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1、射 孔 技 术,王 志 信,目 录,聚能射孔的原理及射孔几个应用技术 问题分析 双复射孔器 问题与建议,射孔是利用高能物流（即高温、高压、高速的物质流）在油气井中给岩层造孔，为流体提供通道的技术。射孔技术是一个没有明确归属哪个学科的“学问”。在高等院校里按学问性质划分的门类里没有射孔学科。但在油田生产中缺少不了“射孔”这项技术。射孔技术的研究和应用跨联着地质、采油、测井、火工等多个学科，可以说是一门综合性技术。,随着油田勘探开发难度的加大，对射孔技术的需求更高，同时由于射孔新技术在生产中见到了显著成效，因此射孔技术越来越广泛的被人们所重视。地质家和采油工程专家们从岩层物性及采油工程方面不断提出
2、了新的要求，把射孔技术作为高效开发和提高采收率的重要措施。有人说射孔是“一锤定音的买卖”，有人说射孔是“实现钻井目的的临门一脚”。总之，在油田勘探开发的系统工程中，射孔是一项不可或缺的技术。,一 聚能射孔的原理及射孔几个应用技术问题分析,1、聚能射孔弹的作用原理2、射孔参数对产能的影响3、几个应用技术问题的分析 枪与套管匹配问题 射孔弹技术指标与实用条件相差悬殊 枪与弹匹配问题 复合射孔器的应用效果需要进一步探讨,如果炸药块的一端有空穴，当炸药从另一端开始起爆后，有空穴的这一端对周围介质的局部破坏作用将会大大增强，如果空穴内有覆盖物（药型罩），比没有覆盖物的破坏作用大，炸药离开被破坏物一段距离
3、，破坏作用更大。这就是聚能射孔弹的作用原理。,聚能射孔弹的作用原理,根据高频等参数感应测井资料可以定量确定某一条件下的泥浆侵入深度，而且已经在优化射孔应用中做了大量统计分析。据分析资料表明：当泥浆密度增大时，侵入半径随之增大，当其他条件一定时，侵入半径与孔隙度成负性；在压实带程度不高，地层孔隙度大于20%时，侵入半径随孔隙度增加而减小；在压实带程度高，地层孔隙度小于20%时，侵入半径随孔隙度增加而增加。如：梁94井是口低孔、低渗油井，该井油层侵入半径一般为0.8m,有些超过1.0m。由此可见越是低孔、低渗油层受钻井液污染越严重，越需要深穿孔射孔器。,射孔参数对产能的影响,另据有关资料表明：在射
4、孔时未射穿污染带的情况下，射孔参数影响产能的主次顺序为：孔深、孔密、钻井污染程度、压实带损害程度、孔径、压实带厚度、相位角和钻井污染深度。在射穿污染带的情况下，影响产能的主次顺序为：孔密、压实带损害程度、孔深、压实带厚度、相位角、孔径、钻井污染程度和钻井污染深度。,国外资料表明对于任何射孔器，当枪身和套管之间存在间隙时，其穿透深度都将受到影响。当采用子弹式射孔器进行射孔时，枪身和套管之间的间隙超过12时，子弹的射出速度和穿透能力将产生较大的损失。计算结果表明，当间隙为零时，其穿深比间隙为12时的穿深增加15%；当间隙增大到25和50时，相应的穿深比间隙为12时的穿深降低25%和30%。采用聚能
5、射孔器进行射孔时，如果射孔枪与套管间隙过大，其穿深、孔径和孔眼形状都将受到影响（即界面效应，它是射流穿过枪体与套管内的液体造成的）。因此枪与套管应当合理匹配。,枪与套管匹配问题,应用技术问题分析之一,小直径射孔器在套管内射孔时枪与套管匹配间隙示意图,常用的射孔器在套管内的间隙,选用小直径射孔器射孔后孔眼在套管上的分布图,选用小直径射孔器射孔后，由于射孔枪与套管间隙过大，导致射孔后：射流的界面效应影响增大，射流的 能量损失增大，穿孔深度下降；孔眼在套管上分布不均匀；孔眼大小不一；孔的深浅差异较大；降低套管的承载能力。可见在大井眼内用小直径枪射孔弊 多利少。,102弹打钢靶结构示意图,1、射孔器是
