射孔完井技术培训教材.docx
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射孔完井技术培训教材
第二部分
射孔完井工艺技术
概述
目前国内外完井方式主要有套管或尾管射孔完井、割缝衬管完井、裸眼完井、裸眼或套管内砾石充填完井等。
其中套管射孔完井是目前国内外使用最广泛的完井方法。
其基本原理是在一口井钻井、固井完成后，利用射孔器射穿油层套管、水泥环并穿透至油层一定深度，从而建立井筒与地层间的油气流动通道。
该种完井方式的优点是可选择性地射开不同压力、不同物性的油层，以避免油层间干扰，还可避开夹层水、底水和气顶，避开夹层的坍塌，具备实施分层注、采和选择性压裂或酸化等分层作业。
自大庆油田投入开发以来，射孔完井工艺技术大体上经历了三个阶段：
第一，以SQ691跟踪射孔仪、泥浆压井、WD67-1型射孔器射孔为标志的准确打开油气层射孔工艺技术阶段；第二，以清水压井过油管射孔、负压射孔、射孔液应用为标志的保护油气层射孔工艺技术阶段；第三，以深穿透射孔、复合射孔、DB-Ⅱ型数字化射孔仪应用为标志的解放油气层射孔工艺技术阶段。
近十年来，国内通过深化射孔理论研究，完善配套工艺，增加射孔弹新品种并形成系列化等，缩短了射孔技术与世界先进水平的差距，总体水平已接近国际先进水平。
第一章射孔器及其检测技术
第一节射孔器
射孔器是用于油气井射孔的器材（或装置）及其配套件的组合体，其作用是打开井下封闭油气层的套管、水泥环并深入油气层，建立井筒与油气层间连通的通道，其性能的好坏直接影响到射孔完井效果。
一、射孔器发展概况
（一）机械切孔器
1910年，用一个机械刀片在套管上旋转钻孔，机械切孔器用钻杆下井，然后打开切刀，当切刀绕销钉旋转时，靠钻杆的上提力切入套管壁。
这种穿孔法速度慢、成本高，水泥环超过25mm厚时效果不佳。
（二）子弹射孔器
1926年，SidMine首先发明了子弹射孔方法，美国兰威尔斯公司（现在西方阿特拉斯公司）获得了专利，于1932年首次用于油井套管射孔，在加利福尼亚Montebello油田一口800m深的井，用了8天时间，下井11次，共发射80枚子弹。
该射孔方法比机械切孔方法进一步，广泛使用了二十多年，目前国外仍有应用。
（三）聚能射孔器
高能炸药的聚能效应早在1945年，Mohaupt和R.H.Melemore等在美国福特沃斯成立了油井炸药公司（WellExplosives,Inc.—现今哈里伯顿·威立克斯公司的前身），开发了油气井聚能射孔弹，1946年首次在裸眼井中射孔，1948年在密西西比二口套管井中射孔。
聚能射孔弹穿透力强，效率高，从此聚能射孔技术在石油工业中得到了迅速发展。
（四）其它
1、复合射孔器
上个世纪八十年代，随着高能气体压裂技术的完善与发展，将聚能射孔与高能气体压裂相结合形成了复合射孔器。
射孔后，利用推进剂的快速燃烧产生高温高压气体，对地层进行造缝。
九十年代，复合射孔器得到了很大的发展。
复合射孔器按结构形式可以分为一体式、分体式、外套式、二次增效等。
2、水力喷砂射孔器
上个世纪六十年代初以来，水力喷砂射孔在国外逐步成熟，美、俄等国相继用它在准备进行水力压裂的地层、聚能射孔效率不高并且地质和技术条件复杂的地层进行射孔，以及在一些特殊条件下使用。
这种方法是借助于含有分选好的石英或其它磨料的高压液流进行井下射孔。
液流通过喷嘴的速度约150～250m/s，流量约1L/s～6L/s，枪外径约80～230mm，枪身用油管下入井中，井口泵为2～8台大功率泵。
该技术在俄罗斯使用较多，约占其射孔作业的5%。
3、激光射孔器
这种方法将地面激光发生器产生的高功率相干光束通过光缆导向沿着井轴到达预定射孔深度，然后通过设在此处的激光接受器将光束横向折射到被射位置，光束连续聚焦在折射光束轴的聚焦点上，形成射孔孔眼。
