鄭瑞波

（中國(guó)石化江漢油田分公司 江漢采油廠，湖北 潛江433123）①

高壓區(qū)塊以及厚油層長(zhǎng)射孔段油井投產(chǎn)需要采用油管傳輸式射孔方式［1］。由于該方式在爆破后整個(gè)下井管柱即成為全通徑結(jié)構(gòu)，一旦發(fā)生油管溢流冒噴，將影響下一步帶壓下泵轉(zhuǎn)機(jī)抽作業(yè)的實(shí)施。若采取壓井液循環(huán)壓井措施后再下泵抽管柱，則將會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成一定程度的污染傷害［2-3］。如果采取帶壓下泵措施則需要?jiǎng)佑脦鹤鳂I(yè)整套設(shè)備，從而造成工序繁瑣、占井時(shí)長(zhǎng)、作業(yè)費(fèi)用高等問(wèn)題。相關(guān)文獻(xiàn)介紹的“射孔下泵一體化”技術(shù)具有一定先進(jìn)性，但主要基于具有全通徑特點(diǎn)的兩種特殊泵型的應(yīng)用，即桿式抽油泵［1］和特制的“射采聯(lián)作泵”。一方面，桿式泵在國(guó)內(nèi)有桿泵采油井中應(yīng)用比例很小，例如江漢油區(qū)目前約1 100口生產(chǎn)井中只有3口井采用了桿式泵舉升。另一方面，特制的具有可投撈固定閥功能的“射采聯(lián)作泵”，由于其固定閥皮碗支承座受結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)限制內(nèi)通徑較小，為了使校深儀器順利通過(guò)，還需要專門配套特制的“小直徑過(guò)泵定位儀”，相應(yīng)地增加了整套工藝的投用成本，使其推廣適用范圍受到一定的局限性［4-5］。由于國(guó)內(nèi)各油田應(yīng)用常規(guī)管式抽油泵舉升管柱的比例高達(dá)95%，為此，筆者設(shè)計(jì)了一種可以適用于各種管式泵通用的“射孔后防炮渣卡堵可帶壓轉(zhuǎn)抽”的集成采油管柱，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果明顯，與桿式泵和射采聯(lián)作泵并列使用，使“射孔下泵聯(lián)合作業(yè)”（簡(jiǎn)稱“聯(lián)作”［6］）技術(shù)具有更廣泛的推廣前景。

將管式泵與射孔槍串聯(lián)實(shí)施聯(lián)作最大的難點(diǎn)在于，射孔爆破后產(chǎn)生的大量炮渣雜質(zhì)會(huì)瞬間涌入尾管，直至將管式泵固定閥或者防噴工具卡住或堵死［7-8］。為該新型集成采油管柱，研發(fā)了可與各種管式泵配套使用的通用工具，解決了炮渣卡堵的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了將油井射孔和下泵兩趟管柱合二為一，射孔后可不動(dòng)管柱帶壓防噴轉(zhuǎn)機(jī)抽完井。在江漢油區(qū)應(yīng)用表明，該工藝平均縮短單井起下?lián)Q管占井時(shí)間26 h，平均減少單井作業(yè)費(fèi)用￥1.8萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益明顯，為同類型油井射孔后下泵作業(yè)提供了聯(lián)作新模式。

1 管柱結(jié)構(gòu)及技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1.1 管柱結(jié)構(gòu)

該射孔后防卡堵可帶壓轉(zhuǎn)抽的集成采油管柱結(jié)構(gòu)如圖1所示。由上至下依次為油管串、油管校深短節(jié)、抽油泵泵筒、抽油泵固定閥總成、炮彈式泵下堵塞器［9］、油管短節(jié)、炮渣攔截器、油管串、炮彈攔截器、射孔槍串。

