3500m深井定方位射孔施工实例
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摘 要：定方位射孔技术是使射孔弹的穿孔方向得到准确的控制，满足特殊地层的工程施工要求。该项技术成熟，主要在井斜≤15°、井深在2000m以浅的井中应用。本文介绍的是定方位射孔技术首次在3500m深井的成功实例。利用陀螺定方位技术和射孔技术结合，通过陀螺仪定方位测量、旋转油管调整方位、绳套投棒等3个施工重点工序，实现了定方位射孔技术在深井NP X -X井的成功应用。
关键字 ：3500m深井 陀螺仪定向 定方位射孔
一、背景
1.1井况介绍
NP X -X井位于NP油田4号人工岛，是该区块4口压裂增油项目中的1口井。甲方要求利用定方位射孔技术完成这口井的射孔施工。射孔枪穿孔的准确定位成为整个增油项目的关键。在此之前，只完成过井深在1000m以浅的直井定向射孔，在3500m深井的定向射孔还是一项空白。
NP X -X井况：射孔井段3535.6m-3543.0m；射孔方位220°；单相位；最大井斜32.83°/1933.00m；
102枪1m（高温）弹油管输送；井温126℃。
1.2存在的问题（风险）
针对本井的特殊井况，辨识出施工中存在以下问题（风险）。
问题1、目前现有的方位测量仪为机械陀螺仪，自身测量方位误差在±15°/h。随着时间的增长漂移更大，预计井下工作时间在3小时以上。根据井况（井斜大、井深）、施工时间（旋转油管调整方位的时间不确定）等因素影响，存在射孔定方位偏差过大的风险。机械陀螺仪需要在地面井口处进行人工目测定标，夜间不能进行定方位作业。
问题2、该井射孔底界3543.0m，井斜32.83°，井深、井斜大增加了射孔方位调整的难度。定方位射孔没有在深井施工过，以往定方位射孔都在1000m以浅、井斜≤15°的直井完成的。井深造成井内油管悬重大；井斜造成油管与套管的磨阻值高，这2个现实因素对在井口旋转油管调整井下射孔枪方位影响很大，调整时非常困难，方位不好保证精确。
问题3、针对本井的井况，起爆方式受限于只能采用投棒方式起爆（不采用加压方式的原因：1、井深超过3500m，如采用油管加压，压力作用在油管上使油管扭矩释放产生旋转和油管伸长，射孔枪的方位和深度也随之旋转偏离射孔位置；2、井内有未封堵层位，也不能采用环空加压方式起爆）。起爆器采用60起爆器，定向短节内径实际上可通过的有效直径为40mm。对投棒撞击起爆器的通过有一定缓冲和阻碍。60投棒的打捞器外径为42mm，如果枪身未起爆无法进行捞棒。因此，若投棒不能到底砸响起爆器，存在起管柱过程中的误射孔事故。
二、解决办法
2.1使用动调式陀螺仪进行射孔的定方位测量
为确保定方位的精度和提高施工时效，选用动调式陀螺仪，此种陀螺仪照比机械陀螺仪漂移小精度更高（误差≤1°/h），定方位测量操作简便，不受夜间局限。以下是定方位测量过程：2013年7月28日下枪身及定向油管柱。7月29日磁定位校深完毕，作业队完成油管调整。12：30分连接动调式陀螺仪在地面进行定标。20min后定标结束，开始下井。要求陀螺仪的下放速度不能大于2000m/h，故15：00分左右下到测量位置。陀螺仪器入键后开始测量方位，测量3点后，上提电缆30m，仪器下放重新入键测量（正常操作步骤是：陀螺仪器入键后停2分钟，等仪器静止平稳后，加电测量，测量完毕断电1min后，起电缆20～30m，下放仪器重新入键测量，这样的方式要重复做3次，3次结果一样，才可确认数据准确），测了2点后，地面箱体的电流表显示异常，开始突跳。查找原因：确定因井温高（井温126℃），造成井下陀螺仪器工作温度高，电源模块损坏。找到故障原因后，决定使用高温陀螺仪下井。陀螺仪在地面重新定标后，开始按定方位测量步骤测量方位。根据测得的方位数据，在地面井口处旋转油管来调整射孔方位角。
2.2井口旋转油管调整井下射孔枪穿孔方位
下入井内的枪身完成校深后，开始定方位测量，通过在井口旋转油管来调整井下枪身的射孔方位角。最初，通过人利用管钳咬住油管来旋转，经陀螺仪测量后，发现井下的枪身方位角几乎没有发生改变，说明人的旋转力度不能传输到井下。油管旋转后产生的反扭矩很大，这样操作还存在安全隐患，造成人身伤害。经过分析，一是由于井深超过3500m，油管就有360多根，本身悬重就极大；二是由于井斜大，油管紧贴附在套管壁上，造成磨阻大，油管还要承受很高的弯曲应力和扭应力，井口的旋转扭矩难以传递到井下，以上2种情况是造成旋转定向失败的原因。针对这种情况，通过现场研究，决定先用液压钳正向旋转油管，将井下油管的丝扣做紧扣处理。再用管钳旋转油管，利用作业架大钩进行上下提放油管，使井口的旋转扭矩传递到井下。每操作1次后要进行陀螺仪测量，根据测得的方位角进行适当的旋转油管。通过12次方位测量、11次旋转油管的操作，最终测得的射孔方位角达到设计方位角（≤±10°）要求。
2.3采用特制的绳套投棒进行投棒点火作业
定深和定方位完成后进行投棒（绳套投棒）点火作业。经过监测30min后无起爆显示， 判断射孔枪未发射。使用Φ51mm定位器电缆摸鱼，在定向短接处遇阻，说明投棒已经落入定向油管内，在电缆上做明显记号。起出电缆及定位器。电缆下端挂接绳套投棒专用的捕捞器下井，一次下井将绳套投棒打捞成功。通过分析，由于井下压井液脏，经过沉淀，在起爆器喉口产生堆积物，阻碍了绳套投棒的撞击，造成点火失败。协作方起枪重新洗井后，下入枪身定位、定向，再次使用绳套投棒一次点火成功完成射孔。绳套投棒和专用捕捞器的使用，有效的解决了枪身未起爆而无法捞棒的问题，避免了枪身意外事故的发生。
结束语
（1）采用动调式陀螺仪定方位测量，操作简便，不受昼夜局限，施工时效得到提高；漂移小，测量方位数据精度高，为获得最佳的定方位射孔效果提供可靠保障。
（2）总结出适用于深井定方位射孔的调整方法，旋转油管按照“先紧扣再旋转后提放”的步骤进行多次的方位调整，可以有效的将井口旋转油管的扭矩传递到油管最下端的定方位枪身上。操作过程主要依靠井上机械设备完成，调整效果好。
（3）在不能使用加压方式起爆的情况下，采用特制的绳套投棒进行投棒点火作业。如投棒点火失败，可用配套的打捞器将绳套投棒捞出，避免误射孔事故的发生。
通过本井定方位射孔的成功施工，突破了定方位射孔技术只适用于直井浅井的限制。为深井定方位射孔施工积累了宝贵的技术经验。
作者简介： 王英，男，工程师，现在长城钻探工程有限公司测井公司从事射孔技术工作。