水平井射孔技术介绍

水平井射孔技术介绍
一、水平井射孔技术
“水平井射孔技术”是国家“八五”重点科技攻关的配套项目，大庆油田水平井开采的主要对象是低丰度、低渗透、低产的“三低”油层，需要压裂改造方能投产。

当水平井的油层胶结很差或油层需压裂改造的情况下，在油层套管较低的一侧射孔比较合适，使射孔孔眼在油层水平面的下方，
因此，产层流体上行流动，避免了油层吐砂及后期开采套管沉砂问题。

另外，还为压裂提供了沿油层两侧延伸的水平通道，避免垂向通道可能造成的油层顶底盖层被压开的问题。

为此我们开发研制了几种低边定向射孔枪。

一种是弹架旋转低边定向射孔枪，它主要由枪体、弹架、配重块、轴承等组成。

由于采用了这种结构，不论射孔枪体随着水平段井眼如何转动，相邻二个射孔弹相位均为低边夹角120°，这样就达到了低边发射的目的。

它的特点是结构紧凑，灵活可靠，不受枪身外部环境的影响，安装比较容易，起下安全顺利，它适合于射孔井段多且井段较短的井。

另一种是枪身旋转低边定向射孔枪，它在井下的管柱组合为：引鞋+射孔枪+传爆接头（带导向块）+……+压力起爆器+旋转接头+油管至井口。

在射孔枪组的顶部接一个旋转接头，再在每两支枪间的传爆接头上加工有导向块，弹架和射孔弹及枪体是相对固定的。

由于射孔枪的形心与重心不重合，产生一个扭转力矩，在进入造斜段后射孔枪便在此力矩作用下，开始转动，使重心向下、形心在上沿水平段前进，以保证射孔弹发射方向是低于水平面，从而达到低边发射的目的。

依据上面的技术原理，根据油田开发的需要，我们还研制成功了水平180°射孔枪，以及三相位水平井射孔枪等，水平井射孔枪已形成系列化。

二、复合射孔技术
复合射孔工艺技术是一项集射孔完井与高能气体压裂（简称HEGF）于一体的高效完井技术。

它能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气体压裂，形成多条微裂缝，并可解除钻井、固井、射孔等过程对地层的污染，从而改善近井地层导流能力，提高射孔完井效果，达到射孔完井和增产、增注的目的。

1、作用机理
由于复合射孔技术是聚能射孔与高能气体压裂技术的结合，因此，有必要介绍高能气体压裂的作用机理。

高能气体压裂和爆炸压裂、水力压裂有着本质的不同，对比其压裂过程中的P-t曲线可以清楚地看到这一点，下表列出了三种增产措施的主要参数。

（1）造缝作用
气体发生器在目的层段引燃后，迅速产生高温、高压气体，对井壁形成脉冲加载，井眼周围地层的岩石被压缩，当井筒内压力超过对应加载速率下岩石的破裂压力时，即在井眼周围形成多条径向裂缝。

（2）裂缝的延伸
达到峰值压力后，发生器产生的大量燃气继续释放，当进入裂缝的燃气在裂缝面上形成的压力超过裂缝的延伸压力时，裂缝得以向前扩展。

与此同时，井筒内的压力不断下降，至D点时，井筒内的压力与地层压力达到平衡，裂缝延伸终止。

（3）裂缝的支撑及闭合
水力压裂是采用支撑剂支撑形成的裂缝。

而HEGF无支撑剂，却能长期保持较高的裂缝导流能力，其原因在于HEGF是一个动态过程，在一定的加载速率冲击载荷作用下，形成的多条径向裂缝具有一定的随机性，裂缝面不再垂直于最小主应力的方向。

