影響油管傳輸射孔成功因素探討

駱士杰

中國石油測井-阿特拉斯合作服務公司 天津 300459

隨著時間的推移，油田的開采變得越來越復雜，這導致井的情況越來越棘手，產量也不斷下降，對射孔質量的要求更高。正確的射孔技術對于油田的開發進程和整個油田的生產能力建設至關重要。在現場進行施工時，射孔的成功率會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 油管傳輸射孔技術分析

渦流管傳輸射孔技術（ETP）需要在傳輸石油的管道中安裝射孔器和點火器，數量需要根據具體情況進行調整。這些設備會被推送到預定的深度，然后可以通過地面注入水壓或使用鋼棒等方式來點燃點火器。再采用導爆索引驅動穿孔彈進行操作，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]。

石油開采井的形態特征包括其深度、間距、直徑，以及鉆探時的相關參數。這些特征不僅與地層性質和穿孔工具模型有關，還受到穿孔技術、完井管道類型等多種因素的影響。孔深是指有效孔道的長度，這個孔道是在射孔彈爆破之后形成的，它穿過了套管和水泥環，也就是說它代表了井下實際穿透深度。孔深長短的關鍵因素在于射孔彈的設計和藥量。采用藥量大、具有很強穿透力的深穿透型射孔彈，有助于實現更深的穿透深度。當油井的孔深增加時，通常會增加其產能比。然而，一旦孔深達到一定值，油井的產能比增長速度就會逐漸變緩。

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量。孔隙密度通常用“孔/米”來表示，在每米長度區間內鉆取的穿透孔的數量即為穿透密度。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。 即使孔徑的大小會對產能產生一定影響，但研究表明隨著孔徑的增大，產能比并未顯著提高。而目前孔徑的變化范圍也較小。因此，在進行射孔作業時，一般會優先考慮孔深的影響，并選擇更大的孔深。在平面投影中，相鄰兩個缺口之間形成的角度差被稱為“切割相位”。市場上有三種主要的切割方案：螺旋式、交錯式和平面式。切割相位的大小受許多因素的影響，例如產出率和地層異向性等[2]。

2 影響射孔成功的因素

從各大油田統計的失敗射孔作業現狀可以發現，射孔器材、人為因素、情況和環境等集中環境是影響油管傳輸射孔成敗的主要原因。從數據統計結果發現，射孔器材導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的實際現狀。影響射孔成功率的因素主要表現在以下幾個方面：

2.1 器材質量問題

器材本身存在隱患是導致射孔作業失敗的一個主要原因，其中器材隱患問題主要涉及到了起爆起、射孔槍、射孔彈、開孔裝置等相關設備的質量問題。

2.1.1 射孔槍因素

射孔槍在整個作業過程中與井液直接接觸，一旦射孔槍存在質量隱患或者其本身制造質量不合格，那么在完成射孔作業的過程中很容易產生炸槍現象，在此情況下最后一根槍在作業時容易出現落井現象，或者射孔槍槍身與接頭密封位置容易產生泄漏問題，從而導致密封不嚴實，或者是在下井作業過程中容易出現內部滲水等問題，在此情況下就會導致射孔作業失敗現象[3]。

① 射孔彈等火工品因受環境壓力和串爆瞬間的內壓過大影響，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標準不符，導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備存在不符合標準或遺漏的情況。

射孔槍在使用時需要直接浸泡在井液中，以承受井筒內的液壓和射孔彈爆炸產生的壓力。但是如果密封不當，在下井后可能會發生漏水問題，導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，如果射孔槍的品質未達標，還有可能發生啞彈或者炸毀導致槍體掉進井中等各種意外事故。導致此現象的主要原因是槍身泄壓孔承受的壓力低于正常標準。經過井口施加高壓后，高壓引爆系統正常作用，導致射孔彈迅速穿透并釋放出極大壓力，進而導致泄壓孔被迫打開，該情況在分級爆破中表現為第一級射孔正常，但第二級槍身卻因進水而失效。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

