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2 0 0 7 年1 0 月复合射孔技术综述孙新波辱 2 9 复合射孔技术综述 孙新波羽辉 石油工业油气田射孔器材质量监督检验中心 黑龙江大庆，1 6 3 8 5 3 王宝兴石健 中国兵器工业第二O 四研究所 陕西西安，7 1 0 0 6 5 [ 摘要] 文章综合分析了复合射孔现有方法和技术，以及各种方法、技术的优点和不足．洲仪m 系统装药量 大，作业效果好，避免了炸抢，可使用常规射孔枪，但有时不得不使用小直径射孔器．分体式复合射孔技术药量调整 范圈较大，不会炸枪，可使用常规射孔枪，不足之处是由于火药装药与射孔段不在同一层，气体利用效率较低．一体 式复合射孔技术火药装药与射孔段在同一层位，火药产生的高压气体正对射孔孔道做功，效率高。作业效果好，缺 点是装药量少，产气量较低，需使用带泄压孔的特制射孔枪．有时发生炸枪事故．双复射孔器可以适当扩大枪径，提 高了射孔枪的承载能力，具有避免炸枪，环空峰压减缓、作用时间加长等特点． [ 关键词] 复合射孔爆炸燃烧 [ 分类号] T E2 5 7 ．1 l 引曹 近年来，随着油田开发的深入发展，开采难度不 断增加，对射孔工艺的要求也越来越高。为了追求更 好的开发效果和更大的经济效益，复合射孔技术在 国内外得到了较为广泛的应用。复合射孔技术是近 几年兴起的一项集射孔与高能气体压裂于一体的高 效射孔技术。能够一次完成射孔和高能气体压裂两 道工序，做到在射孔的同时对近井地层进行高能气 体压裂，改善近井地层导流能力，提高射孔完井效 果。为更好地了解复合射孔技术，先对高能气体压裂 技术做一简单介绍． 2 裔能气体压裂技术 P S T 高能气体压裂增产增注技术 图1 是根据井下 地质情况确定火药 推进剂 的性能、装药量及尺寸， 采用标准电缆或油管输送设备，将带有中心点火系 统的火药 推进荆 放入井下作业层段并点火，利用 火药 推进剂 燃烧时产生的大量高压气体改进流体 完并方法的一种增产手段，该方法适用于经过射孔 后的套管井．北美和国内许多作业公司拥有该项技 术并已在油田广泛应用。 应用范围 1 新井完井过程。对射孔过程中的 压实带进行清理，对钻井过程中产生的近井眼污染 进行清理，对酸不相容的地层进行增产处理，对在不 使用封隔器的较大的层段内进行有选择性地增产措 施，预水力压裂技术P S T 裂缝沿水平方向延 伸。 2 修井．用于恢复由于碎屑的运移、固体物沉 淀以及乳化性岩石和粘土膨胀而引起的渗透率下 降。 3 复合射孔技术 该技术是一项集射孔 与高能气体压裂于一体的 高效射孔完井技术，通过 一次施工作业完成射孔和 高能气体压裂两道工序， 能大大提高射孔效率、水 力压裂效率和油井的产 能。该技术利用了炸药爆 炸和火药 推进剂 燃烧的 时间差[ 1 ] ，聚能射孔弹的 射流在井壁上射孔并进入 地层形成射孔孔道I 火药 推进剂 装药随后燃烧， 所产生的大量高温高压气 体随并内液体一起进入射 孔孔眼，对地层近井区域 产生机械、物理化学和热 图l 高能气体压裂示意图力学作用，从而使近井区 域的地层性质得到改善，清除近井地层的污染，达到 增产增注的目的。 通常复合射孔器由射孔器、火药 推进剂 和高 速数据记录仪 P T 仪 三部分组成。射孔器与火药 推进剂 不同的组合方式形成不同类型的复合射孔 技术。 3 ．1s T I M G U N 系统一 该项技术是北美M a m t h o nO i lC 0 m p a n y ， O w r e no i lT o o l s 。I 眦．H T HT e c h n i c a lS e r v i c e s ， l n c ．c o m p u t a l o g 四家公司首先研制和开展应用的， 它是将产生气体的推进剂制成圆筒型，并把推进剂 万方数据 3 0 ■破器材 E x p I ∞i wM a t e r i a l 8 套在射孔枪的外面，射孔枪下 部连接高速数据记录仪 图2 采集起爆、燃烧后的压力参数 等。