水平井射孔技术

水平井射孔技术
一、水平井射孔
由于油层是在水平段。

该工艺采用了管柱输送射孔器，加压引爆射孔弹的方法。

在定向射孔输送管柱与枪身之间装配活络接头、方向监测装置，在射孔枪上还增加了偏重心结构。

国外的水平井完井方法采用了裸眼完井、割缝钢管完井和套管固井完井。

套客固井需进行射孔。

国外一般采用挠性盘管输送、油管（或钻杆）输送射孔枪，在岩性疏松的储集层中采用了定向射孔。

其引爆方式是加压引爆。

1990年底国内在胜利油田完成了第一口水平井。

虽然我国水平井射孔技术起步较晚，但发展很快。

二、水平井射孔器材
水平井射孔枪可分为非定向和定向射孔枪两种基本类型。

1、非定向射孔器
非定向射孔所用的射孔器与普通油管输送射孔器基本相同，由于油管接头直径大于枪身直径，为了防止起下枪身时接头在套管内的阻或卡的现象，在射孔枪身上加了可滑动的防卡套。

2、向定射孔器
在定向射孔中，为了保证射孔方位符合设计要求，一种是靠枪身定向，另一种是用弹架定向。

不管哪种定向都是向下射孔，三排或四排孔，弹孔之间夹角90°～120°，孔密16～20孔/m。

1）外定向射孔器
外定向射孔器主要结构是两定向：弹架与枪的定向用键槽控制；枪与枪的控制用定位销固定。

另外该枪是配合引向器使用。

2）内定向射孔器
内定向射孔器的结构与油管输送射孔器基本相同，该射孔器定向射孔是靠射孔弹架控制定向的。

弹架是偏重心的，其两端及中间均用弹子轴承支持。

一支弹架为3m长。

3、定向射孔器枪头、枪尾及弹架
内定向所用的枪尾和普通油管输送射孔所用的枪尾相同；外定向所用的枪尾是偏重心结构同时带有定位孔，与枪身连接时必须定好位。

定向射孔使用的枪头，外定向和内定向都是一样的，一端是丝扣与枪
身连接，另一端设计为内外扣结构，外扣与筛管连接，其内扣和压力起爆器连接。

水平井定向射孔用的弹架基本结构是圆筒钢弹架。

外定向弹架的特殊结构是将射孔弹布在夹角70°～180°向下射孔三排孔或四排孔，孔密16～20孔/m，两端有定向盘。

内定向弹架的特殊构造：一是偏重心，即是装配好的射孔弹的弹架重心点偏在下面底部；二是该弹架的两端和中间支支撑着滚珠轴承，弹架能自由转动，又因为它是偏重心，偏向射孔弹的部位，故其转动后只有一个稳定状态。

这样就能实现了定向射孔的目的。

另外这种弹架要求壁厚一点，不能变形，不能弯曲。

4、引向器
引向器有两种：一种是把引向器焊在射孔枪上，造成射孔枪身偏重心只能有一个稳定状态，达到定向的目的。

另一种是将引向器焊在枪身的中间接头上，通过多个带有引向器的中间接头与射孔枪身的定位销连接，同样造成了射孔器枪身只有一个稳定的状态，达到了定向的目的。

当射孔顺的枪身在有液体的水平井内向前移动时，由于引向器的作用，使枪身保持在预定射孔方向上。

5、定向监测装置
定向监测装置是由外壳、偏心重锤、可活动阀瓣、回位弹簧、螺杆、挡板等组成。

其工作原理是利用偏心原理制成的。

方向监测装置中的自由重锤和它连接在一起的阀瓣始终保持垂直方向。

当射孔枪在预定方向上时，方向监测装置外壳的泄压孔对正阀瓣，当给油管内加压力液，油管内压力上升，阀瓣即封闭泄压孔，油管内加压升至起爆器剪切销的切断压力时，起爆器引爆，射孔弹发射穿孔。

当射孔枪的方位不在预定方向时，阀瓣不能封闭泄压孔，油管进入的压力液经过泄压孔从环形空间返出井口，起爆器剪切销得不到切断压力不能引爆，这时井口有压力液返出。

说明射孔枪方向不正确，需要上下活动输送管柱来调整射孔枪的方向，直到预定方向时才能加压引爆射孔。

若仍不能准确定向，应提出管柱，查明原因，方可继续施工。

6、活络接头
活络接头由上接头、轴承、下接头等主要部件组成，它连接在输送油管定向监测装置之间，以消除油管旋转扭力影响射孔器的方位。

7、起爆
目前在水平井射孔中使用的起爆器主要有环空加压式起爆器和油管加压引爆造筛管装置。

1）环空加压起爆器（压力起爆器）
环空加压起爆器主要由外壳、撞击针、活塞套、活塞、雷管、剪切销等组成，活塞直径为26mm，销子的材料选用了温度系数比较小的黄铜62（H62），直径为3mm，每个剪切销的剪断压力是4MPa，安全压力是3.5MPa，每个起爆器设计16个剪切销。

