钻完井作业技术

TCP射孔技术介绍

海洋石油测井公司

2001年4月20日

介绍内容测井公司射孔器材厂简介产品介绍射孔技术介绍点火头与井下工具现场作业能力介绍射孔器材检测射孔器材厂简介

海洋石油测井公司射孔器材厂是生产石油勘探、开发所需要的射孔枪和配套工具以及附件的专业厂家，地处河北省三河市燕郊镇，距北京30公里，交通便利。射孔器材厂于1990年开始研制和生产射孔枪系列产品，并于1998年通过由射孔专家和用户代表组成的专家组的鉴定，现已形成年生产30000米射孔枪的能力。经过多年的努力和发展，所生产的射孔枪系列可以与JRC、GOEX、OWEN、HALLIBURTON以及大庆等多家中外射孔弹厂生产的射孔弹配套，配套过的射孔弹包括有：深穿透、超穿深、大孔径、超大孔径和低碎屑以及无碎屑射孔弹。海洋石油测井公司射孔器材厂的服务宗旨是“质量第一，信誉至上”，企业在射孔器材的加工、配套和服务方面，在国内处于领先的水平，与国外同类产品相比处于同一水平。现有目前国外比较先进的数控激光加工弹架管设备两台（其中有一台是德国进口的大功率数控激光机），加工射孔枪的数控螺纹管床一台和加工接头和配套附件的数控车床两台。企业将以先进的设备、一流的技术和工艺、可靠的质量、优质的服务来回报用户。几年来，海洋石油测井公司射孔器材厂生产的各种型号的射孔枪分别为渤海、南海、东海、新疆塔里木油田、新疆克拉玛依油田以及国外油公司提供服务，也为中油测井公司和大庆测井公司在国外进行射孔作业提供配套射孔器材，得到中外油公司的认同，并在中外用户中赢得较高的信誉。射孔器材厂枪管加工车间7”射孔枪（8方位，40孔/米）激光切割弹架管车间

全自动激光切割弹架管过程用户参观弹架管检测过程弹架管产品介绍

海洋石油测井公司生产的射孔枪系列以及相应的附件，是吸取国外多家公司的先进技术，结合现场的使用条件进行开发的，是按总公司颁布的射孔枪技术标准进行设计和生产的。我厂生产的射孔枪系列有：73枪、89枪、102枪、114枪、127枪、159枪、178枪和89、102内定向水平井枪。既有高孔密也有低孔密，既有大孔径也有深穿透。根据不同的弹型配套的孔密有：8孔/米、10孔/米、13孔/米、16孔/米、20孔/米、25孔/米、36孔/米和40孔/米；布弹方式有单螺旋和双螺旋，方位有：60°、72°、90°、150°180°、30°/150°和45°/135°等多品种供用户选择。在射孔器材方面，海洋石油测井公司已具备了科研和开发能力，可根据用户提出的要求研制新的产品，以满足用户的需求。产品特点：•配套能力强，系列化程度高。•采用激光切割弹架管，装弹牢固、可靠、方便。•枪间传爆采用隧道效应，安全可靠。•传爆附件统一，操作简便。•采用双公接头联接射孔枪，增加有效射孔长度。•接头采用美制T型扣，便于联接。300mm50mmTCP射孔火工器材一.射孔火工器材常用的几种炸药

1.黑索金（RDX）

耐温：155°C/5小时107°C/200小时

爆速：8750m/s2.澳克托金（HMX）

耐温：190°C/5小时142°C/200小时

爆速：9110m/s3.六硝基芪（HNS）

耐温：262°C/5小时224°C/200小时

爆速：8750m/s4.二硝基吡啶（PYX）

耐温：288°C/5小时251°C/200小时

爆速：8750m/s

二.TCP配套火工器材

TCP射孔的火工器材包括：射孔弹、雷管、导爆索、传爆

管和延时火药等。

1.射孔弹功能：穿透枪身管壁、套管、水泥环和地层，形成油气流通道。特性：属于二类炸药，灵敏度和危险性低于导爆索，但由于用量多，危险性大。结构：聚能射孔弹的结构由外壳、主炸药、起爆药和药锥形衬套四部分组成。影响射孔弹的聚能的因素这些因素有：炸药质量、聚能穴形状和壁厚、聚能穴使用的材料、炸药柱的对称性、药柱的密封情况、起爆能以及加工技术和装配工艺等。

常用射孔弹的类型按耐温等级分有：常温、高温和超高温三种。按穿透性能分有：深穿透和大孔径二种。2.导爆索导爆索是由雷管产生的爆轰波引爆射孔弹的。因此，爆轰波的速度决定了导爆索的引爆方式是爆炸还是爆燃。功能：以每秒6000米以上的速度传爆，并能引爆与它相接触的炸药、射孔弹和传爆管等。特性：属于二类炸药，灵敏度高，危险性大。常用导爆索的类型按耐温性能分有：常温、高温和超高温三种。按按药量分有：40谷/FT、70谷/FT、80谷/FT和100谷/FT等。按外皮材质分有：低收缩（LowShrink）和收缩二种。

