试油射孔联作

完井测试是指利用带有测试工具的管柱，在射孔后井筒中获取地层流体以及测试资料，并对流体和测试资料进行数据分析后，对油层进行定性或定量评价的一种方法。能够通过测试获得的各项地层和流体参数预测油气井的产液量（包括产油量、产气量和产水量），帮助人们判断测试层有无开采价值或者如何采取科学的方法进行开采以及需要采取怎样的措施以提高油气井的产量[1]。但是，完井测试作业一般是在射孔后重新下管柱进行的，射孔后压井起管柱再下测试管柱过程中，会使压井液进入射孔孔道渗入地层，造成对油气层的伤害，从

而影响地层评价的真实性。

通源石油：射孔测试联作是将射孔器与测试工具联接成管柱，一次下井同时完成射孔和测试两项作业的一项工艺技术。采用射孔测试联作，不仅能够降低作业成本和作业风险，而且避免了射孔后再次压井下管柱对地层造成的二次污染，提高油井录取资料的准确性，使油井开发评价更具有真实性[1]。目前，射孔测试联作工艺技术在国内内陆和海上油田已经得到广泛应用，形成了一整套的测试工具、作业规范和数据处理方法，技术成熟。而对于复合射孔，由于射孔的同时伴随火药爆燃所产生的高温高压气体的冲击作用，会对测试管柱（包括封隔器和测试仪器）造成损伤，因此，长期以来，复合射孔一直未能实现与测试联作，特别是在当今复合射孔技术在油气田开发上已经得到了广泛的应用，年作业量占到总射孔量的30%以上，研究开发复合射孔与测试联作工艺技术显得尤为重要。

通源石油：复合射孔与测试联作工艺技术是利用现有成熟的复合射孔产品技术以及地层测试技术，将两项技术有机地结合起来，一次下井作业，实现射孔压裂后无需起管柱，直接进行测试的一项新工艺技术。本文通过对复合射孔井筒压力分布规律的理论和试验研究，设计开发了一套能够有效衰减井筒轴向压力和径向震动的组合工具，经现场应用，该套工具能够有效保护封隔器和测试仪器不受损伤，测试仪器工作正常，解决了长期以来复合射孔与测试未能实现联作的问题。该工艺技术的突破，不仅使作业成本得到大幅度的降低，同时也降低了作业风险，对提高油井录取资料的准确度以及油井开发评价的真实性起到积极的作用。

通源石油动态高压对测试管柱的影响分析

1.1 动态高压对测试工具的影响

复合射孔动态高压对测试管柱的冲击影响主要表现在以下两个方面：通源石油：（1）复合射孔产生的动态高压在管柱中形成强的应力波，应力波在管串中传播时，由于复杂的界面条件，产生不同时差的入射波和反射波，使管柱产生轴向和径向的强烈震动，这种震动会损坏测试仪器和封隔器。

通源石油：（2）动态高压在井液中形成沿井筒内轴向传播的强冲击波，波后则会形成毫秒级的（几毫秒到几十毫秒）准静态高压[2]，强冲击波和准静态高压直接作用于封隔器，当超过封隔器的许用压力值时，可能造成封隔器失效或损坏。

1.2 动态高压在井筒中的分布规律

通源石油：（1）动态高压在井筒环空中的初始压力

复合射孔在射孔段附近区域形成的p—t曲线形态见图1。该曲线是利用井下p—t测试仪在某油田一口井复合射孔作业时实测所得，射孔器为通源公司F127－16DP38复合射孔器，射孔段长为15.2m。曲线形态表征了复合射孔器爆燃压力在井液中形成的压力峰值大小、压力上升速度以及压力的自然衰减规律。对于不同的复合射孔器和不同的井筒条件，其压力峰值、压力持续时间都有所差异，但其压力的生成以及压力的自然衰减规律都是一样的[2]。

