射孔完井技术培训教材

1、王王 永永 福福 2004年年8月月 目前国内外完井方式主要有套管或尾管射目前国内外完井方式主要有套管或尾管射 孔完井、割缝衬管完井、裸眼完井、裸眼或套孔完井、割缝衬管完井、裸眼完井、裸眼或套 管内砾石充填完井等。其中套管射孔完井是目管内砾石充填完井等。其中套管射孔完井是目 前国内外使用最广泛的完井方法。其基本原理前国内外使用最广泛的完井方法。其基本原理 是在一口井钻井、固井完成后，利用射孔器射是在一口井钻井、固井完成后，利用射孔器射 穿油层套管、水泥环并穿透至油层一定深度，穿油层套管、水泥环并穿透至油层一定深度， 从而建立井筒与地层间的油气流动通道。该种从而建立井筒与地层间的油气流动通道。该

2、种 完井方式的优点是可选择性地射开不同压力、完井方式的优点是可选择性地射开不同压力、 不同物性的油层，以避免油层间干扰，还可避不同物性的油层，以避免油层间干扰，还可避 开夹层水、底水和气顶，避开夹层的坍塌，具开夹层水、底水和气顶，避开夹层的坍塌，具 备实施分层注、采和选择性压裂或酸化等分层备实施分层注、采和选择性压裂或酸化等分层 作业。作业。 自大庆油田投入开发以来，射孔完井工艺技自大庆油田投入开发以来，射孔完井工艺技 术大体上经历了三个阶段：第一，以术大体上经历了三个阶段：第一，以SQ691SQ691跟踪跟踪 射孔仪、泥浆压井、射孔仪、泥浆压井、WD67-1WD67-1型射孔器射孔为标型射孔

3、器射孔为标 志的准确打开油气层射孔工艺技术阶段；第二，志的准确打开油气层射孔工艺技术阶段；第二， 以清水压井过油管射孔、负压射孔、射孔液应以清水压井过油管射孔、负压射孔、射孔液应 用为标志的保护油气层射孔工艺技术阶段；第用为标志的保护油气层射孔工艺技术阶段；第 三，以深穿透射孔、复合射孔、三，以深穿透射孔、复合射孔、DB-DB-型数字化型数字化 射孔仪应用为标志的解放油气层射孔工艺技术射孔仪应用为标志的解放油气层射孔工艺技术 阶段。阶段。 近十年来，国内通过深化射孔理论研究，完近十年来，国内通过深化射孔理论研究，完 善配套工艺，增加射孔弹新品种并形成系列化善配套工艺，增加射孔弹新品种并形成系列

4、化 等，缩短了射孔技术与世界先进水平的差距，等，缩短了射孔技术与世界先进水平的差距， 总体水平已接近国际先进水平。总体水平已接近国际先进水平。 射孔器射孔器 射孔器是用于油气井射孔的器材（或装置）及射孔器是用于油气井射孔的器材（或装置）及 其配套件的组合体，其作用是打开井下封闭油气层其配套件的组合体，其作用是打开井下封闭油气层 的套管、水泥环并深入油气层，建立井筒与油气层的套管、水泥环并深入油气层，建立井筒与油气层 间连通的通道，其性能的好坏直接影响到射孔完井间连通的通道，其性能的好坏直接影响到射孔完井 效果。效果。 一、射孔器发展概况一、射孔器发展概况 （一）机械切孔器（一）机械切孔器 19

5、10年，用一个机械刀片在套管上旋转钻孔，机年，用一个机械刀片在套管上旋转钻孔，机 械切孔器用钻杆下井，然后打开切刀，当切刀绕销钉械切孔器用钻杆下井，然后打开切刀，当切刀绕销钉 旋转时，靠钻杆的上提力切入套管壁。这种穿孔法速旋转时，靠钻杆的上提力切入套管壁。这种穿孔法速 度慢、成本高，水泥环超过度慢、成本高，水泥环超过25mm厚时效果不佳。厚时效果不佳。 （二）子弹射孔器（二）子弹射孔器 19261926年，年，Sid MineSid Mine首先发明了子弹射孔方法，美国兰威尔首先发明了子弹射孔方法，美国兰威尔 斯公司（现在西方阿特拉斯公司）获得了专利，于斯公司（现在西方阿特拉斯公司）获得了专利

6、，于19321932年首次年首次 用于油井套管射孔，在加利福尼亚用于油井套管射孔，在加利福尼亚MontebelloMontebello油田一口油田一口800m800m深深 的井，用了的井，用了8 8天时间，下井天时间，下井1111次，共发射次，共发射8080枚子弹。该射孔方法枚子弹。该射孔方法 比机械切孔方法进一步，广泛使用了二十多年，目前国外仍有比机械切孔方法进一步，广泛使用了二十多年，目前国外仍有 应用。应用。 （三）聚能射孔器（三）聚能射孔器 高能炸药的聚能效应早在高能炸药的聚能效应早在19451945年，年，MohauptMohaupt和和R.H. R.H. MelemoreMelem

