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7 6 测 井与 射孔 2 0 0 3年 第 2期 射孔技术 对油气井射孔器评价的推荐作法的浅析 桑 纯 王海东 顾 军 石油工业射孔器材质量监督检验中心 擒 耍 本文通过对 AP I RP 4 3第四版、 第五版和 R P 1 9 B三种版本推荐做法的对比, 系统地阐述了三 种 推荐 做法 的发展变化 , 客观的评价 了射孔系统 和射孔器 的性能所需要 的器材 和方 法。 关t词 A P I 混 凝土靶 B e r e a 砂岩靶 钢把 评价 1 前言 射孔作业是油气勘探和开发一个非常重要的 环节 , 有效的射孔孔跟对于正确评价油气层 、 提高 油气井产能和提高油气 藏采 出程度 是至关重要 的。射孔系统及射孔弹的优劣是提高射孔质量的 前提 , 因此如何正确评价油气井射孔器便 成为国 内外一个重要的研究焦点 。 油气井射孔器评价的推荐作法是由美国石油 学会 A P I 射孔分委会拟订 , 并经 AP I 钻井和生 产开发执行 委员会 联合 审定 的。1 9 6 2年 1 0月 AP I R P 4 3第 一 版 通 过 至 今 已 有 几 十 年 的 时 间 了, 经过不断地发展和完善 , 2 0 0 0年 1 1 月又正式 发行 了 油气井射孔器评价 的推荐作 法 即 AP I R P 1 9 B。所有这些版本的改进, 其主要 目的就是 1 如何建立一种代表井下实 际情况的射孔器检 测技术; 2 如何将实验室所获取的检测数据应用 到井下中。其意图都是为 了促进新技术 的发展 , 射孔器材的改进和操作方法的改善 。 2 三种版本推荐作法的区别 AP I RP 4 3 第四版 以下简称第 四版 主要有 两部分组成 1 射孔器在地面混凝土测试靶中的评价; 2 B e r e a砂 岩岩心靶物理 特性 及流动特性 评价 。 本推荐作法的主要 目的是 a 在地面条件下 评价射孔器, 主要是测定射孔器的穿透性能和套 管 中的孔 眼尺 寸以及 对射孔 器进行 系统测 试。 b 在温度和压力条件下评价射孔器的物理特性 和孔跟的流动特性的测试程序 。 AP I R P 4 3第五版 以下简称第 五版 及 AP I R P 1 9 B 以下简称 1 9 B 主要有四部分组成 。 1 地面条件下射孔系统的评价一混凝土靶 ; 2 应力条件下射孔系统的评价一 贝雷砂 岩 靶 ; 3 高温条件下射孔系统的评价一钢靶; 4 模拟井底条件下射孔孔眼流动特性 的评 价 。 本推荐做法 的主要 目的是 在室温和大气 压 力条件下评价射孔系统 多发式 的方法和在受力 状态下的贝雷砂岩靶上 模拟井下压力的测 试条 件 评价射孔器性能的方法 ; 射孔装置暴露在高温 下性能是如何变化 的; 在特定受力条件下测试射 孔孔眼的流动性能。 2 . 1 在 地 面条 件 下对 射 孔 系统 的评价 在地面条件下 , 第五版 和 1 9 B中由于所用砂 子粒度的不 同, 所 以针对第 四版对用水的 比例作 了调整。整个靶固化期间 , 尤其是在制靶的初期 , 混凝土靶的强度 随时间有较 大的变化, 这对射孔 器性能的评价影响很大。为了更好地对混凝土靶 进行固化 , 混凝土靶的顶面都应覆盖水 , 规定靶的 养护期为 2 8天, 井且在测试 的 2 4 h之内或之前应 收疆 日期 2 0 0 2 1 2 2 O 作者筒介 粱纯 , 女 , 工程师 , 1 9 9 0年毕业于重庆大学检测技术及仪嚣专业 , 现在石油工业射孔嚣材质量监督 检验中心从事射孔嚣 材检测 工作 。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 粱纯等 对油气井射孔器评价的推荐作法的浅析 该测试混凝土试块 , 以尽 可能真实地反映在检测 射孔系统时靶的环境状况 , 并且首次不再对子弹 射孔器这一较原始的射孔方法进行评价 。对混凝 土靶的强度检测有 了明确的规定 , 不再用第四版 中的抗拉强度, 而是采用抗压强度。因为研究发 现 抗拉强度不能客观地反 映混凝土靶 的真实的 抗压强度。在第五版和 1 9 B中, 套管所用的钢级 也有所改变 第 四版中是 J 一5 5 , 因为J 一5 5钢级 套管的物理性质范围较宽 , 没有控制规范, 因此 , 无法保证数据的准确性。L 一8 0钢级套管的物理 性质范围较窄, 控制规范 比较严格 , 所以用此钢级 的套管可提高人口孔眼数据的质量 。 