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射孔基础理论及新工艺新技术培训2008.9·成都射孔完井是目前国内外使用最广泛的完井方法。射孔被誉为油气勘探开发过程中的“临门一脚”，是试油作业的关键环节,直接影响到油气井产能以及油气层的保护问题。同时,射孔作业涉及到爆炸物品的使用,是一项风险性很高的作业,广大试油工程技术人员了解、掌握一些基本的射孔常识和新工艺技术是十分必要的。序言射孔：油气井下套管固井后，采用某种方式将射孔器下入目的层位射穿套管、水泥环，到达地层内一定深度，沟通地层与井筒,为地层的油气流入至井筒，提供一个畅通的通道。射孔简介射孔孔道地层污染带套管水泥环1、射孔在油气田勘探与开发中的应用射孔是目前主要的完井方法。在钻井完成后，应用测井、录井等方法发现地下的油气层并确定其位置，然后在井内下入套管，用水泥将套管与井壁的环形空间全部封固，防止井身跨塌和不同层位的油、气、水串槽，然后通过射孔建立井筒与目的层之间的油气通道，进行试油或求产。因大部分油气是储存于地层的孔隙中，在井筒的周围地层由于受钻井液的污染，完井液的损害和射孔的压实作用等，将使地层的产能降低。所以射孔质量的优劣直接关系到油气的开发。在射孔完井的油气井中，射孔孔眼是沟通产层和井筒的唯一通道。如果采用恰当的射孔工艺和正确的射孔设计，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。多年来人们对射孔工艺、射孔枪弹与仪器、射孔伤害机理及评价方法、射孔优化设计以及射孔负压和射孔液等进行了大量的理论、实验和矿场试验研究，尤其是近十几年来，射孔技术取得了迅速的发展，人们已经认识到，射孔是完井工程的一个关键环节。砂屑射孔压实带渗透率,Kc污染带,Kd无污染带,K污染深度穿透深度,P2、射孔的目的和要求有一定射孔穿透深度，能够射穿地层的污染带。射孔孔眼干净。干净的孔眼可减小射孔对地层的污染，提高产能。优化射孔参数。根据地层需要，选择最佳的孔密和相位，以取得最佳的射孔效果，并且不破坏套管和水泥环。射孔深度准确。能够按设计准确打开目的层。保证安全施工，避免射孔器落井及中途自爆等事故发生。3、射孔的工作原理射孔的原理是，利用专用的聚能射孔弹爆炸时产生的高能射流，射穿枪壁、套管、水泥环，形成由目的层通向井筒的孔眼，即油气通道。要完成这项工作，需要有射孔弹、导爆索、雷管、射孔枪等器材。射孔弹用来穿孔，雷管用来引爆导爆索。射孔枪的作用是密封射孔弹、导爆索、雷管等器材。4、射孔完井的技术优势：1、适用于各种复杂地层，因此世界上大部分油、水、气井均采用射孔完井。2、能分隔油、气、水层；3、可任意选择储层、分层开采；4、增产措施。5、能有效地防止井壁坍塌。5、射孔技术的发展历程在石油与天然气工业中，采用射孔完井技术已有80多年的历史。1、机械切割器在套管上打孔。2、30年代开始采用子弹式和鱼雷式射孔器射孔。3、40年代末聚能射孔弹射孔。4、复合射孔。5、激光射孔、水力射孔、层间爆炸等。6、射孔方式分类应当根据油藏和流体特性、地层伤害状况、套管程序和油田生产条件，选择恰当的射孔工艺，其工艺可分为正压和负压工艺，用高密度射孔液使液柱压力高于地层压力的射孔为正压射孔；将井筒液面降低到一定深度，形成低于地层压力建立适当负压的射孔为负压射孔。按传输方式又可分为电缆输送和油管（或钻杆）输送射孔，从技术工艺趋势来看，油管输送射孔将会越来越广泛使用。一、射孔的基础知识二、射孔新工艺新技术三、安全注意事项提纲射孔的基础知识一、炸药、爆炸现象及特征二、聚能效应三、聚能射孔弹四、射孔器材五、常规电缆射孔六、普通油管传输射孔一、爆炸现象及特征1.爆炸基本概念爆炸是物质急剧的物理或化学变化。在变化的同时，伴随着该物质含有的能量急剧地转变为压缩能和运动能。爆炸最重要的特征是爆炸点周围介质发生剧烈的压力突跃。爆炸做功的根本原因在系统中原有的高压气体或爆炸瞬间形成的高温高压气体骤然膨胀，导致在爆炸点周围介质中压发生急剧的突跃，从而产生爆炸破坏作用。