内复式射孔弹介绍.doc

增效射孔弹技术介绍一常规射孔技术对油气井产能的影响油气井的最终成功产能和寿命取决于井筒和地层的联通程度，而这个联通程度首先是通过石油射孔完成的。石油钻井和完井时固相颗粒堵塞油气井近井带岩体，造成了1.52.5米的近井污染带，这是降低油气井产能的主要原因。图1为近井带污染示意图。图1 近井带污染示意图石油射孔弹利用炸药的聚能效应原理，当炸药引爆后，在爆轰波的作用下，金属药型罩变形、压垮并向轴线汇聚，形成高温高压的金属射流，对目的物进行侵彻，在射孔枪、套管、水泥固结层和岩层中形成孔道，实现井筒与岩层的联通。聚能射孔时的高温、高压冲击波会在孔眼周围产生压实带，图2是射孔孔道损害示意图。在射孔孔道周围的压实区域内，颗粒破碎，大颗粒数量减少，小颗粒增多，颗粒接触较为致密，粒间小碎屑大量增加；连通性较好的大孔隙数量显著减少，且许多孔隙被岩石碎屑堵塞。压实带的平均厚度为1.201.30mm，孔隙度下降幅度为13.06%21.79%，渗透率下降幅度为71.98%78.10%。因此，射孔压实带的存在，降低了油气井的产能。图2 射孔孔道图此外射孔爆炸所形成的残余物也易堵塞射孔孔道。靠近罩内表面的金属（约占罩总量的1420）形成高速运动的金属射流，其余部分，则形成速度较低的杵体。 杵体在运动过程中部分膨胀、破碎飞散，部分与套管、水泥环、岩石等碎片一起堵塞已射开的孔道。这种堵塞非常牢固、坚硬，酸化及生产流体的冲刷有也难以将其消除。由于射孔过程中通常可形成近井污染带和固相堵塞，增大了地层流体流向孔眼的流动阻力，从而降低了油井的生产能力。二增效射孔弹的技术原理增效射孔技术，一种将射孔、高能气体压裂两项作业结合在一起，并一次完成的射孔技术。增效射孔弹是由射孔弹及在前端的高能火药仓组成（如图3）。其技术原理是：射孔弹起爆后，射孔弹装药爆轰压垮药型罩形成金属射流。金属射流以数千米每秒的速度射出，在射孔枪、套管、水泥环及油层中射出孔道。当射孔弹装药爆轰波到达射孔弹边缘时，药型罩边缘在装药爆轰压力的作用下断裂成碎片， 上千米每秒的速度向前飞散，后面跟着射孔弹装药爆轰产物。这些飞散物不仅带有很高的温度，而且带有很高的速度和能量。它们以很大的速度向前运动，打在前仓外侧的高能火药环上，使高能火药环点火燃烧。高能火药环点火后。产生巨大压力，推动中心部分的随进装药向中心运动，并从前仓前部的圆孔中喷出，充填在射流打出的孔道中。随进装药在向前运动的过程中，受枪内高压环境的作用，已开始活化并部分点火。到孔道中后空间变小，图3 增效射孔弹结构图 产 品 实 物压力骤增，随进装药开始剧烈反应，燃烧爆炸，在孔道中形成80100MPa的压力。在这个压力作用下孔道周围的岩层产生多条裂缝。由于爆炸过程中孔道内压缩波和稀疏波交替作用，孔道壁上接受的力即有压力又有拉力，而岩层中的抗拉强度很低，通常只有抗压强度的几十分之一到十几分之一。因此，射孔过程中在孔道周围留下的污染带及压实层就在这个又压又拉的作用下被拉下来。这样在前仓内装药的作用下，孔道周围的污染带已清除，孔道周围的裂纹已产生，用于裂缝延伸的增效药块开始点火，大量的高能气体畅通无阻地进入孔道周围的岩层里，使岩层中的裂缝延伸，给岩层中油气的流出提供了更多的通道。三.增效射孔弹的技术特点1、增效射孔弹是将将高能火药和低爆速炸药混合制作的高能药饼置于射孔弹药型罩前端，使其与射孔弹同轴，射孔弹起爆后，高能药饼滞后爆燃，由于二者同轴，高能药饼极小碎块直接进入射孔孔眼中进行爆燃，对地层进行压裂、爆炸，从而最大程度地消除近井污染带和形成多条网状裂纹，与天然裂缝进行沟通，对射孔孔道进行延伸，从而达到增产目的。2、加压固定射孔孔道，限制其弹性恢复。由于射流形成孔道的时间极短，其变形尚未完全到位。高能气体压力脉冲作时间长，可起到加固射孔孔道，限制其弹性恢复的作用；3、在钻井和固井过程中，有时产层会受到较严重的污染，如射孔孔道不能达到理想深度，油气渗流到井筒将受到影响。增效射孔弹在射孔后产生的高能气体再次做功，可以消除近井带的地层污染，增加了穿透深度；4、对于低渗透、致密砂岩层油气藏，地层结构复杂多样，射孔孔道与裂缝、孔沟通的机会相对较少。增效射孔弹射孔后产生的高压脉冲冲击岩层使岩层产生多通道网状裂缝。后续气体继续作用使裂缝延伸，互相沟通从而形成裂缝网络，与岩层原生裂缝产生有机沟通。增效射孔器与常规射孔器射孔后地层环境状况如图4所示。（a）常规射孔技术射孔后的地层情况 （b）高能气体压裂后地层情况图4 射孔后地层情况对比图5、增加了高温高压气体的能量利用率。传统的高能气体压裂技术（如分体式复合射孔器）是在油气层有射孔部位的套管内燃烧燃气压裂弹，没有正对射孔孔眼，所形成的高温高压气体大部分作用在套管壁上，而只有少量气体通过射孔孔眼进入地层。而复式射孔弹则是燃烧后的气体大部分都通过射孔孔眼，作用于地层，大大提高了气体能量的利用率；6、简化了施工工艺，提高了完井效率。