使用时，可根据井深和压力液的密度计算起爆器在井内的静压力，按剪切销抗剪压力，安放所需装销子的数量，从安全角度出发，设计压力必须大于井内最深处的静压力。

引爆时要向套管内加压，等压力达到剪切销的剪切压力时，剪切销被剪断，撞击针向前运动击发雷管，引爆导爆索、射孔弹。

2）油管加压引爆造筛管装置
在同一口井进行第二次射孔时，由于部分地层射开，采用环空加压式起爆器射孔，往往地层会大量吸收加压时所用的液体，这样既无法起爆器孔器材，又给地层造成了污染。

目前，在水平井段无法座封隔器的情况下，要采用油管加压起爆方式。

油管加压起爆时，油管、套管必须是封隔的，射孔后油管、套管又必须有通路。

该筛管装置就较好地解决了这一难题。

这种装置是在无孔筛管内装一支小直径射孔枪，并在其上端装压力起爆器，下端与射孔枪相连。

向油管内加压引爆起爆器时，小直径射孔枪将筛管打穿，同时引爆射孔枪对层进行射孔。

这项装置可以进行负压射孔，在进行负压射孔时对井内环空进行排空，排空深度应视负压差来决定。

3）起爆器的技术指标
（1）耐温：180℃/48h。

（2）耐压：50MPa。

三、水平井射孔准备工作和工程要求
1、试油队
（1）射孔通知单及井的轨迹图和数据表应在施工前5天交施工单位。

（2）射孔前应彻底洗井，压井液必须干净，不能有沉淀物，压井液一般为清水或无固相液，水平井段好用柴油，防止油层二次污染，同时减少磨擦损伤射孔器材。

（3）输送射孔器材的管柱要用标准的通管规通过。

在水平段的输送管柱接箍应倒角。

（4）准备以下设备及配件：泵车一台，40MPa井口压力表一只，与射孔器材配套的吊卡两副，备足用于调整射孔枪深度的短油管，备足压爆用的压力液。

（5）油管加压起爆时，油管和油管泄流阀的承受力必须大于起爆器的起爆压力。

（6）丈量输送管柱和配件长度，并将丈量数值提供给射孔队，作为射孔校深参考依据。

（7）起下管柱速度要均匀，在直井段不大于300m/h，水平井段不大于200m/h，不得溜钻、墩钻和急刹车。

（8）起下管柱要用自封，严禁井下落物。

2、射孔队
（1）依据射孔通知单的要求准备射孔器材，装配射孔器。

（2）每支射孔器必须用一根无中间接头的导爆索装配，导爆索应长出弹架两端200mm。

（3）导爆索与射孔弹组装时，导爆索应置于射孔弹的引爆中心点且接触良好，弹架两端用止退管将导爆索固定牢。

（4）装配好的单枪，传爆管端面应高出枪身中间接头端面3～5mm。

（5）外定向射孔时必须做到射孔弹与枪的盲孔定位准确。

（6）内定向射孔装弹架和枪身时，要保证弹架不变形，重心准确，定位可靠。

（7）已装好的射孔器上要按下井顺序由下而上用白漆编号，并在枪身上标明射孔弹数及夹层。

枪的两端要戴好专用护帽。

四、水平井射孔工艺
1、射孔器的装配
（1）非定向射孔枪的装配与油管输送射孔基本相同，只是在每支射孔器上套了一个倒了角的防阻卡套。

这样射孔枪就能顺利地通过水平井段。

（2）外定向射孔器的装配。

外定向射孔器之所以能够在水平井段自动定向，主要是活络接头、引向器、枪尾共同作用，使枪身按设计要求对油层进行定向射孔。

装配射孔弹架是根据地质设计要求制作的，最大孔密20孔/m。

导爆索应紧贴射孔弹起爆药饼，导爆索不得有扭曲和破损。

射孔弹、导爆索、弹架三者应为一个牢固的组装整体。

导爆索应长出弹架端面20cm，用于通过中间接头和装传爆管。

在组装好的弹架一端装一个带有外凸键的定位板，另一端装一个小直径的定位板。

射孔弹架由小定位板端缓缓送入枪体后，再在小定位板上安装一块大定位板。

最后把两端定位板固定在枪体内的键槽中。

装有射孔弹架的枪体两端各开两个对称的槽。

焊有引向器的中间接头上各有两排（共四只）对称的顶丝孔。

中间接头与枪体上满扣后，用顶丝将中间接头与枪体固定。

注意：上接头前，枪体内应安装防震胶皮，引向器的平面部分必须与枪体内射孔弹射孔方向相吻合，否则射孔方向相反。

2、射孔器材的连接（以外定向枪身为例）
