自动丢枪工艺优化与应用

蔡履忠

（中国石化华东石油工程公司威诺测试公司，江苏南京210019）

自动丢枪工艺优化与应用

蔡履忠

（中国石化华东石油工程公司威诺测试公司，江苏南京210019）

针对复杂井筒条件下射孔生产完井一体化作业时出现射孔后丢不了枪、提前丢枪、枪掉不到井底等问题，进行剖析，提出技改措施，改进丢枪工具和工艺优化，开展室内模拟试验及现场应用，形成一套功能齐全、性能稳定的丢枪装置及射孔工艺完善方案，运用于各类复杂条件下的射孔测试完井生产施工中，提升在国内外射孔、完井测试服务市场上竞争能力。

射孔完井；丢枪装置；工艺优化

随着完井理论研究的深化，工艺的完善，采用射孔测试完井生产一体化管柱成为新的研究方向[1]，Halliburton、Schlumberger和欧文公司完井管柱射孔丢枪技术相对比较成熟，且具有成功案列，但在复杂井筒条件下，丢枪技术的稳定性仍有待进一步提升[2]。

1 自动丢枪工艺存在的问题剖析

1.1 工具改进、方案优化的缘由

中东YL YADA油田采用的射孔生产完井一体化管柱，原设计思路为射孔—丢枪—完井生产管柱一体化[3]。射孔生产完井管柱下井后，先坐封封隔器，油管打压射孔、自动丢枪后直接转入完井生产作业，最大限度降低井控风险和地层污染。实际运行中常出现射孔后自动丢枪装置失效，射孔枪没有丢掉、射孔枪丢不到井底或提前丢枪误射。该油田完井作业前10口井均采用负压接油管射孔生产完井一体化工艺，三口井丢枪未成功，两口井射孔枪未丢到井底，一口井提前丢枪后导致误射，致使该油田改用正压射孔，即先正压射孔后，提出射孔管柱，再下入完井管柱，造成油层二次污染，延长了作业周期，增加了开发成本。

1.2 工艺问题剖析

针对中东YL YADA油田现场施工中自动丢枪工具（图1）、工艺存在缺陷及射孔生产完井一体化成功率低等问题进行技术剖析，查找原因。

图1 DQ1-6A-ZY延时自动丢枪装置工作原理Fig.1 Working principle of DQ1-6A-ZY delay automatic gun release device

丢枪工艺工作原理：井口加压激发—起爆器，延时后引爆射孔枪，射孔后井液进入射孔枪内腔，再进入释放装置，液柱压力推动限位套，剪断剪切销，限位套上移，不再限制弹性卡爪，射孔枪自重把弹性卡爪从外壳中拉出，压力延时点火头与射孔枪一起落到井底。

1.2.1 丢枪装置失效，射孔后枪丢不掉的原因

1）导爆索爆炸能量大，把芯轴炸膨胀，导致限位套被卡[4]，通过地面验证试验，导爆索在芯轴中爆炸后，芯轴直径膨胀量小于0.03mm，但考虑到个体差异或井下条件更恶劣，导爆索爆炸因素不能排除。

2）连接部位配合间隙过小，在井下无法运动，设计极限配合间隙一般是0.1mm，机械零件运动灵活，不排除加工误差或变形等因素引起间隙过小。

3）现场检查和火工品安装后，在需要二次组装时，如果采用平躺安装，芯轴上的O形圈可能刮到螺纹上而损坏密封圈，导致泄漏限位套压力平衡。

4）释放卡爪上采用的螺纹连接丢手的可靠性比丢枪中大量采用的台阶结构丢手的可靠性差。

1.2.2 丢枪装置非正常状态下工作，造成提前丢枪后误射的原因

射孔枪密封不严，出现井筒压力传递到射孔枪内及丢枪装置内腔中引发限位套上移，丢枪装置提前工作。

1.2.3 射孔枪丢不到井底的原因

1）井筒与射孔枪间隙小、井身结构存在狗腿度较大井段，导致射孔枪无法顺利通过。

2）射孔枪下行过程中所承受阻力大于重力牵引分量，因而射孔枪释放后无法落入预定位置。

2 工具改进、方案优化

针对中东YL YADA油田井筒特点，从工具改进（图2、图3）、方案优化入手，研究适合长井段、小环空间隙完井方式条件下，自动丢枪装置及释放工艺技术，提高射孔生产完井一体化管柱安全可靠性。

2.1 自动丢枪装置工具缺陷改进技术方案

改进点：

1）相对于改进前使用的丢枪装置，本装置将点火组件下挂在释放组件下方，这样丢枪时丢手部分上接头内运行距离减小，降低了丢枪过程中丢手部件卡在上接头内的风险。

2）将原来释放卡爪上螺纹连接更改为国外台阶结构，增加丢手的可靠性。

图2 改进前自动丢枪装置结构Fig.2 Automatic gun release device structure before improvement

图3 改进后自动丢枪装置结构Fig.3 Automatic gun release device structure after improvement

3）增加了破裂套，在射孔枪未发射时处于完好状态，即使射孔枪意外进水，也不会提前丢枪。只有点火装置引爆，破裂套炸坏，射孔枪发射，井底流体进入射孔枪内，通过破裂套上孔眼，使液体压力作用到释放机构上，实现丢枪功能。