7、ore等在美国福特沃斯成立了油井炸药公司（等在美国福特沃斯成立了油井炸药公司（Well Well Explosives, Inc.Explosives, Inc.现今哈里伯顿现今哈里伯顿威立克斯公司的前身），开威立克斯公司的前身），开 发了油气井聚能射孔弹，发了油气井聚能射孔弹，19461946年首次在裸眼井中射孔，年首次在裸眼井中射孔，19481948年年 在密西西比二口套管井中射孔。聚能射孔弹穿透力强，效率高，在密西西比二口套管井中射孔。聚能射孔弹穿透力强，效率高， 从此聚能射孔技术在石油工业中得到了迅速发展。从此聚能射孔技术在石油工业中得到了迅速发展。 （四）其它（四）其它 1 1、复合

8、射孔器、复合射孔器 上个世纪八十年代，随着高能气体压裂技术的完善与发展，将上个世纪八十年代，随着高能气体压裂技术的完善与发展，将 聚能射孔与高能气体压裂相结合形成了复合射孔器。射孔后，聚能射孔与高能气体压裂相结合形成了复合射孔器。射孔后， 利用推进剂的快速燃烧产生高温高压气体，对地层进行造缝。利用推进剂的快速燃烧产生高温高压气体，对地层进行造缝。 九十年代，复合射孔器得到了很大的发展。复合射孔器按结构九十年代，复合射孔器得到了很大的发展。复合射孔器按结构 形式可以分为一体式、分体式、外套式、二次增效等。形式可以分为一体式、分体式、外套式、二次增效等。 2 2、水力喷砂射孔器、水力喷砂射孔器 上

9、个世纪六十年代初以来，水力喷砂射孔在国外逐步成熟，美、上个世纪六十年代初以来，水力喷砂射孔在国外逐步成熟，美、 俄等国相继用它在准备进行水力压裂的地层、聚能射孔效率不俄等国相继用它在准备进行水力压裂的地层、聚能射孔效率不 高并且地质和技术条件复杂的地层进行射孔，以及在一些特殊高并且地质和技术条件复杂的地层进行射孔，以及在一些特殊 条件下使用。这种方法是借助于含有分选好的石英或其它磨料条件下使用。这种方法是借助于含有分选好的石英或其它磨料 的高压液流进行井下射孔。液流通过喷嘴的速度约的高压液流进行井下射孔。液流通过喷嘴的速度约150150250m/s250m/s， 流量约流量约1L/s1L/s6

10、L/s6L/s，枪外径约，枪外径约8080230mm230mm，枪身用油管下入井中，枪身用油管下入井中， 井口泵为井口泵为2 28 8台大功率泵。该技术在俄罗斯使用较多，约占其台大功率泵。该技术在俄罗斯使用较多，约占其 射孔作业的射孔作业的5%5%。 3、激光射孔器 这种方法将地面激光发生器产生的高功率相干光束通 过光缆导向沿着井轴到达预定射孔深度，然后通过设在 此处的激光接受器将光束横向折射到被射位置，光束连 续聚焦在折射光束轴的聚焦点上，形成射孔孔眼。预计 激光射孔器的射孔穿透深度可达457mm，可按要求射开 多个孔眼，孔径为9.5mm至25.4mm，此外激光射孔器的 孔眼定位相当准确，使

11、每个孔眼都能对准油气层。这种 射孔方法可最大限度地降低对油气层的损害。但到目前 为止，未见现场应用情况报道。 虽然，射孔器的种类较多，但目前射孔仍以聚能射孔器 或以其为基础发展起来的复合射孔器为主。 二、聚能效应二、聚能效应 在谈聚能射孔器之前，首先要了解聚能效应。为在谈聚能射孔器之前，首先要了解聚能效应。为 了说明聚能效应，首先看一组实验结果，实验的目的了说明聚能效应，首先看一组实验结果，实验的目的 是比较不同装药结构穿钢板能力。是比较不同装药结构穿钢板能力。 为了提高聚能效应，就设法避免高压膨胀引起的能量分散，为了提高聚能效应，就设法避免高压膨胀引起的能量分散， 在聚能过程中动能是能够集中

12、的，势能（位能）则不能集中，在聚能过程中动能是能够集中的，势能（位能）则不能集中， 恰恰相反能起分散作用，如果设法把势能转化成动能，就能大恰恰相反能起分散作用，如果设法把势能转化成动能，就能大 大地提高能量的集中，那就是在药柱的锥形表面加一个铜罩，大地提高能量的集中，那就是在药柱的锥形表面加一个铜罩， 爆轰产物在推动罩壁向轴线运动过程中，就将能量传递给了铜爆轰产物在推动罩壁向轴线运动过程中，就将能量传递给了铜 罩，由于铜的压缩性很小，因此势能增加很少，大部分表现出罩，由于铜的压缩性很小，因此势能增加很少，大部分表现出 动能的形式，这样就可以避免高压膨胀引起的能量分散，而使动能的形式，这样就可以

