浅谈国内主要油气井射孔技术与测试主要射孔技术

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1、浅谈主要射孔技术摘 要 通过对国内外相关资料文献的调研，阐述目前我国油气田所采用的主要射孔技术。包括负压、超正压、复合压裂、水力割缝、过油管张开式射孔、全通径射孔作了一个详细的介绍，涉及到各射孔技术的原理、特点、适用范围及应用情况，也提到了国外一些比较先进的射孔技术如套管外射孔、连续油管输送等。最后，对各种射孔技术作了一个概括性结论，并指出应该推广应用最有潜力的三种射孔技术，同时加强国际合作，提高射孔水平。关键词 射孔 完井技术 发展方向 推广应用引言 射孔是指利用射孔器，射穿封闭产层的套管及水泥环直至地层，沟通井简与产层间的流体通道的作业，是衔接于钻井和采油之间的一道关键工序。自1910年，

2、用一个机械刀片在套管上旋转钻孔。1926年，Sid Mine首先发明了子弹射孔方法到1932年首次用于油井套管射孔，用了8天时间，下井11次，共发射80枚子弹。再到1945年高能炸药的聚能效应在射孔工艺中的应用，开发出了油气井聚能射孔弹，1946年首次在裸眼井中射孔，1948年在密西西比两口套管井中射孔。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。国外一直进行着减小射孔对油气层的伤害，提高射孔效率的研究，历经几十年的发展，射孔技术有了长足的进步。我国的射孔作业始于20世纪50年代初，经过半个多世纪的艰苦努力，在射孔配套工艺技术上取得了显著的成绩，但是与飞速发展的世界

3、先进技术相比还有一定的差距。 1 国内主要射孔技术 目前我国油田所运用的主要射孔工艺技术有：负压射孔技术、超正压射孔技术、复合射孔压裂技术、过油管张开式射孔技术 、水力割缝射孔技术。 1.1 负压射孔工艺技术 目前，是我国油气井在完井过程中普遍采用该技术。 1.1.1原理特点：射孔时采用低密度射孔液或者降低液柱高度，使井底压力适当小于地层压力，有助于清洁射孔孔眼，冲刷附在岩石表面的射孔弹金属碎屑，降低压实带损害，形成干净畅通的孔道，同时也可以防止完井液中的微粒渗滤到地层，造成伤害。负压的实现一般是调整压井液密度或降低井筒内液面高度。 1.1.2负压选择：负压射孔需要选择一个合理的负压值，一方面

4、要保证孔眼清洁能够冲刷出孔眼周围破碎压实带中的大部分细小微粒，另一方面又不能超过某个值以免造成地层出砂、垮塌、套管挤毁或封隔器失效和其他方面的问题。一般采用美国Conoco 公司设计的计算方法来确定合理负压。 1.1.3 缺点：当油藏压力、渗透率和岩石硬度较低时，负压射孔的效果就会受到影响。 1.1.4 适用范围：适用于大多数常规油藏 ( 油藏压力足够高，伤害不很严重，没有作业限制) 。 1.1.5 应用实例：负压射孔完井技术已经相当成熟，其保护储层效果已被证明。在全面各油田广泛应用，通过对比产能提高20%一30%。1.2 超正压射孔工艺技术超正压 ( 氮气或液压)射孔是9 0年代兴起的一项试

5、油射孔技术。最初由Oryx公司进行研究，主要目的是改善井的初始完井效率。由于氮气的惰性特性，使得它对井下流体物化性质无不良影响，而且可以迅速排放，不污染施工现场周围环境。采用水力压裂(含酸压)可以降低破裂压力。研究表明采用超正压射孔作业和多种增产措施配套使用，可以大大改善初期完井效果。现在斯仑贝谢、哈里伯顿等公司都开展了此项技术的研究和应用工作。目前该技术在国内使用的加压方式有三种，即纯氮气加压、氮气和液柱混合加压以及纯液柱加压。研究表明：采用超正压射孔作业和多种增产措施配套使用，可以大大改善初期完井效果。 1.2.1超正压射孔工艺技术原理 超正压射孔工艺技术采用油管输送式射孔方式。射孔前加压

6、，使井底处理压力达到高于地层岩石破裂压力后再射孔，集射孔( 水击作用)、增产处理( 造缝作用)、孔眼疏通(负压作用)为一体，射孔后井底压力沿着孔眼进入底层，由于该压力大于井底岩石的破裂强度，因此产生裂缝。施加的气体可以是天然气、氮气、二氧化碳等，作用于油层的液体可以是盐水、原油、酸液、压裂液等，甚至可以带一定的支撑剂。资料显示，采用超正压射孔后90%井的表皮系数为负值。 1.2.2超正压射孔的三大作用 1）水击压裂作用：射孔弹爆炸瞬间，井内产生巨大的压力激动，产生强烈的水击现象，能够猛烈地冲击射孔孔眼，使其压实带形成裂缝，提高了射孔压实带的渗流能力。2)造缝作用：射孔弹爆炸后 ，井筒内积蓄的高