由于地应力产
生的剪切应力作用于这些裂缝面上而产生偏轴效应，使裂缝面之间发生微小的错位，从而使裂缝不易闭合。

（4）机械作用
高能火药燃烧产生大量高温高压气体通过射孔孔眼进入地层，对地层形成脉冲加载。

当井筒内压力大于岩石破裂压力时，就会在井筒周围产层中形成多条径向裂缝。

由于压力上升快，所生成的裂缝不受最小地层主应力控制，裂缝延伸方向剪切应力分量使裂缝产生微错动，这样裂缝就不致于完全闭合。

（5）反洗作用
当火药燃烧完毕后，井筒内压力下降，压入地层中的气体和一些液体会返流进井筒，携带出一些岩石碎屑等堵塞物，从而达到清洗裂缝和射孔孔道作用。

（6）热力学作用
复合射孔后，目的层段附近温度一般能达到300℃左右，可维持2小时以上，然后逐渐降低。

火药燃烧所产生的热量经射孔孔眼裂缝表面传递给地层流体和岩石，溶解了石蜡、胶质、沥青和其它固相沉积物，降低近井区域地层内原油粘度。

（7）化学作用
火药燃烧后产生一定量的CO2、CO、NO和HCL气体，NO和HCL溶于水生成腐蚀性较强的酸液，对油层能起到一定程度的酸化解堵作用。

2、工艺类型及特点
目前，针对不同的井况和地层条件，已形成系列化的复合射孔器及施工工艺。

复合射孔器有下挂式、内置式、外套式和二次增效复合射孔器以及适合于小井眼井的小直径复合射孔器。

（1）下挂式复合射孔工艺技术
该技术的基本原理是在射孔枪下部加装高能气体压力发生器，通过射孔器引爆点燃火药，实现先射孔后气体压裂的目的。

该技术的特点为：
通过改变装药量、火药性能、火药装配结构、液柱压挡高度等参数可实现不同P-T过程。

从而达到对不同井况及地层条件设计不同P-T过程。

（2）内置式复合射孔工艺技术
该项工艺技术是将火药放在特制的射孔器内，通过射孔器起爆引燃火药。

火药燃烧所产生的的气体通过射孔孔眼或预制泄压孔排出。

该技术的特点为：压力上升速度快，峰值压力高，用药量较少。

（3）外套式复合射孔工艺技术
该项工艺技术是将筒状火药套在射孔枪外部，通过射流及冲击波引燃火药。

（4）二次增效复合射孔工艺技术
该技术是将内置式或外套式复合射孔器与下挂式复合射孔器相结合，内置式或外套式复合射孔器对地层作用后，通过分体式复合射孔器对地层进行二次加载，延长作用时间，提高作用效果。

3、技术指标与适用范围
（1）技术指标
耐温：100℃，150
耐压：50MPa，60MPa
复合射孔器外径（mm）：60、73、83、89、102、108
（2）适用范围
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；
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。

4、对套管和水泥环影响
为检验复合射孔技术对套管和水泥环的影响，我们做了理论计算和现场检测。

通过理论计算确定了合理的用药量，保证在压开地层的同时对套管和水泥环不造成破坏。

先后在30口井上进行了井径和声变测井，通过测井结果对比，压裂井段最大涨大 3.0mm，水泥环胶结略有变化，但影响不大。

5、应用效果
通过近千口井的应用表明采用复合射孔完井方式比单独射孔完井方式：油井采液强度是其1.4-3.7倍；注水井注水强度是其1.3-4.5倍，见到了较好增产、增注效果。

据国内、外资料调研及实际考察，目前我们的复合射孔技术从整体技术及推广规模上达到了国内领先水平。

三、油管输送射孔与下泵联作技术
为了防止在电缆射孔施工过程中井喷、压井以及后续生产管柱下井作业过程对油层或地面造成污染，通过分析油管输送射孔及抽油井和注水井的管柱结构及工艺原理，我公司研究开发了油管输送射孔与生产管柱联作技术。

1、工艺流程
将射孔枪组装后，与生产管柱（采油管柱或注水管柱）连接，用油管把射孔枪（防倒扣射孔枪及防倒扣射孔枪中接）和生产管柱及相关工具下入井中，测γ曲线，确定标志层，调整管柱定位后，用环空加压方式起爆点火，进行射孔，射孔后不用起管柱，直接进行投产。

2、技术特点
可避免起下作业过程中的地面污染和处理费用，且可减少一次起下作业；
可避免射孔时井喷压井对油层的污染；
射孔后直接投产，缩短了施工周期。

该工艺尤其适用于高压、异常高压油层的生产井，采液强度、采油强度大幅度提高。

该技术目前已进行了管输射孔与管式抽油泵、杆式抽油泵及螺杆泵联作的现场应用，抽油泵泵径有¢38mm、¢44mm、¢57mm、¢70mm、¢83mm，基本可以满足管输射孔与不同泵型联作的施工需要。