13、避免高压膨胀引起的能量分散，而使 能量更加集中。能量更加集中。 三、聚能射孔器分类及性能三、聚能射孔器分类及性能 聚能射孔器按装枪结构可分为有枪身聚能射孔器和无枪身聚聚能射孔器按装枪结构可分为有枪身聚能射孔器和无枪身聚 能射孔器。有枪身聚能射孔器与无枪身聚能射孔器相比具有对套能射孔器。有枪身聚能射孔器与无枪身聚能射孔器相比具有对套 管水泥环破坏小、射孔弹和导爆索等不受井内液体压力的影响等管水泥环破坏小、射孔弹和导爆索等不受井内液体压力的影响等 优点。随着油田开发对象的变化和工艺技术的进步，有枪身射孔优点。随着油田开发对象的变化和工艺技术的进步，有枪身射孔 工艺技术得到飞速发展，深穿透、大孔径射

14、孔器逐渐完善配套，工艺技术得到飞速发展，深穿透、大孔径射孔器逐渐完善配套， 形成了射孔器系列化。下表给出了大庆油田常用射孔器的性能指形成了射孔器系列化。下表给出了大庆油田常用射孔器的性能指 标及适用范围。标及适用范围。 平均孔径平均孔径流动流动 (mm)(mm)效率效率 1 1YD-60YD-60DP30RDX-2DP30RDX-260603213217.27.21831838.58.50.780.78 2 2YD-73YD-73DP33RDX-2DP33RDX-273734364368.28.22072079.79.7- - 3 3YD89-1YD89-1DP36RDX-1DP36RDX-1

15、89895055058.88.82802808.58.50.860.86 4 4YD89-3YD89-3DP41RDX-1DP41RDX-1898954354310.210.23043049.19.10.770.77 5 5新YD-102新YD-102DP44RDX-1DP44RDX-110210263963911.611.629929911.911.90.910.91 6 6YD127-4YD127-4DP44RDX-3DP44RDX-310210265765711.811.832932911.811.80.780.78 7 71MD-31MD-3DP44RDX-5DP44RDX-51021

16、0285685612.212.257057013130.830.83 8 8大孔径102大孔径102BH48RDX-1BH48RDX-1102102386386161630430417.117.10.840.84 9 9- -BH54RDX-1BH54RDX-110210225625620.720.7- - - - 1010- -BH64RDX-1BH64RDX-11021022152152626- - - - 序号序号 弹 型弹 型 枪型枪型 混凝土靶检测结果混凝土靶检测结果 俗 称俗 称新名称新名称 平均穿深平均穿深 (mm)(mm) 平均穿深平均穿深 (mm)(mm) 小井眼小井眼 低渗

17、透油层低渗透油层 注聚合物区注聚合物区 地层地层 贝雷砂岩靶检测结果贝雷砂岩靶检测结果 适用性适用性 平均孔径平均孔径 (mm)(mm) 在在19991999年，年，102102枪装枪装127127弹射孔器开始大面弹射孔器开始大面 积推广并见到显著增油效果的基础上，积推广并见到显著增油效果的基础上，20012001年，年， 穿透深度更深的穿透深度更深的1MD-31MD-3射孔器初步得到应用，具射孔器初步得到应用，具 体效果见表体效果见表 砂岩有效日产液日产油 1MD3104.72.93.53.50.740.74 YD-8945.33.52.32.30.430.43 平均采液强 度t/dm 平均

18、采油强 度t/dm完井方式井数 射开厚度（m）初期产能（t） 射孔器材检测技术射孔器材检测技术 为了保证射孔施工的质量，需要对射孔器材的为了保证射孔施工的质量，需要对射孔器材的 性能和质量进行检测作。一方面，对新研制开发的性能和质量进行检测作。一方面，对新研制开发的 射孔器在推广应用之前，都要进行一系列性能检测；射孔器在推广应用之前，都要进行一系列性能检测； 另一方面，不定期对生产所使用的射孔器材质量进另一方面，不定期对生产所使用的射孔器材质量进 行抽查。上述工作由大庆油田射孔器材质量监督检行抽查。上述工作由大庆油田射孔器材质量监督检 验中心进行，其检验标准等效采用的验中心进行，其检验标准等效

19、采用的API RP43API RP43第五第五 版检测标准。射孔器材检测的项目主要有：版检测标准。射孔器材检测的项目主要有： 混凝土靶检测混凝土靶检测 砂岩靶检测砂岩靶检测 高温常压穿钢靶检测高温常压穿钢靶检测 高温高压检测高温高压检测 模拟井检测模拟井检测 随着大庆油田勘探开发工作的不断深入，随着大庆油田勘探开发工作的不断深入， 薄差层的开发也变得越来越重要。如何提高这薄差层的开发也变得越来越重要。如何提高这 些地层的开发效果成为亟待解决的问题，而准些地层的开发效果成为亟待解决的问题，而准 确射开这些地层是后续增产作业成功的前提。确射开这些地层是后续增产作业成功的前提。 大庆油田的射孔深度控

