影響油管傳輸射孔成功因素探討

駱士杰

中國石油測(cè)井-阿特拉斯合作服務(wù)公司 天津 300459

隨著時(shí)間的推移，油田的開采變得越來越復(fù)雜，這導(dǎo)致井的情況越來越棘手，產(chǎn)量也不斷下降，對(duì)射孔質(zhì)量的要求更高。正確的射孔技術(shù)對(duì)于油田的開發(fā)進(jìn)程和整個(gè)油田的生產(chǎn)能力建設(shè)至關(guān)重要。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工時(shí)，射孔的成功率會(huì)受到多種因素的影響。為了提高射孔的成功率，必須采取緊急措施來降低這些誤差。

1 油管傳輸射孔技術(shù)分析

渦流管傳輸射孔技術(shù)（ETP）需要在傳輸石油的管道中安裝射孔器和點(diǎn)火器，數(shù)量需要根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。這些設(shè)備會(huì)被推送到預(yù)定的深度，然后可以通過地面注入水壓或使用鋼棒等方式來點(diǎn)燃點(diǎn)火器。再采用導(dǎo)爆索引驅(qū)動(dòng)穿孔彈進(jìn)行操作，將穿孔彈在油井壁處引爆，從而形成大量的小孔，使原油可以通過這些小孔流出地層并最終傳輸至地面[1]。

石油開采井的形態(tài)特征包括其深度、間距、直徑，以及鉆探時(shí)的相關(guān)參數(shù)。這些特征不僅與地層性質(zhì)和穿孔工具模型有關(guān)，還受到穿孔技術(shù)、完井管道類型等多種因素的影響?？咨钍侵赣行Э椎赖拈L度，這個(gè)孔道是在射孔彈爆破之后形成的，它穿過了套管和水泥環(huán)，也就是說它代表了井下實(shí)際穿透深度?？咨铋L短的關(guān)鍵因素在于射孔彈的設(shè)計(jì)和藥量。采用藥量大、具有很強(qiáng)穿透力的深穿透型射孔彈，有助于實(shí)現(xiàn)更深的穿透深度。當(dāng)油井的孔深增加時(shí)，通常會(huì)增加其產(chǎn)能比。然而，一旦孔深達(dá)到一定值，油井的產(chǎn)能比增長速度就會(huì)逐漸變緩。

地層穿透密度又稱為孔隙密度，它是指在一定厚度的地層中鉆取的穿透孔的數(shù)量?？紫睹芏韧ǔＳ谩翱?米”來表示，在每米長度區(qū)間內(nèi)鉆取的穿透孔的數(shù)量即為穿透密度。射孔孔徑是指射孔孔眼的直徑，通常以毫米為單位。它有兩種不同的類型，一種是用于井下地層入口的孔徑直徑，而另一種則是用于地面上的目標(biāo)靶。射孔孔徑的大小受多種因素的影響，例如地層特性以及所使用的射孔彈類型等。 即使孔徑的大小會(huì)對(duì)產(chǎn)能產(chǎn)生一定影響，但研究表明隨著孔徑的增大，產(chǎn)能比并未顯著提高。而目前孔徑的變化范圍也較小。因此，在進(jìn)行射孔作業(yè)時(shí)，一般會(huì)優(yōu)先考慮孔深的影響，并選擇更大的孔深。在平面投影中，相鄰兩個(gè)缺口之間形成的角度差被稱為“切割相位”。市場(chǎng)上有三種主要的切割方案：螺旋式、交錯(cuò)式和平面式。切割相位的大小受許多因素的影響，例如產(chǎn)出率和地層異向性等[2]。

2 影響射孔成功的因素

從各大油田統(tǒng)計(jì)的失敗射孔作業(yè)現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，射孔器材、人為因素、情況和環(huán)境等集中環(huán)境是影響油管傳輸射孔成敗的主要原因。從數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，射孔器材導(dǎo)致射孔失敗的因素占比較高，這也直接反映了各油田射孔作業(yè)的實(shí)際現(xiàn)狀。影響射孔成功率的因素主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.1 器材質(zhì)量問題