6、在常温、常压下验收，与井下高温、高压条件相差甚远。2、以5-1/2套管内普遍通用的102射孔弹为例，102弹的验收炸高为40mm，钢靶上的平均穿深169mm。102弹在102枪内的实际炸高只有17mm。试验证明，在这个炸高下102射孔弹在钢靶上的穿深平均为132.7mm，降低了36.3mm，下降21.5%。,射孔弹技术指标与实用条件相差悬殊,17mm,40mm,应用技术问题分析之二,127弹的验收炸高是60mm，在这个炸高下的穿深是176mm（打45#钢靶实验所得）；127弹装127枪后的实际炸高是25.5mm，在装枪后的炸高下穿深是151.7mm,穿深下降了13.8%；127弹装在102枪内
7、的实际炸高只有15mm,在这个炸高下的穿深是145.3mm,穿深下降了17.4%。,针对目前射孔技术存在的枪、弹混装问题，我们作了一些试验，如：,通过上述情况，说明射孔弹装枪后的穿孔深度下降，射孔弹的穿孔能力受到枪内炸高的影响得不到充分发挥。要想充分发挥弹的潜能就要适当扩大枪体的内炸高。目前不用大枪，又想增加穿深，把大弹装在小枪内是不合理的。,枪与弹匹配问题,应用技术问题分析之三,复合射孔器俗称“增效”射孔器，它有三种形式：一体式增效射孔器 外包裹式增效射孔器 悬挂式增效射孔器 所谓复合射孔是指一项集射孔与高能气体压裂两项功能一次下井完成的工艺技术。它利用炸药爆轰和火药燃烧的时间差（炸药爆速为
8、微秒级，火药燃速为毫秒级），实现先射孔后压裂的目的。,复合射孔器的应用效果需要进一步探讨,应用技术问题分析之四,盲孔,泄压孔,示意图,2、射流完成射孔只需几十微秒的时间，此时火药刚刚点燃，高压气体一部分经过枪上的孔眼释放到井筒，另一部分通过预制的泄压孔释放到井筒，由于泄压路线曲折、时间延长，峰值高压得不到充分利用，火药能量主要作用在枪体及套管上，而射孔孔道受益较小。3、一体式复合射孔器弹间装药（推进剂）方式还存在火药装量与装弹密度顾此失彼的矛盾。,这种射孔器存在的问题有三点：,这种射孔器火药（推进剂）装在弹与弹之间。火药靠导爆索和射孔弹的爆压、爆温点燃。1、火药的燃速及火药的装量都难以确定，当
9、装药量大、燃速过高时，枪内压力过大容易发生炸枪事故；当装药量小、燃速过低时，起不到应有的压裂、延缝效果。多大装药量、多高的燃速对岩层合适也是难以确定的。,火药,一体式复合射孔器,外包裹式,这种射孔器存在的问题是：1.外包火药由射流引发，形成低速爆轰，易破坏射流的完整性；2.外层装药虽然药量加大，但燃速不宜过快，峰值压力不能过高，否则套管受损；3.外层装药枪径减小，弹的穿深下降。,射孔弹,火药,枪尾,枪头,外包裹式复合射孔器是对一体式复合射孔器的改进。其结构是把火药包裹在射孔枪外边，目的是为了增加火药（推进剂）的装量，提高火药的作用。,外包裹式复合射孔器,这种射孔器存在的问题是：火药与孔眼不在同