20、制技术历经四十多年的大庆油田的射孔深度控制技术历经四十多年的 发展，已由最初的发展，已由最初的“麻绳、尺子加剪刀麻绳、尺子加剪刀”发展发展 到目前的数字化射孔深度控制系统。通过新技到目前的数字化射孔深度控制系统。通过新技 术的应用以及强化过程管理，射孔的准确性得术的应用以及强化过程管理，射孔的准确性得 到了很好地保证。到了很好地保证。 射孔深度校正射孔深度校正 一、射孔自动化标图、校深一、射孔自动化标图、校深 由于套前与套后测井曲线存在一定深度差值，必须进行深由于套前与套后测井曲线存在一定深度差值，必须进行深 度校正，以往通过人工校正，存在人员素质、人工读值视差等度校正，以往通过人工校正，存在

21、人员素质、人工读值视差等 诸多影响射孔精度的因素，我们通过不断的努力并与实际经验诸多影响射孔精度的因素，我们通过不断的努力并与实际经验 相结合，最终实现了标图、校深自动化相结合，最终实现了标图、校深自动化。 人机交互 人机核对数 据 合格 测井原始数 据 曲线 平差 曲线 拟合 接箍 数据 校正值 人机交互 射孔深度计算 图1-2-1 射孔自动化标图、校深流程图 射孔深度计算射孔深度计算 生成上井生成上井 施工软盘施工软盘 通知单通知单 录录 入入 联炮图生成联炮图生成 标图、校深结果标图、校深结果 数控仪现场施工数控仪现场施工 装炮施工装炮施工 射孔深度计算流程图射孔深度计算流程图 射孔深度

22、计算包括射孔通知单的录入、联射孔深度计算包括射孔通知单的录入、联 炮图的生成、深度计算三个部分。其流程见图。炮图的生成、深度计算三个部分。其流程见图。 数控射孔取心仪数控射孔取心仪 DB- DB-型数控射孔取心仪是一种新型数字化射孔仪器。在设计型数控射孔取心仪是一种新型数字化射孔仪器。在设计 上达到了数字化记录井下信号及数控射孔施工的目的；在操作上达到了数字化记录井下信号及数控射孔施工的目的；在操作 上实现了简单化，减少了人为干预；在功能上上实现了简单化，减少了人为干预；在功能上, ,与与SQ-691SQ-691相比增相比增 加了计算机自动识别信号功能，微机系统的自动控制功能，数加了计算机自动

23、识别信号功能，微机系统的自动控制功能，数 据采集及处理的模数转换功能，中文菜单，图形显示及信号识据采集及处理的模数转换功能，中文菜单，图形显示及信号识 别的人机对话功能，别的人机对话功能，GRGR测井功能；注磁法短接定位及单芯电缆测井功能；注磁法短接定位及单芯电缆 多道传输技术得到应用；显示屏跟踪显示井下信号，从而判断多道传输技术得到应用；显示屏跟踪显示井下信号，从而判断 井下仪运行情况，避免电缆打结等情况的发生；射后资料磁盘井下仪运行情况，避免电缆打结等情况的发生；射后资料磁盘 化，并进入射孔作业局域网，最终实现数据共享；可采取不停化，并进入射孔作业局域网，最终实现数据共享；可采取不停 车自

24、动点火方式，点火深度误差车自动点火方式，点火深度误差2cm2cm，消除了停车点火造成的，消除了停车点火造成的 电缆变化误差；采用数字化采样、存取数据，消除了电缆变化误差；采用数字化采样、存取数据，消除了SQ-691SQ-691型型 射孔取心仪的机械和人为误差，提高了射孔精度，满足了薄油射孔取心仪的机械和人为误差，提高了射孔精度，满足了薄油 层开发的需要。其优点有：层开发的需要。其优点有： （1 1）避免了误射孔；）避免了误射孔； （2 2）射孔系统深度误差可控制在）射孔系统深度误差可控制在10cm10cm以内。以内。 输送方式输送方式 一、电缆射孔工艺 电缆输送射孔技术是用电缆将射孔器输送 到

25、目的层的射孔技术，电缆输送式套管射孔是 在套管内，用电缆把射孔器输送到目的层，进 行定位射孔。包括无枪身和有枪身套管射孔。 1、电缆输送式套管射孔现场施工过程： （1）装炮、联枪 （2）射孔深度定位 1）自然伽玛曲线定位 2）七组接箍或短套管定位 （3）射孔点火 （4）做下次射孔记号 2 2、电缆输送射孔技术特点、电缆输送射孔技术特点 （1 1）电缆输送射孔的优越性）电缆输送射孔的优越性 1 1）适应各种各种无枪身和有枪身射孔器；）适应各种各种无枪身和有枪身射孔器； 2 2）施工快捷。）施工快捷。 （2 2）电缆输送射孔的缺点）电缆输送射孔的缺点 1 1）由于携带射孔器长度有限，下井次数较多；