器材本身存在隱患是導(dǎo)致射孔作業(yè)失敗的一個(gè)主要原因，其中器材隱患問題主要涉及到了起爆起、射孔槍、射孔彈、開孔裝置等相關(guān)設(shè)備的質(zhì)量問題。

2.1.1 射孔槍因素

射孔槍在整個(gè)作業(yè)過程中與井液直接接觸，一旦射孔槍存在質(zhì)量隱患或者其本身制造質(zhì)量不合格，那么在完成射孔作業(yè)的過程中很容易產(chǎn)生炸槍現(xiàn)象，在此情況下最后一根槍在作業(yè)時(shí)容易出現(xiàn)落井現(xiàn)象，或者射孔槍槍身與接頭密封位置容易產(chǎn)生泄漏問題，從而導(dǎo)致密封不嚴(yán)實(shí)，或者是在下井作業(yè)過程中容易出現(xiàn)內(nèi)部滲水等問題，在此情況下就會(huì)導(dǎo)致射孔作業(yè)失敗現(xiàn)象[3]。

① 射孔彈等火工品因受環(huán)境壓力和串爆瞬間的內(nèi)壓過大影響，射孔槍未能成為其有效搭載器。

② 由于缺乏必要的韌性和可塑性，槍管材料難以滿足射孔所需的特殊要求。

③ 射孔槍的加工工藝和公差與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不符，導(dǎo)致其密封面和退刀槽處無法正常使用。

④ 射孔槍所使用的配件以及其他施工設(shè)備存在不符合標(biāo)準(zhǔn)或遺漏的情況。

射孔槍在使用時(shí)需要直接浸泡在井液中，以承受井筒內(nèi)的液壓和射孔彈爆炸產(chǎn)生的壓力。但是如果密封不當(dāng)，在下井后可能會(huì)發(fā)生漏水問題，導(dǎo)致射孔彈等火工品與井液接觸，從而引起爆炸。該情況可能帶來多重問題，其中包括無法穿透套管、射孔槍的接頭或槍尾脫落、槍身破裂以及套管遭受損壞等。此外，如果射孔槍的品質(zhì)未達(dá)標(biāo)，還有可能發(fā)生啞彈或者炸毀導(dǎo)致槍體掉進(jìn)井中等各種意外事故。導(dǎo)致此現(xiàn)象的主要原因是槍身泄壓孔承受的壓力低于正常標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過井口施加高壓后，高壓引爆系統(tǒng)正常作用，導(dǎo)致射孔彈迅速穿透并釋放出極大壓力，進(jìn)而導(dǎo)致泄壓孔被迫打開，該情況在分級(jí)爆破中表現(xiàn)為第一級(jí)射孔正常，但第二級(jí)槍身卻因進(jìn)水而失效。因此，該槍身已被閑置或重新配置為投棒起爆施工井使用。

2.1.2 起爆裝置因素

射孔器內(nèi)部的爆炸機(jī)制是一個(gè)高度復(fù)雜的系統(tǒng)，它需要多個(gè)元件協(xié)作才能完成。其中，引爆裝置發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，因?yàn)樗莻鬟f爆炸能量的最初部分。一般來說，引爆裝置包括撞擊針、點(diǎn)火火藥、電火花以及延伸燃燒柱等，并通過復(fù)雜的程序保證它們能夠順利協(xié)同工作。

① 火帽點(diǎn)燃的動(dòng)力不是來自靜態(tài)壓力，而是撞擊能量，有時(shí)當(dāng)拆卸管系時(shí)，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)撞針已經(jīng)深深地穿入了火帽，但仍未引發(fā)點(diǎn)火反應(yīng)。引爆炸藥需要的能量可能無法達(dá)到，原因可能有多種。撞針在首次刺入火帽時(shí)可能釋放的能量不足，這是其中的一個(gè)可能原因，另外，火帽的裝配和加工也可能影響引爆，例如裝藥漏裝或者少裝等問題。