预计激光射孔器的射孔穿透深度可达457mm，可按要求射开多个孔眼，孔径为9.5mm至25.4mm，此外激光射孔器的孔眼定位相当准确，使每个孔眼都能对准油气层。
这种射孔方法可最大限度地降低对油气层的损害。
但到目前为止，未见现场应用情况报道。
虽然，射孔器的种类较多，但目前射孔仍以聚能射孔器或以其为基础发展起来的复合射孔器为主。
二、聚能效应
在谈聚能射孔器之前，首先要了解聚能效应。
为了说明聚能效应，首先看一组实验结果，实验的目的是比较不同装药结构穿钢板能力。
见图1-1-1。
试验条件：
用柱状药柱，直径为30mm，高度为100mm，所用钢板为中碳钢。
图1-1-1a是将药柱直接放在钢板上，其结果在钢板上炸出了一个浅浅的凹坑。
图1-1-1b是在装药外形尺寸不变的基础上，在药柱下方挖了一个锥形孔，试验结果为在钢板上炸出了一个深约6-7mm的坑。
可见药柱下有锥形孔时，虽然药量减少了，穿孔能力却提高了。
图1-1-1c，在锥形孔内放一个铜罩（称为药型罩）就能射出80mm深的孔。
图1-1-1d，带罩药柱离开钢板70mm处引爆，结果射孔深度可达110mm，约为无罩时射孔深度的17倍。
利用装药一端的空穴，以提高局部破坏作用的效应，称为聚能效应，此种现象叫聚能现象。
为了提高聚能效应，就设法避免高压膨胀引起的能量分散，在聚能过程中动能是能够集中的，势能（位能）则不能集中，恰恰相反能起分散作用，如果设法把势能转化成动能，就能大大地提高能量的集中，那就是在药柱的锥形表面加一个铜罩，爆轰产物在推动罩壁向轴线运动过程中，就将能量传递给了铜罩，由于铜的压缩性很小，因此势能增加很少，大部分表现出动能的形式，这样就可以避免高压膨胀引起的能量分散，而使能量更加集中。
（见图1-1-2）
三、聚能射孔器分类及性能
聚能射孔器按装枪结构可分为有枪身聚能射孔器和无枪身聚能射孔器。
有枪身聚能射孔器与无枪身聚能射孔器相比具有对套管水泥环破坏小、射孔弹和导爆索等不受井内液体压力的影响等优点。
随着油田开发对象的变化和工艺技术的进步，有枪身射孔工艺技术得到飞速发展，深穿透、大孔径射孔器逐渐完善配套，形成了射孔器系列化。
表1-1-1给出了大庆油田常用射孔器的性能指标及适用范围。
1、YD-73型射孔器是继WDG48-20型之后的一新型射孔器。
它是一种有枪身射孔器，二十世纪80年代末90年代初曾广泛应用于低压低渗透油田的开发、勘探井中，见到了明显的地质效果。
2、YD-89型射孔器是二十世纪90年代以后，向深穿透方向发展的一种新型射孔器。
穿深突破500mm大关，该射孔器在大庆油田已应用了10000多口井，见到了良好的地质效果。
从1993年起在油田内二次加密井中开始逐步取代WDG48-20、YD-73型射孔器，到1995年全面推广应用。
表1-1-1常用射孔弹（器）名称规格、指标、适应性对比表
序号
弹型
枪型
混凝土靶检测结果
贝雷砂岩靶检测结果
适用性
俗称
新名称
平均穿深（mm）
平均孔径
（mm）
平均穿深（mm）
平均孔径（mm）
流动
效率
1
YD-60
DP30RDX-2
60
321
7.2
183
8.5
0.78
小井眼
2
YD-73
DP33RDX-2
73
436
8.2
207
9.7
-
3
YD89-1
DP36RDX-1
89
505
8.8
280
8.5
0.86
低渗透油层
4
YD89-3
DP41RDX-1
89
543
10.2
304
9.1
0.77
5
新YD-102
DP44RDX-1
102
639
11.6
299
11.9
0.91
6
YD127-4
DP44RDX-3
102
657
11.8
329
11.8
0.78
7
1MD-3
DP44RDX-5
102
856
12.2
570
13.0
0.83
8
大孔径102
BH48RDX-1
102
386
16
304
17.1
0.84