4.传爆管功能：继爆、引爆。既能被雷管、传爆管从外端引爆，也能被导爆索从管内引爆，传爆管被引爆后，又能引爆导爆索。特性：同雷管一样属于一类炸药，但不能自己引爆，目前TCP

用的传爆管都是双向传爆管。

5.雷管射孔用的雷管分电雷管（承压雷管、不承压雷管）和撞击式雷管两类。功能：用于射孔起爆装置。电雷管用于电缆射孔、钢丝输送射孔、过油管射孔和油管输送射孔以及桥塞和解卡作业；撞击式雷管用于油管输送射孔。特性：属于一类炸药，灵敏度高，极易启爆。

6.延时火药延时起爆管由壳体、隔板起爆器、点火药、延时火药和猛炸药构成，它是隔板起爆器和延时管的组合体。工作过程：由撞击雷管、电雷管或传爆管输出爆轰波，引爆隔板起爆器，再引燃点火药，并点燃延时火药，经过一定的时间点燃起爆药，引爆猛炸药，输出爆轰波。延时时间：5～7分钟延时的目的：使射孔时构成负压差。

除火药延时外，目前我公司拥有的（或使用过的）延时装置有：电子延时（延时时间可达几个小时）液压油延时（延时时间可达0.5～1个小时）

射孔技术一.射孔方式：（按输送方式分）电缆输送射孔过油管输送射孔钢丝输送射孔油管输送射孔（TCP）二.负压射孔射孔时管柱压力小于地层压力，射孔后地层中的油气流向井筒，能将射孔产生的碎屑冲出来，井液不会进入地层叫负压射孔。三.TCP射孔优点

•

输送能力强，作业效率高；

•能按设计要求构成负压差，射孔时能充分清洗孔眼，消除二次污染；

•

能在射孔后立即投产，快速受益；

•

能在引爆前安装好井口和井下安全装置；

•

能与DST（DrillStemTesting）测试联合作业，求准地层产能；

•

使用范围广：适合大斜度井、水平井、高压油气井和砾石充填井作业。四.负压设计

合理选择负压值可以提高油井的产能，避免射孔孔眼出砂和管柱受损.1.TCP负压设计原则

•确保射孔后孔眼不出砂。•确保射孔管柱的安全。•有利于射孔后油气的诱喷。2.负压值的确定对于负压射孔来讲，油气层划分为两类：致密地层和费致密地层，致密地层射孔后不出砂，可以选取大的负压值，而非致密地层射孔后容易出砂，要选择比较小的负压值。

使用油气层的渗透率、声波时差曲线、密度曲线来确定负压值：

•确定最小负压值不论是致密地层还是非致密地层，用以下公式计算最小负压值。油层：3500/K0.37=

PSI

气层：2500/K0.17=PSI

注：式中K为地层的渗透率，单位为：毫达西•确定最大负压值

致密地层的最大负压值取套管或下井工具破坏强度的75%。非致密地层的最大负压值用下列公式计算：声波时差法：用声波曲线读出射孔段上下围岩的DT评价值，按公式确定最大负压值。油层：3600－20×声波时差＝PSI

气层：4750－25×声波时差＝PSI

体积密度法：用密度测井图读出射孔层的密度值，由下式确定最大负压值。油层：2340×DEN－4000PSI＝PSI

气层：2900×DEN－4700PSI＝PSI

•选用值的确定：求出最小负压值和最大负压值后，求出两者的中间值。一般情况下，致密地层在中间值与最大值之间选取；非致密地层在最小值于中间值之间选取。五.水平井定向射孔

水平套管井射孔完井既有利于提高产量又有利于以后进行增产措施和封堵作业。但水平井射孔井段长达几百米甚至上千米，要求射孔一次下井作业完成；要求长达几百米的射孔枪顺利通过造斜段下入和起出。1.技术特点：•采用液压延时分段起爆方式引爆射孔枪。•采用弹架管旋转的内定向方式。•枪体与接头之间采用防退扣装置，避免射孔枪落井的可能。•采用开孔起爆装置可实现水平井的再射孔而不会将井液挤到地层中去。

2.主要技术参数•射孔枪外径：89mm，102mm•最高工作压力：89枪140Mpa，102枪130Mpa

•延时时间：5～7分钟•定向方式：内定向•定向率：>95%•发射率：>99%•孔密：13～20孔/米•相位：180°或150°两相位3.应用情况•新疆塔里木油田TZ16-1井

