含硫化氢高温高压井射孔工艺技术研究及应用

含硫化氢高温高压井射孔工艺技术研究及应用

宋健

  中石化经纬有限公司中原测控公司 河南 濮阳 457000

摘要：对于地层中含硫化氢的高温高压复杂井来说，其射孔作业难度往往很大，选择合适恰当的射孔工艺技术及设备至关重要。本文以YB气田某重点探井为例，针对该含硫化氢高温高压复杂井的射孔技术难点，从射孔工艺方案设计、井下射孔器材选取、器材试验、施工过程控制等方面进行详细阐述。以期为本地区相似情况探井射孔作业提供一定参考。

关键词：含硫化氢；高温高压；泥浆压井；射孔工艺

0前言

YB气田某重点探井由于井漏，需在密度为2.11g/cm3以上的泥浆压井下射孔，射孔段静液柱压力达138MPa，地层温度153℃。然而由于井漏、天然气中含硫化氢、套管变形、高温、高密度泥浆压井等复杂条件，对射孔工艺、井下射孔器材等提出了苛刻要求，射孔技术难度较大，存在射孔枪被高压挤扁、误起爆、起爆失败、射孔枪遇卡等安全隐患和施工失败风险。为保证安全优质地完成该井射孔施工，从射孔工艺方案设计、材料选取、施工工序等方面进行研究和控制。

1射孔技术方案设计

1.1射孔工艺确定

由于是高压气井，如电缆输送式等射孔工艺技术难以解决防喷的问题，所以不适合；而通常采用的射孔、酸压、测试一体化施工工艺技术在面对井漏、套变、高密度泥浆压井等使井下施工条件复杂的情况时，存在施工安全风险极大，尤其是发生事故后难以处置的问题[1]。由此，为安全起见，通过综合分析，决定放弃联作施工工艺，采用普通油管输送式射孔工艺，射孔后压井提枪。此外，由于该井射孔井段上部5482.08～5483.68ｍ处套变后最小直径φ116ｍｍ，通常情况下，为追求穿孔深度可以选择102射孔枪射孔，但考虑到套管缩径持续发生，102射孔枪的最高耐压指标较低，为保证安全，选择89射孔枪装填102射孔弹射孔。

1.2起爆方式优选

投棒起爆、油管加压起爆、套管加压起爆是目前射孔作业领域常用的起爆方式，通过对以上３种起爆方式的分析比较，侧重含硫化氢气井井控安全方面的考虑，最终选择套管加压起爆方式。

1.3射孔管柱结构设计

射孔管柱结构必须满足可随时循环压井液、起爆可靠、防炸枪等要求。其中油管串尾部的筛管可满足大排量循环压井液的要求；在顶部起爆器上端连接一隔离接头，防止泥浆沉淀堵塞起爆器传压孔；采取双向起爆，保证可靠引爆射孔器；在底部起爆器上端连接一套延时装置，延时时间３～５min，万一顶部起爆器引爆的射孔器传爆中断，未爆射孔弹被井内高压液体浸泡失效，防止短时间内下部起爆器引爆射孔器可能造成的炸枪事故发生。

1.4起爆压力设计

起爆压力设计必须遵循安全和可靠２条原则，既防止井内波动压力造成的起爆器早爆，又要保证起爆器剪切销钉能够被正常剪断。压井液是清水情况下，Φ73ｍｍ油管在51/2in*套管内正常运行就可造成2MPa以上的波动压力。YB气田相关探井泥浆密度高，井深，套管变形，加之可能发生的顿钻、急刹车、管柱遇阻等现象，根据前人研究结果和经验判断，井内波动压力可能会达到6～7MPa，所以起爆压力值不宜太低；提高起爆压力，必然增大射孔器承压失败风险，而且由于射孔层上部套管漏，压力摩擦阻力大，过大压力有可能造成上部地层漏失而泄压。起爆器装置剪切销钉的剪切强度误差是±5%，因为销钉数目多，总的剪切强度应该在平均值附近，以往的现场施工经验也验证了这一点。经过综合分析，将外加的起爆压力设计为14～15MPa。起爆压力设计结果见表１。