该技术在国外油田如美国、 加拿大得到了较广泛的应用。 并使用复合射孔优化软件进行 施工设计及效果预测，目前该 技术在国内油田也巳进行试 用。其优点是装药量大、产气量 高、与射孔段在同一层位，作业 效果好，避免了因装药量大导 致的炸枪现象，可使用常规射 孔枪。但由于外套推进剂装药 及套管尺寸限制，有时不得不 使用小直径射孔器。 3 ．2 分体式复合射孔技术 该技术是根据井下不同的 地质条件，在射孔枪的下部 或 两端 选择加装高能气体发生 器 图3 ，首先引爆射孔器射 孔，然后点燃火药，实现先射孔 后压裂的目的。其技术特点是 施工过程中火药的装药量调整 范围较大，可实现较长时间的 高能气体压裂的目的，不会因 装药量大导致炸枪，可使用常 规射孔枪。缺点是由于火药装 药与射孔段不在同一层，气体 利用效率较低，施工时管柱上 串易造成事故。该项技术在大 庆油田首先得到应用。 3 ．3 一体式复合射孔技术 一体式复合射孔技术是为 克服分体式复合射孔技术存在 的缺点而开发的新型复合射孔 技术。它将射孔弹与火药 推进 剂 有机地组合在同一枪体内 图4 ，当射孔弹引爆后点燃 火药，在很短的时间内产生很 高的气体压力，这些高压气体 通过射孔孔眼对地层进行高速 加载，对近井地带造缝、解除地 层堵塞，从而提高地层的导流 能力，达到增产、增注的目 的乜1 ‘】．由于火药和射孔弹同 第3 6 卷第5 期 图2S T I M G U N 示意图 图3 分体式射孔 压裂器示意图 时放置于射孔枪内，为避免火药燃烧时枪体内压力 上升过快，造成炸枪的现象发生，一方面使用低燃速 火药，另一方面使用特种射孔枪。射孔枪具备如下特 点枪体耐压高，枪身材料通常选用3 2 c r M n S i A 或 3 2 C r M o ．优质合金钢I 每发射孔弹后面枪体上加工 有泄压孔，泄压孔通常采用台阶孔，使用钢芯胶垫密 封，其密封可靠，结构合理，当射孔弹爆炸后泄压孔 全部打开起泄压作用。其优点是火药装药与射孔段 在同一层位，火药产生的高压气体正对射孔孔道做 功，效率高、作业效果好。不足之处是装药量少，产气 量较低，使用带泄压孔的特殊射孔枪，偶尔发生炸枪 事故。该技术由西安2 0 4 所首先研制成功。现在国内 大部分油田的复合射孔作业采用这种技术． 3 ．4双复射孔嚣 以往的复合射孔器存在着射孔枪的承载能力与 火药装药量及火药燃速的矛盾。为解决这一矛盾，在 分析各种复合射孔器的基础上，设计了双复射孔 器[ 5 8 】。双复射孔器主要由复式射孔弹、内枪和外枪 组成 图5 、图6 ，复式射孔弹 用粘结剂把射孔弹与 增效头固结在一起 装入强化厚壁内枪，然后用导爆 索在内枪内缘把多个射孔弹连接起来，装入带有盲 孔的外枪内。双复射孔器的双层枪设计特点是外枪 直径加大，壁厚减薄，不预制泄压孔，盲孔直径减小， 深度加深，以承受住油井内的外压为度l 内枪增加强 度，并全封闭装入复式射孔弹。当射孔时，射孔弹和 火药产生的高压燃气脉冲能量瞬间全部封闭在内枪 里，靠内枪的胀径变形吸收脉冲的高峰能量。在内枪 胀径过程中，射流已穿过外枪上的盲孔；枪内高压气 体沿射孔孔眼很快泄放，内枪整体胀径变形紧贴在 外枪内壁上而不破裂，外枪对承压也有补强作用， 图5 复式射孔弹结构图 图4 一体式复合 射孔器示意图． 图6 复式枪与复式弹的装配图 万方数据 2 0 0 7 年1 0 月复合射孔技术综述孙新波等3 1 外枪尽管厚度减薄但胀大减 小．双复射孔器可以适当扩大 枪径，提高了射孔枪的承载能 力，具有避免炸枪、环空峰压减 缓、作用时间加长、减小对套管 的损伤等特点，该技术在胜利 油田首先得到应用。 4高速数据记录仪 在复合射孔或高能气体压 裂作业中对于作业压力的测试 常用两种方法，一种是铜柱测 压法，另一种是高速数据记录 仪 P T 仪 法[ 9 ] ．高速数据 记录仪是一种由微处理器控制 的可编程的数据捕获量簦，该。 图7 高速数据 记录仪在施工作业中常常用于 记录仪示意图 监浏射孔枪的点火压力、记录 破裂压力、记录高能气体压力 曲线等。