下挂式复合射孔技术及其在吐哈油田的应用.pdf

第2 7 卷第2 期 2 0 1 0 年6 月 爆破 B L A S T D O G V 0 1 ．2 7N o ．2 J u n ．2 0 1 0 D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 0 ．0 2 ．0 2 1 下挂式复合射孔技术及其在吐哈油田的应用木 霍爱曾1 ，安恩向2 1 ．中国石油集团测井有限公司吐哈事业部，鄯善8 3 8 2 0 2 ；2 ．甘肃兰金民用爆炸高新技术公司，兰州7 3 0 0 0 0 摘要为解决目前的复合射孔技术存在的安全问题、射孔效果、压裂效果问题，研究开发了下挂式复合射 孔技术。现场采用不同规格、不同燃速、不同点火面积的多级气体压力发生器组合装药，经试验证明，该技术 安全可靠，能有效地提高油气井的产能。 关键词复合射孔；爆炸；燃烧 中图分类号T D 2 3 5 ．1文献标识码A文章编号1 0 0 1 - 4 8 7 X 2 0 1 0 0 2 - 0 0 7 7 一0 4 S u s p e n d e dC o m b i n e dP e r f o r a t i o nT e c h n o l o g ya n d i t sA p p l i c a t i o ni nT u h aO i lF i e l d H U OA i 嵋e n 9 1 ，A NE n - x i a n 9 2 1 ．T u h aB u s i n e s sD i v i s i o n ，C N P CL o g g i n g ，S h a n s h a n8 3 8 2 0 2 ，C h i n a ； 2 ．G a n s uL a n j i nC i v i lB l a s t i n gH i g h t e c hC o m p a n y ，L a n z h o u7 3 0 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t F o rs o l v i n gt h es a f e t y ，p e r f o r a t i o ne f f e c ta n df r a c t u r i n ge f f e c te x i s t e di nc o m b i n e dp e r f o r a t i o nt e c h n o l o - g Y ，t h es u s p e n d e dc o m b i n e dp e r f o r a t i o nw a sr e s e a c h e da n dd e v e l o p e d ．T h em u l t i s t a g eg a sp r e s s u r eg e n e r a t o rw i t h d i f f e r e n ts p e c i f i c a t i o n s ，d i f f e r e n tb u r n i n gr a t e ，d i f f e r e n ti g n i t i o na r e aW a Sc h a r g e do ns i t e ．t h r o u g ht h ef i e l dt e s t ，t h i s t e c h n o l o g yi ss a f ea n dr e l i a b l e ，a n da b l et oe f f e c t i v e l yi m p r o v et h ep r o d u c t i o nc a p a c i t yi no i la n dg a sw e l l s ． K e yw o r d s c o m b i n e dp e r f o r a t i o n ；e x p l o s i o n ；c o m b u s t i o n 1 复合射孑L 技术现状 近几年，复合射孑L 技术的发展速度很快，目前已 在部分油田推广使用的主要有一体式、分体式、枪身 外套式。