一般情况下，复合射孔产生的动态高压在井液中形成的初始压力峰值一般在50MPa～100MPa以内，有效压力作用时间在8ms～20ms左右。

公式（2）表征了复合射孔动态高压在射孔段附近0.82m处峰值压力为100MPa时沿井筒轴向距离R的自然衰减规律。从图2可以直观地看出，当压力传播超过200m远时的压力峰值仍高于40MPa，在射孔段附近几十米的范围压力会更高，所以使用封隔器和测试仪器就会有问题，必须设计一组能够起到吸能减震作用的工具，使冲击波在距射孔段以上几十

米内能够迅速衰减到封隔器许用压力以下。

通源石油：对测试管柱安全性要求

2.1 对测试管柱安全性要求

通源石油：（1）测试管柱中的封隔器在整个作业过程中，能够可靠座封和解封，满足

测试状态要求，管串起下顺利。

通源石油：（2）射孔压裂后联接在管柱上的测试仪器（敏感压力计系统，管串密封系

统等）在井下能够正常工作。

通源石油：（3）联接在管柱上的其它井下工具工作正常。

2.2 减震吸能工具设计

2.2.1对工具的设计要求

（1）能将复合射孔产生的动态高压气体封闭在射孔段内通过吸能装置大幅度衰减，使压力传播到达封隔器时，压力峰值能够衰减到测试仪器和封隔器以及下部桥塞的允许耐压指

标。

（2）通过工具后能够大幅度衰减射孔枪串的轴向和径向的冲击震动（即应力波），以防止冲击震动引起管柱、仪器和封隔器的损坏。

2.2.2工具设计

设计开发了由伸缩式缓冲器、径向减震器和纵向减震器等组成的一组减震吸能工具。

通源石油：（1）伸缩式缓冲器

伸缩式缓冲器由上接头、缓冲外筒，浮动活塞，连接接头，缓冲心轴，下接头组成。下井时心轴处于拉伸状态，井液自动进入内腔，形成液体垫。受复合射孔动态高压的作用，缓冲器心轴可以沿轴向方向压缩2.0m，将液体通过特殊设计的阻尼孔挤出腔体，能够缓冲瞬间产生的封隔器下方体积变化和轴向应力波引起的封隔器和压力计的轴向冲击和位移，缓解射孔枪瞬间上窜产生的冲击力，防止管柱在高速冲击下产生弯曲或其它零部件损坏。

通源石油：（2）径向减震器

径向减震器是利用橡胶的阻尼减震特性，在阻隔和衰减爆燃压力向封隔器方向传播的同时，将冲击波和应力波的能量部分转换为机械能。

径向减震器具有三个方面的功能：Ⅰ.能够衰减射孔系统所引起的管柱横向震动，通过橡胶件与套管接触，避免管柱与井壁套管的直接碰撞，减缓管柱的径向冲击震动；Ⅱ.通过阻尼孔设计，衰减冲击波能量，减少对封隔器的直接冲击；Ⅲ.在DST测试时井内液体可通

过轴向阻尼器的内腔进入DST内，实现测试。

通源石油：（3）纵向减震工具

纵向液压减震器，是以弹簧减震工具为基础，在弹簧腔体上设计阻尼孔，使工具的弹簧腔与环空沟通，在射孔系统上窜时，弹簧腔体积减小，腔内液体向环空排放，在通过阻尼孔时，产生较大的摩擦阻力，吸收冲击能量，进一步减弱射孔系统对测试工具、仪器的纵向冲

击震动。

以上三种工具的组合使用，可在射孔段以上30m以内抑制复合射孔动态高压在井筒轴

向的传播，保证封隔器和测试仪的正常工作。

2.3减震吸能效果理论分析

通过数值模拟分析，证明该套组合工具具有明显的减震吸能效果。

通源石油：（1）井液中冲击波的削波效果

井液中冲击波的削波效果见图6。初始冲击波压力峰值经过保护装置之后，85MPa的峰值经过了半个阻尼装置，压力就削减到50MPa；完全经过装置之后，压力峰值削减到7.8MPa，阻尼削波效果达到94.2％。该缓冲阻尼装置的削波效果非常显著。