传统的高能气体压裂技术对于探井需要先射孔，再进行高能气体压裂，对于生产井，则要先补孔再进行高能气体压裂，需花费大量的人力及物力，施工成本较高。而增效射孔弹技术则将两步合二为一，用常规射孔方法施工。对于探井射孔压裂一次完成，有助于油气藏快速评价，提高了完井效率，减少了地层污染，对于生产井，补孔和压裂一步完成，简化了现场施工过程，降低了成本。7、增效射孔弹的造缝和延缝作用为后续的水力压裂、酸化等各项措施打下了良好的基础，大大地降低了地层破裂压力，流动效率高，驱油面积大。四.增效射孔弹的适用范围根据增效射孔弹的技术原理及特点，其主要适用于以下油气层：1、取芯显示和测井解释均较好，由于钻井和完井过程中污染严重，射孔后产能较低或无产能的油气层；2、地层物性较差，但天然裂缝比较发育的油气层；3、水敏或酸敏性油气层；4、酸化或压裂后，因井筒附近堵塞而产量下降的油气层；5、地层破裂压力很高的油气层；6、产能很低不适宜用其它高成本增产措施的油气层；7、不宜进行水力压裂的底水油气藏。五.增效射孔弹的性能测试 1、枪内压力测试增效射孔弹的施工效果取决于前仓延缝装药的药量及其燃烧状况，取决于孔道及枪内的压力变化，因此，准确测定压力随时间的变化曲线是十分必要的。然而，由于试验条件、试验装置、检测方法等各方面的原因，直接测孔道内的压力几乎是困难的，我们只能测在整个过程中枪内的压力随时问的变化。由于在整个试验过程中，射孔枪与孔道是相通的，因此以枪内压力代替孔道内的压力，误差不会很大。图5是增效射孔弹作用后，射孔枪内的压力变化图。图5 射孔枪内的压力变化图2、API RP43标准环形混凝土靶检测（1）、102型增效射孔弹环靶穿深测试为了进一步测试增效射孔器的穿深和造逢能力，我们在API RP43标准环靶上进行了102型增效射孔弹的穿深性能检测试验。试验条件：环靶靶径3.5m。射孔枪孔密为16孔/米，共装弹17发，增效火药总重量213g。试验结果：除3发增效弹由于孔道损坏严重未能检测到数据外，14发的平均穿深为550mm，平均孔径为9.5mm。环靶按4相裂开，最大裂缝宽为45mm，径向裂缝长度1600mm。试验数据见表1。 图片9：102型增效弹对环靶开缝状况 表1 102型增效射弹环靶检测数据相 位单 发 穿 深（mm）平 均 穿 深（mm）单 发 孔 径（mm）平 均 孔 径（mm）15805605304905509.39.79.59.89.69.69.59.89.525755405209.49.79.39.79.09.19.59.834905555409.39.69.79.69.29.49.39.745605806005809.49.59.29.79.39.19.39.4表1数据显示102型增效射孔弹平均穿深550mm、平均孔径为9.5mm、径向裂缝长度1600mm。（2）、127型增效射孔弹环靶穿深测试产品定型后，我们在API RP43标准环靶上进行了127型增效射孔弹的穿深性能检测试验。试验条件：环靶靶径5.5m。射孔枪孔密为16孔/米，共装弹17发，增效火药总重量302g。试验结果：16发的平均穿深为714mm，平均孔径为10.6mm。环靶按4相裂开，最大裂缝宽为82mm，径向裂缝长度2000mm。试验数据见表2。表2 127型增效射弹环靶检测数据相 位单 发 穿 深（mm）平 均 穿 深（mm）单 发 孔 径（mm）平 均 孔 径（mm）171072572570071571410.510.710.710.810.610.810.511.010.6269572072569510.410.910.510.710.010.310.710.8372570073568010.310.810.710.810.210.610.310.9474071075069010.610.510.410.710.310.310.510.4表2数据显示127型增效射孔弹平均穿深714mm、平均孔径为10.6mm、径向裂缝长度2000mm。3、增效火药理化性能测试对高能药饼的理化性能的测试，我们由于条件限制，将理化性能的测试委托了襄樊航天四十二所进行测试。在理化性能检测中，航天动力四十二所对高能药饼的密度、静态燃速、气体比容、耐热性、爆热等参数进行了测试，为我们更进一步掌握高能药饼的性能、指导使用提供了可靠的依据。4、结论通过测试表明，增效射孔弹的穿孔性能在有高能火药作用下没有影响，能在地层中形成更多裂缝或将裂缝大大延伸，改善近井带的渗流状况，提高油气井的产能。六、应用根据市场的需求，有限公司于2007年9月，由四川测井公司陕北项目部白豹项目组在长庆油田关32-44井、袁18-17井、白29-19井、白21-31井、袁18-10井、关145-150井、关31-48井、关41-57井等十多口井，成功地进行了增效射孔施工，这是这种新型射孔器材在油