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1、浅谈主要射孔技术浅谈主要射孔技术摘摘 要要 通过对国内外相关资料文献的调研，阐述目前我国油气田所采用的主要射孔技术。包括负压、超正压、复合压裂、水力割缝、过油管张开式射孔、全通径射孔作了一个详细的介绍，涉及到各射孔技术的原理、特点、适用范围及应用情况，也提到了国外一些比较先进的射孔技术如套管外射孔、连续油管输送等。最后，对各种射孔技术作了一个概括性结论，并指出应该推广应用最有潜力的三种射孔技术，同时加强国际合作，提高射孔水平。关键词关键词 射孔 完井技术 发展方向 推广应用引言引言 射孔是指利用射孔器，射穿封闭产层的套管及水泥环直至地层，沟通井简与产层间的流体通道的作业，是衔接于钻井和采油之间
2、的一道关键工序。自 1910 年，用一个机械刀片在套管上旋转钻孔。1926 年，Sid Mine 首先发明了子弹射孔方法到 1932 年首次用于油井套管射孔，用了 8 天时间，下井 11 次，共发射 80 枚子弹。再到1945 年高能炸药的聚能效应在射孔工艺中的应用，开发出了油气井聚能射孔弹，1946 年首次在裸眼井中射孔，1948 年在密西西比两口套管井中射孔。聚能射孔弹穿透力强，效率高，从此聚能射孔技术在石油工业中得到了迅速发展。国外一直进行着减小射孔对油气层的伤害，提高射孔效率的研究，历经几十年的发展，射孔技术有了长足的进步。我国的射孔作业始于 20 世纪 50 年代初，经过半个多世纪的
3、艰苦努力，在射孔配套工艺技术上取得了显著的成绩，但是与飞速发展的世界先进技术相比还有一定的差距。 1 1 国内主要射孔技术国内主要射孔技术 目前我国油田所运用的主要射孔工艺技术有：负压射孔技术、超正压射孔技术、复合射孔压裂技术、过油管张开式射孔技术 、水力割缝射孔技术。 1.11.1 负压射孔工艺技术负压射孔工艺技术 目前，是我国油气井在完井过程中普遍采用该技术。 1.1.11.1.1 原理特点：原理特点：射孔时采用低密度射孔液或者降低液柱高度，使井底压力适当小于地层压力，有助于清洁射孔孔眼，冲刷附在岩石表面的射孔弹金属碎屑，降低压实带损害，形成干净畅通的孔道，同时也可以防止完井液中的微粒渗滤
4、到地层，造成伤害。负压的实现一般是调整压井液密度或降低井筒内液面高度。 1.1.21.1.2 负压选择：负压选择：负压射孔需要选择一个合理的负压值，一方面要保证孔眼清洁能够冲刷出孔眼周围破碎压实带中的大部分细小微粒，另一方面又不能超过某个值以免造成地层出砂、垮塌、套管挤毁或封隔器失效和其他方面的问题。一般采用美国 Conoco 公司设计的计算方法来确定合理负压。 1.1.31.1.3 缺点：缺点：当油藏压力、渗透率和岩石硬度较低时，负压射孔的效果就会受到影响。 1.1.41.1.4 适用范围：适用范围：适用于大多数常规油藏 ( 油藏压力足够高，伤害不很严重，没有作业限制) 。 1.1.51.1
5、.5 应用实例：应用实例：负压射孔完井技术已经相当成熟，其保护储层效果已被证明。在全面各油田广泛应用，通过对比产能提高 20%一 30%。1.21.2 超正压射孔工艺技术超正压射孔工艺技术超正压 ( 氮气或液压)射孔是 9 0 年代兴起的一项试油射孔技术。最初由 Oryx 公司进行研究，主要目的是改善井的初始完井效率。由于氮气的惰性特性，使得它对井下流体物化性质无不良影响，而且可以迅速排放，不污染施工现场周围环境。采用水力压裂(含酸压)可以降低破裂压力。研究表明采用超正压射孔作业和多种增产措施配套使用，可以大大改善初期完井效果。现在斯仑贝谢、哈里伯顿等公司都开展了此项技术的研究和应用工作。目前