井深：4267米，射孔井段：4035米～4265.4米

枪型：HY89内定向水平井枪；孔密：13孔/米

相位：180°相位均布，射孔弹：大庆YD-89-3型弹

引爆方式：采用分级双向压力延时起爆。分两组4点火头组合方式，自上而下分为160秒和200秒延时，正压射孔。•新疆塔里木油田LN-10-H1井射孔井段：4846米～4966米枪型：HY89内定向水平井枪；孔密：13孔/米

相位：180°相位均布，射孔弹：大庆YD-89-3型弹引爆方式：采用一个点火头压力延时起爆。六.张开式过油管射孔

原有的过油管射孔技术在使用中存在弹的装药量少、穿深浅的致命问题，为解决这一难题，我公司采用一种新型的张开式过油管射孔器。该射孔器能在通过油管时将弹闭合在弹架管中，通过油管后又将弹张开。这样，在油管井中相当于在套管井中使用一种大直径的射孔枪，其弹的装药量达25g，平均穿深大于400mm，使油气产能得到较大提高。

1.主要技术参数•闭合外径：48mm•张开直径：104mm•耐压：60Mpa

•相位：180°•孔密：13孔/米•耐温：160°C/4h•穿深：>400mm•翻转斜度：50°

七.隔板传爆射孔技术

1.技术特点•采用隔板技术传递爆轰能量，射孔后夹层枪内不进油污，减少环境污染，有利于环保。•采用泄压阀来泄压，解决射孔中夹层枪憋压的问题，使作业更加安全。•对射孔枪具有分段安全保护作用。•可用于89mm以上的有枪身射孔枪中。

2.技术参数•最大外径：52mm•长度：78mm•耐压：100Mpa

•耐温：160°C•输入/输出方式：传爆管爆轰输入/10mm内可靠引爆传爆管

八.负压射孔－测试联作工艺技术

油管输送射孔（TCP）与地层测试工具联合作业技术是将测试系统组合在TCP管柱中，一次下井可同时完成负压射孔和地层测试两项作业。由于是在负压条件下射孔后测试，所以能提供最真实的地层评价和获取动态条件下地层流体的

各种参数。1.主要特点•不仅能与全通径管柱联合作业，而且能与非全通径管柱联合作业。•在高压、高温气井或难度比较大的井中，可采用多种组合引

爆装置，解决施工中引爆的难题。•减震器能有效保护井下工具和电子仪器正常工作。•提高作业时效。九.射孔－高能气体压裂复合技术该技术将聚能射孔和高能气体压裂两项技术融为一体，利用炸药的爆速和火药的燃速差来实现射孔后气体压裂，射孔后对地层产生压裂作用，使地层流体的流通通道得到改善，达到增产的目的。1.主要特点•与一般正压射孔不同，它是在负压条件下完成超压射孔压裂。•有将固体推进剂装在枪体内和枪体外以及射孔枪的下部等几种组合方式。•可根据不同井的地层和射孔情况选择合理的压裂药量。•射孔后还可以反冲洗射孔孔道。点火头与引爆方式

点火头也叫起爆装置，一般来讲聚能射孔的全过程是雷管被引爆经过传爆、导爆，最终使射孔弹释放出其全部能量形成高压、高速射流射穿目的靶。而引发这一系列爆轰波的产生，传递的源头是雷管被启爆。

TCP点火头的类型

根据击针受外力的作业分：有机械点火头和压力点火头两大类。一.机械点火头

1.目前我公司使用的机械点火头有两种：一种是棒力直接击发（机械点火头）；另一种是由棒力解脱活塞击针，由液柱压力推动活塞击针击发雷管（安全机械点火头）。安全机械点火头分低压（300psi）和高压（2000psi）二种。

机械点火头

特点：

•简单、可靠，操作简便。•可与双引爆点火头组合使用。•投棒引爆，可用于60°以内的斜井。2.机械（安全机械）点火头使用条件：•射孔管柱必须是全通径管柱；•井斜度小于60度；•液柱压力必须大于300psi

或2000psi（高压）。注意：使用机械点火头时，必须接2米以上的安全枪。

二.压力点火头

1.工作原理：该点火头为全承压点火头，管柱内的液体压力直接作用在击发活塞的上端，当液柱压力（井口加压）大于锁定击发活塞的剪销的剪切力时，剪销被剪断，活塞向下运行撞击雷管，使雷管引爆。2.要满足负压射孔的条件，需要接延时装置（火药延时），这样成了压力延时点火头，否则，射孔的瞬间是正压射孔。3.根据地层的压力来选择管柱内的液体（柴油或液氮）。4.新疆分公司的水平井作业，由于不下封隔器，是正压射孔，一般采用这种点火头并加延时装置。

