后效集束射孔技术的探讨

文良凡

中国石油技术开发公司钻探装备部（北京100083）

后效集束射孔技术的探讨

文良凡

中国石油技术开发公司钻探装备部（北京100083）

新井投产过程中，低孔隙度、低渗透率油藏对射孔工艺要求较高。目前常用射孔技术普遍存在射孔压实带污染地层、射孔弹能效利用率不高等问题。如何有效解决这些问题成为射孔工艺创新攻关难点。采用后效集束射孔技术，通过优化射孔工艺，利用初次高速射流引起的涡流场引力将后效体高能粒子拽入到孔道，在粉尘效应作用下产生局部灼热爆燃，继而迅速完成整个孔道爆轰爆炸，达到提高射孔穿深，扩容射孔孔道，实现油水井增产增注的目的。结果表明，后效集束射孔技术在增加射孔穿深的同时解除射孔压实带污染问题，有效改善射孔完井效果。

后效集束射孔技术；压实带；后效体；粉尘效应

新井投产过程中，射孔完井是最常用的完井方式，是连通储层与井筒通道的关键环节[1]。射孔质量的好坏直接影响油气井产能及后续改造措施效果。目前大庆油田第七采油厂（以下简称采油七厂）普遍应用高能复合射孔技术结合负压射孔工艺来实现油水井增产增注的目的,因射孔技术的局限性及储层性质的影响,射孔压实带依然未能有效清理，射孔穿深还有待进一步提高。如何创新射孔工艺技术，改善射孔完井效果，实现清洁、高效、无污染射孔，对进一步提升油气开采效率，实现油水井增产增注意义重大。

1 目前射孔完井存在的问题

1.1 射孔压实带污染地层

射孔弹产生高速射流作用于地层时，碎裂岩屑及射孔弹岩浆屑残留物极易堵塞地层，形成射孔压实带，影响后续油气开采。

目前常用的负压射孔工艺可在射孔枪起爆前捞出500m井液深度，使地层与井筒液体形成负向压差，射孔后，油流在压差作用下冲入井筒来达到冲洗射孔孔道的目的[2]。然而实际研究表明，射孔孔眼的清洁程度取决于射孔瞬间孔眼产生的压力波动，并不是初始的静压差，单纯的静态负压射孔在射孔的瞬间仍是一个正压过程，无法达到有效清洁射孔孔道，解除射孔压实带污染的效果。

1.2 常规射孔弹爆炸能量损失严重

射孔弹引爆后，产生的高速金属射流首先穿透射孔枪、套管、水泥环，剩余能量才能参与到地层造缝的过程，形成油气渗流通道[3]。整个射孔过程中，高速金属射流在射穿射孔枪、套管、水泥环已损失一部分能量，导致能有效利用的能量大大减少。

2 后效集束射孔技术

2.1 后效集束射孔技术思路

后效射孔技术应用分仓爆炸技术思路，即把2个能量释放点分仓进行处理，分别作用于不同目标靶向。第1靶向是射孔弹的能量释放点，在射开孔道的同时，高速射流引起的涡流场引力将后效装药的高能粒子拽入到孔道内[4]。第2靶向是将这些被云雾化的高能粒子在孔道内聚集、碰撞、相互作用，引起局部灼热点火，迅速完成了从爆燃到螺旋爆轰的转型，达到射穿地层，扩容孔道的目的。

从表1的混凝土靶试验数据及图1试验效果对比图可看出，后效集束射孔作用于地层除增加了孔道穿深，增大了孔道半径以外，对孔道周围岩层也起到了一定震颤作用，能量利用率高，波及区域大。

表1 后效集束射孔与常规射孔混凝土靶试验数据对比

图1 后效集束射孔与常规射孔混凝土靶试验效果对比

2.2 后效集束射孔工艺原理

后效集束射孔主要应用粉尘爆炸原理：悬浮的可燃粉尘遇到热源（明火或温度）时，火焰瞬间传播于整个混合粉尘空间，化学反应速度极快，同时释放大量的热，形成很高的温度和很大的压力，系统的能量转化为机械功以及光和热的辐射，具有极强的破坏力。

后效体是一种具有粉尘爆炸特性的聚合物。当后效体聚合物被带入孔道后，经过聚集、碰撞、相互作用，局部灼热爆燃，继而迅速完成整个孔道爆轰过程，打开地层孔道。其爆炸分为3个阶段：能量输送阶段（物理过程），能量转化阶段（化学过程）及能量释放阶段（物理过程）；后效集束射孔的孔道形成主要发生在能量释放阶段。