圖1 射孔后防卡堵可帶壓轉(zhuǎn)抽的集成采油管柱結(jié)構(gòu)示意

該工藝組合應(yīng)用常規(guī)管式泵及篩管+普通射孔槍串（或全通徑射孔槍串），將起下兩趟射孔管柱和一趟下泵管柱整合為一趟完井管柱。通用型的炮彈式泵下堵塞器起到射孔后防噴及擊穿炮渣攔截器打開(kāi)進(jìn)液通道的作用；炮渣攔截器攔阻射孔后上返的炮渣，防止炮渣堵塞卡阻泵下堵塞器及泵固定閥組的作用；大通徑炮彈攔截器承接擊穿炮渣攔截器后落下的堵塞器的炮彈芯子（活塞），防止炮彈芯子落井或堵塞射孔槍爆破后形成的進(jìn)液通道。射孔后，在炮轟壓力作用下，炮渣上涌可以通過(guò)大通徑的炮彈攔截器，直至被炮渣攔截器阻擋無(wú)法繼續(xù)上返至泵下堵塞器位置。然后通過(guò)增壓泵車在地面對(duì)油管加壓，直至液壓打開(kāi)泵下堵塞器的瞬間，利用“崩出”的炮彈芯子的高速動(dòng)能再把炮渣攔截器擊穿（最終落在炮彈攔截器上），從而打開(kāi)整個(gè)尾管的進(jìn)液通道，實(shí)現(xiàn)不動(dòng)管柱開(kāi)抽完井。該工藝適用于所有采用油管傳輸式射孔后直接下泵生產(chǎn)的油井進(jìn)行射孔后帶壓轉(zhuǎn)抽聯(lián)合作業(yè)。

1.2 集成管柱主要技術(shù)參數(shù)

1） 管柱最大外徑：射孔槍處，?139.7 mm 規(guī)格套管內(nèi)一般采用?102 mm 槍型。

2） 配套工具（炮彈式泵下堵塞器、炮渣攔截器、炮彈攔截器）通用外徑：根據(jù)?57 mm 及以下規(guī)格泵徑的通用型，采油管柱標(biāo)準(zhǔn)最大外徑為?90 mm，配套工具設(shè)計(jì)的外徑也均為?90 mm（?70 mm及以上規(guī)格泵徑的管柱外徑≥?107 mm，一般不用于該聯(lián)作工藝）。

3） 炮渣攔截器與炮彈式堵塞器之間安裝距離（油管短節(jié)長(zhǎng)度）：為了充分利用炮彈芯子的高速動(dòng)能，一般在0.5 m 范圍內(nèi)。

4） 炮彈式泵下堵塞器最大防噴壓力：30 MPa。

5） 炮彈式泵下堵塞器最高工作耐溫：160 ℃。

6） 炮彈式泵下堵塞器（炮彈芯子）射出動(dòng)能：875 J。

7） 炮彈攔截器過(guò)流截面積等效水眼直徑：?60 mm。

8） 配套工具連接扣型：?73.03 mm 規(guī)格平式油管扣。

1.3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1） 在油管傳輸射孔管柱上集成防噴帶壓轉(zhuǎn)抽功能，減少起下?lián)Q管作業(yè)工序、縮短作業(yè)占井時(shí)間、降低作業(yè)費(fèi)用。

2） 可以避免高壓油井射孔、循環(huán)壓井后下泵造成的儲(chǔ)層傷害，以及帶壓下泵造成的作業(yè)繁瑣、占井時(shí)長(zhǎng)、冒噴污染等問(wèn)題。

3） 可防止射孔彈爆炸后產(chǎn)生的大量炮渣在炮轟壓力作用下沿尾管上涌，造成卡堵泵抽管柱的故障發(fā)生，保證該集成管柱工藝設(shè)計(jì)及施工作業(yè)的可靠性。

4） 組裝操作簡(jiǎn)單，管柱通用性強(qiáng)，設(shè)計(jì)的配套工具（炮彈式泵下堵塞器、炮渣攔截器、炮彈攔截器）適用于標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的常規(guī)管式泵和普通射孔槍串。

2 配套工具

2.1 炮彈式泵下堵塞器

2.1.1 結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

炮彈式泵下堵塞器是在原泵下堵塞器［9］的結(jié)構(gòu)和功能基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)而成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 炮彈式泵下堵塞器結(jié)構(gòu)示意

主要由頂桿、壓帽、剪斷銷釘、密封圈、彈簧、炮彈芯子（活塞）、堵塞器殼體、剪釘座圈等組成。與原堵塞器相比，主要改進(jìn)的結(jié)構(gòu)是將活塞底端的平底螺帽設(shè)計(jì)為子彈頭狀，成為一種炮彈芯子，用于實(shí)現(xiàn)射出后順利擊穿下部炮渣攔截器的功能。炮彈芯子結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 炮彈芯子結(jié)構(gòu)示意