射孔器內部的爆炸機制是一個高度復雜的系統，它需要多個元件協作才能完成。其中，引爆裝置發揮著至關重要的作用，因為它是傳遞爆炸能量的最初部分。一般來說，引爆裝置包括撞擊針、點火火藥、電火花以及延伸燃燒柱等，并通過復雜的程序保證它們能夠順利協同工作。

① 火帽點燃的動力不是來自靜態壓力，而是撞擊能量，有時當拆卸管系時，可能會發現撞針已經深深地穿入了火帽，但仍未引發點火反應。引爆炸藥需要的能量可能無法達到，原因可能有多種。撞針在首次刺入火帽時可能釋放的能量不足，這是其中的一個可能原因，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，對于引爆設備的輸出具有至關重要的作用。該裝置由兩種核心成分組成：能夠引發猛烈爆炸的化合物和引爆藥。制造雷管時必須遵循嚴格的操作工藝和規定，但即使如此，仍然存在可能出現藥量不足或壓力不足等問題的風險。

2.1.3 傳爆管因素

傳輸爆炸能量的元器件有兩個部分，即傳爆管殼和傳爆管裝藥。這些元器件有三個主要功能：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爆索；第二，下槍傳爆管可以接收上槍傳爆管的輸出，并以穩定的爆轟速度傳遞給導爆索；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 有時候，當底部發生爆炸時卻未被引爆，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致。如果在多個不同型號的槍械中經常出現類似的半爆炸現象，那么很可能與傳爆管的設計結構存在關聯。

② 因為導爆索密度不足，所以沒有引發導爆索的爆炸，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 導爆索因素

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

2.2 井況和環境因素

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變得至關重要。實際上，在射孔彈以及雷管等中所使用的炸藥性能，會逐漸受到井筒內溫度變化的影響。如果不能及時更換耐高溫的炸藥，一旦井下溫度超過炸藥的極限，就可能引發自燃或是拒爆等嚴重的射孔事故。為了確保安全，必須在24小時內點火井孔，井下環境的高溫和高壓會讓一般的橡膠密封件失去彈性和強度，導致密封能力變差或完全失效。因此，在進行密封時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 火工品的運輸、貯存和使用環節的因素

潮濕的環境會對火工品的穩定性造成不利影響。相關研究表明，如果在火工品的運輸和儲存過程中采用適當的防潮措施，并維持合適的儲存條件（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境中操作聯裝炮是不可取的。這樣做可能會導致傳輸管或導爆索發生半爆或者熄爆，同時還會增加射孔彈拒爆的風險。

2.3 人為因素

在建設過程中，人為因素指的是工作人員對質量控制和責任心的影響。鑒于每個人都可能會犯錯，為了確保關鍵崗位和數據的準確性，應增加核實步驟并全面檢查施工的重點。同時，要求班組長明確匯報問題。

3 影響射孔成功的作業環境因素及對策

3.1 作業環境的影響及改善

3.1.1 環境影響

井下溫度過高的情況下應該盡可能選擇耐溫性更好的炸藥。在實際作業過程中。射孔彈、導爆索、傳爆管和雷管中的中藥性能會隨著井筒溫度的變化而產生相應變化。根據國內的相關數據統計發現，隨著井下溫度的不斷上升，其一旦超過炸藥的耐溫指標極限非常容易引發自燃或拒爆等作業事故。

高溫作業環境下炸藥的熱分解速度也會繼續增加，并由此會產生體積膨脹。裝藥體積不斷膨脹的情況下會對壓藥形罩產生極大的擠壓作用，在此情況下裝藥結構也會相應產生變化，從而使得裝藥密度、爆炸壓力、爆炸速度都會相應受到影響，從而嚴重影響射孔彈的穿透深度，作為典型的案例是，在180℃的環境下，奧克托金裝藥會出現轉晶變化現象。一旦溫度超過耐溫極限的情況下射孔但必然會產生自爆。

