射孔及孔道酸化技術(shù)初探

摘 要:射孔及孔道酸化技術(shù)是將復合射孔技術(shù)、酸化處理等工藝結(jié)合起來，基本原理是將化學反應(yīng)帶入射孔作業(yè)，方法是將固體酸性材料裝在射孔彈中，在射孔的同時酸性材料隨射孔流進入油層孔道及裂縫中，這些酸與周圍的巖石發(fā)生化學反應(yīng)，使復合射孔造成的孔道和裂縫擴大、延伸，并形成無法閉合的永久裂隙。這些裂縫能夠改善近井帶的滲透率，從而提高射孔效率。

關(guān)鍵詞:射孔 酸化 助推火藥 固體酸

中圖分類號:TE1文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)12(b)-0108-01

引言

上世紀80年代，利用火藥燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體對油層進行清堵壓裂(通常稱為高能氣體壓裂)技術(shù)在國外開始應(yīng)用。隨著油田勘探力度的加大，深層勘探的不斷增加，孔隙度、滲透率特低，巖層致密的油氣藏成為勘探開發(fā)的重點。對于這些條件的井，復合射孔的優(yōu)勢不在明顯，在復合射孔后還要進行酸化、壓裂等一些措施，才能滿足生產(chǎn)的需要。

射孔及孔道酸化技術(shù)，它能夠?qū)秃仙淇准夹g(shù)、酸化處理等工藝結(jié)合起來，且操作方便、安全高效、成本低廉，為低滲透油氣田的高效開發(fā)提供了一條新途徑。

1 技術(shù)簡介

射孔及孔道酸化技術(shù)的基本原理是將化學反應(yīng)帶入射孔作業(yè)。其特點是將射孔彈、高能火藥、高濃度固體酸性材料都裝在射孔槍中，利用射孔彈在油層中射孔，火藥爆燃對孔道壓裂造縫。這些酸與周圍的巖石發(fā)生化學反應(yīng)，使復合射孔造成的孔道和裂縫擴大、延伸，并形成無法閉合的永久裂隙。這些裂縫能夠改善近井帶的滲透率，從而提高射孔效率。

1.1 大孔徑高孔密射孔

所謂大孔徑高密度射孔，通常指孔徑＞18mm，孔密大于20孔/米的射孔，對于普通的102型射孔槍，由于槍內(nèi)空間的限制，同時做到以上兩點已很困難，而在本項技術(shù)中，射孔槍內(nèi)除了要裝填射孔彈，還要裝火藥及大量的固體酸性材料。

1.2 火藥造縫

在射孔過程中，射孔彈爆炸所形成高速射流在套管、水泥環(huán)和近井巖石中形成穿孔，并向外延伸，在孔道周圍產(chǎn)生裂紋。在這些裂紋還沒有閉合、或沒有完全閉合之前，槍內(nèi)火藥燃燒產(chǎn)生的大量高溫高壓氣體進入孔道，阻止了裂縫的閉合，并使這些裂縫擴展延伸，與自然裂縫相交，在井筒周圍形成裂縫網(wǎng)絡(luò)。這個過程就是火藥造縫。

1.3 酸性材料輸送

在射孔彈爆炸和火藥爆燃過程中，酸性材料隨射流和高溫高壓氣體向油層孔道中運動，最后進入孔道和裂縫中，形成酸性材料塞。由于油層孔道及裂縫經(jīng)歷一個先內(nèi)高壓向外膨脹，后是外部地層壓力向內(nèi)壓、孔道急劇收縮的過程，孔道中的酸性材料被嚴重擠壓，形成一個強度高、密度大的酸性材料塞。

1.4 化學反應(yīng)清堵

進入油層孔道和裂縫中的酸性材料會與井液接觸，產(chǎn)生大量的液態(tài)酸。這些液態(tài)酸與孔道及裂縫周圍的巖層發(fā)生反應(yīng)，完成酸化處理作業(yè)，在孔道周圍形成無法閉合的永久裂縫。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 側(cè)向起爆對稱式雙向射孔器

為了解決槍內(nèi)空間的矛盾，我們提出了側(cè)向起爆對稱式雙向射孔器。該射孔器采用側(cè)向起爆、對稱裝藥的結(jié)構(gòu)。

2.2 助推火藥

在助推火藥的制作進程中，往火藥中填入一定量的溶劑是必要的。這里，溶劑的比例是很重要的。如果溶劑比例太大，硝化棉溶的太厲害，就會改變火藥的性質(zhì)，造成火藥點火困難以及燃燒緩慢;如果溶劑比例太小，粘在火藥表面并很快揮發(fā)掉，會造成藥柱成型困難。