26、）由于携带射孔器长度有限，下井次数较多； 2 2）由于在施工时需要采用动密封，若发生井喷，）由于在施工时需要采用动密封，若发生井喷， 不易控制；不易控制； 3 3）对于一些补孔井，由于井内结蜡或油稠，下）对于一些补孔井，由于井内结蜡或油稠，下 井较困难。井较困难。 二、油管输送射孔工艺二、油管输送射孔工艺 1 1、油管输送射孔的原理、油管输送射孔的原理 油管输送式射孔的基本原理是把一口井所要射油管输送式射孔的基本原理是把一口井所要射 开的油气层的射孔器全部串连在一起连接在油管的开的油气层的射孔器全部串连在一起连接在油管的 尾端，形成一个硬连接的管串下入井中。通过在油尾端，形成一个硬连接的管串下

27、入井中。通过在油 管内测量放射性曲线或磁定位曲线，校深并对准射管内测量放射性曲线或磁定位曲线，校深并对准射 孔地层。可采用多种引爆方式引爆射孔器，同时可孔地层。可采用多种引爆方式引爆射孔器，同时可 实现负压射孔、正压射孔等特殊射孔条件。实现负压射孔、正压射孔等特殊射孔条件。 2 2、油管输送式射孔的特点、油管输送式射孔的特点 （1 1）可采用各种有枪身射孔器，以便实现高孔密、深穿透、）可采用各种有枪身射孔器，以便实现高孔密、深穿透、 大孔径、多相位射孔的需要，从而获得最佳的油气井产能状态；大孔径、多相位射孔的需要，从而获得最佳的油气井产能状态； （2 2）可实现较高的负压值射孔，保护油气层提高

28、产能；）可实现较高的负压值射孔，保护油气层提高产能； （3 3）一次下井可同时射开较长的井段或多个层段的地层；）一次下井可同时射开较长的井段或多个层段的地层； （4 4）可以进行电缆射孔难以施工的大斜度井、水平井、稠油）可以进行电缆射孔难以施工的大斜度井、水平井、稠油 井等复杂井的射孔作业；井等复杂井的射孔作业； （5 5）对高压油气井射孔，安全可靠可防止井喷；）对高压油气井射孔，安全可靠可防止井喷； （6 6）可与地层测试联作，缩短试油周期，准确录取地层资料，）可与地层测试联作，缩短试油周期，准确录取地层资料， 有良好的经济效益。有良好的经济效益。 3 3、油管输送射孔工艺流程、油管输送射孔

29、工艺流程 （1 1）TCPTCP的施工设计的施工设计 1 1）射孔枪柱设计）射孔枪柱设计 2 2）设计确定起爆压力）设计确定起爆压力 3 3）设计射孔管柱。射孔管柱的设计要根据）设计射孔管柱。射孔管柱的设计要根据 地层压力、岩性、含油情况、渗透率和井眼地层压力、岩性、含油情况、渗透率和井眼 套管结构，完井液情况，负压要求，投产要套管结构，完井液情况，负压要求，投产要 求等来设计引爆方式，负压的构成方法以及求等来设计引爆方式，负压的构成方法以及 封隔器类型和安全接头、液压减震器等。封隔器类型和安全接头、液压减震器等。 （2 2）室内准备工作）室内准备工作 1 1）选择射孔器材和火工品）选择射孔器

30、材和火工品 2 2）对射孔器材和火工品进行检验）对射孔器材和火工品进行检验 3 3）组装射孔器和起爆装置）组装射孔器和起爆装置 4 4）检查装枪质量，正确使用火工品）检查装枪质量，正确使用火工品 （3 3）现场施工步骤）现场施工步骤 1 1）射孔队到达井场后，按设计要求进行枪串连接，）射孔队到达井场后，按设计要求进行枪串连接， 安装起爆装置。安装起爆装置。 2 2）连接下井工具，丈量油管及定位短节的深度设）连接下井工具，丈量油管及定位短节的深度设 计计 3 3）填写下枪管柱示意图及施工单）填写下枪管柱示意图及施工单 4 4）监督作业队下管柱，直至管柱下到预定深度）监督作业队下管柱，直至管柱下到

31、预定深度 5 5）进行深度定位、校深，计算出管柱调整值）进行深度定位、校深，计算出管柱调整值 6 6）调整管柱、安装井口，引爆射孔器，监督射孔）调整管柱、安装井口，引爆射孔器，监督射孔 器发射情况器发射情况 4 4、油管输送一次定位射孔、油管输送一次定位射孔 油管输送一次定位射孔就是利用地层自然伽玛特油管输送一次定位射孔就是利用地层自然伽玛特 性，采用测井自然伽玛曲线对比，选定标志层，确定性，采用测井自然伽玛曲线对比，选定标志层，确定 理论短标距。现场实测自然伽玛曲线，确定标志层，理论短标距。现场实测自然伽玛曲线，确定标志层， 计算出实际短标距，确定枪身调整值，调整管柱定位计算出实际短标距，确