通源石油：（2）管串中应力波的缓冲减震效果

管串中应力波的缓冲减震效果见图7。油管中75MPa的应力波经过装置的一半降到37.5MPa，完全通过装置之后下降到18.2MPa。其缓冲减震效果得到75.8％。为了保证DST 测试装置的安全最大化，在缓冲减振装置之后，又增加了弹簧缓冲机构，彻底将管串中的轴

向应力波衰减到DST装置抗冲击指标的底线。

通源石油：复合射孔与测试联作工艺技术应用情况

应用情况

2007年首次在中海油渤海钻井平台的一口井成功实施了复合射孔与测试联作，射孔器采用通源F178-40DP28复合射孔器，射孔段长为16m。表2为中海油渤海钻井平台的一口

井复合射孔测试作业日报表。

2007～2008年间曾先后在青海、渤海和新疆等油田进行了10余口井的复合射孔与测

试联作，均取得了成功。

结论

（1）复合射孔与测试联作工艺技术经过多井次的实际应用，表明该工艺技术施工简单，管柱起下顺利，测试仪器能够正常工作，满足完井测试要求；

（2）系统工具设计合理，能够有效抑制复合射孔动态高压对封隔器和测试仪器的影响作用。伸缩式缓冲器、径向减震器和纵向减震器三者可通过不同的数量和不同的串联形式任意组合使用，确保测试管柱的安全性，各项工具能够重复使用；

（3）该工艺技术的研究成功，解决了长期以来复合射孔与地层测试未能实现联作的问题，填补了在油井射孔联作工艺方面的一项空白。相信在以后的实际应用中，通过技术的不断改进，在促进油气井测试水平的同时，也会产生巨大的经济效益。

射孔技术

测井二分公司

主要内容

第一部分射孔工艺技术

第二部分射孔对产能的影响

第三部分射孔工艺及器材优化设计

第一部分

射孔工艺技术

射孔工艺技术

▼前言

▼双复射孔及深穿透射孔技术

▼大孔径、高孔密射孔技术

▼负压射孔技术

▼侧钻井射孔技术

前言

射孔在油田勘探开发中的作用射孔是目前主要的完井方法之一。其目的是射穿套管、水泥环和地层内一定的深度，建立井筒与目的层之间的通道，进行试油或求产。射孔是通过射孔弹的聚能原理来完成的,射孔弹被引爆后产生高温高压金属射流挤压套管、水泥环和地层,当射流压力超过地层岩石的屈服强度,就会在地层内形成孔道。射孔作为石油勘探开发中的重要环节，被原石油部部长康世恩形象地称为石油勘探开发的“临门一脚”。

射孔技术发展情况-----射孔技术在胜利油田历经40多年的发展，由最初的粗放型发展向着多品种、多系列、高技术的方向发展，射孔功能也由单纯打开油气层向油气改造、合理开采的方向发展。

作为射孔工艺技术中的关键器材----射孔弹，也由从最早的仿苏58-65弹、57-103弹、文胜Ⅰ、文胜Ⅱ无枪身弹发展到目前广泛应用的51、60型、63型、68型、73型、89型、102型、108型、114型、127型、140型射孔弹。特别是自20世纪90年代开始，胜利测井公司进行了水平井定向射孔技术、复合射孔技术、大孔径防砂等射孔新技术的研究，取得了丰硕的成果并成功应用于实际生产，取得了良好的效果。下面就对近年来应用的射孔新技术进行介绍。

电缆输送射孔技术

电缆输送射孔（WRP）就是用电缆将有枪身或无枪身射孔器通过套管或油管内输送至井下，用射孔深度控制技术进行定位，对准目的层，地面仪器向射孔器起爆装置供电，引爆射孔器，射穿套管、水泥环、目的层，建立油气水流通通道的一种射孔工艺。

电缆输送射孔井下系统结构

电缆输送有枪身射孔井下系统由射孔马笼头、磁定位、连接器、电雷管、射孔弹、导爆索、射孔枪、弹架、枪头、枪尾、密封件组成，其中爆炸物品封装在密闭耐压的射孔枪内。无枪身射孔器的射孔弹装在一个用金属（或塑料）材料制成的密封式弹壳内，然后固定在特制的钢架（钢筋或钢板）上。金属弹壳承受井液压力。

