浅析水力深穿透射孔技术

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内蒙 古石 油化 工
２ ０ １ ３ 年第 １ ３ 期
浅 析 水 力深 穿 透 射 孔 技 术
张Hale Waihona Puke 义 萍 （ 锦州采油 厂工艺研究 所 ， 辽 宁 锦州 １ ２ １ ２ ０ ９ ）
摘 要： 水 力深 穿透射 孔技 术 可用 于 油 田油气 井 的增产 作 业 ， 提 高产 量 和 采收 率 ， 降低 含 水 率等 方 面， 同时也 可 用于 油 田注入 井 的增 注作 业 ， 降低 油 井注入 压 力 ， 增 大 注入 量 ， 改善 注入 剖 面。 关键词： 水 力 深 穿透 ； 射孔 ； 井眼 ； 解堵 中 图分类 号 ： ＴＥ ２ ４ ８ 文 献 标识码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ６ －７ ９ ８ １ （ ２ ０ １ ３ ） １ ３ —０ １ Ｏ ４ —０ １
封 问题 。
另外 ， 喷射 送进 系统 ， 在 超 高压 清 水介 质条 件下 实 现 了喷射 系 统 的 低速 平 稳 送 进 ， 这 是 该 项技 术 的
另 一关 键 点 和难 点 ， 是 利 用 基 于 密 闭 隔离 结构 和减 压 后调 速 与 差动 控 制 的专 利 技术 ， 来 实 现 喷 管送 进 速 度与 射 流破 岩 钻 孔 速 度 的 合理 匹 配 与适 应 调 节 。 在 高达 ６ Ｏ ＭＰ ａ压 力下 ， 送进 控 制液 缸 的驱动 力在 不 超过４ ５ ０ ０ ＫＮ 的范 围 内 自动 词整 ， 使 喷 管 实现 １ — ２ ｍｍ／ ｓ 量 级 的超 低速 平稳 送进 与 回收 。由于超 高压 差 和水 介 质 的低 粘 度 ， 加 上井 下 使用 条 件 下 的 尺寸 空 间 限制 和 高污 染 环 境 ， 常规 液 压调 速 系 统很 难 找 到适 用 的减 压 阀和调 速 阀来控 制 驱动 力 和速度 。通 过 创新 研 究 ， 采 用独 创 的减 压 机 构 和 密闭 隔离 设 计 取代 常规 的 控制 阀调 压 、 调速 方 式 ， 在 密 闭隔离容 腔 内使用 液 压 油配 合 节 流 机 构 调速 ， 将 液 压 系统 的常 规 调速 技 术 用 于井 下 清 水 介 质 条件 ， 满 足 了超 高压 系 统低 速 平 稳送 进 的要 求 ； 减 压后 的差 动 控 制可 有 效 控 制超 高 压 系统 的送 进 力 ， 可 在 系统 中采用 常 规 液 缸结构 。 冲孔 机 构 的主要 功 能是 冲开 钢质 的套管 并在 机 构 内提 供 喷 管转 向 的导 向弯 道 ， 为射 孔 工 具直 接 对 地层 喷射 钻 孔提 供初 始通 道 。其 难点是 在空 间狭 小 的 情况 下解 决机 构 研 究 与 组 合通 道 设计 、 控制 流 道 的布置 、 高接 触应 力 摩擦 副 的匹 配与 冲头 。 通 过空 间 分 析计 算 ， 设 计 的 喷管 进 出组 合 通道 充 分 利用 工 具 内狭 小 的径 向空 间 ， 允许 使用 最 小 弯 曲半 径更 大 的 高 压 软管 ， 降低 了高 压 软管选 型 与制作 的技术难 度 ； 成 功在 壁 厚 为 １ ５ ｍｍ 的 筒壁 上 制 作 孔 径 为 ６ ｍｍ 长 为２ ｍ、 承 压 高达 ８ ０ ＭＰ ａ的流道 孔 ， 解决 井下 筒式 结 构 径 向尺寸 小 而造成 的管路 布 置 的难 题 和具有 世界 先 进 水平 的 细 长孔 加 工 工 艺 ； 通 过 对 基体 分 别进 行 淬 火 与调质 ， 硬 软搭 配 辅助 表面 处理 技术 ， 解决 了恶 劣 环 境下 重 载摩 擦 副 的易 损 伤难 题 和 选 材 、 热 处 理 及 表 面处理 技 术 。