2.1.2 工作原理

組裝好的炮彈式泵下堵塞器是一套獨(dú)立的井下工具，將其直接安裝在管式泵固定閥下部。頂桿在內(nèi)部彈簧彈力作用下始終可以將閥球頂離閥座，這樣便使下井后的抽油泵固定閥處于常開(kāi)狀態(tài)。炮彈芯子（活塞）上的密封圈保證其與堵塞器殼體之間達(dá)到密封狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)油管內(nèi)防噴功能。由于在頂桿作用下閥球與閥座處于分離（常開(kāi)）狀態(tài)，當(dāng)油管內(nèi)施加液壓時(shí)，液壓力即可越過(guò)固定閥向下作用于炮彈芯子（活塞）頂平面上。當(dāng)推動(dòng)炮彈芯子向下的推力達(dá)到其剪釘槽內(nèi)均布的銷釘?shù)目偧魯嗔?，銷釘被剪斷，炮彈芯子瞬間從堵塞器腔室中被高速射出，直至擊穿下部炮渣攔截器，進(jìn)而打開(kāi)整個(gè)管柱的進(jìn)液通道。

炮彈式泵下堵塞器在原內(nèi)防噴功能基礎(chǔ)上增加了“動(dòng)能擊穿”新功能，使其適用范圍更廣，可替代原堵塞器使用。

2.2 炮渣攔截器

炮渣攔截器用以阻擋攔截射孔彈爆炸后形成的炮渣瞬間上涌進(jìn)入尾管，避免炮渣卡堵泵下堵塞器及泵閥。射孔后待壓力擴(kuò)散后，攔阻在炮渣攔截器下部的炮渣會(huì)自然沉降，之后再擊穿攔截器時(shí)炮渣不會(huì)再產(chǎn)生影響。

炮渣攔截器結(jié)構(gòu)如圖4所示，由上接頭、擋板、下接頭組成。擋板由具有一定厚度的銅板制成，具有較強(qiáng)塑性，當(dāng)被炮彈芯子擊穿后可順勢(shì)翻邊定型，從而形成較大通徑的過(guò)流通道。銅板上呈“十”字狀均布細(xì)小通孔（如圖5），通孔主要有2個(gè)作用：①類似郵票的易拉口，使炮彈芯子更容易擊穿并撕裂擋板，形成大通徑的過(guò)流通道（如圖6）；②保證炮渣攔截器上下液壓平衡，防止深井處較高的靜液柱壓力將擋板漲破。

圖4 炮渣攔截器結(jié)構(gòu)示意

圖5 炮渣攔截器擋板結(jié)構(gòu)

圖6 炮彈芯子擊穿炮渣攔截器時(shí)狀態(tài)

2.3 炮彈攔截器的設(shè)計(jì)

炮彈攔截器結(jié)構(gòu)如圖7所示，其具有“十”字形及半月形過(guò)流通道，主要作用是用以承接落下的炮彈芯子，避免炮彈芯子落入并堵塞射孔槍中心過(guò)流通道。

圖7 炮彈攔截器結(jié)構(gòu)示意

2.4 炮彈式泵下堵塞器擊穿動(dòng)能計(jì)算

炮渣攔截器擋板上的細(xì)小通孔不足以滿足過(guò)流通道需要，必須將其撕裂擊穿。其原理是依靠液壓打開(kāi)炮彈式泵下堵塞器的瞬間，利用炮彈芯子射出時(shí)具有的高速動(dòng)能將銅板擊穿，從而完全打開(kāi)尾管進(jìn)液通道。

根據(jù)動(dòng)能定理，炮彈芯子射出的初始動(dòng)能（式中忽略炮彈芯子射出瞬間所受的摩擦阻力）：

式中：Wg為炮彈芯子射出的初始動(dòng)能，J；F 為液壓作用于活塞（炮彈芯子）頂平面上折算的推力，N；S為堵塞器腔室長(zhǎng)度（出膛位移），m；m 為炮彈芯子整體質(zhì)量，kg；v為炮彈芯子射出時(shí)的初速度，m／s。

炮彈芯子在液壓作用下的射出過(guò)程與普通手槍子彈的射擊出膛效果類似，為了直觀反映其對(duì)炮渣攔截器銅板的擊穿效果，對(duì)比計(jì)算結(jié)果如表1。

由表1可知，炮彈芯子的射出動(dòng)能相當(dāng)于普通手槍子彈的約81%，擊穿能力很強(qiáng)。在模擬井下液壓推力等受力工況參數(shù)下，所做的地面打壓擊穿試驗(yàn)中，炮彈芯子達(dá)到了順利擊穿炮渣攔截器的理想效果，如圖8所示。