7、压气体推动井底流体迅速进入裂缝使其延长扩大，形成裂缝网。在纵向上将各孔眼连通，径向上穿过浸入带与地层流体连通，同时携砂器中的支撑剂通过油套环空被高压气流带入裂缝，避免裂缝闭合，从而改善了近井地带的渗流条件，有利于提高产量。更为重要的是采用射孔加砂联作工艺，可以降低弯曲摩阻、降低加砂工艺风险。3)负压作用：造缝结束后，通过井口将氮气放掉，使井底形成负压，此时，地层压力大于井筒内流体压力，地层流体经过微裂缝和孔眼流入井筒，起到负压清洁孔眼和诱喷的作用。 1.2.3适用范围：1）近井筒地层污染严重，常规射孔无法穿过污染带；2）当地层条件差，压力低，负压无效时；3）提供一种基质酸化技术；4）预水力压裂

8、处理，使地层破裂；5）增加与天然裂缝的连通；6）地层附近有水层、气层、断层。 1.2.4应用实例：目前，超正压射孔已经在国外数千口井进行了成功实践，理论方面的研究也很多，技术也不断改进，例如高能量快速过压射孔孔道扩展技术(ROPE)、带有TCP支撑剂携带器的超正压射孔等。我国对超正压射孔工艺技术的研究和实践也非常重视，并将其列入了中国石油天然气总公司课题。1998年1999年吐哈油田采用超正压射孔19井次，取得了明显的地质效果。中原油田的文279井也进行了超正压射孔的现场试验，实测表皮系数约为-5，软件分析表明，若采用负压射孔表皮为0.8762,可见前者较后者有比较明显的作业效果。 1.3复合

9、射孔工艺技术 复合射孔是一项集射孔和高能气体压裂于一体的射孔技术，在射孔的同时对近炮眼地层进行气体压裂，形成多条微裂缝，减轻钻井等作业对地层的污染，解除炮眼周围的“压实现象”，改善地层导流能力，提高射孔完井效果。 射孔参数：API标准地面混凝靶有效裂缝1.5m，平均孔径12mm，射孔相位90，发射率98。 1.3.1原理特点：复合射孔压裂弹由聚能射孔弹和固体推进剂两部分组成。作业时，射孔弹首先穿透枪身、目的层套管、水泥环，在油气层部位形成射孔孔眼。然后，固体推进剂进行二次爆炸瞬时跟上燃烧形成的高温气楔，在高压气体的膨胀挤压和尖劈作用下，产生径向和轴向的裂缝，并向多方扩展延伸，在射孔孔道形成多向

10、网状的微裂缝，延伸射孔深度，有效地提高产能，如图2所示 。图2常规射孔与复合射孔对比图1.3.2射孔参数：API标准地面混凝靶有效裂缝1.5m，平均孔径12mm，射孔相位90，发射率98。1.3.3适用范围：1） 砂硬地层；2） 低渗透油藏；3） 低孔隙度油藏；4） 原油结蜡较高的井；5） 具有一定含油饱和度(不太高也不太低)的地层。1.3.4应用实例：大庆、胜利、华北、四川、大港等油气田都开展了这项研究。其中，大庆油田改用液体燃料，已推广使用并取得了很好的效果。胜利油田和西安某研究所，在研究射孔的同时进行压裂加砂技术。由于复合射孔工艺牵涉的设备不多，较易推广。2003年2 004年中原油田文

11、23气田6口井实施复合射孔后，井周渗流条件明显改善。放喷后产能和井口压力恢复较快，压力恢复试井求出的表皮为负值 (-2.750.9 )，表皮压降均较小，产能比为0.85，射孔完善程度高。 1.4过油管张开式射孔 鉴于过油管射孔技术在使用中存在过油管弹药量小、穿深浅、油气产能低等一些问题，致使过油管射孔技术的推广应用受到严重制约。19931994年，美国先后推出一种新的过油管深穿透射孔器系统过油管张开式射孔枪，该系统能在通过油管时将弹闭合在枪架中，通过油管后又将弹张开，使其轴线成水平方向，这样，就能在不取出油管的情况下相当于使用一种较大直径的套管射孔枪，其弹的药量不小于23g，穿深是原51枪的4

