后效集束射孔技術(shù)的探討

文良凡

中國(guó)石油技術(shù)開發(fā)公司鉆探裝備部（北京100083）

后效集束射孔技術(shù)的探討

文良凡

中國(guó)石油技術(shù)開發(fā)公司鉆探裝備部（北京100083）

新井投產(chǎn)過(guò)程中，低孔隙度、低滲透率油藏對(duì)射孔工藝要求較高。目前常用射孔技術(shù)普遍存在射孔壓實(shí)帶污染地層、射孔彈能效利用率不高等問(wèn)題。如何有效解決這些問(wèn)題成為射孔工藝創(chuàng)新攻關(guān)難點(diǎn)。采用后效集束射孔技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化射孔工藝，利用初次高速射流引起的渦流場(chǎng)引力將后效體高能粒子拽入到孔道，在粉塵效應(yīng)作用下產(chǎn)生局部灼熱爆燃，繼而迅速完成整個(gè)孔道爆轟爆炸，達(dá)到提高射孔穿深，擴(kuò)容射孔孔道，實(shí)現(xiàn)油水井增產(chǎn)增注的目的。結(jié)果表明，后效集束射孔技術(shù)在增加射孔穿深的同時(shí)解除射孔壓實(shí)帶污染問(wèn)題，有效改善射孔完井效果。

后效集束射孔技術(shù)；壓實(shí)帶；后效體；粉塵效應(yīng)

新井投產(chǎn)過(guò)程中，射孔完井是最常用的完井方式，是連通儲(chǔ)層與井筒通道的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。射孔質(zhì)量的好壞直接影響油氣井產(chǎn)能及后續(xù)改造措施效果。目前大慶油田第七采油廠（以下簡(jiǎn)稱采油七廠）普遍應(yīng)用高能復(fù)合射孔技術(shù)結(jié)合負(fù)壓射孔工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)油水井增產(chǎn)增注的目的,因射孔技術(shù)的局限性及儲(chǔ)層性質(zhì)的影響,射孔壓實(shí)帶依然未能有效清理，射孔穿深還有待進(jìn)一步提高。如何創(chuàng)新射孔工藝技術(shù)，改善射孔完井效果，實(shí)現(xiàn)清潔、高效、無(wú)污染射孔，對(duì)進(jìn)一步提升油氣開采效率，實(shí)現(xiàn)油水井增產(chǎn)增注意義重大。

1 目前射孔完井存在的問(wèn)題

1.1 射孔壓實(shí)帶污染地層

射孔彈產(chǎn)生高速射流作用于地層時(shí)，碎裂巖屑及射孔彈巖漿屑?xì)埩粑飿O易堵塞地層，形成射孔壓實(shí)帶，影響后續(xù)油氣開采。

目前常用的負(fù)壓射孔工藝可在射孔槍起爆前撈出500m井液深度，使地層與井筒液體形成負(fù)向壓差，射孔后，油流在壓差作用下沖入井筒來(lái)達(dá)到?jīng)_洗射孔孔道的目的[2]。然而實(shí)際研究表明，射孔孔眼的清潔程度取決于射孔瞬間孔眼產(chǎn)生的壓力波動(dòng)，并不是初始的靜壓差，單純的靜態(tài)負(fù)壓射孔在射孔的瞬間仍是一個(gè)正壓過(guò)程，無(wú)法達(dá)到有效清潔射孔孔道，解除射孔壓實(shí)帶污染的效果。

1.2 常規(guī)射孔彈爆炸能量損失嚴(yán)重

射孔彈引爆后，產(chǎn)生的高速金屬射流首先穿透射孔槍、套管、水泥環(huán)，剩余能量才能參與到地層造縫的過(guò)程，形成油氣滲流通道[3]。整個(gè)射孔過(guò)程中，高速金屬射流在射穿射孔槍、套管、水泥環(huán)已損失一部分能量，導(dǎo)致能有效利用的能量大大減少。

2 后效集束射孔技術(shù)

2.1 后效集束射孔技術(shù)思路

后效射孔技術(shù)應(yīng)用分倉(cāng)爆炸技術(shù)思路，即把2個(gè)能量釋放點(diǎn)分倉(cāng)進(jìn)行處理，分別作用于不同目標(biāo)靶向。第1靶向是射孔彈的能量釋放點(diǎn)，在射開孔道的同時(shí)，高速射流引起的渦流場(chǎng)引力將后效裝藥的高能粒子拽入到孔道內(nèi)[4]。第2靶向是將這些被云霧化的高能粒子在孔道內(nèi)聚集、碰撞、相互作用，引起局部灼熱點(diǎn)火，迅速完成了從爆燃到螺旋爆轟的轉(zhuǎn)型，達(dá)到射穿地層，擴(kuò)容孔道的目的。