冲头 是 套管 冲孔 开窗 系统关 键 的 部 件 。通过 系列 设计 与试验 验证 ， 对 冲头 的外形 、 结 构、 行程、 工 作 方位 进 行 了优 选 ， 研究 分析 了冲头 外 形 结 构参 数 对 外 层 固井 水 泥 环 以及 不 同套 管材 质 、 厚 度 等因素 的适 应 性 。 采取 增加 冲孔液 缸 行程 、 加 大 楔 块倾 角 以求 增 大 冲头 行 程 ， 并 选 取适 当的 冲孔 方 位， 最 终实 现 了最佳 的冲孑 Ｌ 效果 。 配套 采用将 冲头 体 与 连接 底座 分离 ， 设 置安 全 剪切 环节 ， 简化 易损件 结
水力 深 穿 透射 孔 技 术 最 早 见 于 １ ９ ８ ４年 的 美 国 发 明中， 历经 多年 试 验 后 ， 于１ ９ ８ ８年 开 始 投 入 工业 应用 ， 目前 已在 美 国 、 加 拿 大作 业 数 百 口井 ， 并 成立 了专 门从事 水力 深 穿透射 孔 技术 服务 的Ｐ ｅ ｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ 公 司。该公 司 的技 术总体 上 处 于 国际领 先水平 。 该 技 术 可用 于 油 气 井 的增 产 作 业 ， 提 高 产 量 和 采 收率 ， 降 低含 水 率 ； 也 可 用 于 注入 井 的增 注 作业 ， 降低 注入压 力 ， 增 大 注入 量 ， 改善 注入 剖 面 。具 体说 来 主要 用 于近井 地带 堵塞 严 重油 水井 、 薄 层油 井 、 气 顶底 水油 藏 等特 殊 油 藏 油 井 的解 堵 及 改 造 ； 破 裂 压 力 高或 酸液 注入 困难 的油 水 井 的预处 理 。 水力 深 穿 透射 孔 技 术 ， 其 结 构 系 统构 成 是 由清 水介质 井 下超 高压 液控换 向阀 、 喷射 送 进系统 、 冲孔 机 构 构成 。具体说 来 ， 根 据超 高 压 、 清水 介质 的特 殊 条件 ， 利 用 组 合密 封 沟槽 实现 软 密 封 的超 高压 液 控 换 向滑 阀专 利 技术 ， 实 现 了 冲孔 系 统 控 制 的二 位 四 通液 控换 向 阀、 喷 射 系统 控 制 的二 位 三 通液 控 换 向 阀来 词节 地面泵 源 压力 并控 制 井下 工具 动作 的关 键 技术 。 以往 在现 有液 压技 术 中， 换 向滑 阀多采 用 间隙 密封 ， 由于 使用 粘度 较 大 的液压 油 ， 密封 间隙可 以做 得大 一些 ， 间隙密封 滑 阀得 到普 遍 应用 。 但在 使用 清 水介 质的 控制 系统 中 ， 由于 介质 粘 度低 ， 为将 泄漏 量 控 制在 允许 范围 ， 采 用 间 隙 密封 滑 阀结 构 时 必须 选 用极 小 的密 封 间 隙 ， 而 超 高 压 系统 中要 求 的密 封 间 隙更小 ， 因此要 求零 件加 工 精度 极 高 ， 对 介质 过滤 和 环境 要求 也极苛 刻 。 在 井下 环境 下 采用 间 隙密封 ， 成 本高、 实现 难度 大 、 适应 条件 有 限 。采用 软密 封是 一 条可 行 的思 路 ， 但 是 常 规 软 密封 结 构 在 超 高 压条 件 下密 封寿命 远达 不 到使 用要 求 。通 过 以往 对滑 阀式 硬密 封 、 锥 阀 式硬 密 封 、 活塞式软密封、 柱 塞式 软 密 封、 组合 式 软 密封 等 多 种 结 构 的对 比试 验 以及各 种 密封 结构 的特 点 ， 认 为适应 清 水介 质条 件 、 耐污 染 的 超 高压密 封结 构是 使用 标 准Ｏ 形 圈配合 新 型组 合沟 槽 结构 和 阀芯 开 口设 计 的 软密 封 结 构 ， 便 可 以较 好 地解 决 了清水介 质 条件 和 高污 染环 境 下 的超高 压密