新型复合增效FHDP102射孔器研发及在新疆油田适用性研究

张昌美李航王春雷程豪彭原平周绪国窦益华

（1.西部钻探测井公司，新疆克拉玛依 834000；2.新疆油田开发公司，新疆克拉玛依 834000；3.西安石油大学机械工程学院，陕西西安 710065）

新型复合增效FHDP102射孔器研发及在新疆油田适用性研究

张昌美1李航1王春雷1程豪2彭原平1周绪国1窦益华3

（1.西部钻探测井公司，新疆克拉玛依 834000；2.新疆油田开发公司，新疆克拉玛依 834000；3.西安石油大学机械工程学院，陕西西安 710065）

新疆油田储层条件复杂，给射孔完井带来严峻挑战，也促进了射孔技术的发展，提高了采收率，但存在使用盲目和适用性差的问题。本文论述了国内外复合增效射孔技术的发展现状、适用性和优缺点，据此研发了新型复合增效FHDP102射孔器，其药柱由弹间和固弹筒外套式复合药柱组成，后者有效利用了固弹筒和射孔枪内壁的间隙，增加了装药量，保证复合药柱不受完井液的影响，性能稳定，适当增大射孔孔径代替泄压孔，确保了射孔器整体的密封性能。完成采油井和注水井射孔完井136井次，实践表明，较常规射孔，主力油层采液强度提高1.97%-873.96%，吸水指数提高16.00%-156.40%，产液和产油强度平均值提高108.8%和12.2%，高渗裂缝发育型砂岩油藏中采液和采油强度比常规射孔井分别提高46%、369.7%，增产效果显著，但对于超低渗油气藏，效果不明显。

复合增效射孔器；研发；适用性；研究；新疆油田

新疆油田自上世纪90年代中期开始开发和应用复合增效射孔技术，先后开发和引进了单级内置式、单级外套式和下挂多级式复合增效射孔技术，该技术在新疆油田得到广泛应用[1]，至此，复合增效射孔技术的开发及其适用性研究一直是油田关注的重点，进行了大量的对比分析与研究[2-3]。本文根据新疆油田的井身结构和各油气区的地质物性，同有关厂家合作，研发了适用于新疆油田的无泄压孔FHDP102复合增效射孔器，在实际应用中取得了比较满意的应用效果。

1 复合增效射孔器结构分析及工作原理

1.1 增效射孔复合药柱工作原理

复合药柱（高能药柱）是将发射药或火箭推进剂通过技术手段进行钝化和固化处理而成的一种高能固体药剂。依据射孔工艺特点和要求，将其制成适用于单级内置式、单级外套式（StimGun）和下挂多级式等多种组合形式的高能药柱，同多种型号的常规射孔器进行有机结合，组成不同形式的复合增效射孔器，用于不同地质物性条件下的射孔完井工程[4-6]。

1.2 复合增效射孔作业工艺原理

首先，根据油气井工程技术结合目的层地质物性条件，完成复合增效射孔器选择和射孔方案设计；其次，按照设计方案完成井下作业条件的准备和复合增效射孔系统的组装；再次，采用电缆输送或油管输送方式，将复合增效射孔系统输送到井下射孔目的层定位；然后，完成井口安装和方案设计要求的井下射孔完井液面的调整工作；最后，通过电、机械投棒或井口加压起爆方式，完成射孔。

2 常规复合增效射孔器结构及性能对比分析

常规复合增效射孔器在射孔弹前后都预置了泄压孔，采用密封堵片密封，由于其密封质量很难保证，导致现场作业失败机率很高。一般按复合药柱的安装方式和燃烧级数可将常规复合增效射孔器分为单级内置式、单级外套式和多级下挂式三种类型。

2.1 内置式单级复合增效射孔器

单级内置式复合射孔器结构如图1所示，复合药柱安装在射孔弹之间，这种布弹方式优点是复合药柱不受射孔完井液的影响，保持复合药柱性能的相对稳定。但是，受射孔弹间隙的限制，复合药柱药量的提高困难。