從表1的混凝土靶試驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖1試驗(yàn)效果對(duì)比圖可看出，后效集束射孔作用于地層除增加了孔道穿深，增大了孔道半徑以外，對(duì)孔道周圍巖層也起到了一定震顫作用，能量利用率高，波及區(qū)域大。

表1 后效集束射孔與常規(guī)射孔混凝土靶試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

圖1 后效集束射孔與常規(guī)射孔混凝土靶試驗(yàn)效果對(duì)比

2.2 后效集束射孔工藝原理

后效集束射孔主要應(yīng)用粉塵爆炸原理：懸浮的可燃粉塵遇到熱源（明火或溫度）時(shí)，火焰瞬間傳播于整個(gè)混合粉塵空間，化學(xué)反應(yīng)速度極快，同時(shí)釋放大量的熱，形成很高的溫度和很大的壓力，系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械功以及光和熱的輻射，具有極強(qiáng)的破壞力。

后效體是一種具有粉塵爆炸特性的聚合物。當(dāng)后效體聚合物被帶入孔道后，經(jīng)過(guò)聚集、碰撞、相互作用，局部灼熱爆燃，繼而迅速完成整個(gè)孔道爆轟過(guò)程，打開地層孔道。其爆炸分為3個(gè)階段：能量輸送階段（物理過(guò)程），能量轉(zhuǎn)化階段（化學(xué)過(guò)程）及能量釋放階段（物理過(guò)程）；后效集束射孔的孔道形成主要發(fā)生在能量釋放階段。

2.3 后效集束射孔技術(shù)適應(yīng)性分析

后效集束射孔器由常規(guī)盲孔槍、特制彈架、一體式后效集束射孔彈(常規(guī)射孔彈加裝特制的后效體)組合而成，如圖2所示。

圖2 后效集束射孔器

2.3.1 地層適應(yīng)性

采油七廠處于大慶油田長(zhǎng)垣外圍地帶，儲(chǔ)層厚度薄，砂體規(guī)模小，物性差異大，滲透率低，孔隙度小，構(gòu)造及油水關(guān)系復(fù)雜，儲(chǔ)層主要以細(xì)粒砂巖與粉砂質(zhì)泥巖沉積為主。后效集束射孔工藝以其特殊的爆炸原理能提高致密地層射孔穿深,改善射孔孔眼清潔程度，對(duì)采油七廠地層具有較好的適應(yīng)性。

2.3.2 配裝適應(yīng)性

后效集束射孔彈適用各類射孔槍進(jìn)行不同孔密、相位角的配裝：

配裝的射孔槍型:73#，89#，102#，108#，114#, 127#,140#,178#…；

配裝的射孔孔密類型：13孔/m,16孔/m,20孔/m, 30孔/m，40孔/m…；

相位角：30°，60°，90°，135°；

套管：114.3mm(42?″)，139.7mm(52?″)，177.8mm（7″），244.47mm(9″)。

2.3.3 溫度適應(yīng)性

針對(duì)不同區(qū)塊的溫度要求，設(shè)置了4個(gè)溫度梯度的產(chǎn)品類別，見(jiàn)表2。

表2 不同類型的后效體耐溫性能對(duì)比

2.3.4 工藝適應(yīng)性

后效集束射孔對(duì)于特殊的高溫井(160℃≦井內(nèi)溫度≦280℃)，水平井，小套管井，高孔密井，酸化、壓裂、解堵、防砂井均有很好的適應(yīng)性。

2.4 后效集束射孔技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.4.1 解除射孔孔道壓實(shí)問(wèn)題

后效體在孔道中通過(guò)高能粒子的聚集、碰撞、相互作用最終爆炸爆轟，在射孔的同時(shí)對(duì)孔道周圍巖層產(chǎn)生極大震顫作用，達(dá)到疏松地層孔隙，消除射孔過(guò)程中壓實(shí)帶的作用，相對(duì)于常規(guī)射孔工藝可更好地清潔射孔孔道。