对于射孔器的穿透深度, 抗压强度是一个 很 重要的影响因素 , 所以规定靶 的平均抗压强度必 须不低于 5 0 0 0 p s i 。根据混凝 土靶获得 的穿透深 度表明 在这一强度范围内, 抗压强度与穿深有较 好的曲线关系 , 容易进行射孔器性能 比较。混凝 土靶的射孔弹数量检测也由 6发或 6发以上射孔 弹 在一次测试中引爆 , 每个相位 至少引爆 2发 增加到连续装弹最少 1 2发或用 l f t 的射孔枪, 选 装弹多的一种 。这样做的 目的就是为了保证对射 孔器 的稳定性进行充 分的评价 , 较好地反 映出统 计规律 , 接近现场应用条件。 为了使检测数据能充分反映射孔器的批量产 品的性能, 第五版和 1 9 B对射孔弹每批测试 的数 量和老化时间做 了规定 , 最小批 量 为 1 0 0 0发的 R DX或 P E NT射孔弹 , 样品至少储存 4周。另外 1 9 B中规定了所要求的文件, 即用于制备混凝土 靶的每一种混凝土 , 必须 由混凝 土供应 商提供一 份报告 , 该报告应列出所用的水泥、 砂子和水的实 际含量 。这些数据应该是经测试获得 , 未 经任何 转换和修改。1 9 B中还对测试抗 压强度 的器具、 模具的制备 、 砂浆的注人以及样品的测试都做 了 明确的规定 。这就表明在原材料 的使用 、 基础工 作等方面均应按照标准执行 , 使检测工作更加科 学 、 公 正 、 合 理 。 2 . 2 在 贝雷砂岩 中应力状态下的射孔器评价 在第五版未发行 前, 射孔 弹的穿深是用混凝 土靶来评价 的。这种评价的缺陷在于混凝土与砂 岩的材料性质不 同, 混凝土 的内部结构为非均质 和非稳定态 , 无法建立与砂岩之间的数据联系, 因 此其试验数据很难应用到实际的井 中。为了解决 这一问题 , 第五版和 1 9 B把砂岩靶测试作为独立 的检测项 目, 这是 因为砂岩靶具有 良好 的均质性 和稳定的强度, 最大 的优点是检测数据 比较接近 井下的实际情况 , 这样就大大提高 了检测数据 的 适 用性 。 . 同时第五版和 1 9 B解决 了砂岩靶 中存 在的 边界和应力效应 问题, 因为第四版 中射孔弹的爆 轰波被钢筒内壁反射回来 , 对射流产生干扰作用 , 影响穿孔性 能。所 以第五版 和 1 9 B中对不 同药 量的射孔弹分别采用 1 5 g或小于 1 5 g的装药。从 大块贝雷砂岩上切 下一块 4 i n 3 直径 的岩 心, 用大于 1 5 g的装药 ; 从砂岩上切下一块 7 i n 士 3 直径的岩心 , 代替第四版中 3 i n 1 直径 的岩心。同时还在砂岩靶上用橡胶“ 软” 胶套来解 决边界和应力效 应 问题 。在砂 岩 的饱 和液体方 面 , 第四版、 第五版和 1 9 B也有所不同。 第四版的孔隙度范 围为 1 7 ~2 2 。第 五 版和 1 9 B规定孔隙度范围为 1 9 “ - 2 1 , 这对于 评价射孔弹性能是很有用的。 在对测试数据 表的要求方面 , 1 9 B强调所用 的数据表在相同的位置都有水 印, 以表 明该测试 并未进行 AP I 注册 , 该数据表不对其它射孔枪系 统的配置进行评注。 2 . 3 高温条件下射孔系统的评价 第五版和 1 9 B增加 了对 在高温条件下射 孔 器系统的评价 。第 四版在测试射孔器 的性能时, 往往只考虑压力环境而忽视了温度环境 , 这与井 下的情况是不符 的。实际上 , 井内温度随井深 的 增加而增加 。当射孔器到井下时, 会 有大幅度 的 温度变化 , 射孔器的装药性和结构性 能就会有变 化 , 这种变化 与射孔器的优劣是分不开 的。所 以 为了进行客观的评价 , 提高数据 的准确性 , 提高检 测数据的价值 , 第 五版和 1 9 B增加 了在高温条件 下的测试 , 以此来说 明射孔器在高温环境下射孔 参数的稳定性和可靠性。 该项测试 目的是 a 炸药系统 的耐热性评 价 ; b 射孔器 系统 耐压能力 的验证 。测试用 钢 靶 由厚 l i n的若干层低碳 钢平板构成 , 带枪身射 孔器的两端必须有压力密封套 , 并且在整个测试 期间必须密封 。“ 热” 与“ 冷” 数据的比例 为 1 . 1 0 t 0 . 9 5 。穿深计算为从靶的内侧到射孔系统穿透 的最 远点 间 的距 离, 穿 透深 度 的测量应 精确 到 0 . 0 1 i n 。测量数据应表示为平均热/ 冷穿透深 度 的比值 。射孔系统在额定的时间内暴露于额定温 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m - 7 8 测 井与射孔 2 0 0 3血 度环境之后 , 在一定 温度 1 0下 下进行 发射。 