2.2 单级外套式复合增效射孔器（StimGun）

本世纪初，美国多家射孔公司分别开发了StimGun射孔器，该射孔技术主要包括三个部分：一是不同复合药量的筒式药柱与各种射孔器组合而成多种型号的复合增效射孔器，结构如图2所示；二是开发出了模拟设计软件，可根据油气井参数，通过数学模型计算出复合增效射孔器在井下作功时的P-T曲线，并进行产量预测，从而优化选择合适的复合增效射孔器和工艺；三是采用高速井下P-T测试仪测量射孔器在井下作功时的压力变化曲线，以验证数学模型计算的准确性，为模拟设计软件的改进提供依据。模拟设计软件能够进行量化计算[7-8]，使射孔技术进入了数值量化设计的时代。

图1 单级内置式复合射孔器结构图

图2 单级外套式复合射孔器

其优点是增大了复合药柱药量设计空间，保证了其作用机理的的发挥。其缺点，一是受井径的制约，大直径射孔器的使用受到限制；二是在作业过程中，与井壁之间相互磨擦，容易脱落；三是复合药柱置于完井液中，作业井深和有效性受到很大的影响。

Fmax代表了群体当中的最大适应度值，Favg代表了群体当中的平均适应度值。由上式可知，群体最大适应度和平均适应度差值越大，Pc和Pm的值相应会越小，而K1和K2在这个过程代表着自适应调节力度的大小。通过自适应参数算法的引入，在遗传过程根据实际情况及时调整Pm和Pc，遗传算法将具有更好的灵活性，收敛速度提高，并且陷入局部最优解的可能性降低。

2.3 多级复合增效射孔器

多级复合增效射孔器是将内置式复合药柱、二级和三级复合药柱与射孔器集成在一起，在二级和三级复合药柱中添加了支撑剂，二级和三级复合药柱挂接在射孔器的底部，其结构如图3所示。

射孔器逐级连续燃烧，在P-T曲线上反映的高压作用时间可持续70～90毫秒，使裂缝长度得到进一步延伸，药柱中的支撑剂随着高温高压气体一起进入了地层裂缝中，阻止了地层裂缝的闭合，有效地提高了地层的导流能力。但是，由于复合药柱置于射孔完井液中，作业井深、耐温性能和有效性受到很大影响。

图3 多级复合射孔器

3 新型复合增效FHDP102射孔器结构设计

FHDP102新型复合增效射孔器在结构上采用了一种全新的设计方式。复合药柱由弹间复合药柱和固弹筒外套式复合药柱两部分组成，固弹筒外套式复合药柱有效利用了固弹筒和射孔枪内壁之间的间隙，增加了复合药柱的药量，保证复合药柱不受射孔完井液的影响，保证其性能的稳定。具体结构如图4所示。

射孔枪无泄压孔，为了使复合药柱所产生的高能气体瞬间泄入枪外，避免炸枪和涨枪，采用适当增大射孔孔径的措施，同时确保了射孔器整体的密封性能。配套的SDP44RDX38射孔弹经打混凝土靶检测，孔深为720mm，孔径为15.5mm。与同类型射孔弹相比，孔径增加了4.5mm，泄压面积增大了近1倍。通过地面模拟射孔试验检测，射孔枪径向形变不大于4.5mm，射孔枪身和套管无裂缝，达到了行业标准中的相关技术条件。

图4 FHDP102新型复合射孔器内结构图

4 新型复合增效FHDP102射孔器适用性研究

在新疆油田各作业区，使用FHDP102新型复合增效射孔器，完成采油井和注水井射孔完井136井次，常规射孔217井次，对比层231层。按照相同区块和同一地质特征的地层以及不同地层控制因素等地质条件进行分类评价方法，分采油井和注水井与常规射孔应用效果进行了对比分析。

4.1 主力油层实施复合增效射孔前后采液效率和吸水效果对比分析

分别对莫北X区、彩南探井、陆X区、三台探井、火烧山、滴西X区不同油田的不同油层实施复合增效射孔，将其复合增效射孔后的射孔厚度、初期日产液量、初期日产油量及采液强度与常规射孔进行比较，复合增效射孔方式下各采油井采液强度提高幅度1.97%-873.96%，详细数据如表1所示，增产效果显著。

表1 各油田区主力油层组FHDP102射孔与常规射孔采液强度

新型复合增效射孔完井方式用于沙南和西泉X区，与常规射孔的射孔厚度、油压及日吸水量相比较，FHDP102射孔吸水指数较常规射孔提高了16.0-156.4%，注水量明显增加，详见表2。

