第七章 射孔工艺技术[1]

第六章射孔工艺技术

射孔完井是目前国内外使用最广泛地完井方法。射孔技术是指将射孔器用专用仪器设备输送到井下预定深度，对准目的层引爆射孔器，穿透套管及水泥环，构成目的层至套管内连通孔道的一项工艺技术。它包含的主要内容有：射孔器材、射孔工艺、射孔对油气井产能的影响、射孔评价以及射孔器材的检验等方面。涉及到包括数学、物理学、地质、钻井、测井、油臧工程、机械、火工等多学科的专业理论。所以，射孔是一门综合性比较强的石油工程技术。

自射孔被应用于油气井以来，从子弹式射孔到聚能式射孔，从简单的电缆输送射孔到油管输送射孔，穿深从十几毫米到上千毫米，射孔工艺技术自20世纪70年代以来，得到了比较快的发展。目前的射孔已不仅仅是沟通地层与井筒通道的工艺技术，它又增加了改造油气层、提高油气产量的任务。随着油气勘探开发难度的加大，油藏工程师们对射孔工艺技术的要求也越来越高，他们希望射孔对地层的穿透更深、对产层的伤害最小、完善系数高，能获得很理想的产能。因而，改进射孔工艺、优化射孔设计是完井试油中的重要环节。

目前，世界各国的射孔技术按输送方式基本可分为两类：一是电缆输送射孔；二是油管（钻杆、连续油管）输送射孔。按其穿孔作用原理可分为子弹式射孔技术、聚能式射孔技术、水利喷射式射孔技术、机械割缝（钻孔）式射孔技术、复合射孔技术。应用最广泛地是电缆输送聚能式射孔技术。

复合射孔技术因其独特的射孔增产机理而被越来越广泛地应用于现场。激光射孔技术也已完成初步试验，相信在不久的将来会成为一种有效的射孔工艺技术而被广泛应用。射孔技术的发展趋势将向综合化、集成化、高穿深、无污染的方向发展。

第一节射孔原理

本节只对目前应用比较广泛的聚能射孔技术进行全面描述，其它射孔技术只进行简单介绍。

一、聚能射孔原理

聚能射孔技术产生于1946～1948年间，是从反装甲武器中演变而来。

聚能射孔技术是指由聚能射孔弹与其它部件组合对地层进行射孔的技术。这项技术的关键单元是聚能射孔弹。聚能射孔弹由三个基本部分组成：弹壳、炸药和药型罩，其结构如图4-1所示。

药型罩一般为锥型或抛物线型，它是由拉制的铜合金或是由铜、铅、钨等金属粉末压制而成。制造弹壳的材料比较多，有纸、陶瓷、玻璃、金属等，金属弹壳是应用最广泛的弹壳材料。

炸药是射孔弹穿孔的动力源，其技术参数直接影响到射孔弹的穿孔性能。射孔弹的炸药主要有RDX（黑索金）、HMX（奥克托金）、HNS（六硝基砥）、PYX（皮威克斯）、TACOT（塔考特）等5种。

聚能射孔弹是利用聚能效应进行穿孔的。所谓聚能效应是利用装药一端有锥型或抛物线型空穴来提高装药对空穴前方介质局部破坏作用的效应。当雷管将主炸药引爆后，主炸药产生的爆轰波到达药型罩罩面时，药型罩由于受到爆轰波的剧烈压缩，迅速向轴线运动，并在轴线上发生高速碰撞挤压，药型罩内表面的一部分金属以非常高的速度向前运动。随爆轰波连续地向药型罩底部运动，从内表面连续地挤出速度大于6000m/s的具有极高能量的金属流，该金属流沿轴线方向对目标靶进行挤压穿孔，图4-2为聚能效应示意图。聚能效应是炸药爆炸作用的一种特殊形式，它之所以具有穿孔（破甲）作用，根本原因在于能量集中。