美国的高速数据记录 仪技术是从军工技术移植过来 的，原用于测试炮弹爆炸压力， 其产品质量和技术较国内要先 进得多，产品结构和测试曲线 如图7 ～图9 所示。该记录仪 是一种可编程的数据捕获记忆 装置，可承受高达1 0 0 ，o o o g 的 加速度和振动作用，在测量中 图8 高速数据 记录仪可在两种预置的数据采记录仪内部结构图 集率之间进行转换。记录仪的程序设定的初始采样 率较低 2 5 5 s a ／s ～1 s a ／7 5 s ，当触发阈值达到预设 值时，记录仪转换到“高速”数据捕获模式，此时采样 率可达到1 0 0 ，0 0 0S a ／s 。 8 0 7 0 ∞ 的 4 0 3 0 2 0 l O O 图9 压力曲线记录图 5复合射孔优化设计软件 复合射孔优化设计是决定复合射孔施工质量水 平的先决条件，国内在这方面所傲的工作较少，水平 较低。而国外在这方面做了大量的工作，有较成熟软 件。该软件可给出为获得理想施工效果复合射孔应 使用的最佳药量，利用脉冲压裂预增产程序可模拟 整个作业过程并预测增产的效果。完整的压力曲线 可由高速数据记录仪进行记录，这些数据用于实施 增产措施后的分析，并验证计算机模拟的正确性。 该软件能对可变的完井工具和油井的配置进行 评估，还可对油井的适用性进行评估，并对照实际的 工作数据对油井采用增产措施的效率进行评估，尤 其是对于有效的增产方式的设计非常重要。 6 结论 1 国外的s T I M G U N 系统技术成熟，性能可 靠。配合高速数据记录仪及复合射孔优化设计软件 使用，对技术研发及现场施工非常有价值，同时也可 以保证复合射孔施工作业的质量，非常值得国内借 鉴。 2 国内的各种复合射孔技术各有特色，但与国 外先进技术比还有较大差距。尤其在复合射孔优化 设计软件方面的研究，国内所做的工作较少，水平较 低，目前尚无可用于实际施工的产品。我国应大力扶 持发展该技术，尽快开发出可使用的软件，提高复合 射孔施工质量水平。我国发展复合射孔技术应认真 总结在以往复合射孔技术研究中的经验和教训，采 取新的模式和措施，实现跨越式发展。 3 复合射孔效果明显优于常规射孔，射孔压实 带的破碎，大幅度降低了地层的射孔伤害，提高了射 孔效率和油气井的初始产量。 参考文献 [ 1 ] 王艳萍，盛军，王秀英．复合射孔器火药装药燃烧特性 的试验研究[ A ] ．中国石油学会射孔分会论文集[ C ] ． 东营中国石油学会射孔分会，2 0 0 3 ． [ 2 ] 冯国富。汪长栓，张海龙，等．多脉冲复合射孔器技术试 验研究[ A ] ．中国石油学会射孔分会论文集[ C ] ．东 营t 中国石油学会射孔分会，2 0 0 4 ． [ 3 ]J i mG i l l i a t ．AR e v i e wo fP e r f o r m n c eo fN e wP r o p e l - l a n t ／p e r f o r a t i I I g 豫h ∞l o g i e s ．s P E5 6 4 6 91 9 9 9 ． [ 4 ] P a i 眦AS ．，P l e a “ CP ．A I II Ⅱl p ∞v e dM o d e lo fF r 蜘 t t l 弛P r o p a 弘t i o nb y 弘sd u r i n gR o c kB l 拍t i I I g - S o 眦 A 加1 y t i c a lR e s u l t s 口] ．h tJR ∞kM ∞hM i nS c i ， 1 9 9 4 ，3 1 6 1 6 9 9 ～7 0 6 ． [ s ] 王志信，朱建新。郭景才．双复射孔器D ] ．测井技术， 2 0 0 2 ，2 6 5 1 2 6 ～3 0 ． [ 6 ] 王耀忠，王卫辉．双复1 0 2 射孔器的研究和应用[ A ] ． 中国石油学会射孔分会论文集[ C ] ．东营。中国石油 学会射孔分会，2 0 0 3 ． 万方数据 3 2 ■破器材E x p l ∞i 代M a t e r i a l 5第3 6 卷第5 期 圈 l 高防潮性工业导爆索的涂层材料的制造 中国发明专利申请公开说明书，C N1 2 5 3 9 3 6 ， 2 0 0 0 ，5 ，2 4 ，共4 页 中文 导爆索的涂层材料是一种由沥青代替聚乙烯醇 水溶液而组成的混合材料。