射孔工艺技术

四 无枪身聚能射孔器
无枪身聚能射孔器是指将无枪身射孔弹装配在特殊弹架上进行射孔的射 孔器。 无枪射射孔器种类繁多，但有一个共同的特点就是射孔器在下井作业时， 射孔弹、导爆索和雷管均浸没在井液中，直接承受井内的压力和温度。 无枪身射孔器的优点是成本低、施工效率高、操作简便。缺点是药量小、 穿深、孔径等指标低，可靠性较差，对套管损坏严重，井下残留物多。
图1-10
二、起爆器 1. 撞击起爆器 撞击起爆器是指依靠击针撞击起爆的火工单元。 撞击起爆器主要应用于油管传输射孔，其典型结构由击发药、火药、 猛炸药和壳体组成。 其起爆条件按型号不同分别有2.5Kg.m、9Kg.0.34m和2.8Kg.m几种。 耐温指标分160℃/48h、180℃/48h、200℃/48h、230℃/48h几种。 2. 机械压力式电起爆器 机械压力式电起爆器是利用井内液柱压力作为打开起爆器安全开关 的动力，电缆输送电能来起爆的一种起爆器。其结构由电雷管、短 路开关和压力开关构成。 该起爆器具有防静电、防射频、防杂散电流和使用安全的特点。主 要应用于油管输送射孔。
次级速爆炸药包括单质炸药和混合炸药，单质炸药一般有RDX（黑 索金）、HMX（奥克托金）、HNS（六硝基砥）、PYX（皮威克 斯）等。混合炸药有聚黑－16 、聚黑－14 、聚奥－6 、聚皮－1等。
黑索金和奥克托金通常为白色晶体，爆速近9000米/秒，主要用于 装填各种射孔弹和切割弹等。
六硝基砥和皮威克斯都为黄色晶体，爆速近7100米/秒，这两种火 药因其耐高温的特性，用来装填耐高温射孔弹、导爆索、传爆管 等。 按照爆破器材的功能，油田射孔涉及的爆破器材有： 起爆器材: 雷管、起爆器、隔板起爆器等。 传爆器材：传爆管、传爆接头、导爆索等。 爆炸作功器材：射孔弹、尾声弹、压裂弹等。 目前油田射孔用的爆破器材有以下特点： 1 军工技术向民用渗透，促进新型起爆器材的发展。 2 起爆器材种类多，可选择的范围宽，传统的电起爆和非电起 爆器材仍在大量使用，安全性能好的起爆器材开始引起人们的 重视。 3 超高温、超高压的起爆器材开始应用于深井射孔，这类器材有： 耐温260°C 、耐压170MPa的电雷管；耐温200°C －48h的撞击、 压力起爆器和耐温230°C －48h的撞击、压力起爆器等。
第一节 炸药 射孔工程上所用的常用炸药分为低速炸药和速爆炸药，速爆炸药又 分为一级速爆炸药和次级速爆炸药。 一级速爆炸药又称为起爆药，它的主要特性：可以迅速由爆燃转为 爆轰，对外界初始冲能（包括撞击、 针刺、 摩擦、 电热）的敏感 性，具有高能输出。 目前应用的耐温起爆药：叠氮化铅、斯蒂芬酸铅、 KP等。在这其 中叠氮化铅因为其撞击感度和摩擦感度较高，且起爆能力强，高温 高湿环境中稳定性好，成为射孔用耐高温耐高压雷管的主要添加药。
概述 第一节 炸药 第二节 射孔器
第三节 射孔枪
第四节 雷管与起爆器 第五节 起爆装置
第六节 传爆器材
第七节 射孔工艺 第八节 油管输送射孔工艺
第九节 射孔测试联作工艺
第十节 其他射孔技术 第十一节 射孔设计优选 第十二节 射孔监测技术
概
述
用射孔方法高质量地打开产层，对于正确评价油气井的开发价值、缩 短试油周期、提高采收率等方面具有重要的、有时是决定性的意义，射孔 是确定油气井采收率的基本因素之一。 油气井射孔技术产生于二十世纪三十年代。是一门较新的边缘性专业 技术，进入二十世纪七十年代以来，射孔技术得到了比较快的发展，目前 已基本形成了其独特的技术体系。 射孔的定义：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工艺技 术。 射孔技术包含的主要内容有：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测等方面。涉及到包括数学、物理 学、地质、钻井、测井、油藏工程、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 艺技术已发生了巨大的变化。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， 他们希望射孔的穿深更深，射孔污染更小、效率更高。特别是世界经济 的高速发展，对石油的迫切需求，使世界各国对射孔工艺技术的研究投 入了大量的人力物力。近十几年来，射孔技术、工艺和射孔机理的研究 成果大量增加。
