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1、射孔技术应用探讨 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望射孔技术应用探讨射孔技术应用探讨射孔技术应用探讨射孔技术应用探讨大港测井公司大港测井公司二二九年三月九年三月大港测井公司大港测井公司一、射孔基本概念一、射孔基本概念 二、射孔参数优选二、射孔参数优选三、工程参数优选三、工程参数优选目目 录录 大港测井公司大港测井公司 利用机械、化学或者其它能量打开套管、水泥环和地利用机械、化学或者其它能量打开套管、水泥环和地层，沟通油、气流通道的井下作业称为射孔。层，
2、沟通油、气流通道的井下作业称为射孔。射射孔孔的的最最终终目目的的是是为为产产层层与与井井筒筒之之间间建建立立可可靠靠、有有效效的通道，从而获得最大的产出效果。的通道，从而获得最大的产出效果。一、射孔基本概念一、射孔基本概念 射孔及其作用射孔及其作用射孔及其作用射孔及其作用大港测井公司大港测井公司 最早的完井方式是裸眼或者筛管完井，随着固井工艺的产生，发展了射孔采油工艺。20-固井，26-子弹射孔研究，32年应用子弹式射孔，46年研究聚能射孔弹。52年应用聚能射孔至今。聚能射孔是靠聚能射流穿透射孔枪、套管、水泥环后，在井筒与地层之间形成通道。射孔发展过程射孔发展过程大港测井公司大港测井公司电缆输
3、送射孔（电缆输送射孔（WCPWCP）常规电缆输送射孔常规电缆输送射孔过油管射孔过油管射孔管柱传输射孔（管柱传输射孔（TCPTCP）油管输送油管输送钻杆输送钻杆输送挠性管输送挠性管输送射射孔孔方方式式大港测井公司大港测井公司优点：优点：优点：优点：作业简便快捷，一次作业可进行作业简便快捷，一次作业可进行多层射孔；定位快捷、准确多层射孔；定位快捷、准确缺点：缺点：缺点：缺点：通常为正压射孔，易对地层造成污通常为正压射孔，易对地层造成污染，影响产能；染，影响产能；对地层压力掌握不准时，射孔后容对地层压力掌握不准时，射孔后容易发生井喷；易发生井喷；受电缆输送能力或者防喷管长度的受电缆输送能力或者防喷管
4、长度的限制，一次下枪的长度有限限制，一次下枪的长度有限电缆输送射孔（电缆输送射孔（WCP）大港测井公司大港测井公司优点：优点：能进行负压射孔，对地层污染小能进行负压射孔，对地层污染小缺点：缺点：枪、弹受油管内径的限制，穿深浅、枪、弹受油管内径的限制，穿深浅、孔径小，影响产能；施工过程中，孔径小，影响产能；施工过程中，易发生阻、卡等工程事故易发生阻、卡等工程事故过油管射孔（过油管射孔（TTP）大港测井公司大港测井公司优点优点：负压射孔，减少地层污染；负压射孔，减少地层污染；不受射孔井段长度限制，可一次完成不受射孔井段长度限制，可一次完成数百米井段射孔；数百米井段射孔；适用于水平井或大斜度井施工作
5、业；适用于水平井或大斜度井施工作业；易与其他工艺进行联合作业。易与其他工艺进行联合作业。缺点：缺点：对下井器材的使用要求高；对下井器材的使用要求高；管柱传输射孔（管柱传输射孔（TCP）大港测井公司大港测井公司有枪身射孔器有枪身射孔器大港测井公司大港测井公司无枪身射孔器无枪身射孔器大港测井公司大港测井公司正压射孔负压射孔超正压射孔根据井筒与地层压力关系分大港测井公司大港测井公司射孔参数的选择主要从地质的角度考虑射孔参数的选择主要从地质的角度考虑二、射孔参数优选二、射孔参数优选 射孔参数主要是指射孔参数主要是指穿深、孔径、孔密、相位、方位、布孔格式穿深、孔径、孔密、相位、方位、布孔格式等。其中穿深
