射孔施工第一讲

射孔施工大庆职业学院石油工程系郑世红前言

用专用射孔器射穿套管及水泥环，并在岩体内产生孔道，建立地层与井筒之间的连通渠道，以促使储层流体进入井筒的工艺过程。为什么要射孔？？？

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。射孔的目的是建立地层与井眼的流通孔道，主要用于试油、采油、采气、补挤水泥或注水等等。

射孔的发展聚能射孔器高能炸药的聚能效应早在1945年，Mohaupt和R.H.Melemore等在美国福特沃斯成立了油井炸药公司（WellExplosives,Inc.—现今哈里伯顿·威立克斯公司的前身），开发了油气井聚能射孔弹，1946年首次在裸眼井中射孔，1948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，从此聚能射孔技术在石油工业中得到了迅速发展。其他射孔器复合射孔器——上个世纪八十年代，随着高能气体压裂技术的完善与发展，将聚能射孔与高能气体压裂相结合。水力喷砂射孔——上个世纪六十年代初以来，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。激光射孔器——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。自大庆油田投入开发以来，射孔完井施工工艺大体上经历了三个阶段：第一，以SQ691跟踪射孔仪、泥浆压井、WD67-1型射孔器射孔为标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、DB-Ⅱ型数字化射孔仪应用为标志的解放油气层射孔工艺技术阶段。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。内容学习情境一射孔施工作业的准备 项目一射孔弹准备 项目二射孔器准备 项目三常用工具准备 项目四材料、资料准备 项目五井场及井场设备准备 项目六井筒、防喷器准备

内容学习情境二常规射孔施工 项目一电缆输送套管枪射孔施工项目二油管输送射孔施工 项目三射孔联作施工 项目四电缆输送过油管射孔施工内容学习情境三特殊射孔施工 项目一超高压正压射孔施工 项目二水平井射孔施工 项目三复合射孔施工 项目四负压射孔 项目五连续油管输送射孔 项目六井口带压射孔 项目七全通径射孔 内容学习情境四射孔方案优化 项目一常规射孔优化 项目二复合射孔优化 项目三水平井射孔优化 项目四射孔液优选内容学习情境五油气井射孔安全 项目一环境分析 项目二射孔器材制造安全 项目三射孔器材储存要求 项目四射孔器材的运输要求 项目五射孔器材的销毁方法 要求1．认真听讲、做好笔记。2．注重理论联系实际，多和现场实际及日常生活中的事例相联系。3．按时交作业。4．实训课要积极动手，仔细观察，主动参与，提出问题。考核标准平时考核＋过程考核＋期末考核情境一

射孔施工作业的准备完井之后，为了油气井射孔，在现场实施的一系列生产活动就叫射孔施工作业。它包括打桩、立井架、装采油树、送排油管、作业洗井、射孔等环节。作业的目的就是将井筒内的泥浆及杂质排出，将井洗干净，保证射孔后无地层污染，减少对储层的破坏，提高地层的采收率。射孔的目的其目的就是射穿套管、水泥环和地层内一定的深度,为地层的油气流入至井筒，造成一个畅通的通道。射孔是将射孔器下至油气井目的层位，射穿套管、水泥环并射入地层一定深度，建立地层流体与井筒的流动通道。－－临门一脚采用合适的射孔器和射孔工艺，就可以使射孔对产层的伤害最小，完善系数高，从而获得理想的产能。研究内容：射孔工艺、射孔枪、射孔弹、射孔仪器、射孔液、射孔伤害机理及评价方法、射孔优化设计等等。项目一射孔弹准备

射孔施工中所要准备的射孔器材包括火工品和非火工品。火工品包括射孔弹、导爆索、传爆管、传爆组件、电雷管、撞击雷管、延时火药、复合火药、集束火药、桥塞火药、尾声弹和隔板火药等；非火工器材包括射孔枪、枪接头、油管、玻璃盘接头、棒击开孔阀（负压阀）、压力开孔阀、释放装置、减震器、转接头、放射性接头和点火棒等。聚能射孔系统包括不同的传爆部件，这些部件连接成为传爆系统。典型的射孔枪和其内的传爆系统。传爆系统的传爆部件有：（１）起爆器或雷管，用于启动爆炸；（２）导爆索，用于沿射孔枪纵向传爆；（３）聚能射孔弹，它对套管射孔，并穿透水泥环和地层。火工品是装有炸药、火药或烟火剂的元件。它通过外加较小的激发能量（如通电、撞击、摩擦等）使其所装的药剂发生爆炸或燃烧反应，同时放出一定形式的能量来引爆其它炸药、引燃其它火药、做机械功或产生其它特种效应。像这样的元件或装置称之为火工品。火工品是武器、弹药及其它燃烧、爆炸系统的关键元件。火工品不仅在军品上，它在民品（如石油爆破器材等）中应用也越来越广泛。一、炸药的概念1.爆炸爆炸是物质急剧的物理或化学变化。在急剧变化的同时，伴随着该物质含有的能量积聚的转变为压缩能和运动能。从广义上讲，爆炸是一种极为迅速的物理或化学能量的释放过程。2.爆炸现象