6、该技术在国内使用的加压方式有三种，即纯氮气加压、氮气和液柱混合加压以及纯液柱加压。研究表明：采用超正压射孔作业和多种增产措施配套使用，可以大大改善初期完井效果。 1.2.11.2.1 超正压射孔工艺技术原理超正压射孔工艺技术原理 超正压射孔工艺技术采用油管输送式射孔方式。射孔前加压，使井底处理压力达到高于地层岩石破裂压力后再射孔，集射孔( 水击作用)、增产处理( 造缝作用)、孔眼疏通(负压作用)为一体，射孔后井底压力沿着孔眼进入底层，由于该压力大于井底岩石的破裂强度，因此产生裂缝。施加的气体可以是天然气、氮气、二氧化碳等，作用于油层的液体可以是盐水、原油、酸液、压裂液等，甚至可以带一定的支撑剂
7、。资料显示，采用超正压射孔后 90%井的表皮系数为负值。 1.2.21.2.2 超正压射孔的三大作用超正压射孔的三大作用 1）水击压裂作用：射孔弹爆炸瞬间，井内产生巨大的压力激动，产生强烈的水击现象，能够猛烈地冲击射孔孔眼，使其压实带形成裂缝，提高了射孔压实带的渗流能力。2)造缝作用：射孔弹爆炸后 ，井筒内积蓄的高压气体推动井底流体迅速进入裂缝使其延长扩大，形成裂缝网。在纵向上将各孔眼连通，径向上穿过浸入带与地层流体连通，同时携砂器中的支撑剂通过油套环空被高压气流带入裂缝，避免裂缝闭合，从而改善了近井地带的渗流条件，有利于提高产量。更为重要的是采用射孔加砂联作工艺，可以降低弯曲摩阻、降低加砂工
8、艺风险。3)负压作用：造缝结束后，通过井口将氮气放掉，使井底形成负压，此时，地层压力大于井筒内流体压力，地层流体经过微裂缝和孔眼流入井筒，起到负压清洁孔眼和诱喷的作用。 1.2.31.2.3 适用范围：适用范围：1）近井筒地层污染严重，常规射孔无法穿过污染带；2）当地层条件差，压力低，负压无效时；3）提供一种基质酸化技术；4）预水力压裂处理，使地层破裂；5）增加与天然裂缝的连通；6）地层附近有水层、气层、断层。 1.2.41.2.4 应用实例：应用实例：目前，超正压射孔已经在国外数千口井进行了成功实践，理论方面的研究也很多，技术也不断改进，例如高能量快速过压射孔孔道扩展技术(ROPE)、带有
9、TCP 支撑剂携带器的超正压射孔等。我国对超正压射孔工艺技术的研究和实践也非常重视，并将其列入了中国石油天然气总公司课题。1998 年1999 年吐哈油田采用超正压射孔 19 井次，取得了明显的地质效果。中原油田的文 279 井也进行了超正压射孔的现场试验，实测表皮系数约为-5，软件分析表明，若采用负压射孔表皮为 0.8762,可见前者较后者有比较明显的作业效果。 1.31.3 复合射孔工艺技术复合射孔工艺技术 复合射孔是一项集射孔和高能气体压裂于一体的射孔技术，在射孔的同时对近炮眼地层进行气体压裂，形成多条微裂缝，减轻钻井等作业对地层的污染，解除炮眼周围的“压实现象” ，改善地层导流能力，提
10、高射孔完井效果。 射孔参数：API 标准地面混凝靶有效裂缝 1.5m，平均孔径12mm，射孔相位 90，发射率 98。 1.3.11.3.1 原理特点：原理特点：复合射孔压裂弹由聚能射孔弹和固体推进剂两部分组成。作业时，射孔弹首先穿透枪身、目的层套管、水泥环，在油气层部位形成射孔孔眼。然后，固体推进剂进行二次爆炸瞬时跟上燃烧形成的高温气楔，在高压气体的膨胀挤压和尖劈作用下，产生径向和轴向的裂缝，并向多方扩展延伸，在射孔孔道形成多向网状的微裂缝，延伸射孔深度，有效地提高产能，如图 2 所示 。图 2 常规射孔与复合射孔对比图1.3.21.3.2 射孔参数：射孔参数：API 标准地面混凝靶有效裂缝
11、 1.5m，平均孔径12mm，射孔相位 90，发射率 98。 1.3.31.3.3 适用范围：适用范围：1）砂硬地层；2）低渗透油藏；3）低孔隙度油藏；4）原油结蜡较高的井；5）具有一定含油饱和度(不太高也不太低)的地层。1.3.41.3.4 应用实例：应用实例：大庆、胜利、华北、四川、大港等油气田都开展了这项研究。其中，大庆油田改用液体燃料，已推广使用并取得了很好的效果。胜利油田和西安某研究所，在研究射孔的同时进行压裂加砂技术。由于复合射孔工艺牵涉的设备不多，较易推广。2003 年2 004 年中原油田文 23 气田 6 口井实施复合射孔后，井周渗流条件明显改善。放喷后产能和井口压力恢复较快