根据用户的反馈信息和在现场应用中发 现引，不同程度的都存在一些不足 ①安全问题一体式是将固体推进剂与射孔弹 一体化装入射孔枪内，炸药、火药混装，存在炸枪事 故隐患，同时由于装药量受到枪体内腔的限制，会影 响压裂效果； ②压裂效果问题分体式采用单一的固体推进 收稿日期2 0 0 9 一l l - 3 0 作者简介霍爱曾 1 9 6 8 一 ，男，甘肃天水，助理工程师。主要从事油 气井射孑L 技术管理工作，E m a i l b h h 5 2 0 1 6 3 ．c o r n 。 基金项目甘肃省省属科研院所科技创新团队资助 0 9 8 T C A 0 0 4 剂，气体压力向上运动进入射孔通道时被衰减，峰值 压力低，不利于裂缝的起裂，压裂效果不明显； ③射孔效果问题外套式是将压裂药套在射孔 枪外部，由射流引发压裂药，易形成低速爆轰，破坏 射流的完整性，影响射孑L 效果。 2 下挂式复合射孔技术原理 下挂式复合射孑L 技术，是在射孔枪枪尾以下悬 挂气体压力发生器，通过油管 或电缆 平稳地将复 合射孔器输送到射孔目的层，校深、调深无误后投棒 或通电 起爆射孑L 弹，进行射孔作业，同时通过爆 燃转换装置，将爆炸完全转为燃烧，产生高温高压气 体，高压气流通过射孑L f L 眼压开地层，在近井地带形 成多条径向裂缝，高温高压气体通过射孔孑L 眼不断 向地层推进，延长射孔裂缝和径向裂缝，同时高温高 万方数据 7 8爆破 2 0 1 0 年6 月 压气体推动压井液，形成负压吞吐作用，清除近井地 带的污染，解除射孔压实带，改善油层的渗透和导通 能力，有效地提高油气井的产能。 3 爆燃转换装置设计、装药设计 射孔作业是油田成熟的完井工艺，压裂作业是 由气体压力发生器来完成的。将射孔、压裂2 种工 艺很好的合二为一，起桥梁作用的就是爆燃转换装 置，其结构示意图如图1 所示。 图1 爆燃转换配置结构示意图 爆燃转换装置的输入端是射孔枪枪尾，必须考 虑能与各类枪型的配套连接，这一环节采用射孔枪 接头、转换接头实现，将爆转燃装置设计为爆轰区 域、燃烧区域，中间加一隔板，使射孔元件与压裂元 件完全隔离，避免射孔、压裂信号相互干扰，杜绝了 炸枪事故隐患，而且防止爆轰波破坏气体压力发生 器的结构，影响压裂效果。经过耐温、耐压检测、地 面模拟试验 见表1 及现场应用证明，研制的爆炸 转燃烧装置在高温1 2 0 ℃／4 8h 、高压6 0M P a 环境中 不渗不漏，性能稳定，安全可靠，能和各种型号的射 孔枪配套连接、能完全满足射孔、压裂技术的工艺 要求。 ’ 表1 爆炸转燃烧装置性能表 爆转燃装置如何将输入的爆轰信号转换成燃烧 区域发火药的稳定燃烧，是研究的技术关键。工艺 要求，燃烧的发火药要可靠地点燃传火药，由传火药 引燃气体压力发生器的高能源药柱。通常用作发火 药的有单质起爆药和混合击发药。根据我们的多次 试验，单质起爆药用作发火药时，由于其猛度过高， 发火后会破坏爆燃转换装置及气体压力发生器的结 构；而常用的一些混合击发药，不能满足压裂工艺的 耐温要求。通过对比，选用甘化院的专利产品8 4 0 1 与可燃剂按一定比例混合作为发火药，通过装药密 度及装药量的研究，确定了装药结构【4 】。经过检测 及试验，发火药具有耐温性能好 1 2 0 ℃／4 8h ，感 度高、猛度低，发火可靠，燃烧稳定，不破坏爆燃转换 装置与气体压力发生器的结构，并且对静电不敏感， 操作安全等特点，适合作爆燃转换装置的发火药。 4 气体压力发生器的组合装药量设计 由下挂式复合射孑L 技术的作用机理可知，气体 压力发生器产生的高温高压气体是压开地层产生裂 缝的能量来源。