12、倍以上，从而把过油管射孔技术推进到一个新的阶段。 这样，在老井和注水井中，能不取油管进行射孔和补孔作业并能达到套管射孔的穿深，使油气井产能得到较大的发挥，同时节约了大量的修井费用。在新井中，对那些需丢枪进行生产测井的井可大大减少口袋长度，从而降低钻井成本。对于要开展“分层开采”等新工艺的油气井也能发挥其独特的作用。1.4.1原理特点：地面装枪使弹折叠排列，闭合在枪架中，下井到预定深度后通电流使弹解锁，在拉杆或弹簧作用下弹旋转90与套管壁垂直，做好点火准备，地面发布指令经控制头给弹点火，点火后枪架成碎片与弹壳碎块一起落入井底，控制头则上提回收。1.4.2特点：相当于在不取出油管的情况下，使用一种

13、较大直径的套管射孔枪，其弹的药量不小于23g，穿深是原51枪的4倍以上。技术关键是射孔紧贴套管壁，减少能量损失，提高了穿透深度。这样，在老井和注水井中，能不取油管进行射孔和补孔作业并能达到套管射孔的穿深，使油气井产能得到较大的发挥，同时节约了大量的修井费用。在新井中，对那些需丢枪进行生产测井的井，可大大减少口袋长度，从而降低钻井成本。对于要开展“分层开采等新工艺的油气井，也能发挥其独特的作用。1.4.3 主要技术参数：射孔弹药量：23g；穿深(混凝土靶)：400 mm；入口孔径10mm；孔密：13孔m；弹闭合直径：45mm，弹张开直径103mm；额定压力：60MPa；额定温度： 150(RDX

14、)，170(HMX)。1.4.4适用范围：适用于生产井不停产补孔和打开新层位。 1.4.5应用实例：国内四川油田在1996年完成研制工作，并在川东双6井、川西北中10井、川中磨50井等共进行8井次井下模拟试验，井深在10003000m范围内；在四川资4井、长庆陕138井、德阳浅气层等进行6井次现场服务均获成功。1998年4月通过总公司鉴定。产能得到很大提高，节约修井费用。1997年通过大庆油田检验和“九五”项目组验收。 1.5水力割缝射孔技术 9O年代以来开展的深穿透水力割缝射孔技术是油田完井工程中增产、增注，提高原油采收率的一项新工艺，是高压水射流技术顺应当今世界“深穿透高孔密”采油技术发展

15、方向而开发的先进技术。1997年美国ICT公司研制成功了水力深穿透射孔技术。1.5.1原理特点：采用液压控制技术，以超高压清水或携砂液体为动力，实现套管冲孔，并在井下岩层中水力切割出水平深孔，在井筒周围形成孔径30mm35mm，最大水平穿透深度达3m的无压实、无污染的水平孔眼，属一种典型的小曲率短半径径向钻孔技术。其作业结果是增大泄油面积及油流通道，井下液力割缝后孔眼的孔径比普通射孔枪射孔孔眼宽大，大大提高井筒周围的导流能力，同时，降低套管强度受损，对低渗透、薄油层有较广泛的使用前景。 1.5.2井下射孔工具:井下射孔工具是水力深穿透射孔系统的核心，主要部件包括：过滤器组件、锚、射孔方位控制组

16、件、控制部分组件、软管部分组件、冲头部分组件、射孔器检测器。1.5.3适用范围：1）油水井的解堵；2）薄层射孔；3）侧钻井或双层套管井射孔；4）油层改造；5）压裂射孔预处理等。 1.5.4应用实例：作为一项特殊的射孔技术，美国ICT公司曾于1999年在大庆、辽河油田进行了5口井施工作业服务效果突出。哈里伯顿等公司也开展了此项技术的研究和应用工作。胜利孤东油田282012井实施后孔眼穿透“污染区”，而且无压实，地层供液良好，日产量有显著提高，一度达到6t以上，取得了良好的效果。 1.6全通径射孔应用技术全通径射孔是采用油管将全通径射孔枪输送到目的层位，起爆射孔后，将射孔枪的附件全部丢掉，整个完井

17、管柱保持畅通状态，不须提出管柱或丢枪作业就可完成生产测井等后续作业，也可直接作为完井生产管柱的一项技术。全通径射孔技术自上世纪九十年代后期开始研究以来，在国内应用得还不太多，这一方面是由于该项技术本身有一定难度，有时（尤其在长井段）形不成全通径，还有一个原因是对该项技术的应用环境和多种用途不熟悉，致使该项技术的推广受到很大制约。1.6.1原理特点：采用该技术，不需提出管柱或丢枪作业就可直接作为完井生产管柱，还可完成压裂酸化以及生产测井等后续作业。避免了反复起下管柱对地层的伤害，提高了生产能力，同时缩短了试油时间，降低了试油成本，增加了施工作业的安全性。1.6.2适用范围：1）一次性完井管柱，但