1)物理爆炸现象

2)化学爆炸现象

3)核爆炸现象物理爆炸蒸汽锅炉或高压气瓶的爆炸属于此类。这是由于过热水迅速转变为过热蒸汽造成高压冲破容器阻力引起的，或是由于充气压力过高超过气瓶强度发生破裂而引起的。强火花放电(闪电)或高压电流通过细金属丝所引起的爆炸现象，也是一种物理爆炸现象。这时的能源是电能。强放电时，能量在0.1～1微秒内释放出来，使放电区达到巨大的能量密度和数万度的高温，因而导致放电区的空气压力急剧升高，并在周围形成很强的冲击波。金属丝爆炸时，温度高达摄氏两万度，金属迅速化为气态而引起爆炸。物体的高速碰击(陨石落地、高速火箭碰击目标等)，水的大量骤然汽化等所引起的爆炸都属于物理爆炸现象。化学爆炸细煤粉悬浮于空气中的爆燃，甲烷、乙炔以一定比例与空气混合所产生的爆炸，以及炸药的爆炸，都属于化学爆炸现象。炸药爆炸进行的速度高达每秒数千米到万米之间，所形成的温度约3000～5000℃，压力高达几万兆帕，因而能迅速膨胀并对周围介质作功。核爆炸核爆炸的能源是核裂变或核聚变反应所释放出的核能。核爆炸反应所释放出的能量比炸药爆炸放出的化学能要大的多。核爆炸时可形成数百万到数千万度的高温。在爆炸中心区造成数十万兆帕的高压，同时还有很强的光和热的辐射以及各种粒子的贯穿辐射，因此比炸药爆炸具有大得多的破坏力。核爆炸的能量约相当于数万吨到数千万吨TNT炸药爆炸的能量。二、炸药爆炸的三要素1炸药爆炸炸药在外界作用下发生剧烈的化学变化，急剧地释放出大量的热能，并产生大量的气体，对外界作机械功的现象，称为炸药爆炸。2炸药爆炸的三要素炸药的爆炸是化学爆炸，炸药爆炸有它独有的三个特点，又称为炸药爆炸的三要素。1)反应过程中放出大量的热（反应的放热性）2)反应过程的速度很快（反应的快速性）3)反应中能生成大量的气体特征一------反应过程的放热性放出大量热量是爆炸反应具备的第一个必要条件，没有这个条件，爆炸过程就根本不能发生。没有这个条件，反应也就不能自行延续，因此也就不可能出现爆炸过程的自动传播。靠外界供给能量来维持其分解的物质，是不可能发生爆炸的。以1kg硝铵炸药为例，爆炸时产生的热量可使温度升高20003000C。爆炸反应过程所放出的热称为爆热。它是爆炸破坏作用的根据，是炸药爆炸做功能力的标志，也是炸药的一个极为重要的特性数。一般常用炸药的爆炸热约在3700～7500千焦／公斤左右。特征二------反应过程的高速度

爆炸反应同一般化学反应的一个最突出的不同点，是爆炸过程的极高速度。一般化学反应也可以是放热的，而且有许多普通反应放出的热量比炸药爆炸时放出的热量大的多，但它们并未能形成爆炸现象，其根本原因在于它们的反应过程进行的很慢（如铝热反应）。由于炸药爆炸反应速度极高，一块炸药可在几微秒内就反应完了，以1kg硝铵炸药爆炸为例，完成爆炸反应的时间仅需十万分之三秒。因而实际上可以近似地认为，爆炸反应所放出的能量全部聚集在炸药爆炸前所占据的体积内，从而造成了一般化学反应所无法达到的能量密度。炸药爆炸所达到的能量密度要比一般燃料燃烧所达到的能量密度高数百倍乃至数千倍。正是由于这个原因，炸药爆炸才具有巨大的做功功率和强烈的破坏作用。爆炸过程进行的速度，一般是指爆轰波在炸药装药中传播的直线速度，这个速度称为炸药的爆速。一般炸药的爆速大约在每秒数千米到每秒一万米之间。除了过程进行的高速度之外，反应过程的自动传播也具有很重要的实际意义。例如某一种物质在雷管引爆下，与雷管相接触的很小的局部引起了爆炸反应，但是反应放出的能量不能补偿损失掉的能量，因而反应逐渐衰减最后熄灭。因此，反应过程能够进行自行传播的能力，从炸药技术应用的现实可能性观点来说具有很大的重要性。特征三------反应过程生成大量气体