根据力的作用效果分析，气体的升 压速度快，且气体压力的作用时间长，对裂缝的生成 有利。高温高压气体产生的峰值压力决定了改造效 果，为了不损伤套管、枪体和井壁，装药量设计尤为 关键。 根据理论计算和经验得出其装药量∞经验计 算公式‘5 1 ∞ 一0 ．0 3 h 0 ．6 7 T 0 ．6 5 P 。。 式中，∞为火药药量，k g ；h 为目的层深度，m ；T 为目 的层温度，℃；P 。，为峰值压力，尸一 P 破 5 1 0 ，M P a ；尸砬为目的层破裂压裂，M P a 。 作用于孔眼的压力越大，高能源药的燃气压裂 地层的作用时间越长，对裂缝的生成和孔眼长度越 有利。常规射孔后，聚能射孔弹射孔后产生射孔通 道，同时在近井地带形成射孔压实带。压实带是射 孔损伤最严重的组成部分，压实带内的平均孔隙度 下降1 3 ．0 6 ％一2 1 ．7 ％，平均渗透率下降幅度更大， 下降7 1 ．9 8 ％一7 8 ．1 0 ％，会严重影响油井产能，而 射孔后能量药柱被点燃，高温高压气体所产生的吞 吐作用可解除射孔压实带的污染，增加孔隙度，提高 渗透率，恢复油井产能。 根据以上技术路线，在现场应用中，该技术每口 井采用不同规格的气体发生器，首发药柱 内装I 型快燃速的传火药 设计为初始点火面积大∞】、燃 速快、肉厚小、比容大的G N A 发生器，使井筒内的峰 值压力急剧上升，提供较高的峰值压力，最大限度地 为地层破裂提供足够的能量，促使岩石破碎，在近井 地带形成径向多条裂缝；次发药柱 内装Ⅱ型慢燃 速的传火药 设计为初始点火面积较小、低燃速、内 厚大的G N E 发生器，延长燃烧时间，使高温高压气 体通过射孔孔眼不断向地层推进，延长射孔裂缝和 径向裂缝，使裂缝尽可能地与天然裂缝沟通，给油气 层与井筒提供通道，同时，高压气体推动压档液柱上 窜，相对于地层在井筒内形成一个很大的负压区，吞 万方数据 第2 7 卷第2 期霍爱曾，安恩向下挂式复合射孔技术及其在吐哈油田的应用 7 9 吐出近井地带的污染、堵塞，解除射孔压实带‘4 1 ，达 到恢复油井产能的目的。 5 现场应用 2 0 0 5 年至2 0 0 8 年底，下挂式复合射孔技术在 吐哈油田已成功应用2 0 0 余口井，均采用油管输送 方式射孑L ，其枪串连接示意图如图2 所示，作业一次 成功率1 0 0 ％。经统计分析，具有以下效果 1 极大提高了施工安全性，避免炸枪等井筒事 故的发生。 图2 下挂式复合射孔枪串连接示意图 吐哈油田在上世纪9 0 年代末引进了一体式复 合射孔，其高能复合固体推进剂装载在射孑L 枪内，炸 药、火药混装，产生的高温高压气体通过枪体上射孔 孔眼和特制泄压孔向井筒释放，极易发生炸枪事故； 另一方面，一体式复合射孔无泄压孔堵片回收装置， 掉入井筒内的堵片极易造成射孔管柱遇卡。在已施 工的3 0 0 口井中，因为装药量设计不合理而导致炸 枪事故有4 口井，射孔后射孔管柱被卡有3 口井。 而采用下挂式复合射孔施工的2 0 0 余口井中，无炸 枪、卡枪等井筒事故发生，作业一次成功率1 0 0 ％。 2 提高了装药量，增强压裂效果，有效提高油 气产量。 对地层的压裂效果取决于固体推进剂产生高压 气体瞬间压力峰值的高低，而该压力峰值的高低与 装配的高能复合固体推进剂的数量成正比。下挂式 复合射孔不受枪体内径限制，可以根据地层参数设 计合理的装药量，达到最佳压裂效果，有效提高油气 产量。 吐哈油田温吉桑区块和鄯善区块2 8 口井的采 油资料统计表明，同一区块具有相同或相近地质条 件的临井同层，采用下挂式复合射孔投产的采油强 度比其它复合射孔提高约8 ％ 见表2 。 表2 下挂式复合射孔地质效果统计 3 相对于常规射孔工艺，下挂式复合射孔可以 获得明显的地质效果。 ．对于油气井，下挂式复合射孑L 可以明显提高油 气产能；对于需要水力压裂井，可以降低地层破裂压 力，提高产量；对于注水井，可以实现增注。 