新型射孔技術(shù)的改進(jìn)和對(duì)比試驗(yàn)

馮大龍

（中海石油（中國(guó)）有限公司上海分公司，上海200000）

1 概述

后效射孔技術(shù)是對(duì)常規(guī)射孔技術(shù)的改進(jìn)，旨在解決常規(guī)射孔存在的諸多問(wèn)題，如破除射孔壓實(shí)帶，恢復(fù)改善原始地層滲透性；射孔孔道前端裂縫完全釋放，造縫性良好，增加油氣滲流面積；孔道內(nèi)做功，能量分布均勻，安全可靠對(duì)井筒環(huán)境無(wú)影響；對(duì)孔道內(nèi)沖刷充分，孔道更加清潔；非爆物品易于運(yùn)輸。

該技術(shù)核心理念是云霧爆轟，一次點(diǎn)火，分倉(cāng)作功。作用原理是，通過(guò)電纜或油管傳輸方式隨射孔槍送至射孔層段，起爆后聚能射孔彈炸藥首先以微妙級(jí)的時(shí)間在井筒與地層之間形成射孔孔道，與此同時(shí)金屬射流產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流場(chǎng)引力，將后效體曳入至射孔孔道內(nèi)，在局部熱作用下，后效體微粒被云霧離子化，瞬間釋放出具有一定質(zhì)量的動(dòng)能波與應(yīng)力波，推動(dòng)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，到達(dá)孔道末端的應(yīng)力波與后進(jìn)入孔道的應(yīng)力波相互作用碰撞，產(chǎn)生各個(gè)方向的作用應(yīng)力，以微秒量級(jí)瞬間作用于孔道內(nèi)，造成微裂隙，解除孔道周?chē)Ｒ?guī)射孔彈造成的污染壓實(shí)帶，同時(shí)孔道末端能量釋放產(chǎn)生大量微裂縫，從而有效地改善了油氣層的滲透性和導(dǎo)流能力，降低油氣流阻力，使油氣井得到大幅度增產(chǎn)。

2 后效體實(shí)驗(yàn)

開(kāi)展了針對(duì)東海油田致密油氣田開(kāi)發(fā)的硬地層射孔彈與后效射孔技術(shù)的配伍性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)分別進(jìn)行了89 槍型后效硬地層穿靶和127 槍型后效硬地層穿靶測(cè)試。

2.1 89 型超強(qiáng)靶射孔器混凝土靶實(shí)驗(yàn)

HS36HMX30-1 型硬地層射孔彈裝配3.5in 射孔槍、5.5in 套管29ppf、套管鋼級(jí)N80，射孔槍相位4 相位、孔密5spf、射孔槍在套管中居中放置。實(shí)驗(yàn)用超強(qiáng)混凝土靶的直徑為79in，混凝土靶樣塊抗壓強(qiáng)度為12000psi，靶齡為111 天，實(shí)驗(yàn)前持續(xù)零度以下超過(guò)45 天。

實(shí)驗(yàn)采用1-5 發(fā)加裝后效體，附1-8 發(fā)同樣條件不加裝后效體，9-16 發(fā)不加裝后效體（采用海洋油田常規(guī)孔密雙面固定的較小炸高模式）。

加裝后效體的射孔槍上的孔眼有部分呈現(xiàn)長(zhǎng)方形，套管上孔眼正常；槍身漲大略大于不加裝后效體部分。

實(shí)驗(yàn)分析：實(shí)驗(yàn)條件下，未發(fā)現(xiàn)后效體顯著影響穿孔深度和套管孔徑，地面整槍模擬實(shí)驗(yàn)無(wú)法證實(shí)后效體的實(shí)際效果。

2.2 127 型超強(qiáng)靶射孔器混凝土靶實(shí)驗(yàn)

HS46HMX45-1 型硬地層射孔彈裝配5in 射孔槍、7in 套管35ppf、套管鋼級(jí)N80，射孔槍相位4 相位、孔密5spf、射孔槍在套管中居中放置。實(shí)驗(yàn)用超強(qiáng)混凝土靶的直徑為106.3in，混凝土靶的強(qiáng)度為13050psi，靶齡為111 天，實(shí)驗(yàn)前持續(xù)零度以下超過(guò)45 天。

