复合射孔技术

复合射孔技术综述
刘玉莉201272246 刘莎丽201272090
近年来,随着油田开发的深入发展,开采难度不断增加,对射孔工艺的要求也越来越高。

为了追求更好的开发效果和更大的经济效益,复合射孔技术在国内外得到了较为广泛的应用。

复合射孔技术是近几年兴起的一项集射孔与高能气体压裂于一体的高效射孔技术。

能够一次完成射孔和高能气体压裂两道工序,做到在射孔的同时对近井地层进行高能气体压裂,改善近井地层导流能力,提高射孔完井效果。

1复合射孔技术原理及特点
1.1技术原理
复合射孔技术的工艺原理是在射孔枪内，将射孔弹与燃烧特性不同的复合固体推进剂有机结合，射孔弹聚能射流先行打开泄压孔并在地层中形成孔道，枪内爆炸与燃烧产生的有序高能气体通过泄压孔沿着射孔孔道向地层加载，不但对射孔压实带进行了改造，提高孔道的渗透性，还能使射孔孔道以裂缝的形式向前延伸扩展，形成多方位裂缝，孔缝结合提高了射孔作用半径，从而达到改善产层与井眼之间连通性，增加射流面积，使地层破裂压力降低，达到改造储层的效果[1-3]。

1.2 技术特点
施工设计采用匹配产品开发的优化设计系统软件，根据地层特点，并在保证井筒安全的前提下优化设计枪、弹、药匹配，及最优的装药量设计。

为了充分发挥该技术的优势，FracGun复合射孔器（图1）优化泄压孔结构，并装配了新型破碎堵片，增加射孔弹炸高，提高了气体泄流速率和做功能力，提高了射孔穿深，并降低了堵片对井底的污染。

孔缝结合深度实现超穿深2.5 m以上。

图1 复合射孔器示意图
通过调节高能复合固体推进剂的爆燃特性和装药量，能够通过控制复合固体推进剂爆燃的瞬间差及压力-时间历程，实现井下环空压力、造缝数量、裂缝长度的有效控制。

该技术可以对不同地层、不同污染形式的射孔造缝状态优化，有效地提高地层与井筒的沟通程度，从而大幅度提高油气井近井地带的渗流性能。

由于岩石孔缝结合的导流通道，穿透了近井污染带，可大幅度提高地层的渗透性。

1.3复合射孔适应的地层
复合射孔适应的地层为储层物性较差的井层；储层具有一定的产能，受污染较严重的井层；探井的预压裂，以观察储层情况，确定是否需要水力压裂需水力压裂的井，先进行复合射孔可达到复合压裂的效果，较单纯水力压裂效果要更好。

适用范围为：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的地层。

2复合射孔技术的研究进展
复合射孔技术最早是1983年由美国人Frankin C Ford通过专利的形式提出的一项油气井增产措施的设想。

最近几年为满足油田发展的迫切需要得到了迅速的发展，取得了可喜的进展。

西安204所公开的数据延缝深度为1930 mm，大庆射孔弹厂1998年在石油天然气总公司射孔器材检测中心检测的射孔结果延缝深度平均达到1953 mm。

传统的高能气体压裂技术是在油气层部位内的套管中燃烧压裂药剂，形成的高温高压气体大部分作用在套管壁上，只有少量气体通过射孔孔眼进入地层；复合射孔技术中火药燃烧气体绝大部分通过射孔孔眼进入地层，大大提高了火药燃烧气体的能量利用率。

复合射孔技术是射孔与高能气体压裂合二为一，实现射孔和高能气体压裂同时完成,可提高射孔效率、压裂效率和油气井产能，是射孔技术的重要进步。

目前,正在研制开发的和已经在油田推广使用的复合射孔器有一体式复合射孔器、分体式复合射孔器、二次增效复合射孔器、高孔密复合射孔器和防砂复合射孔器。

2.1一体式
国内的一体式复合射孔是将固体推进剂与射孔弹一体化装入射孔枪内，实现复合射孔压裂。

将压裂药剂填入弹架内，利用导爆索引爆射孔弹，射孔弹爆轰形成射流，同时点燃射孔枪内的压裂药剂，产生大量的气体，通过射孔孔眼作用于近井地带，使近井地带产生多条裂缝，提高近井地带的导流能力。

这种复合射孔器的发射药团直接填充在弹架内，产生的气体直接作用于射孔孔眼，能量的利用率提高，气体达到峰值压力的时间也较短，容易在射孔孔眼周围形成多条裂缝。

但由于弹架的空间是有限的，所以一体式复合射孔器的装药量是有限的(一般每米只能填装1.5kg左右)，产生的气体也是有限的，由此产生的不良结果是气体压力的作用时间短，最终影响裂缝的延伸效果。