4）取消了自动丢枪装置内导爆索，防止导爆索爆炸时释放组件变形造成无法丢枪。

5）将点火组件下移至释放组件下方，现场安装火工品不需要拆卸芯轴，避免损坏芯轴密封圈，造成泄漏液体进入释放装置内腔，使限位套无法移动，释放装置有失效的风险。

2.2 自动丢枪装置工具性能参数优化方案

优化点：

1）芯轴上传压孔开在侧面，防止井内落物或脏东西堵塞。

2）丢枪装置上防转销改为啮合槽，防转更可靠。

3）在丢枪装置释放组件最上部增加打捞头，便于后期井筒处理和打捞作业。

2.3 自动丢枪释放到井底可靠性能工艺完善

针对射孔枪无法落入预定位置的工程原因，通过建立三维井眼环境射孔枪串几何控制模型与力学分析模型，研究井眼轨迹参数与射孔枪串结构参数的定量关系，为射孔管串结构设计提供依据，保证射孔丢枪工艺的顺利实施。

3 地面模拟调试

按照产品功能试验标准，对改进型丢枪装置进行了整体耐压试验、剪切试验、最小释放静压试验、拉脱力试验和发火试验，均满足设计要求和性能参数指标。

为确保现场应用的可靠性，在华东分公司采油厂模拟井进行丢枪装置试验，考虑模拟井试验安全条件，未装任何火工品，按现场施工步骤地面组装丢枪装置后，用起吊设备将丢枪装置及配重钻铤下入模拟井，根据模拟井丢枪方案设计参数，逐一进行试验，最终从模拟井取出试验器材，整个丢枪装置性能完全满足设计要求。

4 现场应用

2014年8月4日，在华东分公司采油厂BP B-1井，射孔井段2 077～2 090 m，射厚13 m，按照射孔要求，选用了ϕ102华北枪，16孔/米，总计192发ϕ102射孔弹（表1），液垫为清水，采用油管内加压延时压力起爆自动丢枪装置方式进行设计：2 077 m对应垂深2 055 m，井斜55度，静液柱压力20.13 MPa，扣除温度影响后单个剪切销剪切强度为3.7 MPa，装剪切销数8只，设计引爆压力：P=3.7×8-20.13=9.47 MPa，自动丢枪延时装置为6分钟，下完射孔管柱（表2）校深结束后，调整管柱，然后油管内加压至15 MPa，卸压为0 MPa，延时5分30秒后枪响，震动明显，观察环空液面正常，上提射孔管柱，管柱内无水带出（说明管柱内外已沟通），提出全部射孔管柱，自动丢枪装置工作正常，射孔枪丢入井底，下生产管柱，地层产液，证实了丢枪装置应用成功。

5 结论及建议

1）自动丢枪装置的改进、优化，提高了射孔丢枪作业可靠性和安全性，填补了国内小井筒复杂工况下自动丢枪装置成功的案例，从而为公司进入中东油井后期射孔测试生产作业服务奠定了基础。

2）通过射孔枪串可通过性几何分析模型和三维井眼环境射孔枪串力学分析模型研究，清晰了具体施工井射孔枪串可下入依据，提升了射孔枪串落入预定位置的可靠性。

3）对解决生产射孔完井一体化难题具有现实意义。

4）该新技术能够简化作业工艺，缩短作业周期，节约生产成本，建议加大推广力度，开拓新的石油工程服务市场。

表1 射孔枪装弹设计Table 1 Perforating gun reload design

表2 射孔管柱Table 2 Perforated string

[1]袁吉诚.中国射孔技术的现状与发展[J].测井技术，2002，26（5）：421-425.

[2]古广钦.我国射孔技术发展的回顾与展望[J].测井技术，1992， 16（2）：89-94.

[3]牛超群、张金玉.油气井完井射孔技术[M].北京：石油工业出版社，1994.

[4]陆大卫.油气井射孔技术[M].北京：石油工业出版社，2012.

（编辑：尹淑容）

Research on optimization and application of automatic gun release device

Cai Lyuzhong
(Well-Known Well Testing Co.,Ltd.,East China Oilfield Service Corporation Nanjing,SINOPEC,Nanjing,Jiangsu 210019,China)

∶Due to the complicated wellbore conditions,when the integration operation for perforating,test,completion,production was applied,the problems emerged,for instance,gun cannot be released after perforating,gun was released early than the schedule and the released gun cannot reach the bottom.This paper analyzed the above problems,put forward technical methods for the de⁃vice improvement and the process optimization,carried out indoor simulation test and field application.Finally,a complete and reli⁃able set of gun release device and perforating techniques come into being which suit to perforating,test,completion,production op⁃eration in most kinds of complicated wellbore conditions.It elevates the competitiveness at home and abroad on perforating,test, completion,production operations.

∶perforation completion,gun release device,process optimization

TE257.1

A

2015-01-16。

蔡履忠（1968—），男，工程师，国内外修井、测试项目管理和技术研究。