新型射孔技术的改进和对比试验

冯大龙

（中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海200000）

1 概述

后效射孔技术是对常规射孔技术的改进，旨在解决常规射孔存在的诸多问题，如破除射孔压实带，恢复改善原始地层渗透性；射孔孔道前端裂缝完全释放，造缝性良好，增加油气渗流面积；孔道内做功，能量分布均匀，安全可靠对井筒环境无影响；对孔道内冲刷充分，孔道更加清洁；非爆物品易于运输。

该技术核心理念是云雾爆轰，一次点火，分仓作功。作用原理是，通过电缆或油管传输方式随射孔枪送至射孔层段，起爆后聚能射孔弹炸药首先以微妙级的时间在井筒与地层之间形成射孔孔道，与此同时金属射流产生强大的涡流场引力，将后效体曳入至射孔孔道内，在局部热作用下，后效体微粒被云雾离子化，瞬间释放出具有一定质量的动能波与应力波，推动物质运动，到达孔道末端的应力波与后进入孔道的应力波相互作用碰撞，产生各个方向的作用应力，以微秒量级瞬间作用于孔道内，造成微裂隙，解除孔道周围常规射孔弹造成的污染压实带，同时孔道末端能量释放产生大量微裂缝，从而有效地改善了油气层的渗透性和导流能力，降低油气流阻力，使油气井得到大幅度增产。

2 后效体实验

开展了针对东海油田致密油气田开发的硬地层射孔弹与后效射孔技术的配伍性验证实验，实验分别进行了89 枪型后效硬地层穿靶和127 枪型后效硬地层穿靶测试。

2.1 89 型超强靶射孔器混凝土靶实验

HS36HMX30-1 型硬地层射孔弹装配3.5in 射孔枪、5.5in 套管29ppf、套管钢级N80，射孔枪相位4 相位、孔密5spf、射孔枪在套管中居中放置。实验用超强混凝土靶的直径为79in，混凝土靶样块抗压强度为12000psi，靶龄为111 天，实验前持续零度以下超过45 天。

实验采用1-5 发加装后效体，附1-8 发同样条件不加装后效体，9-16 发不加装后效体（采用海洋油田常规孔密双面固定的较小炸高模式）。

加装后效体的射孔枪上的孔眼有部分呈现长方形，套管上孔眼正常；枪身涨大略大于不加装后效体部分。

实验分析：实验条件下，未发现后效体显著影响穿孔深度和套管孔径，地面整枪模拟实验无法证实后效体的实际效果。

2.2 127 型超强靶射孔器混凝土靶实验

HS46HMX45-1 型硬地层射孔弹装配5in 射孔枪、7in 套管35ppf、套管钢级N80，射孔枪相位4 相位、孔密5spf、射孔枪在套管中居中放置。实验用超强混凝土靶的直径为106.3in，混凝土靶的强度为13050psi，靶龄为111 天，实验前持续零度以下超过45 天。

实验采用1-8 发加装后效体，9-16 发同样条件不加装后效体。

相近实验条件下装枪测试，当时混凝土靶抗压强度8800psi（约61MPa），平均穿孔深度1151mm（45.3in）,本次实验穿孔深度下降17.9%。

实验分析：

实验条件下，后效体直接影响穿孔深度，地面整枪模拟实验无法证实后效体的实际效果。

该射孔弹与后效体匹配敏感，穿孔深度下降19.1%，需要进行后效体结构进行修改和与射孔弹进行匹配实验。

2.3 影响因素分析

本次实验的HS36 和HS46 射孔弹是油田专用射孔器材特别针对致密储层开发的新型射孔弹系列，其金属射流的强度与密度比一般射孔弹的金属射流高出许多，能够稳定形成射流，且射流连续性较好，是穿孔性能够保证的重要因素。

从验证实验结果来看，实验人员分析89 枪型硬地层射孔弹的主射流与后效体之间不存在干扰，后效体的环形装药与主射流形成了比较好涡流加载后效应。然而，127 型后效体与127型硬地层射孔弹的主射流形成段形成了一定的干扰。其干扰原因分为两个可能因素：其一，射孔弹射流汇聚与后效体的位置冲突，造成射流干扰；其二，后效体被提前破碎甚至部分反应，其物质或反应场干扰了主射流的汇聚。

从89 型的穿孔实验来看，如果能够调整好射孔弹射流汇聚与后效体之间的作用位置和时间匹配问题，从此前的配套客观条件来看，127 型后效体与射孔弹配伍性应该还有完善和提升的空间。