2.4.2 安全

后效體為特制的不含爆炸基源的聚合物，在高溫下具有物化性能穩(wěn)定的特點(diǎn)[5]，保證了其在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過(guò)程中的高度安全。

后效射孔工藝采用后效體與常規(guī)射孔彈進(jìn)行同軸一體化裝配來(lái)完成射孔作業(yè)，在射孔彈起爆后將后效體帶入孔道瞬間后效體被激發(fā)，且其能量加載在主射流上迅速作用于地層空間，維系或降低了射孔全過(guò)程槍內(nèi)環(huán)空壓（圖3、圖4），從而有效地防止了炸槍、卡井等情況發(fā)生。

2.4.3 能量利用率高

射孔時(shí)，射孔彈先打開地層孔道，隨后后效體被拽入并引爆，整個(gè)爆炸過(guò)程在射孔孔道內(nèi)完成，所有爆炸能量均作用于地層孔道，能量利用率高。

3 應(yīng)用前景

后效集束射孔工藝創(chuàng)新了以往的聚能射孔技術(shù)，通過(guò)后效集束體在地層孔道中的連環(huán)爆轟來(lái)達(dá)到改變孔道形態(tài)，增加孔道穿深的目的。后效體在孔道內(nèi)爆炸進(jìn)行孔道擴(kuò)容，能很好地解決以往射孔彈在射孔槍內(nèi)爆炸、能量損失極大的問(wèn)題。此外，后效體的特殊材質(zhì)搭載粉塵爆炸射孔原理真正實(shí)現(xiàn)了清潔、無(wú)污染的射孔效果，對(duì)于采油七廠完井施工建設(shè)有較高的適應(yīng)性，應(yīng)用前景廣闊。

4 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

1）射孔作為連通地層流體與井筒之間的橋梁，其工藝選擇的適當(dāng)與否直接影響到油氣井后續(xù)產(chǎn)能效益，對(duì)油田生產(chǎn)意義重大。

2）后效集束射孔技術(shù)率先將粉塵爆炸原理應(yīng)用到射孔工藝中，在增加射孔穿深的同時(shí)解除射孔壓實(shí)帶污染問(wèn)題，有效改善射孔完井效果。

圖3 后效集束射孔環(huán)空壓力分布

圖4 傳統(tǒng)增效射孔環(huán)空壓力分布

3）該工藝技術(shù)能較好地適應(yīng)采油七廠地質(zhì)環(huán)境，可針對(duì)不同地層，不同井型，按要求的孔密、相位角等進(jìn)行射孔器組裝，具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1]萬(wàn)仁薄.現(xiàn)代完井工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,1996.

[2]張強(qiáng)，封德力，張雷雷,等.淺析負(fù)壓射孔技術(shù)的應(yīng)用[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013,32(16)：103-104.

[3]劉增，朱建新，莊金勇,等.低孔低滲儲(chǔ)層射孔技術(shù)改進(jìn)及應(yīng)用[J].油氣井測(cè)試，2011，20（4）：63-65.

[4]畢勝宇，柳貢慧,周昌鴻，等.集束射孔技術(shù)在低孔滲油氣層開發(fā)中的應(yīng)用[J].新疆石油地質(zhì)，2011，32（4)：426-428.

[5]安亞峰，趙娟.集束復(fù)合射孔技術(shù)延長(zhǎng)油田的應(yīng)用[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013,32(18):160-161.

The requirement of the new wells in low-porosity low-permeability reservoirs to perforating technology is high.At present, there is a widespread perforation technology in the area of perforation compaction,and the efficiency is not high.The existing perforating technologies are all of the shortcomings of formation pollution in compaction zone and low perforating bullet energy utilization ratio.How to effectively overcome these shortcomings is a difficult problem in the process of perforation.The aftereffect cluster perforating technology uses the gravity of the eddy current field caused by initial high-speed jet dragging the high energy particles of aftereffect body into the perforated hole,the energetic particles are heated locally under the action of dust effect and then explodes rapidly in the whole hole to deepen and widen the hole,so as to realize the production and injection increasing of oil wells and water injection wells.The application results show that the aftereffect cluster perforating technology can not only increase perforation depth but also remove the pollution of perforation compaction zone,so as to improve the effect of the perforating completion.

aftereffect cluster perforating technology;compaction zone;aftereffect body;dust effect

王梅

2015-07-17

文良凡（1987-），男，主要從事油氣井套管損壞機(jī)理研究。