1）射孔器的连接
安排炮顺序连接枪身，传爆管不能外露太长，以3～5mm为宜，并不能偏离中心。

当第一支枪下入井内，第二支枪吊起与第一支枪对接，连接后的两只枪的引向器方向要一致，否则会造成射孔方位相反。

两枪公、母扣对准后缓缓下落，待丝扣对准拧紧，最后上好定位顶丝。

2）活终接头
活终接头上部接在输送射孔器的油管上，下部接在方向监测装置上，它的作用是保证射孔器在水平井段能自动旋转，不受输送油管的扭矩影响。

3）定向检测装置
定向检测装置的上部接在活终接头上，下部与筛管相连。

定向检测的泄流孔必须和枪体的定位线对齐。

错位后由于泄流孔处于常开状态，加压液体可以经泄流孔排出，而起爆器得不到起爆压力无法起爆。

4）起爆器
起爆器的上部接在筛管上，下端与射孔枪的最上一支枪相连。

射孔枪串连接次序如下：
油管→活终接头→方向监测装置→筛管→起爆器→射孔枪→中间接头（带引向器）→射孔枪→尾声弹
3、外加压力起爆
1）油管加压起爆
由于采用了定向监测装置，在油管输送射孔器过程中，井液由定向监测装置的泄流孔流入油管内。

射孔器到达目的位置后装好井口，等待加压起爆。

加压泵车管线应接在油管接口处，打开油管阀门，泵车缓缓将加压液体注入油管中，这时套管阀门应无液体排出，压力表读数慢慢上升，待升至设计压力时，起爆器的销子被剪断，击针向前运动激发雷
管，达到起爆目的。

2）环空加压压起爆
环空加压的方法只适应用新井投产。

可用枪头、枪尾两种起爆器同时起爆，也可只用枪头起爆器起爆，这种起爆方法是：加压液体由套管注入，起爆压力通过筛油传给起爆器。

4、射孔井下引爆情况监测
射孔弹在井下聚能穿孔的过程中，同时产生强弱不等的爆轰波随即在地层传播，形成了强弱不等的震波，我们可以用仪器将此波接收记录下来，作为了解井下射孔弹发射情况的依据资料。

具体监测方法如下：1）利用尾声信号记录仪监测射孔弹在井下发射情况
尾声信号记录仪的安装、操作、及结果分析如下：
（1）将磁连接器及探头一起吸附于井口法兰盘的底面（该面须擦洗干净）。

（2）探头与记录仪用电缆连接。

（3）接通尾声记录仪的电源，按下有关工作键，使仪器处于监控状态。

（4）敲击井口兰盘，传感器采集的模拟信号，送到尾声记录仪记录，直到记录一个完整波后再按停止键。

（5）油管内开始打压时，按下启动键开始采集，当采集到尾声信号时，继续采集半分钟后关机，停止采集。

（6）尾声信号仪连续记录时间应控制在两分钟内，采集过程中不允许断电。

（7）分析尾声信号仪记录的曲线，判别射孔弹发射情况。

2）利用压力打压时，仔细观察泵车和井口压力表，当压力表的压力升到设计值时，表的读数突然下降一些，表针明显抖动，说明射孔弹在井下发射。

若压力表的读数一直上升，而不下降，则说明射孔弹在井下未发射。

此种方法简单易行，但难于判断射孔弹是否全部发射。

五、水平井射孔深度
1、深度校正原理
水平井射孔的深度校正利用裸眼井测井综合解释成果图中的部分曲线（自然伽马、自然电位、微电极……）的深度作为标准，将其与套管内测量的自然伽马或中子伽马曲线进行对比，求出输送射孔器的短油管深度，并经校正后的底部深度，最后通过计算得出上提或下放值。

2、深度校正步骤
（1）在套管内进行固放磁测井时，当下测到油气层上界面附近停下接单根（或立柱）时，在测井曲线上由操作员给人工电信号，同时，在井口转盘平面对准的油管处作一明显记号。

将两种曲线进行对比后即可求出校正后的输送射孔枪的油管总长度。

（2）对图
水平井射孔的对图方法基本与直井射孔对图方法相同，不同点是在水平井射孔套管内测量曲线的深度是以下油管的长度进行标注的。

（3）计算工作
计算工作按以下公式求出输送油管的提放值：
L
0=H-（h+I
O
）
式中：L
O
——输送管柱提放值，m；
H——油层顶界面深度，m；
h——校正后的输送管柱底端深度，m；
I
O
——射孔枪的顶孔界面至输送管柱底端的距离，m。

L
O
值是正数为下放，是负数为上提。