄出速度低于生成速度,造成枪内压力急剧升高、火药燃速急剧加快,将更高的燃气压力排向环空,使环空压力进一步升高。

3.4 现场施工管理

现场施工过程中应及时与服务商沟通,对相关器材提前确认检查、保养达到要求。审核相关工具或服务内容检查报告,资质证书等,保证在作业过程中安全可靠。

4 建议

复合射孔是一个系统工程,涉及到的专业多,包括火工、机械、流体力学、结构力学、射孔、油藏地质、压裂等。通过分析计算,结合本次现场施工中出现的复杂情况,提出一些建议,以确保该技术与现有工艺、地质情况等配套,使施工作业更安全、更可靠。

(1)TCP作业中封隔器与射孔枪上端之间需6根油管距离(50～100 m)连接,防止瞬间爆轰波和大负压产生的能量释放空间有限,能量无法释放,破坏损伤封隔器和相应的射孔管柱。

(2)在Φ177.8 mm套管井射孔放喷时采用Φ244.5 mm套管井和Φ244.5 mm RTTS封隔器。

(3)增设两个减震器,从而增加减震效果。

(4)减震器上的油管选用厚壁油管,从而使其抗挤性能增加。

(5)选用对温度压力适应性高的管材,如果现场条件不能满足则需要建议在复合射孔中,选用合适负压值,不应单方面考虑大负压返涌而选取大压差。

(6)复合射孔不宜在长井段,多井段带夹层枪作业,以免发生压扁夹层枪、卡枪或者损伤套管事故。

[1]万仁溥,罗英俊.采油技术手册[M].北京:石油工业出版社, 1989.

[2]万仁溥.现代完井工程(第二版)[M].北京:石油工业出版社,2000.

[3]周志华,谭忠健,刘富奎.高孔密复合射孔技术研究[J].测井技术,2006,30(1):19-21.

[4]中国石油学会测井专业委员会射孔分会.2004年射孔年会论文集[C].西安:第二届中国石油学会测井专业委员会射孔分会年会,2004:25-42.

A preliminary discussion on perforation accident in Bozhong34-2 Oilfield

Zhang Fei,Li Junbao,Wang Xiaolong,Jin Xin,Zhang Binqi,Chen Xin,Xu Kun
(CNOOC Supervision and Technology Company,Tanggu300452)

Bozhong34-2-P10 is an adjust well,being normal temperature and pressure systems.Due to the low reservoir porosity in this well,and the serious pollution of near-wellbore,compound perforation has been used.Through analysis of the phenomena during perforating operation,such as the upper shock absorber tubing extrusion deflated,RTTS packer hydraulic anchor and damage of plastic tubes,fire stick cards in the core tube packer,accident analysis has been conducted from the column design,unbalanced selection,tools analysis,on-site construction management and other aspects.In addition,on the basis of the analysis results,relevant recommendations and suggestion on the perforating operation and handling of similar incidents have been put forward.

completion engineering;compound perforation;the damaged of packer rubber;tubing extrusion deflated

book=6,ebook=89

TE257+.1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.02.100

1008-2336(2010)02-0100-05

2010-02-25;改回日期:2010-03-31

张飞,1983年生,男,工程师,2006年毕业于中国矿业大学采矿工程专业,现从事完井监督工作。E-mail:zhangfei2@cnooc. com.cn。