2.2.1 成型工藝

這里第一個問題是模具的設(shè)計。助推火藥中經(jīng)溶解的硝化棉大分子，處于紊亂狀態(tài)，受外力擠壓成型后，硝化棉大分子呈定向排列，外力除去后由于溶劑揮發(fā)和硝化棉大分子轉(zhuǎn)為定向的彎曲狀態(tài)。實踐證明，根據(jù)弧厚的不同，藥粒徑向的收縮率平均可達30％，這樣為了控制成品的幾何尺寸在一定的范圍內(nèi)，在設(shè)計成型裝置時，必須考慮助推火藥的收縮。

第二個問題是成型壓力。成型壓力直接影響助推火藥的裝填密度和燃燒表面積。

2.2.2 烘干處理

烘干處理是藥柱成型后一道重要工序，目的是讓藥柱中的溶劑盡快揮發(fā)出去，以提高助推火藥的感度，保證藥柱在射孔槍內(nèi)順利的點火，燃燒完成助推任務(wù)。

我們的烘干是在烘箱中進行的，總結(jié)起來影響烘干速度的有以下幾個因素:

(1)溫烘干速度高，火藥中溶劑分子得到的熱量大，單位時間從藥表面汽化的溶劑分子增多。特別在烘干的后階段，烘干速度主要取決于藥的內(nèi)部溶劑分子向表面擴散的速度。

(2)氣體流動。增加氣體流動是縮短烘干時間的有效辦法。

2.3 固體酸的研制

氫氟酸對砂巖中的一切成分(石英、黏土、碳酸巖)都有溶蝕能力，又是溶解硅酸鹽類的唯一普通酸。因此、所有用于砂巖酸化的配方都包含氫氟酸或其化合物。

氫氟酸在砂巖中的主要化學反應(yīng)為:

2HF+CaCO3=CaF2↓+CO2↑+H2O

6HF+SiO2=H2SiF6+2H2O

由于氫氟酸的特殊性質(zhì)和成分，在現(xiàn)有的鹽類中找不到加水即可生成氫氟酸的原料，必須采用化學合成的方法來制作。在本項目的研究中，我們通過實驗室研究，合成出了固體氫氟酸。這種材料為白色晶體顆粒，遇水即生成氫氟酸。

2.3.1 固體氫氟酸的溶解能力試驗

將50g固體氫氟酸放在聚四氟乙稀的燒杯里，倒入200mL的清水，兩者充分溶解后，將一根直徑為5mm、壁厚為1mm的玻璃管(主成分是二氧化硅)插入其中，氫氟酸與二氧化硅的反應(yīng)方程式為:

6HF+SiO2=H2SiF6+2H2O

事實上這個反應(yīng)進行的很慢，肉眼看不到燒杯內(nèi)有任何反應(yīng)。但是兩天以后，我們發(fā)現(xiàn)玻璃管被溶蝕掉近10mm。這個試驗說明:我們合成的固體氫氟酸遇水之后，可以生成氫氟酸，而形成的氫氟酸對二氧化硅有很強的溶蝕能力。

2.3.2 固體氫氟酸的耐溫試驗

油井的射孔及孔道酸化裝置的工作環(huán)境是幾千米深的井下，材料的耐溫性是一個重要的技術(shù)指標。

3 結(jié)語

射孔及孔道酸化技術(shù)是一項全新的射孔技術(shù)，解決了低滲透油氣層開發(fā)過程中需要多種工藝聯(lián)合作業(yè)的難題。它能在射孔的同時，完成高能氣體壓裂、油井酸化處理等多項作業(yè)。可以大大提高射孔效率，改善近井帶油層的滲透率。雖然，該項技術(shù)現(xiàn)在只是進行了一些理論構(gòu)思和機理性試驗，但是通過目前的實驗結(jié)果可以肯定，射孔及孔道酸化技術(shù)是切實可行的，完全能夠?qū)崿F(xiàn)射孔、造縫、酸化的一體化，該項技術(shù)的研制成功將為現(xiàn)有射孔技術(shù)開辟一個全新的領(lǐng)域。

參考文獻

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