6、和孔径直接由射孔弹的结构类型和所装药量决定；是等。其中穿深和孔径直接由射孔弹的结构类型和所装药量决定；是评价射孔弹性能的基础指标。而孔密、相位、方位、布孔格式则是评价射孔弹性能的基础指标。而孔密、相位、方位、布孔格式则是衡量射孔器性能的综合指标。衡量射孔器性能的综合指标。大港测井公司大港测井公司 穿深是整个射孔过程中的前提指标。穿深是整个射孔过程中的前提指标。聚能射孔是靠聚能聚能射孔是靠聚能射流挤压成孔，孔道周围存在着射孔压实带，使地层渗透率射流挤压成孔，孔道周围存在着射孔压实带，使地层渗透率下降，而靠近孔眼端部的压实最小，流体初始流动区域主要下降，而靠近孔眼端部的压实最小，流体初始流动区域主
7、要通过孔眼端部进入井筒，随着流体对孔眼的冲洗作用，压实通过孔眼端部进入井筒，随着流体对孔眼的冲洗作用，压实带的渗透率逐步改善，因此穿深越深，与原始地层沟通越好，带的渗透率逐步改善，因此穿深越深，与原始地层沟通越好，对于产能的建立越有利。对于产能的建立越有利。压实带压实带穿深穿深大港测井公司大港测井公司孔径是影响井筒渗流面积的重要参数之一孔径是影响井筒渗流面积的重要参数之一枪、套管、水泥环及地层孔径大小关系：枪、套管、水泥环及地层孔径大小关系：射孔弹引爆后射孔弹引爆后的金属射流依次穿过枪、套管、水泥环直至穿透地层，的金属射流依次穿过枪、套管、水泥环直至穿透地层，入口处的孔径逐步递增，其大小关系为
8、入口处的孔径逐步递增，其大小关系为枪套管水泥枪套管水泥环地层环地层孔径孔径大港测井公司大港测井公司在需要砾石充填的易出砂地在需要砾石充填的易出砂地层中，应选用大孔径，以保层中，应选用大孔径，以保证较大的充填容量。证较大的充填容量。稠油地层，应选用大孔径，稠油地层，应选用大孔径，可以减少摩阻损失，以减小可以减少摩阻损失，以减小流体的携带能力。流体的携带能力。孔径孔径大港测井公司大港测井公司 孔密是衡量射孔器综合性能指标的一孔密是衡量射孔器综合性能指标的一个关键参数。孔密的高低不仅决定了井筒个关键参数。孔密的高低不仅决定了井筒内总泄流面积的大小，而且还对地层流体内总泄流面积的大小，而且还对地层流体
9、向井筒流动的状态产生影响。向井筒流动的状态产生影响。孔密孔密大港测井公司大港测井公司低孔密流动状态低孔密流动状态高孔密流动状态高孔密流动状态不同孔密时井筒横剖面图不同孔密时井筒横剖面图大港测井公司大港测井公司低孔密流动状态低孔密流动状态高孔密流动状态高孔密流动状态不同孔密时井筒纵剖面图不同孔密时井筒纵剖面图大港测井公司大港测井公司在同等条件下充满液体的容器在同等条件下充满液体的容器中，当孔密不同时，流体的流中，当孔密不同时，流体的流压、流速是不同的，液体排出压、流速是不同的，液体排出的时间也不同的时间也不同当孔密太低，流体流过单个孔当孔密太低，流体流过单个孔眼的流速和流压较高，流体阻眼的流速和
10、流压较高，流体阻力较大，携砂能力增强。力较大，携砂能力增强。不同孔密时流体的流压和流速状态不同孔密时流体的流压和流速状态大港测井公司大港测井公司 相位、方位和布孔格式是决定射孔相位、方位和布孔格式是决定射孔器综合性能的重要参数：器综合性能的重要参数：相位是指相邻两发射孔弹之间的相位是指相邻两发射孔弹之间的夹角；夹角；方位是指井筒俯视面上孔眼个数；方位是指井筒俯视面上孔眼个数；布孔格式则是指单位面积内射孔布孔格式则是指单位面积内射孔弹的排布方式。弹的排布方式。相位、方位和布孔格式相位、方位和布孔格式大港测井公司大港测井公司不同孔密相位方位布孔格式展开图不同孔密相位方位布孔格式展开图大港测井公司大
11、港测井公司 60 90 135/4560 90 135/45相同孔密（相同孔密（1616孔孔/米）射孔器米）射孔器不同相位方位布孔在不同相位方位布孔在5 51 1/2 2套管展开图套管展开图大港测井公司大港测井公司 在相同孔密的条件下，合理的相位和均匀的在相同孔密的条件下，合理的相位和均匀的布孔具有以下优点：布孔具有以下优点：低相位多方位合理布孔，有利于后期的酸低相位多方位合理布孔，有利于后期的酸压或防砂等作业；压或防砂等作业；均匀布孔可使地层中的液体在各孔眼之间均匀布孔可使地层中的液体在各孔眼之间流动距离相等；流动距离相等；均匀的布孔对套管强度的损伤最小；均匀的布孔对套管强度的损伤最小；紧密