實(shí)驗(yàn)采用1-8 發(fā)加裝后效體，9-16 發(fā)同樣條件不加裝后效體。

相近實(shí)驗(yàn)條件下裝槍測(cè)試，當(dāng)時(shí)混凝土靶抗壓強(qiáng)度8800psi（約61MPa），平均穿孔深度1151mm（45.3in）,本次實(shí)驗(yàn)穿孔深度下降17.9%。

實(shí)驗(yàn)分析：

實(shí)驗(yàn)條件下，后效體直接影響穿孔深度，地面整槍模擬實(shí)驗(yàn)無(wú)法證實(shí)后效體的實(shí)際效果。

該射孔彈與后效體匹配敏感，穿孔深度下降19.1%，需要進(jìn)行后效體結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改和與射孔彈進(jìn)行匹配實(shí)驗(yàn)。

2.3 影響因素分析

本次實(shí)驗(yàn)的HS36 和HS46 射孔彈是油田專(zhuān)用射孔器材特別針對(duì)致密儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)的新型射孔彈系列，其金屬射流的強(qiáng)度與密度比一般射孔彈的金屬射流高出許多，能夠穩(wěn)定形成射流，且射流連續(xù)性較好，是穿孔性能夠保證的重要因素。

從驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，實(shí)驗(yàn)人員分析89 槍型硬地層射孔彈的主射流與后效體之間不存在干擾，后效體的環(huán)形裝藥與主射流形成了比較好渦流加載后效應(yīng)。然而，127 型后效體與127型硬地層射孔彈的主射流形成段形成了一定的干擾。其干擾原因分為兩個(gè)可能因素：其一，射孔彈射流匯聚與后效體的位置沖突，造成射流干擾；其二，后效體被提前破碎甚至部分反應(yīng)，其物質(zhì)或反應(yīng)場(chǎng)干擾了主射流的匯聚。

從89 型的穿孔實(shí)驗(yàn)來(lái)看，如果能夠調(diào)整好射孔彈射流匯聚與后效體之間的作用位置和時(shí)間匹配問(wèn)題，從此前的配套客觀(guān)條件來(lái)看，127 型后效體與射孔彈配伍性應(yīng)該還有完善和提升的空間。

2.4 改進(jìn)措施

根據(jù)以上影響因素分析，127 槍型硬地層射孔彈匹配的后效體改進(jìn)方案應(yīng)從空間結(jié)構(gòu)和裝藥體系兩個(gè)方面進(jìn)行升級(jí)改造較為穩(wěn)妥。

首先，將在空間結(jié)構(gòu)方面盡量避免后效體與射孔彈射流匯聚區(qū)域的重疊。

通過(guò)后效體的大通徑裝藥設(shè)計(jì)和與射孔彈的空間尺度調(diào)整來(lái)盡量避開(kāi)射流匯聚與后效體的重合。

其次，從裝藥體系采取更加復(fù)雜的材料成型工藝，使后效體的破碎敏感度及反應(yīng)鈍感性進(jìn)一步提升。進(jìn)一步拉開(kāi)后效體參與射孔彈穿孔的時(shí)間間隔。

通過(guò)與相關(guān)科研單位聯(lián)合攻關(guān)，在不改變后效體能量配比的前提下，大幅度改進(jìn)原有裝藥體系的材料成型工藝，通過(guò)在特殊光化學(xué)環(huán)境下的后效體填料的二次懸浮凝聚成型工藝及后續(xù)的高頻活化處理技術(shù)。實(shí)現(xiàn)后效體在不影響做功效能的前提下，與射孔金屬射流形成時(shí)間間隔。

2.5 設(shè)計(jì)改進(jìn)測(cè)試

改型的后效體采取了新工藝材料，采取新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化的空間設(shè)計(jì)。

通過(guò)對(duì)三組實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的有效實(shí)施，基本表征了127 型后效體與127 硬地層射孔彈配伍性的影響分析，并展現(xiàn)出來(lái)后效體的改進(jìn)對(duì)配伍性影響的減弱甚至消除。