10、一深度,火药能量利用率低。火药装药量与射孔孔数合理匹配问题有待研究。（如：16孔装火药量，32孔装火药量以及中间带有夹层时的火药装量问题等）,火药,悬挂式,这种射孔器把火药（推进剂）装在射孔枪的上端或下端，或上下两端同时装药。,悬挂式复合射孔器,有些资料以能够破裂5米的水泥靶为依据，宣传复合射孔在地层内造缝5米，这一观点还需探讨。比如：射孔器打单层套管与打双层套管的试验结果完全不同，用单层套管（枪与套管之间加水）易造成射孔枪、套管的破裂。但用双层套管（中间加水）结果是射孔枪、套管完好。再如：用3米的水泥靶外面加水后能否破裂？在地层这个无限元内能否造缝尚需研究。,3 米,4 米,水泥靶,套管,水
11、,复合射孔压裂效果需要进一步分析,二 双复射孔器,1、双复射孔器的分类2、双复射孔器的规格及指标3、双复射孔器的特点4、双复射孔器的性能实验（地面）,根据双复射孔器的结构可分为：1、双复式射孔器2、复式射孔器,双复射孔器的分类,双复式射孔器结构示意图,外枪,内枪,盲孔,导爆索,增效药,肩台式装药,截锥装药,双复式射孔器结构,复式射孔器结构示意图,复式射孔器结构,外枪,内枪,导爆索,盲孔,双复射孔器的规格及指标,双复射孔器根据井眼条件可选用双复式或复式射孔器：如：双复式102型、复式102型、双复式108型、复式108型等,主要技术指标：,双复射孔器的特点,1、加大复式射孔枪外径，最大限度利用套
12、管空间，减小射孔枪与套管间隙，提高各方位上穿深和孔径的一致性，改善油气的流动特性，减小套管的损伤。2、采用双层结构，外枪减薄，内枪加厚，外枪采用小直径薄底盲孔，最大限度地利用枪内空间。提高了射孔弹在枪内的炸高，减小了射流穿过盲孔时的损耗,充分发挥射孔弹的威力如双复108射孔器穿孔深度比通用102射孔器提高15%。3、射孔弹采用肩台式装药，提高了孔道总容积，减小了油气流入的阻力。如双复108射孔器孔道总容积，比通用的102射孔器增加30%。4、轴向复合装药改为径向复合装药，在P-T曲线上射孔弹爆炸时的高压峰值与推进剂产生的峰值间隔时间较短，充分利用射孔弹的剩余能量，强化高压燃气的作用。5、外枪上
13、不设置泄压孔，内枪与复式射孔弹封闭式装配，枪内剩余能量得到充分利用，有利增强扩孔、延缝、疏松孔道压实带的作用 6、比常用增效射孔器有更高的孔密。,“双复射孔器”的枪型参数设计及独特的枪体结构和弹体结构，是在分析研究各种“聚能射孔器”和“复合射孔器”各自利弊的基础上经过系统研究全面的综合分析后优化设计的。其特点是：,双复射孔器与普通射孔器药量与环孔面积关系对比,注：装药均为火箭推进剂，压力在139.7mm的套管2200 3000m井内测得,地点：山西新建机器厂，时间：2003年8月20日,普通102弹、102双复射孔弹打混凝土靶试验对比：,双复射孔器的性能试验（地面）,入口孔径12 mm,入口孔
14、径14mm,穿深620mm,穿深690mm,火药熏黑痕迹,地点：山西新建机器厂，时间2003年8月20日,102金属球双复弹打混凝土靶试验：,穿深690mm,入口孔径15mm,在解剖三块靶样时，102双复射孔弹与102金属球双复弹的靶样明显比普通102弹的靶样容易剖开，可以从前两者靶块入口周围明显观察到有裂纹产生，这说明他们的前仓火药发挥了功效。通过三幅照片可以看出102双复射孔弹与102金属球双复弹射孔后孔道有明显火药熏黑的痕迹，剖开的靶样上有一些裂缝，并且孔道长度也大于普通102弹产生的孔道。而且通过在复式弹前仓火药中添加少量金属球（金属球双复弹）射孔后有部分金属球进入了孔道，验证了火药在