12、，压力恢复试井求出的表皮为负值 (-2.750.9 )，表皮压降均较小，产能比为0.85，射孔完善程度高。 1.41.4 过油管张开式射孔过油管张开式射孔 鉴于过油管射孔技术在使用中存在过油管弹药量小、穿深浅、油气产能低等一些问题，致使过油管射孔技术的推广应用受到严重制约。19931994 年，美国先后推出一种新的过油管深穿透射孔器系统过油管张开式射孔枪，该系统能在通过油管时将弹闭合在枪架中，通过油管后又将弹张开，使其轴线成水平方向，这样，就能在不取出油管的情况下相当于使用一种较大直径的套管射孔枪，其弹的药量不小于 23g，穿深是原 51 枪的 4 倍以上，从而把过油管射孔技术推进到一个新的阶
13、段。这样，在老井和注水井中，能不取油管进行射孔和补孔作业并能达到套管射孔的穿深，使油气井产能得到较大的发挥，同时节约了大量的修井费用。在新井中，对那些需丢枪进行生产测井的井可大大减少口袋长度，从而降低钻井成本。对于要开展“分层开采”等新工艺的油气井也能发挥其独特的作用。1.4.11.4.1 原理特点：原理特点：地面装枪使弹折叠排列，闭合在枪架中，下井到预定深度后通电流使弹解锁，在拉杆或弹簧作用下弹旋转 90与套管壁垂直，做好点火准备，地面发布指令经控制头给弹点火，点火后枪架成碎片与弹壳碎块一起落入井底，控制头则上提回收。1.4.21.4.2 特点：特点：相当于在不取出油管的情况下，使用一种较大
14、直径的套管射孔枪，其弹的药量不小于 23g，穿深是原 51 枪的 4 倍以上。技术关键是射孔紧贴套管壁，减少能量损失，提高了穿透深度。这样，在老井和注水井中，能不取油管进行射孔和补孔作业并能达到套管射孔的穿深，使油气井产能得到较大的发挥，同时节约了大量的修井费用。在新井中，对那些需丢枪进行生产测井的井，可大大减少口袋长度，从而降低钻井成本。对于要开展“分层开采等新工艺的油气井，也能发挥其独特的作用。1.4.31.4.3 主要技术参数：主要技术参数：射孔弹药量：23g；穿深(混凝土靶)：400 mm；入口孔径10mm；孔密：13 孔m；弹闭合直径：45mm，弹张开直径 103mm；额定压力：60
15、MPa；额定温度： 150(RDX)，170(HMX)。 1.4.41.4.4 适用范围：适用范围：适用于生产井不停产补孔和打开新层位。 1.4.51.4.5 应用实例：应用实例：国内四川油田在 1996 年完成研制工作，并在川东双 6 井、川西北中 10 井、川中磨 50 井等共进行 8 井次井下模拟试验，井深在10003000m 范围内；在四川资 4 井、长庆陕 138 井、德阳浅气层等进行 6 井次现场服务均获成功。1998 年 4 月通过总公司鉴定。产能得到很大提高，节约修井费用。1997 年通过大庆油田检验和“九五”项目组验收。 1.51.5 水力割缝射孔技术水力割缝射孔技术 9O
16、年代以来开展的深穿透水力割缝射孔技术是油田完井工程中增产、增注，提高原油采收率的一项新工艺，是高压水射流技术顺应当今世界“深穿透高孔密”采油技术发展方向而开发的先进技术。1997 年美国 ICT 公司研制成功了水力深穿透射孔技术。1.5.11.5.1 原理特点：原理特点：采用液压控制技术，以超高压清水或携砂液体为动力，实现套管冲孔，并在井下岩层中水力切割出水平深孔，在井筒周围形成孔径 30mm35mm，最大水平穿透深度达 3m 的无压实、无污染的水平孔眼，属一种典型的小曲率短半径径向钻孔技术。其作业结果是增大泄油面积及油流通道，井下液力割缝后孔眼的孔径比普通射孔枪射孔孔眼宽大，大大提高井筒周围的导流能力，同时，降低套管强度受损，对低渗透、薄油层有较广泛的使用前景。 1.5.21.5.2 井下射孔工具井下射孔工具: :井下射孔工具是水力深穿透射孔系统的核心，主要部件包括：过滤器组件、锚、射孔方位控制组件、控制部分组件、软管部分组件、冲头部分组件、射孔器检测器。1.5.31.5.3