32、定枪身调整值，调整管柱定位 点火。点火。 为了适应外部市场开发的需要，研究开发了油管为了适应外部市场开发的需要，研究开发了油管 传输射孔丢枪工艺。油管输送式丢枪射孔工艺是通过传输射孔丢枪工艺。油管输送式丢枪射孔工艺是通过 丢枪接头来实现的，射孔枪身是靠钢球承重悬挂在丢丢枪接头来实现的，射孔枪身是靠钢球承重悬挂在丢 枪接头上，射孔后加压，当压力足够大时，剪切销被枪接头上，射孔后加压，当压力足够大时，剪切销被 剪断，钢珠进入凹槽，丢枪接头下部脱离机构与射孔剪断，钢珠进入凹槽，丢枪接头下部脱离机构与射孔 枪一起脱落。该工艺在塔里木油田得到应用。枪一起脱落。该工艺在塔里木油田得到应用。 射孔工艺技术射

33、孔工艺技术 一、水平井射孔技术一、水平井射孔技术 “ “水平井射孔技术水平井射孔技术”是国家是国家“八五八五”重点科技攻关的配重点科技攻关的配 套项目，大庆油田水平井开采的主要对象是低丰度、低渗透、套项目，大庆油田水平井开采的主要对象是低丰度、低渗透、 低产的低产的“三低三低”油层，需要压裂改造方能投产。当水平井的油层，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，见的一侧射孔比较合适，使射孔孔眼在油层水平面的下方，见 图。图。 套管套管 油层油层 射

34、孔孔眼射孔孔眼 因此，产层流体上行流动，避免了油层吐砂及后因此，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。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、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，弹架、配重块、轴承等组成。由于采用了这种结构， 不

35、论射孔枪体随着水平段井眼如何转动，相邻二个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射孔弹相位均为低边夹角120120，这样就达到了低边，这样就达到了低边 发射的目的。发射的目的。 它的特点是结构紧凑，灵活可靠，不受枪身外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。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：引鞋柱组合为：引鞋+ +射孔枪射孔枪+ +传爆接头（带

36、导向块）传爆接头（带导向块） + + +压力起爆器压力起爆器+ +旋转接头旋转接头+ +油管至井口。在射孔枪油管至井口。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，以保始转动，使重心向下、形心在上沿水平段前进，以保

37、证射孔弹发射方向是低于水平面，从而达到低边发射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。的目的。 依据上面的技术原理，根据油田开发的需要，我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们还研制成功了水平180180射孔枪，以及三相位水平射孔枪，以及三相位水平 井射孔枪等，水平井射孔枪已形成系列化。井射孔枪等，水平井射孔枪已形成系列化。 二、复合射孔技术二、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（简称HEGF）于一体的高效完井技术。它能一次完成射孔）于一体的高效完井技术。它能一次完成射孔

38、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。孔完井效果，达到射孔完井和增产、增注的目的。 1 1、作用机理、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，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。高能气体压裂和因此

39、，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-P- t t曲线可以清楚地看到这一点，曲线可以清楚地看到这一点，下表下表列出了三种增产措施的主列出了三种增产措施的主 要参数。要参数。 峰值压力升压时间加载速度总过程 （MPa）（S）（MPa/S）（S） 爆炸压裂 104 10月7日 102 10月6日 高能气体压裂10210月3日 10210510-210 一般水力压裂10102 10-1 104 压裂方法 三种压裂方法的主要参数表三种压裂方法的主要参数表 三种压裂方法的三种压裂方法

40、的p pt t曲线示意图曲线示意图 （1 1）造缝作用）造缝作用 致密砂岩致密砂岩HEGFHEGF的实测的实测P-tP-t曲线曲线 气体发生器在目的层段引燃后，迅速产生高温、高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。力时，即在井眼周围形成多条径向裂缝。 （2 2）裂缝的延伸）裂缝的延伸 达到峰值压力后，发生器产生的大量燃气继续达到峰值压力后，发生器产生的大量燃

41、气继续 释放，当进入裂缝的燃气在裂缝面上形成的压力超释放，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，至时，井筒内的压力不断下降，至D D点时，井筒内的压点时，井筒内的压 力与地层压力达到平衡，裂缝延伸终止。力与地层压力达到平衡，裂缝延伸终止。 （3 3）裂缝的支撑及闭合）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。而水力压裂是采用支撑剂支撑形成的裂缝。而HEGFHEGF无支撑剂，无支撑剂， 却能长期保持较高的裂缝导流能力，其原因在于却能长期保持较高的裂缝导流能力，其原因在