12、布孔可以控制射孔碎屑，防止射孔碎紧密布孔可以控制射孔碎屑，防止射孔碎屑进入井筒，造成污染。屑进入井筒，造成污染。相位、方位和布孔格式相位、方位和布孔格式大港测井公司大港测井公司穿深和孔密对于自然完井是最重要的。随着穿深的增加，其穿深和孔密对于自然完井是最重要的。随着穿深的增加，其影响成比例增加；孔密是影响成比例增加；孔密是1.51.5倍的指数影响作用。倍的指数影响作用。当不能实现深穿透时采用高孔密尤为重要。自然完井中，孔当不能实现深穿透时采用高孔密尤为重要。自然完井中，孔径是最不重要的射孔参数，增加孔径通常是以损失穿深为代径是最不重要的射孔参数，增加孔径通常是以损失穿深为代价。孔径增加价。孔径
13、增加1010约牺牲约牺牲2020的穿深。的穿深。相位方位布孔方式合理选择。相位方位布孔方式合理选择。各参数之间的关系各参数之间的关系大港测井公司大港测井公司低渗地层低渗地层 此类地层仅靠射孔效率无法达到增产目的，须后期进行酸化压裂等措施。射孔时应首先考虑深穿透，兼顾高孔密、低相位、多方位，在井筒周围均匀密集形成射孔孔道，使注入酸液均匀，压裂液沿射孔孔道产生裂缝，提高酸化压裂效果。孔、渗较好的砂岩储层孔、渗较好的砂岩储层 穿深是次要指标，孔密对产能影响较大不同地质类型对射孔参数的选择不同地质类型对射孔参数的选择大港测井公司大港测井公司纵向非均质性较强的储层纵向非均质性较强的储层 地层为层状沉积或
14、各向异性地层为层状沉积或各向异性垂直渗透率和水平渗透率明显不同，为达到与地层达到较好垂直渗透率和水平渗透率明显不同，为达到与地层达到较好的沟通，高孔密是首选参数。的沟通，高孔密是首选参数。裂缝性储层裂缝性储层 深穿透、高孔密、多方位有助于与更多裂缝相交；如果天深穿透、高孔密、多方位有助于与更多裂缝相交；如果天然裂缝是平行的，则定方位射孔效果最佳。然裂缝是平行的，则定方位射孔效果最佳。脆性硬地层脆性硬地层 硬地层严重影响穿深，深穿透使地层与井筒之间实现有效硬地层严重影响穿深，深穿透使地层与井筒之间实现有效 沟通，而且穿孔时产生的微裂隙也能作为渗流通道。沟通，而且穿孔时产生的微裂隙也能作为渗流通道
15、。不同地质类型对射孔参数的选择不同地质类型对射孔参数的选择大港测井公司大港测井公司出砂地层出砂地层 临界出砂状态，选用高孔密、小孔径、多相位均匀布孔。小临界出砂状态，选用高孔密、小孔径、多相位均匀布孔。小孔径孔眼稳定性好，利于形成砂桥，挡住地层砂随液产出；孔径孔眼稳定性好，利于形成砂桥，挡住地层砂随液产出；高孔密可以增加井筒总的泄流面积，有利于减少出砂；调节高孔密可以增加井筒总的泄流面积，有利于减少出砂；调节相位角度，增加孔眼之间的距离，防止孔眼坍塌；均匀布孔相位角度，增加孔眼之间的距离，防止孔眼坍塌；均匀布孔各孔眼流速均匀，而且对套管强度的影响最小。各孔眼流速均匀，而且对套管强度的影响最小。
16、不同地质类型对射孔参数的选择不同地质类型对射孔参数的选择大港测井公司大港测井公司管柱防砂，管柱防砂，选用高孔密、小孔径、多相位均匀布孔，选用高孔密、小孔径、多相位均匀布孔，防砂效果更好。防砂效果更好。需要砾石充填，需要砾石充填，选用大孔径、高孔密。既保证流动面选用大孔径、高孔密。既保证流动面积，又保证较大的充填容量积，又保证较大的充填容量不同地质类型对射孔参数的选择不同地质类型对射孔参数的选择大港测井公司大港测井公司稠油地层稠油地层 应选用大孔径及高孔密，可以减少摩阻损失，降低流体应选用大孔径及高孔密，可以减少摩阻损失，降低流体的携带能力；对于需强采的地层，有利于提高产量的携带能力；对于需强采