表1 炮彈式泵下堵塞器與普通手槍子彈擊穿動(dòng)能對(duì)比

圖8 炮彈芯子擊穿炮渣攔截器地面試驗(yàn)

3 射孔帶壓轉(zhuǎn)抽集成管柱作業(yè)方法

第1 步，下組合管柱：地面丈量管柱及工具長(zhǎng)度。參照施工工藝（如圖1）及施工步驟，依次連接工具串并下入井筒。

第2步，伽瑪+磁定位組合校深：當(dāng)射孔槍下至目的層附近深度后，油管內(nèi)下入伽瑪+磁定位組合校深儀［10］，通過(guò)專業(yè)測(cè)試方法［11］比對(duì)測(cè)定出油管校深短節(jié)精確深度。

第3步，調(diào)整射孔槍深度：根據(jù)校深測(cè)定的油管校深短節(jié)精確深度以及事先丈量出的總零長(zhǎng)（油管校深短節(jié)至射孔槍距離），通過(guò)在井口下入或上提油管來(lái)精確調(diào)整以使射孔槍正對(duì)待射孔的目的層位。

第4步，下抽油桿柱：井口依次下入抽油泵柱塞和抽油桿柱，當(dāng)柱塞下至泵筒上部10～20 m 深度時(shí)，井口懸吊抽油桿柱。

第5步，套管反打壓射孔：通過(guò)井口液壓泵車在套管中施加液壓，使液力傳導(dǎo)至射孔槍處，靠液力起爆射孔槍，完成對(duì)目的層的射孔。

第6步，交替起桿管：井口交替起出1～3根抽油桿和油管，將射孔槍向上提出目的層上邊界10～20 m。

第7步，柱塞提出泵筒：將柱塞提出泵筒10～20 m 后在井口懸掛桿柱。

第8步，正加壓打掉堵塞器：通過(guò)井口液壓泵車在油管中施加液壓，使液力傳導(dǎo)至抽油泵固定閥下部的炮彈式泵下堵塞器處，靠液力打掉炮彈芯子，并擊穿炮渣攔截器。

第9步，連光桿探泵試抽完井：井口倒換連接光桿，將柱塞導(dǎo)入泵筒內(nèi)重新探泵，調(diào)整好防沖距，試抽出液正常后完井開(kāi)抽。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在使用該炮彈式泵下堵塞器+炮渣攔截器+炮彈攔截器組合工具之前，集成采油管柱上采用的普通的堵塞器和接球座的組合，發(fā)生了2井次的炮渣卡堵故障，導(dǎo)致返工作業(yè)。自2017-09，在T761X-2等井改用炮彈式泵下堵塞器+炮渣攔截器+炮彈攔截器組合工具，在江漢油區(qū)累計(jì)應(yīng)用23井次，新工藝一次完井成功率100%。部分井次應(yīng)用效果如表2。

表2 部分油井采用集成采油管柱技術(shù)應(yīng)用效果

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，采用該集成管柱聯(lián)作完井平均縮短單井起下?lián)Q管占井時(shí)間26 h，平均減少單井作業(yè)費(fèi)用￥1.8 萬(wàn)元，累計(jì)增產(chǎn)及減少原油損失約800 t，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

5 結(jié)論

1） 射孔后防卡堵帶壓下泵聯(lián)作一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了將油井射孔和下泵兩趟管柱合二為一，射孔后不動(dòng)管柱帶壓防噴轉(zhuǎn)抽一體化聯(lián)合作業(yè)功能，既可避免高壓井射孔壓井后下泵造成的儲(chǔ)層傷害，又能避免帶壓下泵造成的作業(yè)繁瑣、占井時(shí)長(zhǎng)、冒噴污染等問(wèn)題。

2） 炮彈式泵下堵塞器和炮渣攔截器組合工具對(duì)各型管式抽油泵采油管柱通用性強(qiáng)，可以防止射孔后產(chǎn)生的炮渣上涌，造成卡堵泵抽管柱的故障發(fā)生，保證了該集成管柱現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的可靠性。

3） 在工藝適應(yīng)性、選井條件、技術(shù)優(yōu)勢(shì)方面，該集成管柱擴(kuò)展了傳統(tǒng)的油管傳輸射孔管柱功能，為同類型油井射孔后下泵作業(yè)提供了聯(lián)作新模式。