② “雷管”是一種裝置，對(duì)于引爆設(shè)備的輸出具有至關(guān)重要的作用。該裝置由兩種核心成分組成：能夠引發(fā)猛烈爆炸的化合物和引爆藥。制造雷管時(shí)必須遵循嚴(yán)格的操作工藝和規(guī)定，但即使如此，仍然存在可能出現(xiàn)藥量不足或壓力不足等問題的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.3 傳爆管因素

傳輸爆炸能量的元器件有兩個(gè)部分，即傳爆管殼和傳爆管裝藥。這些元器件有三個(gè)主要功能：第一，它們可以接受起爆器釋放的能量，并以恒定的爆炸速度將其傳遞給導(dǎo)爆索；第二，下槍傳爆管可以接收上槍傳爆管的輸出，并以穩(wěn)定的爆轟速度傳遞給導(dǎo)爆索；第三，它們有助于提高爆炸速度。若在施工過程中遇到傳爆管的半爆，還有熄爆以及無法引爆等情況，這表明其并未成功引爆：

① 有時(shí)候，當(dāng)?shù)撞堪l(fā)生爆炸時(shí)卻未被引爆，這種情況可能是由于傳爆管的重量不足或者裝藥不足所導(dǎo)致。如果在多個(gè)不同型號(hào)的槍械中經(jīng)常出現(xiàn)類似的半爆炸現(xiàn)象，那么很可能與傳爆管的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)存在關(guān)聯(lián)。

② 因?yàn)閷?dǎo)爆索密度不足，所以沒有引發(fā)導(dǎo)爆索的爆炸，相反，傳爆管因壓力過大而破裂（僅有部分傳爆管殼殘留物）。

2.1.4 導(dǎo)爆索因素

射孔失敗的根本原因是由于導(dǎo)爆索未能引起可靠的爆炸波，導(dǎo)爆索是一種傳播爆炸波的索狀傳爆裝置，在此過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，具體來說，導(dǎo)爆索的密度決定了所需的能量和速度大小，以使產(chǎn)生的爆炸更為穩(wěn)定可靠。常常發(fā)生這樣的情況：當(dāng)人們抽取彈夾時(shí)，會(huì)直接用手拉拽導(dǎo)爆索，以此改變它的密度，這種行為可能會(huì)帶來一些問題，例如未引爆或半爆等異常現(xiàn)象。

2.2 井況和環(huán)境因素

2.2.1 井溫和壓力因素

隨著井下溫度的不斷攀升，確保使用的炸藥能夠抵御高溫已經(jīng)變得至關(guān)重要。實(shí)際上，在射孔彈以及雷管等中所使用的炸藥性能，會(huì)逐漸受到井筒內(nèi)溫度變化的影響。如果不能及時(shí)更換耐高溫的炸藥，一旦井下溫度超過炸藥的極限，就可能引發(fā)自燃或是拒爆等嚴(yán)重的射孔事故。為了確保安全，必須在24小時(shí)內(nèi)點(diǎn)火井孔，井下環(huán)境的高溫和高壓會(huì)讓一般的橡膠密封件失去彈性和強(qiáng)度，導(dǎo)致密封能力變差或完全失效。因此，在進(jìn)行密封時(shí)需要選用具有耐高溫性能的密封件以確保有效密封。

2.2.2 火工品的運(yùn)輸、貯存和使用環(huán)節(jié)的因素

潮濕的環(huán)境會(huì)對(duì)火工品的穩(wěn)定性造成不利影響。相關(guān)研究表明，如果在火工品的運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中采用適當(dāng)?shù)姆莱贝胧?，并維持合適的儲(chǔ)存條件（如溫度和濕度等），則射孔彈的性能可以保持五年以上而無明顯變化。另外，在下雨天或潮濕的環(huán)境中操作聯(lián)裝炮是不可取的。這樣做可能會(huì)導(dǎo)致傳輸管或?qū)П靼l(fā)生半爆或者熄爆，同時(shí)還會(huì)增加射孔彈拒爆的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 人為因素