聚能射孔弹的结构如图1-2。
聚能射孔弹由三个基本部分组成： 弹壳、炸药和药型罩。
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图1-2
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。 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）等。 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。 聚能射孔弹是利用聚能效应进行穿孔的。所谓聚能效应是指利用装药一端 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。 见图1-3所示。 图中：1.爆轰波；2.作用在药型罩上的压力；3.药型罩被挤压的方向
二 子弹射孔原理 子弹射孔器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。它 在地层中形成的孔道很短，末端被子弹堵塞，且被 射孔的套管内壁一般都产生严重的毛刺。见图 1-1 。
图1-1
三
聚能射孔原理
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。
图1-3
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向前运动的金属流， 当药型罩全部被压向轴线后，在轴线上形成一股具有极高能量的头部速 度大于6000米/秒运动的金属流，该金属流沿轴线方向对目标靶进行挤 压穿孔。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。
弹架：射孔器中固定射孔弹的专用支架。
盲孔：射孔枪枪身上供射流穿过的未贯通的孔。 聚能射孔弹：具有聚能效应的射孔弹。
有枪身射孔弹：必须装入射孔枪内使用的射孔弹。
无枪身射孔弹：自身壳体可承受压力和温度的射孔弹。 药型罩：紧贴在药柱聚能穴上能形成射流的金属衬套。 雷管：通过自身的爆炸而引爆下一级爆炸组件的起爆组件。 导爆索：传递爆炸能量起爆下级火工件的索状组件。 传爆管：传递或扩大爆炸能量的管状组件。 射孔起爆器：在油管传输式射孔中，联接于射孔器顶部用于起爆 射孔器的装置。
无枪身射孔器主要有以下几种：
1. 钢丝架式无枪身聚能射孔器：
其基本结构是两根钢丝作为承载射孔弹的弹架，用夹板在钢丝联接处进行 固定并保护射孔弹，以防射孔弹在下井过程中碰撞磨损。 钢丝架式无枪身射孔器的相位只有两种，既0°或180°。孔密10--13 孔/ 米。混凝土靶穿深100-184毫米。适用于薄层裸眼井或过油管射孔。 2. 钢板式无枪身聚能射孔器 钢板式无枪身聚能射孔器的弹架是用条型钢板冲孔而成，其弹架经特殊加 工可提供多种相位的射孔方式。不同的射孔弹型号可分别达到200--400毫 米的穿深。其它与钢丝式无枪身射孔器相同 3. 链接式无枪身射孔器 链接式无枪身射孔器的射孔弹外壳是加工成上下公母接头形式，弹和 弹之间可彼此相互串联。换句话说就是射孔弹和弹架和二为一。其优点是 射孔相位和孔密变化较多。缺点是射孔器整体强度差，对套管的损坏严重。
第二节 射孔器（射孔弹） 射孔器是用于油气井射孔的爆破器材及其配套件的组合体。
聚能式射孔器：利用聚能效应产生的射流完成射孔作业的射孔器，分 为有枪身和无枪身两大类。
射孔弹：用于油气井射孔的由炸药、壳体及药型罩等构成的组合体。
子弹式射孔器：利用火药发射金属子弹完成射孔作业的射孔器。 射孔枪：射孔施工中承载射孔弹的密封承压发射体。一般由枪身、枪 头、枪尾和密封件等组成。 多次使用射孔枪：枪身可重复使用的射孔枪。 一次使用射孔枪：枪身不能重复使用的射孔枪。