放热性、快速性和产生大量的气体产物是炸药发生爆炸的三要素，是发生爆炸的必要条件。2.炸药分类炸药按用途分为：起爆药、猛炸药、火药和烟火剂四类。（1）起爆药：它主要作为引爆剂，用来激发次级炸药的爆轰，有时又称为初级炸药。起爆药是一种对外界作用十分敏感的炸药，它不但在比较小的外界作用（热或机械作用）下就能发生爆炸变化，而且反应速度很快，能在很短时间内增至最大值。常用的起爆药有叠氮化铅、雷汞、二硝基重氮酚等。（2）猛炸药：是一种用于做巨大爆炸功的炸药。通常用于装填各种弹丸和爆破器材（如射孔弹的装填用药）。它的特点是比较钝感。常用猛炸药有梯恩梯、黑索金、硝铵炸药、胶质炸药等。（3）火药：是一种用于做抛射功的炸药。通常装在炮弹药筒、迫击炮尾部以及火箭发动机内作发射药和推进剂。它的主要特点是：能在没有外界助燃剂（如氧气）进行有规律地快速燃烧。常用有黑火药、无烟火药、溶塑火药等。（4）烟火剂：烟火剂包括照明剂、信号剂、电光剂、燃烧剂及烟幕剂等。它的变化特点与火药一样，其用途在于利用它的燃烧变化造成各种烟火效应。2.射孔弹装药及其技术指标油气井射孔弹所用炸药属于高能混合炸药。由于射孔弹在井下高温高压的条件下进行作业，因此射孔弹的所用炸药要求能适应不同井深的耐热炸药。射孔弹装药按耐热性划分为三个等级：普通装药射孔弹装药，它是采用黑索金耐热混合炸药，传爆药采用纯黑索金（RDX），最高耐热可达180℃；高温级射孔弹装药，它采用奥克托今耐热混合炸药，用纯奥克托今（HMX）传爆药，最高耐热可达230℃；超高温射孔弹装采用六硝其芪（HNS）或二苦氨基吡啶（PYX）耐热混合炸药，传爆药采用纯六硝基芪，最高耐热可达250℃。几种炸药耐热极限温度与时间关系射孔的基础知识一、炸药、爆炸现象及特征二、聚能效应三、聚能射孔弹四、射孔器材五、常规电缆射孔六、普通油管传输射孔聚能效应：如果炸药块(装药)的一端有空穴，当炸药从另一端开始起爆后，有空穴这端对周围介质的局部破坏作用将会大大地增强。这种利用装药一端有空穴来提高装药对周围介质局部破坏作用的效应称为炸药的聚能效应。聚能射流的形成过程射流的温度在900～1000℃左右，压力3万MPA。射流对靶板的侵彻射流对钢靶破甲后形成的孔道射孔的基础知识一、炸药、爆炸现象及特征二、聚能效应三、聚能射孔弹四、射孔器材五、常规电缆射孔六、普通油管传输射孔从美国欧文公司引进的射孔弹生产线激光切割机参数输入界面计算结果图形显示（穿深－时间曲线）•输入射孔弹结构参数、装药参数和靶板参数•计算射流侵彻参数、射孔参数及终点效应参数•输出射孔参数及终点效应参数相关性曲线图形•可实现钢靶、API标准混凝土靶和四川砂岩靶及三者之间任意组合形式的复合靶的侵彻计算•预测和评估射孔弹穿深性能，实现设计方案的优选，减少研制工作中的盲目性•减少试验次数，降低研制成本，缩短研制周期射孔弹设计计算软件1、射孔弹的基本结构壳体炸药药型罩2、射孔弹分类射孔弹按结构可分为有枪身射孔弹和无枪身射孔弹：（1）、有枪身射孔弹：指装入密封的射孔枪内的使用的射孔弹，主要部分有炸药、药型罩、壳体三部分组成。由于有射孔枪的保护，射孔弹不接触井液，不承受外压。（2）、无枪身射孔弹：指自身可承受井下压力和温度，不使用密封枪体的射孔弹，主要部分有壳体、药型罩、炸药和密封壳四个部全组成。3、各部分的主要功能以及对射孔穿深的影响（1）、壳体。主要有三个方面的作用：支撑、确定装药结构、减缓稀疏波的入侵及产生一次反射波。深穿透射孔弹壳材料均采用钢壳。钢壳的材料和加工方法及热处理方式，对壳体裂解时间和一次反射波的强度都有一定的强度。（2）、炸药。炸药是聚能穿孔的能源。尽可能地选用高性能的炸药，这是提高射孔弹穿深效果的有效途径。爆压、爆温、爆速，同种炸药装药密度越高越好。（3）、药型罩。影响射孔弹性能的重要部件，可以说提高性能药型罩起到了70%以上的作用。所以提高射孔弹的性能，重点是加大对药型罩的研究，在对药型罩的材料、配方及工艺方法进行深入研究的同时，对其结构的改进或结其结构新的探索也是提高射孔穿深所要做的重要工作。