在建設(shè)過程中，人為因素指的是工作人員對(duì)質(zhì)量控制和責(zé)任心的影響。鑒于每個(gè)人都可能會(huì)犯錯(cuò)，為了確保關(guān)鍵崗位和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，應(yīng)增加核實(shí)步驟并全面檢查施工的重點(diǎn)。同時(shí)，要求班組長明確匯報(bào)問題。

3 影響射孔成功的作業(yè)環(huán)境因素及對(duì)策

3.1 作業(yè)環(huán)境的影響及改善

3.1.1 環(huán)境影響

井下溫度過高的情況下應(yīng)該盡可能選擇耐溫性更好的炸藥。在實(shí)際作業(yè)過程中。射孔彈、導(dǎo)爆索、傳爆管和雷管中的中藥性能會(huì)隨著井筒溫度的變化而產(chǎn)生相應(yīng)變化。根據(jù)國內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，隨著井下溫度的不斷上升，其一旦超過炸藥的耐溫指標(biāo)極限非常容易引發(fā)自燃或拒爆等作業(yè)事故。

高溫作業(yè)環(huán)境下炸藥的熱分解速度也會(huì)繼續(xù)增加，并由此會(huì)產(chǎn)生體積膨脹。裝藥體積不斷膨脹的情況下會(huì)對(duì)壓藥形罩產(chǎn)生極大的擠壓作用，在此情況下裝藥結(jié)構(gòu)也會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生變化，從而使得裝藥密度、爆炸壓力、爆炸速度都會(huì)相應(yīng)受到影響，從而嚴(yán)重影響射孔彈的穿透深度，作為典型的案例是，在180℃的環(huán)境下，奧克托金裝藥會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)晶變化現(xiàn)象。一旦溫度超過耐溫極限的情況下射孔但必然會(huì)產(chǎn)生自爆。

3.1.2 改善對(duì)策

射孔槍的彈夾固彈方式、退刀槽處理以及傳爆結(jié)構(gòu)會(huì)受到井下高溫環(huán)境的極大影響。在高溫環(huán)境下普通橡膠密封裝置很快會(huì)出現(xiàn)失效現(xiàn)象，從而嚴(yán)重影響密封效果。因此在面對(duì)高溫環(huán)境時(shí)應(yīng)該盡可能使用氟橡膠耐高溫密封件，同時(shí)結(jié)合高溫密封池，這樣才能有效改善高溫環(huán)境對(duì)射孔作業(yè)的影響。

在作業(yè)過程中射孔槍能否順利下入目的層與作業(yè)人員是否通井和刮削之間存在直接影響。因此新鉆開發(fā)井或者是探井等在作業(yè)之前必須使用光油管或帶工作筒來進(jìn)行通井作業(yè)。而針對(duì)重復(fù)進(jìn)行試油作業(yè)的探井或老井補(bǔ)孔等作業(yè)井，必須使用標(biāo)準(zhǔn)通徑來進(jìn)行通井作業(yè)，而且其下入深度要處于射孔層以下30米，如條件不具備的情況下應(yīng)該是在作業(yè)之前開展沖砂處理；針對(duì)稠油井或者是存在嚴(yán)重結(jié)蠟現(xiàn)象的井。必須使用標(biāo)準(zhǔn)通徑的刮蠟工具進(jìn)行作業(yè)，且其下入深度要處于射孔層以下30米。與此同時(shí)，如果在作業(yè)之前不洗井很可能會(huì)導(dǎo)致投棒能量不足現(xiàn)象，或者是在進(jìn)行打壓作業(yè)的過程中井液中的雜物會(huì)導(dǎo)致孔道被堵塞，從而使得無法實(shí)現(xiàn)壓力的順暢傳遞。因此針對(duì)老井、嚴(yán)重結(jié)蠟井、稠油井等在完成沖砂或刮蠟作業(yè)之后，必須進(jìn)行熱水洗井作業(yè)，只有通過與井筒容積一倍以上的熱洗作業(yè)之后才能保障井筒通暢。