3.1.2 改善對策

射孔槍的彈夾固彈方式、退刀槽處理以及傳爆結構會受到井下高溫環境的極大影響。在高溫環境下普通橡膠密封裝置很快會出現失效現象，從而嚴重影響密封效果。因此在面對高溫環境時應該盡可能使用氟橡膠耐高溫密封件，同時結合高溫密封池，這樣才能有效改善高溫環境對射孔作業的影響。

在作業過程中射孔槍能否順利下入目的層與作業人員是否通井和刮削之間存在直接影響。因此新鉆開發井或者是探井等在作業之前必須使用光油管或帶工作筒來進行通井作業。而針對重復進行試油作業的探井或老井補孔等作業井，必須使用標準通徑來進行通井作業，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該是在作業之前開展沖砂處理；針對稠油井或者是存在嚴重結蠟現象的井。必須使用標準通徑的刮蠟工具進行作業，且其下入深度要處于射孔層以下30米。與此同時，如果在作業之前不洗井很可能會導致投棒能量不足現象，或者是在進行打壓作業的過程中井液中的雜物會導致孔道被堵塞，從而使得無法實現壓力的順暢傳遞。因此針對老井、嚴重結蠟井、稠油井等在完成沖砂或刮蠟作業之后，必須進行熱水洗井作業，只有通過與井筒容積一倍以上的熱洗作業之后才能保障井筒通暢。

3.2 作業器材影響的對策

（1）射孔槍是整個射孔作業過程中一種重要的火工品載體，其不僅需要承受環境壓力，而且在射孔帶轟爆的瞬間也需要承受巨大內壓。為了充分保障射孔槍能夠在射孔作業之前具備能扛高壓，射孔后不出現裂縫、不膨脹等要求，必須要使用特制的材料并進行熱處理，同時保障槍體壁厚達標，這樣才能滿足屈服強度的設計要求。另外還需要合理設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射孔彈發射時的高壓和沖擊波，才能保障其在作業過程中不出現塑形變形的問題。

（2）射孔彈和導爆鎖都是放在彈架之上，因此在整個結構中彈架發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爆鎖之間保持良好接觸，這樣才能進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標，這樣才能進一步提升其強度，才能避免在運輸和下鉆過程中因強度不足而導致彎曲，才能有效保障射孔作業的正常進行。

3.3 人為因素對策

在射孔作業過程中，作為現場操作人員的責任心和質量意識會直接影響作業成敗。因此在開展聯炮作業之前首先需要對火工品的外包裝是否完好、是否存在受潮現象等進行結核檢查，只有保障產品合格方可投入使用。同時嚴格按照裝炮作業的相關標準規定來針對連炮作業過程中的各個環節進行嚴格檢查，這主要是因為每一個的作業質量都會對最終能否成功射孔產生直接影響。作業隊在進行井下作業的過程中一旦出現下鉆不平穩、鈍鉆、轉速過快等問題的情況下，都可能會對射孔的順利進行產生直接影響。這主要是因為鈍鉆或探底等現象的出現會導致槍串受到巨大沖擊，這樣不僅會導致彈架受到巨大壓縮作用，而且其傳播距離也會進一步增加，從而容易產生傳播中斷現象；與此同時國內射孔作業過程中使起泡器通常采取的是靜壓剪削設計模式，一旦受到巨大沖擊的作用很容易出現中途起爆，從而導致作業失敗。因此在下關作業過程中作業人員需要對管串上的沖擊作用進行嚴格控制。

4 結束語

總而言之，在射孔作業過程中還有很多因素會影響作業成敗，因此，這也是當前專業領域的各技術人員需要深入探討的一個重大課題。在本文中并未全面列舉出影響射孔作業成敗的各類要素，希望能夠在后續的研究中不斷進行完善，以此來為我國石油工業的快速發展作出應有貢獻。