42、于HEGFHEGF是一个动是一个动 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。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（如图），使裂缝面之间发生微小的错位，从而使裂缝不易应（如图），使裂缝面之间发生微小的错位，从而使裂缝不易 闭合。闭合。 偏轴效应支撑裂缝示意图偏轴效应支撑裂缝示意图 （4 4）机械作用）机械作用 高能火药燃烧产生大量高温高压气

43、体通过射孔孔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。产生微错动，这样裂缝就不致于完全闭合。 （5 5）反洗作用）反洗作用 当火药燃烧完毕后，井筒内压力下降，压入地层当火药燃烧完毕后，

44、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。碎屑等堵塞物，从而达到清洗裂缝和射孔孔道作用。 （6 6）热力学作用）热力学作用 复合射孔后，目的层段附近温度一般能达到复合射孔后，目的层段附近温度一般能达到 300300左右，可维持左右，可维持2 2小时以上，然后逐渐降低。火小时以上，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、沥青和其它固层流体和岩石，溶解了石蜡、胶质、沥青和其它固

45、 相沉积物，降低近井区域地层内原油粘度。相沉积物，降低近井区域地层内原油粘度。 （7 7）化学作用）化学作用 火药燃烧后产生一定量的火药燃烧后产生一定量的COCO2 2、COCO、NONO和和HCLHCL气体，气体， NONO和和HCLHCL溶于水生成腐蚀性较强的酸液，对油层能起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。到一定程度的酸化解堵作用。 2 2、工艺类型及特点、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、化的复合射孔器及施工工艺。复合射孔器有下挂式、 内置式

46、、外套式和二次增效复合射孔器以及适合于小内置式、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。井眼井的小直径复合射孔器。 （1 1）下挂式复合射孔工艺技术）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：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、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液柱压挡高度等参数可实现不同P-TP-T

47、过程。从而达过程。从而达 到对不同井况及地层条件设计不同到对不同井况及地层条件设计不同P-TP-T过程。过程。 （2 2）内置式复合射孔工艺技术）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，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。气体通过射孔孔眼或预制泄压孔排出。该技术的该技术的 特点为：压力上升速度快，峰值压力高，用药量特点为：压力上升速度快，峰值压力高，用药量 较少。较少。 （3）外套式复合射孔工艺技术）外套式复合射孔工艺技术 该项工艺技术是将筒状火

48、药套在射孔枪外部，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。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）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。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、技术指标与适用范围 （1）技术指标）技术指标 耐温：耐温：100

49、，150 耐压：耐压：50MPa，60MPa 复合射孔器外径（复合射孔器外径（mm）：）：60、73、83、89、102、 108 （2）适用范围）适用范围 储层物性较差的井层；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；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。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、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

50、过理论计算确定了合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。先后在不造成破坏。先后在30口井上进行了井径和声变测井，口井上进行了井径和声变测井， 通过测井结果对比，压裂井段最大涨大通过测井结果对比，压裂井段最大涨大3.0mm，水泥，水泥 环胶结略有变化，但影响不大。部分检测结果见表环胶结略有变化，但影响不大。部分检测结果见表 好好中中差差好好中中差差好好中中差差 龙106龙106 0303 10101 19 91 18 82 2-1-11 1 龙108龙108 0202 11111

51、110101 18 83 3-2-22 2 龙108龙108 0303 12123 3121211111 1-1-11 1 射孔后胶结射孔后胶结 射孔前射孔前 后对比后对比井 号井 号射孔层数射孔层数 最大扩最大扩 径径 （mm）（mm） 射孔前胶结射孔前胶结 5、应用效果、应用效果 通过近千口井的应用表明采用复合射孔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：油井采液完井方式比单独射孔完井方式：油井采液 强度是其强度是其1.4-3.7倍；注水井注水强度是其倍；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。倍，见到了较好增产、增注效果。 据国内、外资料调研

52、及实际考察，目前我据国内、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。上达到了国内领先水平。 三、油管输送射孔与下泵联作技术三、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，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及工艺原理，我公司研究开发了油管输送射孔与

53、生产 管柱联作技术。管柱联作技术。 1、工艺流程、工艺流程 将射孔枪组装后，与生产管柱（采油管柱或注水将射孔枪组装后，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，测扣射孔枪中接）和生产管柱及相关工具下入井中，测 曲线，确定标志层，调整管柱定位后，用环空加压曲线，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，直接方式起爆点火，进行射孔，射孔后不用起管柱，直接 进行投产。进行投产。 油管 定位短接 抽油泵 减震器 调距油管 筛管 起爆器 射孔

54、器 管输下泵示意图管输下泵示意图 2 2、技术特点、技术特点 可避免起下作业过程中的地面污染和处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；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；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。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、采油强度大幅度提的生产井，采液强度、采油强度大幅度提 高。高。 该技术目前已进行了管输射孔与管式抽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油泵、杆式