测试必须在一个带有压力、 温度和时间曲线记录 器和合适的压力容器 内进行 。 在现场服务期间, 详细的测试数据 和相应的 规范及质量控制文件应由制造商保存。 2 . 4 模拟井底条件下射孔孔眼流动特性的评价 第五版和 1 9 B的第 四部 分 与第 四版的第二 部分的主要 目的是一致 的, 都是为了检测 孔眼的 流动效率。第四版是测试线性流态砂岩靶的流动 效率 , 而第五版和 1 9 B测试 的是径向态砂岩靶的 流动效率。经研究, 用“ 径 向” 更能表征地下 的实 际情况 。另外, 线性流还有一个 明显的缺陷 , 从测 试数据来看 , 不管射孔弹尺寸、 型号如何 变化 , 流 动效率 的变化不大。测试数据很难评价射孔弹的 优劣 , 这就大大的限制 了流动效率的应用价值 , 所 以在第五版和 1 9 B中不采用线性 流而采用径 向 流。需要指 出的是, “ 径向” 系统也不是很完善的, 只是 比“ 线性” 系统更好而已。这就说明射孔器的 孔道流动特性还有待于不断的研究 和发展 , 使之 更接近于井下的实际情况 。其测试设备 由三部分 组成 一个对试样施加 围压的压力容 器 围压容 器 , 保持井眼压力并给射孔枪施加压力的另一个 压力容器 模拟井眼 , 以及将孔隙压力施加 给试 样 的流动系统。 渗透率 的测量 a 测量应在与射孔测试所用有效应力相 同 的条件下进行。 b 岩心应处于射孔测试所用 的 相 同的液体饱和状态 , 且这两种测试在流量测量 期间应采用相同的流体和流量范围。 轴向流动 k 1 . 8 4 x 1 0 。 Q L/ R 。 △ p 径 向流动k一 5 . 7 9 x 1 0 Q. , L/ R 却 式 中, 是 一 渗透率, 1 0 ~ m。 ; Q- 流量, c m。 / s , 一 粘度, c P ; L 一 岩心 长度 , i mL 一 岩 心测试 段 长 度 , i n ; R一 岩心半径 , i n ; 卸 一 液流系统压降经过 校正后的压差, p s i 。 岩心流动效率 C F E CFE 1 2 5 I n r 1 . 一 l n 一 式 中, r 一平均射孔孔 眼半径 , i n ; R 一 试样半 径, i n ; Q c 一 根据附录 4 C . 2 计算的流量 , c m。 / s , Q m 一 测定的流量, c m / s 。 3 结论 从第四版发展 到第五版到现在 的 1 9 B, 从某 种意义上来讲 1 9 B是一个 质的飞跃 , 它继 承和发 展 了以前所用的推荐作法 , 较为科学 , 使检测更接 近于井下的实际情况 , 但并非完美无缺 , 许多地方 还有待于完善。 1 第五版 和 1 9 B解 决 了穿透深度 的基准 , 提高了检测数据在油田中的应用价值。 2 第五版和 1 9 B增加 了检测项 目, 规定 了 必要的环境条件, 更加接近于实际地层。 3 1 9 B中增加 的“ 所要求的文件” 及“ 数据 的 记录和报告” , 使检测更科学化、 标准化。 4 我们在借鉴的同时应该结合 我们 国家 的 实际情况采用更新的 AP I 标 准, 使检测手段和检 测方法都达到国际上较高的水准, 以此促 进我们 国家的射孔器材质量的提高。 上接第7 6 页 混凝土靶穿深达到 1 3 7 4 mm, 中国工 程物理研究院的理论计算表 明, 射 孔弹采用面起 爆和逆 向起爆技术后将比现在的点起爆穿靶深度 提高 4 0 ~6 0 。做为射孔器材制造单位 , 在理 论研究 、 新材料的应用方面、 产品质量的稳定性方 面还有很多工作要做 。器材制造单位应该改变单 一 地推销产品、 占领市场的做法 , 走为油 田用户提 出改进方案、 解决 实际问题、 共谋发展 双赢的路 子。各射孔器材制造厂之间也应该在尊重对方的 技术发明的条件下互 相学习、 团结一心参与 国际 市场的竞争 , 提高和发展 自己。射孔器材监督 和 管理部门应该 尽早制订各类 射孔器材 的 国家标 准 , 强化管理职能, 规范市场秩序, 制订发展规划 , 促进射孔器材技术的进一步发展。油田的使用单 位和管理部门应该继续强化对 “ 临门一脚” 的认 识 , 重视射孔质量和射孔器材的质量 。从被 动的 使用转到优化设计、 优化配套上来。展望未来, 我 国的射孔器材技术发展的任 务将是艰 巨的, 前途 是光明的。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m