15、射孔时的推进作用，这样才有可能起到在孔道中造缝的效果。,140双复射孔器打混凝土靶,靶的直径3米，靶高1.3米，裂缝最宽60mm。地点：山东机器厂，时间：2002年12月14日试验用两种射孔弹，一种前仓加药，另一种前仓不加药，试验结果是前仓装药的两个方向裂缝明显宽于前仓不装药的两个方向，平均穿深955.7。,最宽60mm,最窄30mm,三 问题与建议,1、确立“新井用大枪（大弹）射孔，打好第一炮”的观念2、加大射孔新技术研究的投入,“新井用大枪（大弹）射孔”是设计双复射孔器的主导思想。新井打好第一炮是双复射孔器参数设计的基本原则。一口新井选择什么样的枪型射孔，是射孔完井方案的主要内容。一口新的
16、探井寄托着一个区块的储量希望，并决定着下一步勘探的部署。一口开发新井的投产，期待着新的产量的增长和长期的开采效益。因此，正确选用射孔器打好第一炮是至关重要的。,确立新井用大枪（大弹）射孔打好第一炮的观念,“双复射孔器”的枪型参数设计及独特的枪体结构和弹体结构，是在分析研究各种“聚能射孔器”和“复合射孔器”各自利弊的基础上经过系统研究全面的综合分析后优化设计的。比如利用新井套管内孔比较规则畅通的特点，适度加大枪体外径，减薄枪体（外枪）壁厚，提高射孔弹枪内炸高，充分发挥射孔弹穿孔潜能；减少套管与枪体间隙，从而减弱射流界面效应，增加穿孔深度；每发射孔弹都配装火药组成复式弹，使火药燃气高压可以随射流径
17、直地对地层炮眼加载；为扩孔（甚至造逢）、解堵、松解压实带等提供最大的火药能量等等。这些特点是其他任何射孔器所不具备的。提高采收率，实现高效开发的一切措施都是以井筒为中心，通过射孔孔眼实现的。因此可以说射孔是油气井开发中关键的环节之一。如：利用大枪在郑科平1井的应用取得很好的效果，也说明了这一问题。,郑科平1井是胜利石油管理局重点科学钻探井，对于探明大王庄油田油气储量、稠油开采具有战略性指导意义。双复140大直径定向射孔器属直径较大、穿透较深、穿孔孔径较大的一种射孔器。此次施工郑科平1射孔层段496米，分三次射孔，最长一次射开井段177.2m，一次下井射孔器总重量接近15T，用5的钻杆输送，在全
18、国属首次。采用钻杆输送双向加压引爆技术，三次压爆均一次成功，使用射孔弹8208发，发射率为100%，全部符合施工要求。据胜利日报2003年10月13日报道：“郑科平1井自9月21日至9月27日，累计生产原油144.15m3，平均日产原油24.02m3，其日产量远远超出了常规蒸汽吞吐热采的效果。将带动胜利油田近2亿吨同类油藏的开发，为胜利油田“重上3000万吨”的目标做出贡献，同时也为国内同类油藏的开发起导向作用。”这一成果的取得大枪（大弹）起到重要作用。2003年8月27日中央电视台新闻联播报道了“胜利测井公司研制的双复140大直径定向射孔器在郑科平1井的成功应用”的消息。,9-5/8套管可以
19、用双复178型射孔器,套管,射孔枪,射孔孔道,178型,140型,127型,射孔后的射孔枪,1、研究开发安全射孔技术(油管输送射孔的安全问题）2、研究开发难动用油藏的射孔技术（1米弹，大孔径弹）3、研究井下射孔质量的检测手段、完善监督机制（污染带检测，套管损伤检测等）4、模拟井下高温高压条件下的射孔效能研究（为射孔器的研制导向，研究常温常压与高温高压条件射孔器的性能关系）5、优化射孔方案（为选择适合各种地层的射孔器提供依据）6、统一射孔行业标准（解决枪厂、弹厂、施工单位、最终用户各自为政的问题）7、研究防砂射孔技术（开展防砂射孔应该选用多大孔径，多高孔密较为合适的研究）8、研究小套管射孔器（避免无枪身射孔器的应用）,加大射孔新技术研究的投入,