17、的地层，有利于提高产量 通过以上分析看出，通过以上分析看出，穿深穿深和和孔密孔密是射孔作业过程是射孔作业过程中最重要的两个参数。中最重要的两个参数。不同地质类型对射孔参数的选择不同地质类型对射孔参数的选择大港测井公司大港测井公司 射孔施工中所涉及的工程参数主要是指：射孔施工中所涉及的工程参数主要是指：套管尺寸、井温、输送方式、井筒压力、井径套管尺寸、井温、输送方式、井筒压力、井径等。等。三、工程参数优选三、工程参数优选大港测井公司大港测井公司 油层套管下入井中固井后，其内径尺寸决定了所能使用射孔油层套管下入井中固井后，其内径尺寸决定了所能使用射孔器的最大尺寸，从而间接的影响了射孔的性能指标。器
18、的最大尺寸，从而间接的影响了射孔的性能指标。枪内间隙对性能指标的影响枪内间隙对性能指标的影响枪套间隙对性能指标的影响枪套间隙对性能指标的影响间隙对射孔器的影响间隙对射孔器的影响大港测井公司大港测井公司射孔是由射孔弹产生的聚能射流射孔是由射孔弹产生的聚能射流对枪身、套管、水泥环冲击挤压对枪身、套管、水泥环冲击挤压形成孔道，合理的炸高对射孔弹形成孔道，合理的炸高对射孔弹射流的形成具有重要作用。射流的形成具有重要作用。大直径的射孔枪有利于大能量射大直径的射孔枪有利于大能量射孔弹的排布，充分发挥射孔弹的孔弹的排布，充分发挥射孔弹的性能，达到最佳的射孔效果。性能，达到最佳的射孔效果。枪内间隙对穿深的影响
19、枪内间隙对穿深的影响大港测井公司大港测井公司合理的炸高对射孔弹的穿深有重要影响合理的炸高对射孔弹的穿深有重要影响炸高过小炸高过小合理炸高合理炸高炸高过大炸高过大枪内间隙对穿深的影响枪内间隙对穿深的影响大港测井公司大港测井公司 枪、套间隙是指射孔枪外壁与套管内壁之间的间隔距离。若间隙枪、套间隙是指射孔枪外壁与套管内壁之间的间隔距离。若间隙过大，容易影响射孔效果，而间隙过小，易造成卡枪等事故。合过大，容易影响射孔效果，而间隙过小，易造成卡枪等事故。合理的间隙至关重要。理的间隙至关重要。枪套间隙较小，有利于加深穿深，研究表明，间隙枪套间隙较小，有利于加深穿深，研究表明，间隙/枪外径大枪外径大于于30
20、%30%时，明显影响射孔弹的穿深。时，明显影响射孔弹的穿深。射孔枪下井时不是居中的，大直径的射孔枪使枪身与套管之射孔枪下井时不是居中的，大直径的射孔枪使枪身与套管之间各方位环空的间隙差较小，有利于孔深孔径均匀一致间各方位环空的间隙差较小，有利于孔深孔径均匀一致 。枪、套间隙对性能指标的影响枪、套间隙对性能指标的影响大港测井公司大港测井公司C居中A、E靠边靠边B、D偏心偏心CCCCEABBDD大直径射孔枪大直径射孔枪小直径射孔枪小直径射孔枪射孔器在井筒内的理想状态射孔器在井筒内的理想状态射孔器在井筒内的实际状态射孔器在井筒内的实际状态枪、套间隙对性能指标的影响枪、套间隙对性能指标的影响大港测井公
21、司大港测井公司枪、套间隙对穿深的影响枪、套间隙对穿深的影响套管套管射孔枪射孔枪压井液压井液 以以5 51 1/2 2为例，计算几种不同枪型的比值：为例，计算几种不同枪型的比值：7373枪：枪：（121-73121-73）/2/73100%=33%66%/2/73100%=33%66%8989枪：（枪：（121-89121-89）/2/89100%=18%36%/2/89100%=18%36%102102枪：（枪：（121-102121-102）/2/102100%=9.3%19%/2/102100%=9.3%19%大港测井公司大港测井公司右图为枪、套间隙的关系曲线：右图为枪、套间隙的关系曲线：
22、ABDEC中心中心靠边靠边偏心偏心ACDEB枪和套管间隙枪和套管间隙孔径孔径枪、套间隙对孔径的影响枪、套间隙对孔径的影响 当射孔枪居中时孔径最大，枪套间当射孔枪居中时孔径最大，枪套间隙最大时孔径最小，间隙过小也会影隙最大时孔径最小，间隙过小也会影响孔径。响孔径。大港测井公司大港测井公司 射孔用火工器材耐温是一项重要的技术指标，并且受时射孔用火工器材耐温是一项重要的技术指标，并且受时间的影响。对于作业的安全性极其重要间的影响。对于作业的安全性极其重要温度对火工品的影响大港测井公司大港测井公司井眼轨迹直接影响输送方式井眼轨迹直接影响输送方式 在斜井或水平井中，电缆输送难以实现顺利下井，选择管柱输送