射孔测试联作技术

油气井常用火工品

火工品是爆破器材中起爆、传爆、点火及传火的爆炸元件及其组合件的总称。

★油气井用火工品按耐热性能分类

普通型：耐温120℃48h （黑索金RDX）

高温型：耐温160℃48h （奥克托金HMX）

超高温型：耐温200℃48h （六硝基芪HNS、皮威克斯PYX ）

★聚能射孔弹

聚能射孔弹是根据聚能效应原理设计的。聚能射孔弹是射孔器的主体部件，由传爆药、炸药、药型罩和壳体四部分构成，当射孔弹被引爆后，装药爆轰，压垮药型罩，形成高温高压的高速聚能射流，射流冲击目的物，在目的物内形成孔道，达到射孔的目的。按其结构分为有枪身射孔弹和无枪身射孔弹；装药量、药型罩配方及药型罩几何形状尺寸决定了聚能射孔弹的穿透深度。

★油气井用雷管

雷管是在其他外界能量作用下，发生爆轰并引起其后的爆炸元件爆轰的火工品。

我公司使用的安全电雷管为压力-电流双控制，大电流起爆型电雷管，由电雷管、短路开关、压力触发机构三部分构成。装药一般为起爆药（迭氮化铅）和猛炸药（太安或黑索金）。发火电流2A，安全电流为1A，导通压力为2Mpa。具有防静电、防射频、防杂散电流、使用安全等特点。

起爆装置

按起爆方式分为撞击式起爆装置和压力式起爆装置两类。

△撞击式起爆装置

撞击式起爆装置是一种依靠下落金属投棒的撞击作用引爆的起爆装置，它是以金属投棒作为激发源，依靠投棒自由下落产生的能量推动撞针，撞击火帽起爆，用以起爆传爆管和导爆索、射孔弹等火工品。

△压力起爆装置

压力起爆装置是利用流体压力引爆的起爆装置，按加压方式可分为油管加压式和环套加压式两种类型。由井口对油管或环套加压，当所加压力与井液压力之和大于安全销的强度极限时，安全销被剪断，，击针下行撞击火帽发火，起爆装置起爆。

★油气井用传爆元件

传爆元件是一种传递或扩大爆炸能量的火工元件，如导爆索、传爆索均为典型的传爆元件。它的特点是自身的爆轰需要起爆元件起爆，然后它再去起爆下级火工件。

△导爆索

油气井用导爆索是一种内装猛炸药，用来传递爆轰波的索状火工品。按外皮材料分为塑料软管导爆索、线绕导爆索、编织导爆索、铅管导爆索四种。

△传爆管

传爆管是传爆序列中用于增大雷管或导爆索等爆轰波输出，起爆主炸药的火工品。主要用于传递起爆器被激发后的爆轰，起爆射孔枪上的导爆索，继而引爆射孔弹。也用于射孔枪串之间的传爆。

结构：壳体内装填起爆药和猛炸药，起爆药为PbN6，猛炸药为RDX或HNS（六硝基芪），或单纯装填猛炸药

电缆输送射孔特点

电缆输送套管射孔一般在正压条件下进行施工。优点是:

★施工简便，速度快，周期快；

★定位方便；

★施工中能及时检查射孔弹发射情况。

缺点是：

★井控安全性差；

★出现工程问题不易处理；

★不能应用于大斜度井和稠油井。

射孔测试联作技术

油管输送射孔技术

油管输送射孔简称TCP，该工艺是指把一口井所要射开的油气层的射孔器全部串接在油管柱的尾端，形成一个硬连接的贯串下入井中。通过测量磁定位曲线或放射性曲线，校深调整使射孔器对准射孔层位，通过撞击式和加压式两种方式引爆射孔器，对目的层进行射孔。在大斜度井、水平井、稠油井、高压气井、防砂井和低渗透地层的射孔作业中具有其他射孔方法所不具备的优势。

