新型射孔技術的改進和對比試驗

馮大龍

（中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海200000）

1 概述

后效射孔技術是對常規射孔技術的改進，旨在解決常規射孔存在的諸多問題，如破除射孔壓實帶，恢復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；孔道內做功，能量分布均勻，安全可靠對井筒環境無影響；對孔道內沖刷充分，孔道更加清潔；非爆物品易于運輸。

該技術核心理念是云霧爆轟，一次點火，分倉作功。作用原理是，通過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的時間在井筒與地層之間形成射孔孔道，與此同時金屬射流產生強大的渦流場引力，將后效體曳入至射孔孔道內，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量的動能波與應力波，推動物質運動，到達孔道末端的應力波與后進入孔道的應力波相互作用碰撞，產生各個方向的作用應力，以微秒量級瞬間作用于孔道內，造成微裂隙，解除孔道周圍常規射孔彈造成的污染壓實帶，同時孔道末端能量釋放產生大量微裂縫，從而有效地改善了油氣層的滲透性和導流能力，降低油氣流阻力，使油氣井得到大幅度增產。

2 后效體實驗

開展了針對東海油田致密油氣田開發的硬地層射孔彈與后效射孔技術的配伍性驗證實驗，實驗分別進行了89 槍型后效硬地層穿靶和127 槍型后效硬地層穿靶測試。

2.1 89 型超強靶射孔器混凝土靶實驗

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N80，射孔槍相位4 相位、孔密5spf、射孔槍在套管中居中放置。實驗用超強混凝土靶的直徑為79in，混凝土靶樣塊抗壓強度為12000psi，靶齡為111 天，實驗前持續零度以下超過45 天。

實驗采用1-5 發加裝后效體，附1-8 發同樣條件不加裝后效體，9-16 發不加裝后效體（采用海洋油田常規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長方形，套管上孔眼正常；槍身漲大略大于不加裝后效體部分。

實驗分析：實驗條件下，未發現后效體顯著影響穿孔深度和套管孔徑，地面整槍模擬實驗無法證實后效體的實際效果。

2.2 127 型超強靶射孔器混凝土靶實驗

HS46HMX45-1 型硬地層射孔彈裝配5in 射孔槍、7in 套管35ppf、套管鋼級N80，射孔槍相位4 相位、孔密5spf、射孔槍在套管中居中放置。實驗用超強混凝土靶的直徑為106.3in，混凝土靶的強度為13050psi，靶齡為111 天，實驗前持續零度以下超過45 天。

實驗采用1-8 發加裝后效體，9-16 發同樣條件不加裝后效體。

相近實驗條件下裝槍測試，當時混凝土靶抗壓強度8800psi（約61MPa），平均穿孔深度1151mm（45.3in）,本次實驗穿孔深度下降17.9%。

實驗分析：

實驗條件下，后效體直接影響穿孔深度，地面整槍模擬實驗無法證實后效體的實際效果。

該射孔彈與后效體匹配敏感，穿孔深度下降19.1%，需要進行后效體結構進行修改和與射孔彈進行匹配實驗。

2.3 影響因素分析

本次實驗的HS36 和HS46 射孔彈是油田專用射孔器材特別針對致密儲層開發的新型射孔彈系列，其金屬射流的強度與密度比一般射孔彈的金屬射流高出許多，能夠穩定形成射流，且射流連續性較好，是穿孔性能夠保證的重要因素。

從驗證實驗結果來看，實驗人員分析89 槍型硬地層射孔彈的主射流與后效體之間不存在干擾，后效體的環形裝藥與主射流形成了比較好渦流加載后效應。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，其物質或反應場干擾了主射流的匯聚。

從89 型的穿孔實驗來看，如果能夠調整好射孔彈射流匯聚與后效體之間的作用位置和時間匹配問題，從此前的配套客觀條件來看，127 型后效體與射孔彈配伍性應該還有完善和提升的空間。

2.4 改進措施

根據以上影響因素分析，127 槍型硬地層射孔彈匹配的后效體改進方案應從空間結構和裝藥體系兩個方面進行升級改造較為穩妥。

首先，將在空間結構方面盡量避免后效體與射孔彈射流匯聚區域的重疊。

通過后效體的大通徑裝藥設計和與射孔彈的空間尺度調整來盡量避開射流匯聚與后效體的重合。

其次，從裝藥體系采取更加復雜的材料成型工藝，使后效體的破碎敏感度及反應鈍感性進一步提升。進一步拉開后效體參與射孔彈穿孔的時間間隔。

通過與相關科研單位聯合攻關，在不改變后效體能量配比的前提下，大幅度改進原有裝藥體系的材料成型工藝，通過在特殊光化學環境下的后效體填料的二次懸浮凝聚成型工藝及后續的高頻活化處理技術。實現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間間隔。

2.5 設計改進測試

改型的后效體采取了新工藝材料，采取新結構設計及優化的空間設計。

通過對三組實驗方案設計的有效實施，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，并展現出來后效體的改進對配伍性影響的減弱甚至消除。

實驗顯示，改進后的后效體在地面混凝土靶模擬實驗過程中，部分設計方案不影響射孔彈的穿孔深度，可以進行模擬油氣儲層條件下效果實驗。

3 模擬圍壓套壓條件的穿孔性能檢測

模擬實際射孔條件，進行射孔彈性能測試，能夠更加準確地描述射孔效果，驗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驗，實驗分三個部分：地面模擬裝槍穿鋼靶對比實驗、模擬裝槍混凝土澆筑柱狀巖靶對比實驗、模擬地層圍壓條件下穿砂巖靶對比實驗。

地面模擬裝槍鋼靶穿孔深度實驗的目的，是模擬裝槍炸高、槍體、水層條件下，測試穿孔深度和射孔彈性能的穩定性。

3.1 地面模擬裝槍鋼靶穿孔深度對比實驗

實驗表明，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）匹配后效體鋼靶對比實驗

實驗表明，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驗，是常用的一種性能測試和方案優選的實驗，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、套管壓力條件下進行射孔彈性能測試，可以最大限度地模擬射孔彈在油氣目標層實際射孔效果。（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驗數據

表2 HSR46HMX45-1 型射孔彈配后效體穿混凝土澆注柱狀砂巖靶數據

3.6 自清潔型硬地層射孔彈（HSR46）配后效體對比實驗

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 結論

通過對后效體產品的科研攻關與測試，改進了后效體與大慶油田射孔器材有限公司的射孔彈的配伍，通過驗證實驗，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，孔道內留有反應后杵體的殘余物，射孔彈與后效體匹配效果較差。