3.2 作業(yè)器材影響的對(duì)策

（1）射孔槍是整個(gè)射孔作業(yè)過程中一種重要的火工品載體，其不僅需要承受環(huán)境壓力，而且在射孔帶轟爆的瞬間也需要承受巨大內(nèi)壓。為了充分保障射孔槍能夠在射孔作業(yè)之前具備能扛高壓，射孔后不出現(xiàn)裂縫、不膨脹等要求，必須要使用特制的材料并進(jìn)行熱處理，同時(shí)保障槍體壁厚達(dá)標(biāo)，這樣才能滿足屈服強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求。另外還需要合理設(shè)置槍管材料的延伸率和沖擊韌度值。只有保障槍管的延伸率能夠適應(yīng)射孔彈發(fā)射時(shí)的高壓和沖擊波，才能保障其在作業(yè)過程中不出現(xiàn)塑形變形的問題。

（2）射孔彈和導(dǎo)爆鎖都是放在彈架之上，因此在整個(gè)結(jié)構(gòu)中彈架發(fā)揮著極其重要的作用。因此必須保障彈架與射孔但起爆孔和導(dǎo)爆鎖之間保持良好接觸，這樣才能進(jìn)一步提升射孔彈的起爆率。彈架在制作過程中必須要保障其鋼板厚度達(dá)標(biāo)，這樣才能進(jìn)一步提升其強(qiáng)度，才能避免在運(yùn)輸和下鉆過程中因強(qiáng)度不足而導(dǎo)致彎曲，才能有效保障射孔作業(yè)的正常進(jìn)行。

3.3 人為因素對(duì)策

在射孔作業(yè)過程中，作為現(xiàn)場(chǎng)操作人員的責(zé)任心和質(zhì)量意識(shí)會(huì)直接影響作業(yè)成敗。因此在開展聯(lián)炮作業(yè)之前首先需要對(duì)火工品的外包裝是否完好、是否存在受潮現(xiàn)象等進(jìn)行結(jié)核檢查，只有保障產(chǎn)品合格方可投入使用。同時(shí)嚴(yán)格按照裝炮作業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定來針對(duì)連炮作業(yè)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格檢查，這主要是因?yàn)槊恳粋€(gè)的作業(yè)質(zhì)量都會(huì)對(duì)最終能否成功射孔產(chǎn)生直接影響。作業(yè)隊(duì)在進(jìn)行井下作業(yè)的過程中一旦出現(xiàn)下鉆不平穩(wěn)、鈍鉆、轉(zhuǎn)速過快等問題的情況下，都可能會(huì)對(duì)射孔的順利進(jìn)行產(chǎn)生直接影響。這主要是因?yàn)殁g鉆或探底等現(xiàn)象的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致槍串受到巨大沖擊，這樣不僅會(huì)導(dǎo)致彈架受到巨大壓縮作用，而且其傳播距離也會(huì)進(jìn)一步增加，從而容易產(chǎn)生傳播中斷現(xiàn)象；與此同時(shí)國內(nèi)射孔作業(yè)過程中使起泡器通常采取的是靜壓剪削設(shè)計(jì)模式，一旦受到巨大沖擊的作用很容易出現(xiàn)中途起爆，從而導(dǎo)致作業(yè)失敗。因此在下關(guān)作業(yè)過程中作業(yè)人員需要對(duì)管串上的沖擊作用進(jìn)行嚴(yán)格控制。

4 結(jié)束語

總而言之，在射孔作業(yè)過程中還有很多因素會(huì)影響作業(yè)成敗，因此，這也是當(dāng)前專業(yè)領(lǐng)域的各技術(shù)人員需要深入探討的一個(gè)重大課題。在本文中并未全面列舉出影響射孔作業(yè)成敗的各類要素，希望能夠在后續(xù)的研究中不斷進(jìn)行完善，以此來為我國石油工業(yè)的快速發(fā)展作出應(yīng)有貢獻(xiàn)。