油管输送射孔井下系统结构

油管输送射孔井下系统由定位短接、油管、筛管、起爆器、传爆管、导爆索、射孔弹、射孔枪、弹架、枪头、中间接头、枪尾、扶正套、密封件组成。

油管输送射孔特点

★能够实现负压射孔，利用负压射孔的回流冲洗射孔孔道，提高产能；

★输送能力强，可一次射开多个层段，一次射孔层段可达几百米；

★特别适用于高压油气井，施工安全可靠，井口防喷效果好。

★采用特殊射孔装置，可实现一次性投产，又能与地层测试器、抽油泵联合作业进行测试和采油，可大大缩短油气井投产期。

★能够解决大斜度井与水平井的射孔施工问题。

双复射孔技术

一、射孔技术的现状分析

1、枪与套管的匹配问题

常用的射孔器在套管内的间隙

小直径射孔器在套管内射孔时枪与套管匹配间隙示意图

1、枪与套管的匹配问题

选用小直径射孔器射孔后，由

于射孔枪与套管间隙过大，导

致射孔后：

◆孔眼在套管上分布不均匀；

◆孔眼大小不一；

◆孔深浅差异较大；

◆降低套管的承载能力。

选用小直径射孔器射孔后孔眼在套管上的分布图

2、枪内炸高对射孔弹穿深的影响

聚能射孔弹打靶时，射孔弹大端面与靶之间应有一个合适的间隙（炸高）才能获得最好的穿深效果，改变这个间隙将影响聚能射孔弹的穿深。

射孔弹打钢靶结构示意图

2、枪内炸高对射孔弹穿深的影响

以102弹为例，最佳炸高为40mm，钢靶上的平均穿深169mm。102弹在102枪内的炸高只有17mm。试验证明，在这个炸高下102射孔弹在钢靶上的穿深平均为132.7mm，降低了36.3mm，下降21.5%。

射孔弹在射孔枪内的装配位置图

3、枪与弹的使用匹配问题

针对目前射孔技术存在的枪、弹匹配问题，我们作了一些试验，如：

127弹的验收炸高是60mm，在这个炸高下的穿深是176mm（打45#钢靶实验所得）;

127弹装127枪后的实际炸高是25.5mm，在装枪后的炸高下穿深是151.7mm,穿深下降了13.8%;

127弹装在102枪内的实际炸高只有15mm,在这个炸高下的穿深是145.3mm,穿深下降了17.4%。

4、普通复合射孔的优缺点

增效(复合)射孔技术是将射孔技术与气体压裂技术两者结合起来，由原来的射孔与气体压裂分两步完成变为在射孔作业的同时完成气体压裂作业。

主要有:内置式、外包裹式、悬挂式。

其作用过程是：在射孔弹射孔的同时，引燃枪内火药，火药燃烧产生的高温高压气体随射孔孔道以脉冲加载的形式作用于地层，使射孔孔道周围的地层产生裂缝并延伸扩展，对射孔地层实施高能气体压裂，解堵并改善射孔效率。

内置式增效(复合)射孔器

其结构是在射孔弹之间放置一火药片，并在枪体上开泄压孔。要增加射孔弹的穿深，又受到枪体直径限制；要增加孔密，又受到枪内空间的限制；要增加造缝的威力，就需要增加火药的装药量或提高燃烧速度，为了确保不炸枪，不损坏套管，普遍选取了增加火药量，降低火药的燃烧速度，并采用枪体上的泄压孔进行泄压。但是火药的燃烧速度降低，火药燃气的峰值压力随之降低，在枪体上开泄压孔会

造成能量的高峰部分消耗在枪内和套管上，这些因素对扩孔、造缝、解堵的作用必然下降。

火药

↖盲孔

↖泄压孔

一体式复合射孔器

外包裹式复合射孔器

枪头

?推进剂装药量大，不受枪内空间及枪身耐压限制；

?孔密可根据射孔优化选择，药量不受孔密限制；

缺点是限制了枪径和深穿透弹的应用，运输保管及现场应用不便。

射孔弹

增效药

枪尾

悬挂式复合射孔器

射孔器与增效火药分体联接，装药量不受枪型限制，可根据地层情况自由调节。缺点是压裂弹位于下方，未正对射孔层，射孔时会产生“上举现象”。