實(shí)驗(yàn)顯示，改進(jìn)后的后效體在地面混凝土靶模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，部分設(shè)計(jì)方案不影響射孔彈的穿孔深度，可以進(jìn)行模擬油氣儲(chǔ)層條件下效果實(shí)驗(yàn)。

3 模擬圍壓套壓條件的穿孔性能檢測(cè)

模擬實(shí)際射孔條件，進(jìn)行射孔彈性能測(cè)試，能夠更加準(zhǔn)確地描述射孔效果，驗(yàn)證改型后效體與大慶的硬地層射孔彈、自清潔射孔彈及硬地層自清潔射孔彈的配套實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)分三個(gè)部分：地面模擬裝槍穿鋼靶對(duì)比實(shí)驗(yàn)、模擬裝槍混凝土澆筑柱狀巖靶對(duì)比實(shí)驗(yàn)、模擬地層圍壓條件下穿砂巖靶對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

地面模擬裝槍鋼靶穿孔深度實(shí)驗(yàn)的目的，是模擬裝槍炸高、槍體、水層條件下，測(cè)試穿孔深度和射孔彈性能的穩(wěn)定性。

3.1 地面模擬裝槍鋼靶穿孔深度對(duì)比實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)表明，在地面模擬裝槍條件下，SDPR45HMX39-1 型射孔彈與后效體匹配良好，射孔彈穿孔性能基本不受影響。

3.2 硬地層射孔彈（HS46 型）匹配后效體鋼靶對(duì)比實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)表明，在地面模擬裝槍條件下，HS46HMX45-1 型射孔彈與后效體匹配良好，射孔穿孔性能基本未變。

地面模擬裝槍穿混凝土靶澆注砂巖靶實(shí)驗(yàn)，是常用的一種性能測(cè)試和方案優(yōu)選的實(shí)驗(yàn)，可以部分模擬井下射孔效果。

3.3 自清潔射孔彈配后效體穿混凝土澆注柱狀砂巖靶

模擬圍壓條件下，SDPR45HMX39-1 型射孔彈配后效體UDP-F29 模擬裝槍后砂巖靶穿孔深度不變、套管孔徑增加1.4%。（表1）

3.4 自清潔型硬地層射孔彈穿混凝土澆注柱狀砂巖靶

模擬圍壓條件下，HSR46HMX45-1 型射孔彈配后效體UDP-F29 模擬裝槍后砂巖靶穿孔深度降低3%、套管孔徑降低3.6%。

模擬圍壓、套管壓力條件下進(jìn)行射孔彈性能測(cè)試，可以最大限度地模擬射孔彈在油氣目標(biāo)層實(shí)際射孔效果。（表2）

3.5 模擬圍壓套壓條件穿砂巖靶

模擬圍壓套壓條件穿砂巖靶條件下，HS46HMX45-1 型射孔彈配后效體UDP-F29 模擬裝槍后砂巖靶穿孔深度下降42.1%、套管孔徑下降23.8%。

表1 SDPR45HMX39-1 型射孔彈配后效體模擬裝槍穿砂巖靶實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 HSR46HMX45-1 型射孔彈配后效體穿混凝土澆注柱狀砂巖靶數(shù)據(jù)

3.6 自清潔型硬地層射孔彈（HSR46）配后效體對(duì)比實(shí)驗(yàn)

模擬圍壓套壓條件穿砂巖靶條件下，HSR46HMX45-1 型射孔彈配后效體UDP-F29 模擬裝槍后砂巖靶穿孔深度下降34.6%、套管孔徑提高18.2%。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)后效體產(chǎn)品的科研攻關(guān)與測(cè)試，改進(jìn)了后效體與大慶油田射孔器材有限公司的射孔彈的配伍，通過(guò)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得出以下初步判斷：

地面模擬裝槍穿鋼靶和穿混凝土澆注砂巖靶射孔彈穿孔性能基本不變，射孔彈與后效體匹配良好；模擬儲(chǔ)層條件下穿砂巖靶，加裝后效體后，穿孔深度顯著下降，孔道直徑和孔容下降明顯，孔道內(nèi)留有反應(yīng)后杵體的殘余物，射孔彈與后效體匹配效果較差。