炸药爆炸时之所以能够膨胀做功并对周围介质造成破坏，根本原因之一就在于，炸药爆炸瞬问有大量气体产物生成。假如一个反应过程不产生大量气体，那么爆炸瞬问就不能造成高压状态，因此也就不可能产生由高压到低压的膨胀过程及爆炸破坏效应。这首先是由于气体在标准状态条件下密度比固体和液体物质要小的多，而在爆炸瞬间，炸药由固体立即定容地转化为气体，再加上反应的放热性，因此使气体处于强烈的压缩状态形成高温高压。其次，气体与固体和液体物质相比具有大得多的体积膨胀系数，这使得气体成为爆炸做功的主要因素。炸药爆炸过程正是利用气体的这种特点将炸药的势能迅速地转变为爆炸机械功的。三、炸药爆炸的五个标志量炸药之所以在国防和民用事业上获得广泛的应用，主要是因为其发生爆炸变化时能在极短暂的时间内对周围介质做大量的机械功。而炸药能对外界做功的原因，归根结蒂在于爆炸瞬间炸药极迅速地释放出其全部化学能，将反应气体产物立即加热到数千度的高温，并在气体产物中造成数十万大气压的高压，导致爆炸气体产物向周围迅速膨胀而做功。炸药爆炸做功的能力称为炸药的威力，它主要取决于炸药爆炸时所放出的热量及所形成气体产物的多少。炸药爆炸时对周围物体或目标的破坏粉碎程度，取决于炸药爆炸变化高速性及因此而形成的爆炸产物的压力。因此，为了综合评定一种炸药爆炸性能的优劣，提出了如下五个标志量，即所谓爆热、爆容、爆温、爆速和爆轰压力。爆热单位质量炸药爆炸时所释放出的热量称为炸药的爆热Q。工程计算上常以一公斤炸药爆炸所放出的热量(千焦／公斤)来表示。炸药的爆热是炸药的重要参数，是评定炸药作功能力大小的重要标志量。爆容

炸药爆轰产物的体积，又称为炸药的爆容，是评定炸药爆炸作功能力的重要参数。所谓炸药的爆容，乃是指一公斤炸药爆炸后所形成的产物在标准状况(压力为一个大气压，温度为0℃)下的体积。显然，爆容应为气体产物和固体产物体积之和。由于固体产物的体积与气体产物体积相比很小，可以忽略，故爆容一般可用气体产物在标准状况下的体积来代表。爆温炸药爆炸瞬间所放出的热量将爆炸产物加热到的最高温度称为爆温。爆温是炸药爆炸的重要标志量。爆温的高低取决于爆炸时放出的热量及爆炸产物的组成。猛炸药的爆温可达3000℃以上。爆速爆速即爆轰波沿爆炸物的传播速度，单位以米／秒(或毫米／微秒)计。炸药的爆速与炸药爆炸化学反应速度是本质不同的两个概念。爆速是爆轰波面一层一层地沿爆炸物传播的速度，而爆炸化学反应速度系指单位时间内反应完了的物质的质量，其度量单位为克／秒。炸药的爆速是衡量炸药爆炸性能的重要标志量。炸药的爆速主要与炸药类型、装填密度及外壳约束有关。RDX、HMX的爆速比HNS、PYX的爆速高。炸药装填密度越高、约束越强，爆速就越高。常用炸药的爆速一般为6000米／秒~9000米／秒。爆压

爆轰波阵面的压力称为爆压，单位为MPa。炸药的威力或猛度主要由爆压决定，爆压可达几万个兆帕以上。炸药爆压可由其密度和爆速确定：P=ρD2/4。炸药化学反应的形式---热分解反应当火工品与炸药整体加热时发生分解反应，若环境温度较低，热分解反应进行得比较缓慢，其热分解只消耗微量的反应物，良好的热传递条件使热分解产生的热量全部传递到周围环境，使药剂内部温度和环境温度一样，热量不能积累，热分解反应能稳定缓慢地进行下去，不会自行加快。炸药化学反应的形式---燃烧随着环境温度上升，热分解的热量不能全部从系统中传递出去，使系统得热大于失热，系统出现热量的积累，系统温度上升，放热反应的速率随温度升高呈指数增加，释放更多的热量，系统内积累更多的热量，温度进一步上升，如此循环，直至热自燃或热爆炸。炸药化学反应的形式---爆炸通过外界火源(如火焰、火花、灼热桥丝等)而引起的燃烧或爆炸往往在某一局部的物质先吸收能量而形成活化中心(或反应中心)，活化分子具有比普通分子平均动能更多的活化能，所以活动能力非常强，在一般条件下是不稳定的，容易与其它物质分子进行反应而生成新的活化中心，形成一系列连锁反应，使燃烧得以持续进行。由于燃烧速度受外界条件的影响，特别是受环境压力的影响而迅速加快，当传播速度大于物质的音速时，燃烧就转为爆轰。四、