55、抽油泵及螺杆泵联作的现场应 用，抽油泵泵径有用，抽油泵泵径有 38mm、 44mm、 57mm、 70mm、 83mm，基本可以满足，基本可以满足 管输射孔与不同泵型联作的施工需要。管输射孔与不同泵型联作的施工需要。 射孔过程中油气层损害的原因射孔过程中油气层损害的原因 油气层损害是指在油气井作业中油气层油气层损害是指在油气井作业中油气层 受到损害的原因及物理化学变化过程。其实受到损害的原因及物理化学变化过程。其实 质就是储层中流体渗流阻力增加，导至渗透质就是储层中流体渗流阻力增加，导至渗透 率的下降，它的后果将会影响到油气井产量，率的下降，它的后果将会影响到油气井产量， 延误勘探开发的进程，

56、因此，弄清油气层的延误勘探开发的进程，因此，弄清油气层的 损害机理是保护油气层技术的一项重要内容。损害机理是保护油气层技术的一项重要内容。 一、外来液体对油气层产生损害的主要原因一、外来液体对油气层产生损害的主要原因 （1 1）外来液体中的固相颗粒和油气层中固有的固相颗粒将）外来液体中的固相颗粒和油气层中固有的固相颗粒将 油气层的孔隙通道直接堵塞。油气层的孔隙通道直接堵塞。 若完井液为非清洁性流体、射孔后在压差的作用下，可使射孔若完井液为非清洁性流体、射孔后在压差的作用下，可使射孔 完井液中的固相颗粒侵入油层孔隙喉道，使其渗透率降低。完井液中的固相颗粒侵入油层孔隙喉道，使其渗透率降低。 （2

57、2）外来液体中的水分引起油气层中粘土矿物的水化和膨胀，外来液体中的水分引起油气层中粘土矿物的水化和膨胀， 从而减小了油气层的孔隙通道。从而减小了油气层的孔隙通道。 （3 3）外来液体与地层液体发生物理化学作用，发生水锁、分）外来液体与地层液体发生物理化学作用，发生水锁、分 子化、润湿反转和化学沉淀，生成化学沉淀堵塞油气层流通孔子化、润湿反转和化学沉淀，生成化学沉淀堵塞油气层流通孔 道，降低了油的渗透率。道，降低了油的渗透率。 （4）外来液体的侵入造成油气层润湿性的改变，降低了油、外来液体的侵入造成油气层润湿性的改变，降低了油、 气的相渗透率。无论哪一类损害，储层本身的内在条件是主要气的相渗透率

58、。无论哪一类损害，储层本身的内在条件是主要 的因素，当储层不能适应外界条件变化时，就会导致储层渗透的因素，当储层不能适应外界条件变化时，就会导致储层渗透 率的降低。率的降低。 二、储层中敏感性矿物类型特点及存在的形式对储层的损害二、储层中敏感性矿物类型特点及存在的形式对储层的损害 敏感性矿物的类型决定着其引起油气层损害的类型，根据不敏感性矿物的类型决定着其引起油气层损害的类型，根据不 同的矿物与不同性质的流体发生反应造成的油气损害，可以将同的矿物与不同性质的流体发生反应造成的油气损害，可以将 敏感性矿物分为四类。敏感性矿物分为四类。 (1)(1)水敏和盐敏矿物水敏和盐敏矿物 （2)2)碱敏矿物

59、碱敏矿物 （3)3)酸敏矿物酸敏矿物 （4)4)速敏矿物速敏矿物 粘土矿物在孔隙中的存在形式对储层损害也有一定的影响，粘土矿物在孔隙中的存在形式对储层损害也有一定的影响， 含量越高，造成的油气层损害程度越大，在其它条件相同的情含量越高，造成的油气层损害程度越大，在其它条件相同的情 况下，油气层渗透率越低，敏感性矿物对油气层造成损害程度况下，油气层渗透率越低，敏感性矿物对油气层造成损害程度 就越大。就越大。 三、射孔压差对产能的影响三、射孔压差对产能的影响 所谓射孔压差是指射孔液柱回压和地层孔隙压力之差。当所谓射孔压差是指射孔液柱回压和地层孔隙压力之差。当 井筒压力大于储层压力射孔时，称之为过压

60、（或正压）射孔，井筒压力大于储层压力射孔时，称之为过压（或正压）射孔， 反之则称为负压射孔。过压（正压）射孔可使井筒内的流体在反之则称为负压射孔。过压（正压）射孔可使井筒内的流体在 正压差的作用下侵入储层，一旦流体是损害型的，将对储层造正压差的作用下侵入储层，一旦流体是损害型的，将对储层造 成严重的伤害。同时射开的孔眼得不到清洗，一些固相物质成严重的伤害。同时射开的孔眼得不到清洗，一些固相物质 （岩屑、爆炸残余物等）堵塞在孔道内，使孔眼导流能力下降。（岩屑、爆炸残余物等）堵塞在孔道内，使孔眼导流能力下降。 而过大压差的负压射孔可能会造成物性较差地层微粒运移、堵而过大压差的负压射孔可能会造成物性