涂层材料的原料由石油 沥青4 0 ％士1 ％、地蜡1 5 ％士1 ％、石蜡1 0 ％士1 ％和 皂石 s o a p s t o n e 3 5 ％士1 ％组成。制造这种混合材 料的方法包括将沥青熔化，加入地蜡和石蜡，加热熔 化，并在搅拌中加入皂石，倒入模中和削片。 2 制造乳化炸药的气体喷射方法及装置 。 世界知识产权组织专利W O0 10 2 3 1 8 ，2 0 0 1 ，1 ， 1 1 ，共1 8 页 英文 生产乳化炸药的方法包括用一种对乳化炸药成 ． 分无反应的气体来喷射释氧盐的水溶液和水不溶性 燃料的混合物。喷射作用在1 0 ～1 0 0 磅／平方英寸的 压力下进行，通过一个近似圆截面的、并配有许多直 径为2 ～1 2 m m 、成线型或交错排列的小孔的长型管 道，其中喷射作用违成的搅拌程度为0 ．3 0 5 ～0 ．6 1 0 m ／m i n 。然后将乳化炸药在静态混合机中混合而迭 到精制的目的．． 3 粒状炸药 日本专利J P2 0 0 12 6 4 9 2 ，2 0 0 1 ，1 ，3 0 ，共8 页 含水炸药如浆状炸药或乳化炸药被包覆在薄膜 中，可选用下列方法制造s 界面聚合法、就地聚合法、 凝聚法、液体中干燥法、锐孔法和熔化分配冷却法． 水溶性聚合物和交联剂被用于制造薄膜，而防鳍块 荆和起电防止物质则用作炸药组成中的附加剂． 4 固体含水炸药的制造 日本专利J P2 0 0 12 6 4 9 0 ，2 0 0 1 ，1 ，3 0 ，共9 页 日文 将0 ．3 ％～1 0 ％ 质量计 的增稠荆混入乳化炸 药中，该乳化炸药由氧化刺6 0 ％～9 0 ％、敏化荆0 ～ 2 0 ％、水1 ％～9 ％、乳化荆0 ．5 ％～8 ％、燃料1 ％～ 1 0 ％和气体发生荆0 ～1 0 ％组成，以氧化剂为主要 组分的再结晶部分占整个乳化炸药的5 0 ％～9 0 ％。 增稠荆为可膨胀颗粒，如聚丙烯酰胺。此炸药有高防 水性和改进的抗降解性． 5 铵油炸药的组成 日本专利J P2 0 0 13 9 7 8 9 ，1 9 9 9 ，7 ，2 9 ，共5 页 日文 炸药舍有多孔粒状硝酸铵和燃料油，散装密度 0 ．6 0 ～0 ．7 8g ／c m 3 ，吸油率5 ％～2 0 ％，硬度0 ．1 ％ ～1 0 ．0 ％，颗粒直径≥2 ．3 6 m m 的占3 ．0 ％～ 3 5 ．0 ％；≤O ．9 8 m m 的占≤1 ．O ％ 质量计 以及基质 以硝酸铵为基 中的空心微球占1 ．0 1 0 - 6 ～ 1 0 ．0 ％ 质量计 。这种铵油炸药比以前的有较好的 处理感度特性。 钟一鹏译自美国‘化学文摘 日文V 0 1 ．1 3 4 ，N o ．1 1 2 0 0 1 [ 7 ] 王耀忠，朱建新，王卫辉．双复射孔器性能试验研究与 应用D ] ．测井技术，2 0 0 5 ，2 9 增刊 1 1 ～4 ． [ 8 ] 刘向京，赵春辉，冉祥利，等．低伤害复合增效射孔器技 术研究[ A ] ．中国石油学会射孔分会论文集[ c ] ．东 警t 中国石油学会射孔分会，2 0 0 5 ． [ 9 ] 蔡山。郑长建，索明武。等．P - T 仪在复合射孔技术中的 应用[ A ] ．中国石油学会射孔分会论文集[ c ] ．东营t 中国石油学会射孔分会，2 0 0 2 ． [ 1 0 ] 成建龙，周志华，乔晓光．复合射孔器动态压力测试方 法研究D ] ．测井技术。2 0 0 5 ，2 9 增刊 1 5 5 ～5 8 ． R e v I e wO fP r o p e U 蛐tP e r f o r 砒I 蚰T e c h l q u 憾 S u n ⅪI I l 垃．L i u H u i P e 南n t o 路h 1 5 p e c t i l l ga l l dT e 5 t i n gc e n t r e H e i l o n g j i a wD 曩q 啦1 6 3 8 5 3 W a 吨B a o 】【i 赡，驯J i a n 。 