表１ 起爆压力设计结果

２井下射孔器材选择

2.1射孔枪

以材料为32CrMo4的常用射孔枪为例，其最小屈服强度724MPa，外径Φ88.9ｍｍ的耐高压枪管壁厚10ｍｍ，生产厂商给出的耐压指标是140MPa加上起爆时井口施压的压力，射孔枪在井下所受到的压力和理论计算得出的枪管最低塑性挤压力相近，超过生产厂商给出的射孔枪耐压指标，射孔枪被压扁的风险较大。

2.2起爆器装置

一般压力起爆器装置的壳体承压指标较高，关键是击针活塞上剪切销钉的剪切强度能否承受高压，YB1-5-SC压力起爆器共有48个剪切销钉，常温下单个销钉剪切值3.65MPa，在153℃环境中单个销钉剪切值降低为3.233 MPa，可承受最高压力155 MPa，经过起爆压力设计计算，销钉剪切强度可满足该井耐压要求。

2.3爆破器材

井下爆破器材有射孔弹、导爆索、传爆管和起爆器火工件４种，它们的最低耐温指标必须满足井下环境温度和停留时间的要求，并应考虑可能发生的情况，留有足够的安全量。考虑到该井井况复杂，为应对可能发生的地面设备故障和井下异常情况，全部选用超高温炸药，射孔弹装药PYX，导爆索、传爆管和起爆器火工件都装填HNS炸药。

2.4模拟实验

模拟该井油管输送式射孔施工工况，然后提出试验器材，检查器材受高压后变化情况。试验完成后提出试验管柱，检查起爆器和射孔枪状态，起爆器内没有液体渗入，剪切销钉完好；射孔枪密封良好，外观没有变形。试验结果说明起爆器和射孔枪可以满足该井高压施工环境要求。

3射孔作业施工过程控制

(1)下射孔管柱前循环井内泥浆，防止泥浆沉淀堵塞起爆器。

(2)装配和连接射孔器时，对密封面和密封胶圈严格按产品设计要求进行仔细检查，按规范程序装配，确保密封可靠。

(3)射孔管柱下放速度控制在0.3m/s以内，在射孔器下放到5000ｍ 以下时，管柱下放速度控制在0.25m/s以内，匀速平稳，防急刹车和顿钻，防止产生较大波动压力。

(4)射孔器下放到预定位置后，测井校深、调整油管、安装井口、加压起爆等工序衔接紧凑，尽量缩短射孔器在井下停留时间。

(5)根据经验，该井从井口施加的起爆压力到达射孔位置后将损耗３～４MPa左右，所以井口加压至20MPa时，井下实际外加压力达到了16～17MPa，射孔器应该被引爆。为尽量减小射孔器承受的环境压力，设计第１次井口加压上限20MPa，如果井口加压至20MPa射孔器仍未起爆，上部起爆器可能瞎火，等待6min以上，观察下部起爆器是否起爆；如果此次加压未能引爆射孔器，再加压至25MPa。

实际施工结果显示，该井井口加压至18.6MPa时射孔器被引爆，这时井下实际外加压力15MPa左右，和设计值相符。井口没有触摸到震动信号，但TCP监测识别系统监测的２路震动信号和压力信号都清楚显示射孔器被引爆射孔后将射孔枪串管柱提出井口，射孔弹发射率100％，射孔枪没有明显变形，最大膨胀直径Ф91.6mm。

4结语

对于地层中含硫化氢的高温高压复杂井，较合适的射孔方式是油管输送式射孔；针对射孔施工中存在的技术难题，以保证施工安全性和可靠性为基本原则，优选射孔起爆方式，设计合理的起爆压力；通过理论计算和现场试验，确保射孔器材满足井下环境要求，科学控制施工重点工序，从而保证了射孔施工成功。

参考文献：

[1]李贵吉，张建民，王承恩.南堡油田NP511井下管柱误射孔事故原因分析[J]．测井技术，2020,11（06）:26-29.