注聚合物区地层
9
-
BH54RDX-1
102
256
20.7
-
-
-
10
-
BH64RDX-1
102
215
26
-
-
-
3、在1999年，102枪装127弹射孔器开始大面积推广并见到显著增油效果的基础上，2001年，穿透深度更深的1MD-3射孔器初步得到应用，具体效果见表1-1-2。
表1-1-2采油七厂1MD3射孔与邻井产能效果对比表
完井方式
井数
射开厚度（m）
初期产能（t）
平均采液强度t/dm
平均采油强度t/dm
砂岩
有效
日产液
日产油
1MD3
10
4.7
2.9
3.5
3.5
0.74
0.74
YD-89
4
5.3
3.5
2.3
2.3
0.43
0.43
4、随着聚合物驱油技术的应用，大孔径102射孔器由于其可增加射孔孔道的泄流量,降低注入压力,减少因机械降解作用而带来的溶液粘度下降,已在注聚合物区块得到广泛应用，见到了很好的应用效果。
第二节射孔器材检测技术
为了保证射孔施工的质量，需要对射孔器材的性能和质量进行检测作。
一方面，对新研制开发的射孔器在推广应用之前，都要进行一系列性能检测；另一方面，不定期对生产所使用的射孔器材质量进行抽查。
上述工作由大庆油田射孔器材质量监督检验中心进行，其检验标准等效采用的APIRP43第五版检测标准。
射孔器材检测的项目主要有：
一、混凝土靶检测
检测参数为混凝土靶穿孔深度、堵孔深度、孔眼直径、内毛刺高度。
二、砂岩靶检测
射孔砂岩靶射孔检测在实验室模拟井下条件（围压、井压、孔隙压力）打靶，检测射孔器在井下的作用效果（穿深、孔径、流动效率）。
三、高温常压穿钢靶检测
用以检测射孔器的高温稳定性。
检测参数为钢靶穿孔深度、堵孔深度、孔眼直径。
四、高温高压检测
通过模拟井下温度（最高工作温度300℃）、压力（最高工作压力200MPa）试验，检查枪体耐压及密封情况。
五、模拟井检测
模拟井是一口深度为500m，内径为384mm的实验井，其实验压力20MPa、温度50℃。
模拟井检测是目前世界上独有的一种更接近于实际情况的一种检测方法。
它可实现射孔对套管、水泥环质量影响的地面检测。
第二章射孔深度控制系统
随着大庆油田勘探开发工作的不断深入，薄差层的开发也变得越来越重要。
如何提高这些地层的开发效果成为亟待解决的问题，而准确射开这些地层是后续增产作业成功的前提。
大庆油田的射孔深度控制技术历经四十多年的发展，已由最初的“麻绳、尺子加剪刀”发展到目前的数字化射孔深度控制系统。
通过新技术的应用以及强化过程管理，射孔的准确性得到了很好地保证。
第一节射孔深度校正
准确的射孔深度计算是保证射孔准确的前提。
近年来，计算校深又逐步与高科技相结合，研究出了自动化标图、自动化校深技术，开发了第三代射孔深度计算软件，使该项工艺越来越规范化、标准化、科学化。
一、射孔自动化标图、校深
由于套前与套后测井曲线存在一定深度差值，必须进行深度校正，以往通过人工校正，存在人员素质、人工读值视差等诸多影响射孔精度的因素，我们通过不断的努力并与实际经验相结合，最终实现了标图、校深自动化。
其流程见图1-2-1。
二、射孔深度计算
射孔深度计算包括射孔通知单的录入、联炮图的生成、深度计算三个部分。
其流程见图1-2-2。
（一）射孔通知单的录入
根据提示按照射孔通知单输入相关内容。
在输入数据过程中可随机进行检查，修改后系统自动进行重新计算，输入完毕后将所有数据存盘退出。
（二）联炮施工图软件
联炮施工图软件是基于大庆油田射孔作业中常用的射孔方式而编写的。
做到了针对不同的射孔方式有不同的射孔次序、不同的下井枪身长度；针对不同的井内状况可以调整下井排炮的次序及长度；针对不同油层校正值的区别，采用不同的下井次序等。
联炮施工图的生成是利用计算机自
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