（4）、炸高。炸高是指射孔弹口部距靶板的距离。炸高对穿深的影响可以从两个方面来分析：一方面，随着炸高的增加，使射流伸长，从而能提高穿孔深度；另一方面，随着炸高的增加，射流产生径向的分散和摆动，射流延伸到一定程度后，又会产生断裂现象。在射孔作业中，当射孔器直径与井筒内径相差较大时，应增加适当的推靠装置，使射孔器靠近一边套管。（5）、井筒温度射孔弹、雷管和导爆索中装药的性能实际上都在缓慢地随着井筒内的温度变化而变化。目前国内射孔弹、雷管和导爆索常用炸药性能见下表。3/cmgsm/密度（爆速（71001.65250℃4hPYX超高温85001.81220℃2hHMX高温83901.72180℃2hRDX常温））耐温极限装药类型分类炸药在高温条件下，热分解速度加快，并产生体积膨胀。装药体积膨胀，要挤压药型罩，并产生装药结构变化，将引起装药密度、爆速、爆压的降低，导致射孔弹穿透深度降低，当温度超过其耐温极限时，射孔弹将产生自爆。射孔的基础知识一、炸药、爆炸现象及特征二、聚能效应三、聚能射孔弹四、射孔器材五、常规电缆射孔六、普通油管传输射孔聚能射孔器是利用炸药爆轰的聚能效应产生的高温高压高速的聚能射流完成射孔作业射孔器。1、有枪身系列由聚能射孔弹、密封的钢管(射孔枪)、弹架、起爆传爆部件(或装置)等构成的射孔总成。有枪身聚能射孔系列目前,射孔的穿深越来越受到人们的重视。这是因为一方面穿透深度超过污染带后能使产能有较大幅度的增加,另一方面尽可能提高穿深可以降低压裂酸化的破裂压力且提高压裂酸化的增产效果。超深穿透射孔器主要技术性能指标名称型号装药量(g)API混凝土靶穿深(mm)孔径(mm)60弹DP30RDX-34-60123307.673弹DP30RDX-34-73163828.289弹DP36RDX-40-89235289.7DP36RDX-42-89255259.5DP41RDX-46-89255399.5102弹DP35RDX-40-102194559.3DP35RDX-46-1022859210.1DP41RDX-52-1023267210.4SDP43RDX-52-1024382811.9114弹SDP43RDX-52-1144387711.7127弹DP41RDX-52-1273974910.6SDP43RDX-55-12743108013.6高孔密大孔径射孔器满足稠油层和疏松砂岩地层的油气勘探开发需要解决了弹间干扰、考虑高孔密对套管水泥环强度的影响以及防砂、压裂、产量等方面取得了进展，形成了系列化产品。•178枪最高可装40孔/米（127型深穿透弹）•127枪最高可装40孔/米（89型深穿透弹或大孔径弹）•114枪可装40孔/米（89型深穿透弹或大孔径弹）•102枪可装25孔/米（89型深穿透弹或大孔径弹）套管孔径:23mm靶入口抗压指标：Φ86枪耐压170MPaΦ90枪耐压150MPaΦ127枪耐压140MPa耐温指标：高温射孔弹（HMX）耐温163℃/48h超高温射孔弹（PYX）耐温260℃/100h成功完成了塔参一井（7136m，172℃）、柯深101井（6835m，157℃）等高温高压井的射孔作业，改写了过去高温高压井射孔器材依赖国外进口的历史。高温高压射孔器2、无枪身聚能射孔器由无枪身聚能射孔弹、弹架（或非密封的钢管）、起爆传爆部件（或装置）等构成的射孔总成。无枪身聚能射孔器零相位和螺旋多相位过油管无枪身射孔器（五）系列油管、套管切割器产品的开发系列穿孔弹的研制开发近年来油田采用穿孔弹在内层油管、套管上开孔，然后在内外层套管间通过穿孔弹所开的孔道注水泥浆进行固井，来提高固井质量。2001年我公司根据国内市场急需研究开发了有枪身油管穿孔弹51Y型3种，60Y型3种，套管穿孔弹有89、102、127型，开发了无枪身穿孔弹51型和43型2种，产品具有孔道大，低药量，只射穿内层而不射穿外层油管或套管的特点。产品性能达到了国外同类产品水平，该产