2.3 后效集束射孔技术适应性分析

后效集束射孔器由常规盲孔枪、特制弹架、一体式后效集束射孔弹(常规射孔弹加装特制的后效体)组合而成，如图2所示。

图2 后效集束射孔器

2.3.1 地层适应性

采油七厂处于大庆油田长垣外围地带，储层厚度薄，砂体规模小，物性差异大，渗透率低，孔隙度小，构造及油水关系复杂，储层主要以细粒砂岩与粉砂质泥岩沉积为主。后效集束射孔工艺以其特殊的爆炸原理能提高致密地层射孔穿深,改善射孔孔眼清洁程度，对采油七厂地层具有较好的适应性。

2.3.2 配装适应性

后效集束射孔弹适用各类射孔枪进行不同孔密、相位角的配装：

配装的射孔枪型:73#，89#，102#，108#，114#, 127#,140#,178#…；

配装的射孔孔密类型：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(42⅟″)，139.7mm(52⅟″)，177.8mm（7″），244.47mm(9″)。

2.3.3 温度适应性

针对不同区块的温度要求，设置了4个温度梯度的产品类别，见表2。

表2 不同类型的后效体耐温性能对比

2.3.4 工艺适应性

后效集束射孔对于特殊的高温井(160℃≦井内温度≦280℃)，水平井，小套管井，高孔密井，酸化、压裂、解堵、防砂井均有很好的适应性。

2.4 后效集束射孔技术优势

2.4.1 解除射孔孔道压实问题

后效体在孔道中通过高能粒子的聚集、碰撞、相互作用最终爆炸爆轰，在射孔的同时对孔道周围岩层产生极大震颤作用，达到疏松地层孔隙，消除射孔过程中压实带的作用，相对于常规射孔工艺可更好地清洁射孔孔道。

2.4.2 安全

后效体为特制的不含爆炸基源的聚合物，在高温下具有物化性能稳定的特点[5]，保证了其在运输、储存、现场作业过程中的高度安全。

后效射孔工艺采用后效体与常规射孔弹进行同轴一体化装配来完成射孔作业，在射孔弹起爆后将后效体带入孔道瞬间后效体被激发，且其能量加载在主射流上迅速作用于地层空间，维系或降低了射孔全过程枪内环空压（图3、图4），从而有效地防止了炸枪、卡井等情况发生。

2.4.3 能量利用率高

射孔时，射孔弹先打开地层孔道，随后后效体被拽入并引爆，整个爆炸过程在射孔孔道内完成，所有爆炸能量均作用于地层孔道，能量利用率高。

3 应用前景

后效集束射孔工艺创新了以往的聚能射孔技术，通过后效集束体在地层孔道中的连环爆轰来达到改变孔道形态，增加孔道穿深的目的。后效体在孔道内爆炸进行孔道扩容，能很好地解决以往射孔弹在射孔枪内爆炸、能量损失极大的问题。此外，后效体的特殊材质搭载粉尘爆炸射孔原理真正实现了清洁、无污染的射孔效果，对于采油七厂完井施工建设有较高的适应性，应用前景广阔。

4 几点认识

1）射孔作为连通地层流体与井筒之间的桥梁，其工艺选择的适当与否直接影响到油气井后续产能效益，对油田生产意义重大。

2）后效集束射孔技术率先将粉尘爆炸原理应用到射孔工艺中，在增加射孔穿深的同时解除射孔压实带污染问题，有效改善射孔完井效果。

图3 后效集束射孔环空压力分布

图4 传统增效射孔环空压力分布

3）该工艺技术能较好地适应采油七厂地质环境，可针对不同地层，不同井型，按要求的孔密、相位角等进行射孔器组装，具有广阔的应用前景。

[1]万仁薄.现代完井工程[M].北京:石油工业出版社,1996.

[2]张强，封德力，张雷雷,等.浅析负压射孔技术的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2013,32(16)：103-104.

[3]刘增，朱建新，庄金勇,等.低孔低渗储层射孔技术改进及应用[J].油气井测试，2011，20（4）：63-65.

[4]毕胜宇，柳贡慧,周昌鸿，等.集束射孔技术在低孔渗油气层开发中的应用[J].新疆石油地质，2011，32（4)：426-428.

[5]安亚峰，赵娟.集束复合射孔技术延长油田的应用[J].中国石油和化工标准与质量，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，主要从事油气井套管损坏机理研究。