6 结语 通过应用，下挂式复合射孔技术具有施工简便、 安全可靠，不受地形和井场规模的影响，成功率、有 效率高，效果明显等特点，很好的解决了目前复合射 孔技术存在的问题，具有一定的技术优点 1 与一体式装药结构相比，炸药与火药完全隔 离，避免了炸枪等事故的发生，工艺操作简便，安全 可靠性高； 2 爆燃转换装置的结构设计合理，能和各种型 号的射孔枪配套连接，适应不同井况的复合射孔 工艺； 3 具有独立的气体压力发生器，保持了射流的 完整性，不会影响射孔效果，可根据不同的地层条件 设计合理的火药用量； 4 现场采用不同燃速、不同规格、不同点火面 积多级气体压力发生器组合装药，能在较短的时间 内达到较高的峰值压力，便于裂缝起裂，达到最佳的 增产效果，有效地提高油气井产能； 万方数据 8 0爆破2 0 1 0 年6 月 上接第7 6 页 3 审查施工单位提交的爆破施工设计、质量安 全保证体系，并督促其实施； 4 审查施工单位的资质、爆破作业人员的资质 证书，严格执行持证上岗制度； 5 审查施工单位安全生产和文明施工的规章 制度与责任制度； 6 检查、检验爆破器材、施工设备的规格和质 量； 7 检查施工单位的“三检” 自检、交检和专检 制度是否健全； 8 督促施工单位进行爆破试验，并确定爆破参 数和施工工艺。 5 ．3 ．2 事中控制 1 监督施工单位按审批后的爆破设计方案和 变更方案进行施工，对各施工工艺过程进行质量控 制。包括对爆破方式、起爆方法、一次起爆的最大药 量及总装药量、爆破振动、爆破飞石、爆破冲击波和 爆破噪音及灰尘等的控制； 2 进行工序交接及隐蔽工程的检查、验收和签 证，包括放样、布孔、钻孔、药包制作、装药、填塞、连 线、覆盖、警戒、起爆、爆后检查及盲炮处理等； 3 监督施工单位的技术人员必须对各道工序 进行技术把关； 4 对爆破危害进行必要的监测、控制； 5 建立监理日志，做好现场记录，填写施工监 理日报。 5 ．3 ．3 事后控制 1 进行爆破效果检查、分析和评价； 2 主持、参与协商爆破工程设计变更； 3 组织爆破施工安全验收； 4 进行技术成果的统计、分析、总结，整理工程 技术文件资料，并编目建档； 5 提交爆破安全监理工作总结报告。 6 爆破效果 1 本疏浚工程共进行了6 次水下爆破施工，每 次爆破完毕即组织清礁作业，清礁完成后施工单位 采用硬式扫测进行自检，合格后开始下一次爆破作 业。炸、清礁作业结束后经专业单位采用多波束测 深仪对该爆破区域进行扫测，符合设计要求。 2 整个疏浚爆破作业因安全控制得当，没有对 海底电缆等设施造成影响。 参考文献 [ 1 ] 刘殿中．工程爆破实用手册[ M ] ．北京冶金工业出版 社，1 9 9 9 ． [ 2 ] 中国力学学会工程爆破专业委员会．爆破工程[ M ] ． 北京冶金工业出版社，1 9 9 2 ． [ 3 ] 袁成诚．水下爆破施工总结[ J ] ．水运工程，2 0 0 2 ，3 4 4 9 7 6 - 7 8 ． [ 4 ]中华人民共和国电力行业标准．水利水电工程爆破施 工技术规范 D L ／T 5 1 3 5 - 2 0 0 1 [ S ] ．北京北京电 力出版社，2 0 0 2 ． [ 5 ]中华人民共和国国家标准．电力设施抗震设计规范 G B 5 0 2 6 0 叫6 [ S ] ．北京中国标准出版社，1 9 9 6 ． [ 6 ]中华人民共和国国家标准．爆破安全规程 G B 6 7 复 2 0 0 3 [ s ] ．北京中国标准出版社，2 0 0 4 ． [ 7 ] 佟锦摄，石教往．水下工程爆破对环境影响规律研究 下 [ J ] ．爆破，2 0 0 0 ，1 7 4 1 - 4 ． 【8 ] 佟锦搬，石教往．水下工程爆破对环境影响规律研究 上 [ J ] ．爆破，2 0 0 0 ，1 7 3 6 ．1 2 ． [ 9 ] 赵坤，尹志华．场平工程深孔爆破安全监理[ J ] ．工 程爆破，2 0 0 5 ，1 1 1 8 2 - 8 4 ． 万方数据