18、井底口袋过短无法2）多层位同井开采井；3）需要分层测试的注采井；1.6.4应用实例：我们从2005年起，在四川、塔里木等油气田成功地进行了二十七口井的全通径射孔施工，其中最长的射孔井段320m，在该项技术的应用技术方面积累了一些经验。1.7套管外射孔技术美国Marathon石油公司对多层完井工艺及产能进行分析表明，用传统的射孔方法会使30的净油层得不到处理。对各油层段独立运作虽然可以使多层得到有效处理，但太耗时间和金钱。于是该公司推出套管外射孔完井系统(EXCAPE系统)。该系统可对多层地层顺序射孔并分层增产，而且套管柱内不用任何其他工具，有效地克服上述传统射孔的缺点。1.7.1原理特点：将射

19、孔枪及相关硬件(如点火头、控制管线、单向止回阀及压力计等)装在套管外面，套管下入时，各射孔枪隔开放置，以使需完井的各层都有射孔枪。套管柱精确定位，下到相关深度后固井，枪身也凝固住。射孔枪液力和电力驱动点火两种，若为液力点火，使用液驱点火头的复合剪切销来顺序对各层射孔，射到套管和地层，接着进行增产处理。射孔时，通过外点火线对地层的下层射孔，接着仍通过此线对下一个下层射孔。射孔弹定向射通套管和地层。射孔作业还能驱动枪下面的瓣阀来隔开另一个下层。一旦每个层射开并强化处理以后，就可用钢丝或连续油管取出隔离装置。隔离装置是一种压力为28MPa(最大可达70MPa)的陶瓷瓣阀装在两枪之间，能分层处理。其特

20、点是，省时、省钱、高产量。据初步统计，在第56层完井后，该方法比常规多层射孔完井法省时60，成本节约1520。更重要的是能有效增加产量、提高采收率。套管外射孔系统可从两个方面提高产量，一个是做到对每个油层单独处理和设计，可以很好地解释每个油层的独特性质；第二个是由于节省时间，可更快地采出原油并把对油层的潜在伤害降到最小。1.7.2应用实例：该系统于1999年在第一口井(Marathon公司所属)上试验，该井深762m，分4个潜在生产层段。在3h以内将其全部射开，各层点火相隔时间20 min，测试产能是相邻的用传统法射孔井的两倍；随后在美国俄克拉何马州进行射孔作业，成功地在一口深达2438m的井

21、中射开12个层段。 2 其它射孔工艺技术 2.1激光射孔工艺：自1997年以来，美国一直在探索激光在钻井和完井中的应用。激光射孔技术是由美国国防部牵头研究的一项射孔前沿课题。它是在地面上装置大功率激光发射器，发出强激光，用光缆将激光导向井下，在井下用激光接收器接收激光，并横向折射到射孔位置。强激光被聚集成细的光束射在套管壁上，高功率的光束产生的高温可熔化套管、水泥、岩石，射开套管和地层岩石。 本文来自阿果石油网()J 5Nz 它可按要求射开多个孔眼，孔径为9.5mm25.4mm。当激光射孔器能量足够大时，可使孔道向地层深处延伸。这种射孔方法可避免聚能射孔弹造成的压实带对油气层的影响。 本文来自

22、阿果石油网()b#:Pln6u 激光射孔目前尚只能用在空的井筒中。若井筒中有透明的液体，虽然激光可穿过液体，但在液体中要损耗大量的能量，使激光的射孔能力大为下降。若井筒中有不透明的液体，射孔则不能进行。 本文来自阿果石油网()c Bl F 在这方面我国目前还没有进行相关的研究。 连续油管射孔：目前连续油管作业技术在美国、英国、加拿大等石油工业技术发达的国家已经成为一项非常成熟的技术，广泛应用到钻井、完井、试油、测井、修井、采油等各个作业领域，并向更广、更复杂的领域扩展。在完井上主要用于水平井和斜井射孔。 本文来自阿果石油网()i4h.ZLj 我国近年来也展开了相关的研究，但是因技术方面的原因，这两项技术目前仍处于试验研究阶段。 3 结论 1 )负压射孔完井仍是我国油气田主要的完井方法，在理论和实践上已经相当成熟，其关键是射孔负压的合理确定。 2 )超正压射孔、全通径射孔、复合射孔 以及水力割缝射孔工艺，在我国部分油气田得到成功的运用，取得了明显的效果，具有很大的发展潜力，需要继续加以完善、推广和应用。 3 )过油管张开式射孔解决了过油管射孔枪小、弹小、穿透浅的问题，在不取油管情况下进行射孔，使油气井产能得到较大的发挥。 4 )套管外射孔和连续油管输送射孔是比较新型的射孔技术，国外已经走在前列，我国也应加大研究力度，加强国际合作，把我国的射孔技术提高到一个新水平。