复合射孔简介

StimGun技术（增效复合射孔）介绍

一、StimGun技术（增效复合射孔）概述

StimGun技术（增效复合射孔）是指利用电缆或者油管

等工具将射孔枪及其外套的推进剂筒输送到井下射孔层

段，射孔枪起爆后，射流引燃外套的推进剂筒，推进剂高

速燃烧产生高能气体，高能气体进入射孔孔道并在射孔孔

眼周围形成多径向裂缝，从而沟通了地层的天然裂缝，改

善了油气流动通道。

（a）射孔弹发射（图1）外套式复合射孔器

（b）推进剂燃烧（c）射孔后孔眼和裂缝情况

（图2）复合射孔器工作过程

StimGun技术（增效复合射孔）是利用射孔弹炸药和推进剂的燃速差来实现先射

孔后压裂的，聚能射孔弹装的炸药爆速是微秒级；外套推进剂由固体氧化剂炸药制成，其爆速是毫秒级，所以一次点火，就能瞬间完成射孔和高能气体压裂。

（图3）射孔、推进剂燃烧、复合射孔、水力压裂P-T图

二、StimGun技术与目前国内复合射孔技术的差别

我国于20世纪80年代初开始对复合射孔技术进行研究，到目前为止，已经在一些油田进行了运用，但由于对于该技术的机理缺乏研究，以及相应的研究手段和试验手段的限制，都没有解决复合射孔技术关键的技术难题，目前国内复合射孔技术与StimGun 技术的主要差别有以下几点：

1、安全性。影响高能气体压裂效果因素包括压力上升时间、峰值压力大小、压力持续时间三个主要因素。在进行高能气体压裂施工时，要在保证套管不受伤害的前提下，尽量提高地质效果。国内的复合射孔技术不能根据井的具体井况和地层参数对推进剂药量以及推进剂所放位置进行优化设计，这就不能保证高能气体压裂效果最好。容易造成装药量过大，对套管和管柱造成损伤；或者装药量过小，不能充分激发裂缝。StimGun 技术在施工作业前，通过输入地层和井况参数，由计算机模拟计算，对下井工具进行优化。在保证安全的同时，使得高能气体的压裂效果最好。

2、可评估性。国内的复合射孔技术不能对影响高能气体压裂效果的压力上升时间、峰值压力大小、压力持续时间等参数进行测量和记录。StimGun技术通过引入井下高速记

录仪以及Pulsfrac 软件，施工前，能够根据地层参数和井况模拟出井下高能气体压裂P-T 曲线；在施工过程中，通过井下高速记录仪测量和记录相关参数；施工后，可以对模拟P-T 曲线进行验证，对施工效果进行评价。

3、适用范围。国内的复合射孔都不能带封隔器作业，这就极大地限制了复合射孔的使用范围。同时，不带封隔器作业使得高能气体产生的能量很大一部分用于对井液挤压做功，没能进入射孔孔道，从而不能充分激发裂缝。而StimGun 技术能够带封隔器作业，极大地扩大了该技术的适用范围，并且能够保证高能气体产生的能量绝大部分进入射孔孔道，对射孔孔眼进行压裂。

三、StimGun 技术的优势

1、先进的造缝机理

推进剂筒燃烧产生的高能气体压裂对地层的作用有四种：热作用、化学作用、水力作用和机械作用。但其主要作用是机械作用。高能气体压裂火药燃速较快，升压时间为毫秒级，峰值压力较高，能量传递较快，因而不受地层岩石应力影响，可形成径向放射状多条裂缝。StimGun 技术利用推进剂筒燃烧产生的动态脉冲高压气体击穿并净化射孔孔道，在射孔孔眼形成多径向裂缝，启动并延伸与井筒垂直的裂缝，沟通地层的天然裂缝。同时，该技术能够可以有效地穿透近井地带的污染带，并反向冲洗井筒附近污染带，确保从油藏至井筒的流动畅通无阻。

2、先进的数据记录和处理手段 外套式推进剂筒在井中的燃烧是一项快速的氧化反应，导致气态能源快速释放，如图所示：

（图4）推进剂能量释放示意图

井

推进

膨胀的气化“气泡”

井中的液体

运动

井筒中的高速、高能量变化情况极为复杂。推进剂工具或射孔枪或二者组合的点火，几百毫秒的时间内开始发生一系列活动。包含的活动如下：

·工具的燃烧，

·井筒中液体的压缩

·井中压力波的传播

·井筒的膨胀

·射孔孔眼中的节流

·射孔孔道周围岩石破裂

·射孔孔眼周围新裂缝的形成

·液体高速流入这些裂缝导致裂缝延伸

·高速泄漏进入岩层

这些活动不会按照顺序发生，但在时间上可能会重叠并会发生激烈的相互作用。

为了预测工作成效并确保在各种条件下成功操作，这种复杂的过程必须用带有大量详细资料的数学模型所计算。这就是PulsFrac TM模型软件的作用。PulsFrac™使用所有合格等式调节相互作用程序的动态联系的数值解合并上面提到的所有工序过程。输出为图形和易于解释并易于指导施工设计的报告。

（图5）PulsFrac™模型图

（图5）PulsFrac™软件模型及输入输出界面

（图6）PulsFrac™输入屏幕和输出屏幕示意图

PulsFrac™软件以过去30年的国防工业的研究和石油工业应用为基础，通过精确的理论数学模型、实验室试验和现场数据进行比较和不断的校正使得计算和模拟结果的精确度更高。高速/高冲击存储记录仪的使用已经使设计的模型非常接近实际作业。

井下高速记录仪时间分辨能力达到约10毫秒或达到每秒100000个数据点，能测

量和记录井筒内高速发生的动态活动。

（图7）井下高速记录仪

PulsFrac™模型软件以及井下高速记录仪器的运用，使得我们能够对施工作业前和

施工作业工程中的发生的数据进行记录和处理，从而科学指导和优化施工作业。

3、施工作业的全程控制及优化

StimGun技术已经形成了一整套的控制及优化措施，能够最大限度地保证施工作业达

到最佳的效果。

在施工作业前，首先收集施工井的主要地层参数和井况，根据用户的需要，对施工作

业作出初步评价。该评价主要包括: