后效集束射孔技術的探討

文良凡

中國石油技術開發公司鉆探裝備部（北京100083）

后效集束射孔技術的探討

文良凡

中國石油技術開發公司鉆探裝備部（北京100083）

新井投產過程中，低孔隙度、低滲透率油藏對射孔工藝要求較高。目前常用射孔技術普遍存在射孔壓實帶污染地層、射孔彈能效利用率不高等問題。如何有效解決這些問題成為射孔工藝創新攻關難點。采用后效集束射孔技術，通過優化射孔工藝，利用初次高速射流引起的渦流場引力將后效體高能粒子拽入到孔道，在粉塵效應作用下產生局部灼熱爆燃，繼而迅速完成整個孔道爆轟爆炸，達到提高射孔穿深，擴容射孔孔道，實現油水井增產增注的目的。結果表明，后效集束射孔技術在增加射孔穿深的同時解除射孔壓實帶污染問題，有效改善射孔完井效果。

后效集束射孔技術；壓實帶；后效體；粉塵效應

新井投產過程中，射孔完井是最常用的完井方式，是連通儲層與井筒通道的關鍵環節[1]。射孔質量的好壞直接影響油氣井產能及后續改造措施效果。目前大慶油田第七采油廠（以下簡稱采油七廠）普遍應用高能復合射孔技術結合負壓射孔工藝來實現油水井增產增注的目的,因射孔技術的局限性及儲層性質的影響,射孔壓實帶依然未能有效清理，射孔穿深還有待進一步提高。如何創新射孔工藝技術，改善射孔完井效果，實現清潔、高效、無污染射孔，對進一步提升油氣開采效率，實現油水井增產增注意義重大。

1 目前射孔完井存在的問題

1.1 射孔壓實帶污染地層

射孔彈產生高速射流作用于地層時，碎裂巖屑及射孔彈巖漿屑殘留物極易堵塞地層，形成射孔壓實帶，影響后續油氣開采。

目前常用的負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向壓差，射孔后，油流在壓差作用下沖入井筒來達到沖洗射孔孔道的目的[2]。然而實際研究表明，射孔孔眼的清潔程度取決于射孔瞬間孔眼產生的壓力波動，并不是初始的靜壓差，單純的靜態負壓射孔在射孔的瞬間仍是一個正壓過程，無法達到有效清潔射孔孔道，解除射孔壓實帶污染的效果。

1.2 常規射孔彈爆炸能量損失嚴重

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

2 后效集束射孔技術

2.1 后效集束射孔技術思路

后效射孔技術應用分倉爆炸技術思路，即把2個能量釋放點分倉進行處理，分別作用于不同目標靶向。第1靶向是射孔彈的能量釋放點，在射開孔道的同時，高速射流引起的渦流場引力將后效裝藥的高能粒子拽入到孔道內[4]。第2靶向是將這些被云霧化的高能粒子在孔道內聚集、碰撞、相互作用，引起局部灼熱點火，迅速完成了從爆燃到螺旋爆轟的轉型，達到射穿地層，擴容孔道的目的。

從表1的混凝土靶試驗數據及圖1試驗效果對比圖可看出，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，波及區域大。

表1 后效集束射孔與常規射孔混凝土靶試驗數據對比

圖1 后效集束射孔與常規射孔混凝土靶試驗效果對比

2.2 后效集束射孔工藝原理

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

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

2.3 后效集束射孔技術適應性分析

后效集束射孔器由常規盲孔槍、特制彈架、一體式后效集束射孔彈(常規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 地層適應性

采油七廠處于大慶油田長垣外圍地帶，儲層厚度薄，砂體規模小，物性差異大，滲透率低，孔隙度小，構造及油水關系復雜，儲層主要以細粒砂巖與粉砂質泥巖沉積為主。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，對采油七廠地層具有較好的適應性。

2.3.2 配裝適應性

后效集束射孔彈適用各類射孔槍進行不同孔密、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 溫度適應性

針對不同區塊的溫度要求，設置了4個溫度梯度的產品類別，見表2。

表2 不同類型的后效體耐溫性能對比

2.3.4 工藝適應性

后效集束射孔對于特殊的高溫井(160℃≦井內溫度≦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性。

2.4 后效集束射孔技術優勢

2.4.1 解除射孔孔道壓實問題

后效體在孔道中通過高能粒子的聚集、碰撞、相互作用最終爆炸爆轟，在射孔的同時對孔道周圍巖層產生極大震顫作用，達到疏松地層孔隙，消除射孔過程中壓實帶的作用，相對于常規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定的特點[5]，保證了其在運輸、儲存、現場作業過程中的高度安全。

后效射孔工藝采用后效體與常規射孔彈進行同軸一體化裝配來完成射孔作業，在射孔彈起爆后將后效體帶入孔道瞬間后效體被激發，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程槍內環空壓（圖3、圖4），從而有效地防止了炸槍、卡井等情況發生。

2.4.3 能量利用率高

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

3 應用前景

后效集束射孔工藝創新了以往的聚能射孔技術，通過后效集束體在地層孔道中的連環爆轟來達到改變孔道形態，增加孔道穿深的目的。后效體在孔道內爆炸進行孔道擴容，能很好地解決以往射孔彈在射孔槍內爆炸、能量損失極大的問題。此外，后效體的特殊材質搭載粉塵爆炸射孔原理真正實現了清潔、無污染的射孔效果，對于采油七廠完井施工建設有較高的適應性，應用前景廣闊。

4 幾點認識

1）射孔作為連通地層流體與井筒之間的橋梁，其工藝選擇的適當與否直接影響到油氣井后續產能效益，對油田生產意義重大。

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

圖3 后效集束射孔環空壓力分布

圖4 傳統增效射孔環空壓力分布

3）該工藝技術能較好地適應采油七廠地質環境，可針對不同地層，不同井型，按要求的孔密、相位角等進行射孔器組裝，具有廣闊的應用前景。

[1]萬仁薄.現代完井工程[M].北京:石油工業出版社,1996.

[2]張強，封德力，張雷雷,等.淺析負壓射孔技術的應用[J].中國石油和化工標準與質量，2013,32(16)：103-104.

[3]劉增，朱建新，莊金勇,等.低孔低滲儲層射孔技術改進及應用[J].油氣井測試，2011，20（4）：63-65.

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

[5]安亞峰，趙娟.集束復合射孔技術延長油田的應用[J].中國石油和化工標準與質量，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理研究。