三.压差点火头

压差点火头主要用于联作或必须负压射孔的作业，一般须与封隔器、测试阀或液压负压阀配合使用。

1.工作原理：在击发活塞上下两个端面上，一端来自于传压孔的环空压力，另一端受来自流通发的管柱内的压力。下井时，由于测试阀是关闭的，则测试阀以下管柱内与环空是一个压力系统，即击发活塞上下端所受压力相等，剪销不受力。当封隔器坐封后，打开主发，管柱内外形成压差，此时剪销受力，在环空继续加压将剪销切断，击发活塞向下运动，击发雷管。2.因传压方式不同有：软管传压；硬管传压；衬管传压。3.在点火头下部装延时火药，成为压差延时点火头。4.点火压力最好选择在主阀与循环阀的工作压力之间。压力（压差）点火头使用的剪销计算方法：•点火头受管套管液柱压力计算。•点火头受管柱内压力计算。•剪销受井温影响计算。•剪销材质误差计算。•引爆前点火头预计承受的最高压力计算。•剪销数量计算。•点火头击发压力计算。•地面加压引爆点火头的压力计算。

四.双引爆点火头

为确保一次管柱下井射孔的成功率，常常采用一次下井装有二种不同类型的点火头。如：机械点火头与环空压差点火头组合在一起；枪头装机械点火头，枪尾装压力点火头；枪头装机械点火头，枪尾装压力延时点火头。

1.双引爆点火头由过封隔器装置、机械点火头和压差式点火头三部分组成。

五.延时点火头

目前我公司使用的延时点火头有三种：1.压力（压差）火药延时点火头这种点火头是由压力点火头派生出来的，为保证射孔时是负压状态，加压剪断剪销引爆雷管后，延时一定的时间，待压力泄掉后再引爆射孔枪。2.电子延时点火头（在南海W12－1油田使用过）压力剪断剪销，击针解脱向下撞击触点开关，开关接通后，延时电路工作，到达延时时间，一个9V的电池给雷管供电并起爆雷管。先延时后引爆雷管，延时时间长并可根据需要调整。

3.可回收式液压油（机械）延时点火头这种点火头是靠加压剪断拉力棒并打开限流阀，由限流阀控制液压油的流速来实行延时并引爆雷管。不需要延时火药，延时时间长，但结构复杂。

压力/电子延时点火头压力/液压油延时点火头井下工具

在TCP射孔作业中，除点火头和射孔枪外，还配有井下工具，主要包括：棒击（或压力）开孔装置、玻璃盘接头、机械（或压力）释放接头、减震器、放射性接头、变扣接头和点火棒等。一.棒击开孔装置（BPV）1.开孔原理

BPV（BarPressureVent）是由管柱内的压力来开孔的。当棒通过BPV时，砸断中空销，露出中心孔，压力通过中心孔传到滑套底部，压力推动滑套上移（滑套上部是一个大气压），打开流通孔。2.这种开孔装置在投棒点火的生产井中普遍使用。

二.压力开孔/点火头装置压力开孔装置有二种，一种是与压力点火头组合使用，另一种是在井口投入一个钢球，在井口加压，打开流通孔。

三.释放装置

释放装置有三种：机械释放装置、投球加压释放装置和自动释放装置。释放装置的作用是在射孔后能释放射孔枪柱。1.机械释放装置机械释放装置由外套、释放头和锁套组成。锁套与外筒间装有三个铜剪切销，当释放工具用钢丝下入井内并通过锁套，上提震击切断剪销，锁套上移，钩爪向内弹，释放头以下的射孔枪柱落入井内。2.压力释放装置结构与机械释放基本相同。工作过程见图

四.减震器它是减弱射孔枪在引爆时产生的强烈震动的。能保护DST联作电子压力计，能防止封隔器受损和油管弯曲。减震器有两种：分纵向减震器和径向减震器。1.纵向减震器它的原理是利用橡胶筒或橡胶环的可压缩性能来减震的。2.径向减震器

五.放射性接头、点火棒和NO－GO环、玻璃盘接头

1.放射性接头是用于校准射孔深度的记号。放射性接头一般装在油层上部80米处。2.点火棒是机械点火头的配套工具，是用来打开负压阀和撞击机械点火头。点火棒在以下介质的下落速度：空气：83～90米/秒水或柴油：6.1～7.6米/秒在泥浆里主要取决于泥浆的比重，一般情况：4.6～7.6米/秒在液氮里：46～61米/秒3.NO-GO环

NO-GO环是用来防止校深GR仪器在校深过程中或其它落物撞击点火头的。注意：使用机械点火头必须安装NO－GO环，点火棒的最底部滚轮到棒头长度要大于NO－GO环到点火头释放杆的距离。

射孔管柱

将射孔枪、起爆器、井下工具等用油管或变扣接头连接在一起，

叫TCP射孔管柱。其作用：

•

便利于引爆射孔枪射开油气层；

•

使油气流顺畅流入生产管柱；

•

使液柱压力与地层之间形成负压；