表2 沙南和西泉X区FHDP102射孔与常规射孔注水效果对比表

表3 陆X井区头屯河组新型复合增效射孔与常规射孔单井生产数据对比表

通过对两种射孔方式下陆X井区头屯河同井组开发井单井生产数据，见表3。对比分析得出：复合增效射孔井比常规射孔井砂层厚度小20.5%的前提下，复合增效射孔井平均单井产液强度提高了108.8%，平均单井产油强度提高了12.2%。

4.2 FHDP102在中高渗裂缝发育型砂岩油藏中的应用

火烧山油田H含油层系位于二叠系平地泉组中下部，孔隙度、有效渗透率分别为28.7%、139.210-3m2，储层中以中、细砂岩含油性最好，其次为粉砂岩。储层内裂缝发育，以高角度（大于80°）直劈缝为主，裂缝的发育与岩性有关[5]。

HX井H1/4层位采用新型复合增效射孔技术完井5井次，投产后自喷效果数据见表4。由表4可知，单井日产液11.4m3/d、日产油11.4t/d，采液强度1.583m3/d·m、采油强度1.583t/d·m，在油层厚度较小的情况下，采液强度、采油强度比常规射孔井分别提高了46%、369.7%。

表4 HX井复合增效射孔试油自喷效果数据表

3-6 HX井区采用不同射孔完井方式投产，其生产状态数据如表5所示，采用常规射孔完井，产液强度最高1.457m3/d·m，最低0.521m3/d·m，产油强度最高0.554t/d·m，最低0.106t/d·m，平均产液、产油强度1.084m3/d·m和0.337t/d·m。采用FHDP102复合增效射孔，其产液和产油强度均为1.583m3/d·m和1.583t/d· m，较常规射孔完井平均值分别提高了46.0%和369.7%。由此表明，FHDP102复合增效射孔穿深较长，射孔后产生的均匀网状裂缝能有效沟通油层与裂缝的渗流通道，增产效果显著。

表5 HX井区采用不同射孔完井方式动态数据对比表

4 结论及建议

FHDP102新型复合增效射孔器，采用增大射孔孔径方式代替泄压孔，避免了射孔枪身强度削弱，确保了复合药柱不受射孔完井液的影响，保证其性能的稳定，提高了射孔器本体的安全性能。将FHDP102新型复合增效射孔器用于新疆油田射孔完井作业，并与常规射孔进行对比分析，得到如下结论：

（1）FHDP102新型复合增效射孔可降低注水压力，降低对地层压力系统的破坏和对井筒注水设施的损害。（2）地层吸水指数提高16.0～156.4%，吸水效果大幅度增加，有效增大了地层的注水辐射面积，提高注水驱替效果。（3）在一般中低渗储层，使用复合增效射孔增加了井筒与地层之间的渗流能力，提高产液强度提高达108.8%，产油强度提高12.2%。（4）裂缝发育型中孔中渗储层采用复合增效射孔后，其采液强度、产油强度分别提高了46.8%和369.7%，说明近井地带裂缝之间的沟通效果显著。

[1]刘玉芝主编.油气井射孔井壁取心技术手册[M].北京：石油工业出版社，2000：15-30.

[2]仁怀丰，屈振国，张维平等.深穿透复合射孔技术在低渗透油田的应用与认识[J].测井技术，2006，30(2)：184-191.

[3]张琪.采油工程原理与设计[M].山东：石油大学出版社，2001：46-52.

[4]李东传，金成福，刘权民等.复合射孔检测技术现状及其发展趋势[J].测井技术，2011，35(2)：164-166.

[5]李东传，金成福，刘权民等.复合射孔检测技术现状及其发展趋势[J].测井技术，2011，35（2）：164-166.

[6]袁结连，杨芳，李军等.复合射孔技术在河南油田低孔低渗油藏中的应用[J].石油天然气学报，2011，33（6）：274-276.

[7]郭廷亮，陈锋，袁吉诚等.Stimgun外套式复合射孔器在塔里木QLOX井的应用[J].测井技术，2005，29(3)：253-255.

[8]邹良志.油气井复合射孔工艺技术分析[J].国外测井技术，2013，193：63-68.

张昌美，男，工程师，西部钻探测井公司副经理，长期从事测井、射孔方面的技术和管理工作。

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1003-5168(2014)04-0102-03