2.4 改进措施

根据以上影响因素分析，127 枪型硬地层射孔弹匹配的后效体改进方案应从空间结构和装药体系两个方面进行升级改造较为稳妥。

首先，将在空间结构方面尽量避免后效体与射孔弹射流汇聚区域的重叠。

通过后效体的大通径装药设计和与射孔弹的空间尺度调整来尽量避开射流汇聚与后效体的重合。

其次，从装药体系采取更加复杂的材料成型工艺，使后效体的破碎敏感度及反应钝感性进一步提升。进一步拉开后效体参与射孔弹穿孔的时间间隔。

通过与相关科研单位联合攻关，在不改变后效体能量配比的前提下，大幅度改进原有装药体系的材料成型工艺，通过在特殊光化学环境下的后效体填料的二次悬浮凝聚成型工艺及后续的高频活化处理技术。实现后效体在不影响做功效能的前提下，与射孔金属射流形成时间间隔。

2.5 设计改进测试

改型的后效体采取了新工艺材料，采取新结构设计及优化的空间设计。

通过对三组实验方案设计的有效实施，基本表征了127 型后效体与127 硬地层射孔弹配伍性的影响分析，并展现出来后效体的改进对配伍性影响的减弱甚至消除。

实验显示，改进后的后效体在地面混凝土靶模拟实验过程中，部分设计方案不影响射孔弹的穿孔深度，可以进行模拟油气储层条件下效果实验。

3 模拟围压套压条件的穿孔性能检测

模拟实际射孔条件，进行射孔弹性能测试，能够更加准确地描述射孔效果，验证改型后效体与大庆的硬地层射孔弹、自清洁射孔弹及硬地层自清洁射孔弹的配套实验，实验分三个部分：地面模拟装枪穿钢靶对比实验、模拟装枪混凝土浇筑柱状岩靶对比实验、模拟地层围压条件下穿砂岩靶对比实验。

地面模拟装枪钢靶穿孔深度实验的目的，是模拟装枪炸高、枪体、水层条件下，测试穿孔深度和射孔弹性能的稳定性。

3.1 地面模拟装枪钢靶穿孔深度对比实验

实验表明，在地面模拟装枪条件下，SDPR45HMX39-1 型射孔弹与后效体匹配良好，射孔弹穿孔性能基本不受影响。

3.2 硬地层射孔弹（HS46 型）匹配后效体钢靶对比实验

实验表明，在地面模拟装枪条件下，HS46HMX45-1 型射孔弹与后效体匹配良好，射孔穿孔性能基本未变。

地面模拟装枪穿混凝土靶浇注砂岩靶实验，是常用的一种性能测试和方案优选的实验，可以部分模拟井下射孔效果。

3.3 自清洁射孔弹配后效体穿混凝土浇注柱状砂岩靶

模拟围压条件下，SDPR45HMX39-1 型射孔弹配后效体UDP-F29 模拟装枪后砂岩靶穿孔深度不变、套管孔径增加1.4%。（表1）

3.4 自清洁型硬地层射孔弹穿混凝土浇注柱状砂岩靶

模拟围压条件下，HSR46HMX45-1 型射孔弹配后效体UDP-F29 模拟装枪后砂岩靶穿孔深度降低3%、套管孔径降低3.6%。

模拟围压、套管压力条件下进行射孔弹性能测试，可以最大限度地模拟射孔弹在油气目标层实际射孔效果。（表2）

3.5 模拟围压套压条件穿砂岩靶

模拟围压套压条件穿砂岩靶条件下，HS46HMX45-1 型射孔弹配后效体UDP-F29 模拟装枪后砂岩靶穿孔深度下降42.1%、套管孔径下降23.8%。

表1 SDPR45HMX39-1 型射孔弹配后效体模拟装枪穿砂岩靶实验数据

表2 HSR46HMX45-1 型射孔弹配后效体穿混凝土浇注柱状砂岩靶数据

3.6 自清洁型硬地层射孔弹（HSR46）配后效体对比实验

模拟围压套压条件穿砂岩靶条件下，HSR46HMX45-1 型射孔弹配后效体UDP-F29 模拟装枪后砂岩靶穿孔深度下降34.6%、套管孔径提高18.2%。

4 结论

通过对后效体产品的科研攻关与测试，改进了后效体与大庆油田射孔器材有限公司的射孔弹的配伍，通过验证实验，得出以下初步判断：

地面模拟装枪穿钢靶和穿混凝土浇注砂岩靶射孔弹穿孔性能基本不变，射孔弹与后效体匹配良好；模拟储层条件下穿砂岩靶，加装后效体后，穿孔深度显著下降，孔道直径和孔容下降明显，孔道内留有反应后杵体的残余物，射孔弹与后效体匹配效果较差。