23、在斜井或水平井中，电缆输送难以实现顺利下井，选择管柱输送方式；对于套变严重的直井，使用过油管张开式射孔实现深穿透方式；对于套变严重的直井，使用过油管张开式射孔实现深穿透射孔。射孔。地层压力影响射孔方式地层压力影响射孔方式 电缆输送射孔通常是正压或平衡压，当地层压力较大时，考虑安电缆输送射孔通常是正压或平衡压，当地层压力较大时，考虑安全的角度，宜选择管柱输送方式。全的角度，宜选择管柱输送方式。输送方式输送方式大港测井公司大港测井公司TCPTCP射孔通常采用投棒点火射孔通常采用投棒点火:井斜大于井斜大于4545时，选用时，选用压力点火；压力点火；当泥浆比重较大时，优选当泥浆比重较大时，优选压力点火
24、压力点火；输送管柱内径较小时，采用输送管柱内径较小时，采用压力点火；压力点火；输送管柱内径差较大时，采用输送管柱内径差较大时，采用压力点火压力点火。管柱输送射孔点火方式管柱输送射孔点火方式大港测井公司大港测井公司射孔器耐外压射孔器耐外压 对于高压井宜选用耐压指标高的射孔器对于高压井宜选用耐压指标高的射孔器射孔液静压对射孔器的保护射孔液静压对射孔器的保护 在射孔时，枪内爆轰形成的高压会使射孔枪产生膨胀，射孔液静在射孔时，枪内爆轰形成的高压会使射孔枪产生膨胀，射孔液静压对枪体产生保护作用压对枪体产生保护作用对穿深产生影响对穿深产生影响 较高的井筒压力，将降低穿透深度较高的井筒压力，将降低穿透深度井
25、筒压力的影响井筒压力的影响大港测井公司大港测井公司压力压力 P P时间时间 t t井眼压力井眼压力流体压力流体压力负压变化负压变化射孔瞬间井内压力的变化射孔瞬间井内压力的变化大港测井公司大港测井公司 面积比值：面积比值：套管以套管以5 51 1/2 2内径内径121mm121mm计算，计算，1 1米套管展开面米套管展开面积约为积约为380132mm380132mm2 2；以以8989枪枪8989弹弹1616孔孔/米，孔径米，孔径8.8mm8.8mm计计算，每米穿孔面积为算，每米穿孔面积为442mm442mm2 2；面积损失比值为原面积的面积损失比值为原面积的0.1%0.1%。射孔对套管强度的影
26、响射孔对套管强度的影响大港测井公司大港测井公司孔眼周围强度变化孔眼周围强度变化 射孔过程是高温、高压金属射流挤压套管壁形射孔过程是高温、高压金属射流挤压套管壁形成孔道，成孔后孔眼周围介质密度增大，强度成孔道，成孔后孔眼周围介质密度增大，强度加强了。加强了。质量变化质量变化 对射孔前后套管进行称重比较，其重量几乎对射孔前后套管进行称重比较，其重量几乎没有损失。没有损失。金属射流挤压金属射流挤压管壁成孔瞬间管壁成孔瞬间射孔对套管强度的影响射孔对套管强度的影响大港测井公司大港测井公司 有关数据表明：产生套变的井，其套变位置通常不在射孔层位上有关数据表明：产生套变的井，其套变位置通常不在射孔层位上，由
27、此证明射孔作业本身不会对套管产生严重伤害。，由此证明射孔作业本身不会对套管产生严重伤害。井眼扩径时，套管与地层水泥环厚度过大，应优选深穿透射孔器。井眼扩径时，套管与地层水泥环厚度过大，应优选深穿透射孔器。扩径对穿深的要求扩径对穿深的要求射孔对套管强度的影响射孔对套管强度的影响扩径的影响扩径的影响大港测井公司大港测井公司 射孔作业是试油中的一个关键环节，将射孔作业是试油中的一个关键环节，将对后续作业产生直接影响，合理选择射孔参对后续作业产生直接影响，合理选择射孔参数对增加油井产能、延长油井开发寿命具有数对增加油井产能、延长油井开发寿命具有重要的作用。重要的作用。结结 束束 语语大港测井公司大港测井公司