国外大量应用的Stimgun式是将压裂药剂套在射孔器外部，在射孔过程中由射流引发药剂形成射孔、压裂一次完成。

其明显的优势在于压裂药剂包覆在射孔枪枪身外部，能量直接释放到井筒中，解决了炸枪的问题，但是由于压裂药剂是由射流引发，易形成低速爆轰，破坏射流的完整性，而且在作业过程中由于药剂裸露，也容易发生事故。

2.2 分体式
这种工艺是把火药压力发生器接到射孔枪下部，作业时，射孔器首先在目的层射孔，射孔弹爆轰产生的能量通过能量转换装置作用于火药压力发生器，使之发生稳定的燃烧反应，产生气体，实现压裂作用。

由于分体式的复合射孔器的火药压力发生器是接在装置的下部，产生的气体向上运动之后才能作用于射孔孔眼，整个气体作用的总表面积增大。

故气体达到峰值压力的时间长且峰值压力较低，不利于裂缝的起裂，但由于其具有独立的火药压力发生器，因此，可根据不同的地层条件及施工要求设计合理的火药用量，达到最佳的施工效果，也就是说分体
式的装药量是不受限制的。

装药量大，气体压力持续作用的时间长，有利于裂缝的延伸和扩展。

2.3 二次增效射孔
根据力的作用效果分析，气体的升压速度快，且气体压力的作用时间长，对裂缝的生成就有利，但一体式和分体式两种工艺都无法同时满足这两个方面的要求。

因此，为进一步提高复合射孔的压裂效果，提出一种新型的工艺方式——二次增效射孔，即将一体式和分体式二者联合应用于同一射孔作业中，在原一体式复合射孔器下部安装分体式的能量转换装置和火药压力发生器。

作业时上部一体式复合射孔器首先对目的层射孔、压裂，对地层进行一次加载，然后通过能量转换装置作用于火药压力发生器，引燃火药压力发生器内的火药，对地层持续加载，形成二次压力冲击，提高裂缝的长度和导流能力。

二次增效射孔技术保留了一体式和分体式原有各自的优势，同时又补充了双方的不足之处，达到了既提高升压速度又延长了气体压力作用时间的目的，这是射孔技术发展的又一个进步。

2.4 高孔密复合射孔技术
以上所介绍的复合射孔器都是通过发射药燃烧产生高能气体，深穿透高孔密复合射孔技术则主要通过射孔弹壳体材料的燃烧和气化产生高能气体，其过程也可以通过壳体材料的配方调整来控制。

高孔密复合射孔器射孔孔密设计在26孔·m-1以上，射孔弹壳体采用低熔点复合材料，在射孔弹爆轰过程中，壳体由于受高温高压作用，燃烧和气化，产生大量气体，释放热量，在枪身内产生高温高压气体。

通过枪身射孔孔眼形成高压气流，对射孔孔眼冲刷、加深，并在射孔孔眼前端地层形成多条裂缝，达到复合射孔的目的。

3 复合射孔技术应用的几点认识
(1) 复合射孔适用于砂岩硬地层（普通射孔在硬地层穿深较浅) , 在泥质含量高的砂岩地层, 为防止地层膨胀, 降低渗透性, 应用该技术时, 在压井液中加入
一定量的防膨剂。

其次适合于石灰储层, 以天然裂缝和溶洞方式存在的地层。

由于裂缝、溶洞的发育的不均衡性, 对于常规射孔方法, 其孔眼与裂缝、溶洞相遇的机会较少, 而复合射孔提高了这种可能性。

(2) 由于地层压力预测不准, 提高了压井液的密度或因工程事故等原因使地层
侵浸时间长, 污染严重的井更适合复合射孔。

(3) 使用常规射孔效果不好但仍有一定潜力的油层, 采用复合增效射孔技术对
其重射, 能够起到较佳的增油效果。

4 复合射孔技术的发展方向
发展方向之一, 多元增效复合射孔。

根据井况一次多层同时施工, 对同一油层可采用多级组合, 对压裂段层位形成多脉冲压裂, 使地层产生较长的多方位
的裂缝, 大大提高地层的渗透率, 改造地层的结构, 使其流阻减小, 起到有效
的增产作用, 并且增加酸化和支撑物。

以特制的分隔器实现不同压力环境的隔离，以可燃可裂解弹架、弹壳实现射孔器内腔无阻碍。

发展方向之二, 药剂的研制开发。

由于以硝化棉为主要成分的压裂药, 受硝
化棉本身性能的制约, 其长期耐温上限为135℃；即便硝铵类压裂药, 也仅能在150℃以下, 远不能满足大多数油井(井温在120℃～180℃) 的要求。

因此, 开发适应这一温度范围内的压裂药是复合射孔技术发展的主要课题之一。

发展方向之三, 检测、测试技术、评价方法。

国内常规检测是以混凝土靶裂缝为主要依据, 地面试验无法模拟井下复杂的环境, 这项技术的可靠性和可信度让人怀疑。

建立技术密集、科技前沿为代表的检测技术和计算机管理评价系统，使数据处理和性能评价程序化。