5.可通过不同的组合，满足各类施工的要求。
图1-6
图1-7
图1-8
第三节 射孔枪
射孔枪是指射孔施工中承载射孔弹的密封承压发射体。一 般由枪身、枪头、枪尾和密封件等组成。 射孔枪一般分为一次使用可回收式和重复使用可回收式两 种。 射孔枪的规格型号一般以射孔枪的外径来命名。 目前，射孔枪的型号有： 51 、 60 、 73 、 89 、 102 、 114 、 127、140、159、178。 射孔枪的孔密最高可达40孔/米。 射孔枪的相位可按要求加工。一般常用的是90°相位，螺 旋布孔。 耐压级别：A-35MPa工作压力； B-70MPa工作压力； C-105MPa工作压力； D-140MPa工作压力; E-175MPa工作压力。
图1-4
过油管张开式聚能射孔器 过油管张开式聚能射孔器的结构及工作过程见图1-4。这种射孔器在下 井过程中是闭合的，到达射孔位置后，射孔弹被释放，从下井时的垂直向
下转为垂直对向套管。解决了以往过油管射孔因射孔枪直径所限，射孔弹
无法加大而造成的穿深浅的问题。
图1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ5
五 有枪身聚能射孔器
有枪身聚能射孔器是指将射孔弹、雷管、导爆索等火工品装入起 密封、承压作用的射孔枪内的组合体。 有枪身射孔器虽有不同的类型，但其共有的特点： 1. 所有爆炸物品不与井内液体接触，不承担压力，降低了射孔弹 等的制造难度，大大提高了施工成功率。 2. 射孔弹爆炸后产生的碎屑被留在射孔枪内，避免了射孔弹爆炸 时产生的高速碎屑对套管的破坏。 3.能可靠地在斜井、超深井中施工。 4.利用油管输送方式可一次完成数百米的射孔施工
过油管射孔：利用电缆通过油管将射孔器下至目的层进行射孔的 工艺技术。
油管输送式射孔：用油管将射孔器输送到井内目的层位置进行射 孔的工艺技术。 电缆输送套管射孔：利用电缆将射孔器通过套管输送到井内目的 层进行射孔的工艺技术。
一
射孔器的发展
子弹式射孔器技术发明于1926年，1932年12月在油井套管中 进行首次应用，主要用于较软地层射孔。子弹式射孔技术能 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。 目前广泛应用的聚能射孔器产生于1946 --1948年间，是从反装甲武器中演变而来。上世纪六十年代 开始应用无杵堵技术并根据完井技术的特殊要求开始研发大 孔径聚能射孔器。近十年来，聚能射孔器性能和产品系列进 一步提高和完善，2001年双龙石油器材联营公司的127DP45型 射孔器穿深达到了1002毫米；同时，大庆射孔弹厂和四川射 孔弹厂的射孔器穿深也分别达到了1053毫米和1080毫米。 聚能射孔器按结构分为无枪身射孔器和有枪身射孔器。
图1-9
代号与型号命名
射孔枪相位数 射孔枪孔密 射孔枪耐压级别 射孔枪外径 示 图 3
示例：89B16-90型号为外径89mm、耐压级别B级 （70MPa)、孔密16孔/m、相位角为 90° 的射孔枪
第四节 雷管与起爆器 雷管按起爆方式可分为电起爆类和机械撞击起爆类。 一、电起爆雷管： 电起爆雷管是应用于电缆输送射孔，用交流（直流）电来激发起爆的雷 管。图中所示为电磁雷管 电磁雷管是指由特定频率电信号起爆的雷管。用于油气井有枪身射孔,具 有抗静电、抗杂散电流、抗工频电，耐高温、作用可靠、使用安全等功 能。它必须与磁电雷管专用起爆仪配套使用，是目前油、气井射孔用的 新型起爆系统。
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、水力喷射式射孔技术、机械 割缝（钻孔）式射孔技术、复合射孔技术。应用最广泛的是聚能式射孔 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的应用于现 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。