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射孔完井工艺技术教材王永福2004年8月概述第一章射孔器及其检测技术第二章射孔深度控制系统第三章射孔工艺技术第四章射孔过程中的油气层保护技术第五章国内外射孔新技术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，从而建立井筒与地层间的油气流动通道。该种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作业。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。概述第一章射孔器及其检测技术第二章射孔深度控制系统第三章射孔工艺技术第四章射孔过程中的油气层保护技术第五章国内外射孔新技术射孔器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效果。一、射孔器发展概况（一）机械切孔器1910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25mm厚时效果不佳。（二）子弹射孔器1926年，SidMine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1932年首次用于油井套管射孔，在加利福尼亚Montebello油田一口800m深的井，用了8天时间，下井11次，共发射80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，目前国外仍有应用。（三）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。（四）其它1、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。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。2、水力喷砂射孔器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的高压液流进行井下射孔。液流通过喷嘴的速度约150～250m/s，流量约1L/s～6L/s，枪外径约80～230mm，枪身用油管下入井中，井口泵为2～8台大功率泵。该技术在俄罗斯使用较多，约占其射孔作业的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，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，而使能量更加集中。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标及适用范围。平均孔径流动(mm)效率1YD-60DP30RDX-2603217.21838.50.782YD-73DP33RDX-2734368.22079.7-3YD89-1DP36RDX-1895058.82808.50.864YD89-3DP41RDX-18954310.23049.10.775新YD-102DP44RDX-110263911.629911.90.916YD127-4DP44RDX-310265711.832911.80.7871MD-3DP44RDX-510285612.2570130.838大孔径102BH48RDX-11023861630417.10.849-BH54RDX-110225620.7---10-BH64RDX-110221526---序号弹型枪型混凝土靶检测结果俗称新名称平均穿深(mm)平均穿深(mm)小井眼低渗透油层注聚合物区地层贝雷砂岩靶检测结果适用性平均孔径(mm)在1999年，102枪装127弹射孔器开始大面积推广并见到显著增油效果的基础上，2001年，穿透深度更深的1MD-3射孔器初步得到应用，具体效果见表砂岩有效日产液日产油1MD3104.72.93.53.50.740.74YD-8945.33.52.32.30.430.43平均采液强度t/dm平均采油强度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APIRP43第五版检测标准。射孔器材检测的项目主要有：混凝土靶检测砂岩靶检测高温常压穿钢靶检测高温高压检测模拟井检测概述第一章射孔器及其检测技术第二章射孔深度控制系统第三章射孔工艺技术第四章射孔过程中的油气层保护技术第五章国内外射孔新技术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。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“麻绳、尺子加剪刀”发展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，射孔的准确性得到了很好地保证。射孔深度校正一、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，必须进行深度校正，以往通过人工校正，存在人员素质、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生成上井施工软盘通知单录入联炮图生成标图、校深结果数控仪现场施工装炮施工射孔深度计算流程图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。数控射孔取心仪DB-Ⅲ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；在操作上实现了简单化，减少了人为干预；在功能上,与SQ-691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，GR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；可采取不停车自动点火方式，点火深度误差±2cm，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SQ-691型射孔取心仪的机械和人为误差，提高了射孔精度，满足了薄油层开发的需要。其优点有：（1）避免了误射孔；（2）射孔系统深度误差可控制在10cm以内。概述第一章射孔器及其检测技术第二章射孔深度控制系统第三章射孔工艺技术第四章射孔过程中的油气层保护技术第五章国内外射孔新技术输送方式一、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、电缆输送射孔技术特点（1）电缆输送射孔的优越性1）适应各种各种无枪身和有枪身射孔器；2）施工快捷。（2）电缆输送射孔的缺点1）由于携带射孔器长度有限，下井次数较多；2）由于在施工时需要采用动密封，若发生井喷，不易控制；3）对于一些补孔井，由于井内结蜡或油稠，下井较困难。二、油管输送射孔工艺1、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，同时可实现负压射孔、正压射孔等特殊射孔条件。2、油管输送式射孔的特点（1）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；（2）可实现较高的负压值射孔，保护油气层提高产能；（3）一次下井可同时射开较长的井段或多个层段的地层；（4）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；（5）对高压油气井射孔，安全可靠可防止井喷；（6）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。3、油管输送射孔工艺流程（1）TCP的施工设计1）射孔枪柱设计2）设计确定起爆压力3）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封隔器类型和安全接头、液压减震器等。（2）室内准备工作1）选择射孔器材和火工品2）对射孔器材和火工品进行检验3）组装射孔器和起爆装置4）检查装枪质量，正确使用火工品（3）现场施工步骤1）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。2）连接下井工具，丈量油管及定位短节的深度设计3）填写下枪管柱示意图及施工单4）监督作业队下管柱，直至管柱下到预定深度5）进行深度定位、校深，计算出管柱调整值6）调整管柱、安装井口，引爆射孔器，监督射孔器发射情况4、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性，采用测井自然伽玛曲线对