二、水力射孔原理

高压水力射孔技术是通过地面高压供给设备，将水或特殊液体以大于70Mpa以上的压力从喷嘴喷出，利用高压水射流的强大冲击力，将套管和目的层冲蚀成孔，从而提高油井产量的一种技术。

该技术的井下系统由枪身、高压软管、冲顶器和水力锚等组成，如图4-3所示。施工时用油管将井下系统送至目的层，校深后，坐封水力锚，固定井下系统。地面高压大排量供给系统向油管内加压，液压冲头顶向套管，并喷射高压水流，将套管冲蚀出孔洞后，液压冲头停止前行，高压软管在液压的作用下伸向已形成的孔洞，并继续喷射高压水流，在地层中形成孔道，边喷边伸，高压软管在进入地层一定距离后停止运动。地面降低泵压，收回软管，停泵，解封水力锚，移至下一待穿孔处，重复上述工作直到结束施工，如图4-4所示。

该技术可在地层中冲蚀出深度大于2m的孔道，孔眼直径可达20~30mm.。

由于水射流的效能对环境压力非常敏感，环境压力越高，水射流的效能越差，所以该技术目前只适用于井深3000m左右的井。另外，施工比较复杂，周期较常规射孔长，对设备和下井管柱的要求过高，不适用广泛应用。

三、水力割缝射孔原理

水力割缝射孔原理与水力射孔技术的原理基本一样，都是通过高压水力冲蚀套管和地层，从而取得增产效果。

水力割缝技术是前苏联在20世纪70年代中期研制开发的，主要是为了提高储层打开程度、改变应力分布和近井地带的渗透率，进而达到增产增注的目的。

水力割缝工具由控制器、复位器和喷枪三部分组成。控制器可控制喷枪在施工时产生一定的移动速度，复位器在完成一组割缝后将喷枪恢复原位。

水力割缝技术一次施工可有效切割15对缝。套管处缝宽20mm, 缝内延伸宽度100mm,造缝深度1000mm。

据有关资料介绍，在其它参数不变的情况下，割缝施工后，可切割成深1m、宽

0.1m的缝，按其渗流面积折算，相当于将井筒半径扩大到0.64m, 产量可增加31％。该技术在华北荆丘油田进行了应用，成功率94％，有效率100％。

四、子弹射孔原理

子弹射孔技术发明于1926年，1932年12月在油井套管中进行了首次应用。

子弹射孔技术是利用火药将予装在有枪管和导向通道的枪体内的子弹发射到地层内的一种射孔技术，如图4-5所示。

子弹射孔技术能够射出均匀的孔道，但因其装配烦琐、穿透深度浅、成本较高已基本被淘汰。

五、复合射孔原理

复合射孔是指将射孔和高能气体压裂在一次下井过程中同时完成的工艺技术。复合射孔是目前发展最快的射孔增产技术，按射孔弹和推进剂的不同组合可分为一体式、单向式、对称式和外套式等四种。其基本原理是利用炸药的爆轰和推进剂的燃烧的不同作用机理，形成两个以上带有一定时间差（炸药的作用时间为微秒级，推进剂的燃烧时间为毫秒级）的不同压力脉冲，对地层进行射孔和改造。其作用机理是导爆索在引爆射孔弹的同时引燃推进剂，由于射孔弹的爆轰和推进剂的燃烧存在时间差，所以射孔弹先在套管和地层间形成一个通道，推进剂燃烧释放的高压气体随即对射孔孔道进行冲刷、压裂、破坏射孔压实带，并使孔眼周围和顶部形成多道裂缝，达到改善近井地带导流能力的目的。

1. 一体式

所谓一体式复合射孔是指将射孔弹和推进剂装在同一支射孔枪内的复合射孔技术。其优点是施工简单、安全；缺点是推进剂药量少、作用时间短。

2. 单向式

单向式复合射孔是在射孔枪的底部连接一支装有推进剂的高能气体发生器的复合射孔技术。其优点是推进剂药量可根据地层和套管情况进行调整；缺点是在电缆