T h eR e 5 e 眦hI 舳t i t u 钯N o ．2 0 4o ft l I eC h i 触o r d n a l 脱I n d u o t r yC o r p o r 丑t i o n 双u 嘲A 【i Ⅺ’蛆，7 1 0 0 6 5 [ A B S l l R A C T ] T 1 l i sp a p e ；。m a k e 5a 睫他f u la M l ”i so ft h ee 】【i s t i n gm e t h o d s I l dt ∞h n i q u ea b o u tt h e ∞m p ∞i t e 肚r 五叫a t i ∞．蚋骶n ”t h e i ra d v 蛆t a 辞s 蚰dd i s a d v 蛆t a 弘。．S T 瑚G U N ，w i t hal a r 萨c h 缸弘，i ●u s e di nt h ec o n 饨n - t i o 弛lp e r f o r a t i n gg u I 璩．T h i s3 y s t 锄a v o i d st h ee x p l o d i n gi l Ig u n sa n dh 鹞e 】【c e l k n tp e r f o r m 眦e ，b u ts o m e t i m e o c 姐o n l yb el l s e di nt h es m a l ld i a m e t e r 弘r f o M t o r ．s e p a r a t e dH y b r i dP e r f o n t i l 培T 酏h I 帕l o 母y ，w i t ha1 8 r g ea d ． j l I s 协b l e 啪p eo fc h I 蝠g eI n da v o i d i n gt h ee x p l o d i n go fg u 鹏，i 。u e di nt h e ∞n v e n t i o 眦lp e r f b r a t i n gg u n st ∞．A 。 t h ec h r 薛a n dp e r f o r a t i ∞“ c t i o 聃盯e ∞ti nt h ei d e n t i 睫lk 代l ，t h ee f f i d e n t l yu 托o fg ”i s 他r yl i m i t e d ．C b m b i I H e d P e r f o r a t i n gT e c h o l o g yh a sav e r yg o o de f f e c ts i n ∞t h cl l i g h p r e s s u 托g p 如d u o e db yt h ep r o p e l l a n tc h a r g ei I l 扣 印圮协帆t h ep e r f o r a t i o nc h 蛐e 1 5 ，b u ti 协l o wc h r g e 蚰dg a s ∞m r i b u t et os o m ed i s a d v j m t l l g ∞，a l I ds h o u l du s et h e p e r f o r 址i n gg I l 地W i t ht h ep r ∞蛐他- 弛l i e l ，i n gh o l e ．H y b r i dE I l h 蛐∞dP e r f o r 酞o f ，’r i t ht h eh i g ha b i l i t yo fc r 扯k i 赡 I n d5 l u g ．e l i m i 眦t i n g ，啪s u i t a b l ye x p a I l d 也eg u nd i 衄e t e r 蚰dr e d u o et h ed | 加强g 明t ot h ec a 5 i n g ． D 【E Yw o 砌 s ]p m p e l I n t 。p e r f o n t i ∞．唧l ∞i 他．b u m 、 万方数据