中国石油石化行业科普期刊

在井底向地层射击

 

一说到射击,大家第一时间一定会想到打靶训练、战场枪战或者是反恐精英(CounterStrike)游戏,场面一定是激烈、紧张、火爆甚至凶险的。

在井下向地层射击是怎么回事呢?这的确是发生在地下的真实射击,而且火药味十足,石油工程上把射穿套管、水泥环和地层的作业过程叫作射孔,被称为油气勘探的“临门一脚”,它是在物探、钻井、测井、固井等工序后,利用射孔弹迸发出的高能金属射流,穿过层层障碍,建立油气产出的通道。这一脚踢得好坏,对于地下油气资源的采收率尤为关键。因为,射孔孔道越大越深,沟通的地层孔隙与裂缝就越多,就像拧开了藏在地下岩层缝隙中的微小油气开关,拧开越多,油气产量就越大。

现场射孔作业时将作业车开到井场,用电缆或油管将专用的井下射孔器下至地下目的层位置,射孔层位深度由数控射孔仪测试确定后,通过机械、电子或水力等方式引爆射孔弹,高能喷射的金属粒子流将套管、水泥环和地层射穿,形成油气流入井筒的通道。射孔完成后,可进行试油或投入生产。

射孔作业与射击一样,需要有枪、子弹和靶子,还要有激发手段,这里的靶子就是套管、水泥环、地层,有四项几何参数是考察射孔效果的重要指标,包括:(1)射孔孔深,是指射孔孔眼穿透地层的深度;(2)射孔孔密,是指每米的射孔孔眼数目;(3)射孔孔径,是指射孔孔眼的直径;(4)射孔相位,是指相邻射孔孔眼之间的角位移。

从工艺上讲,射孔包括射孔枪输送方式、射孔枪引爆方式、射孔压差控制、射孔深度控制、射孔设备选择、施工安全与环保等。

这里重点介绍射孔枪,这种枪不同于我们常见的手枪、步枪、冲锋枪、机关枪,它是在油田射孔作业中,装配射孔弹等火工品并发射射孔弹的专用设备,又称射孔器。射孔枪由枪身、弹架、枪头、枪尾和密封件等组成。根据射孔方式不同可分为子弹式射孔枪、聚能射孔枪和复合射孔枪三种。子弹式射孔枪一般用于软地层射孔,优点是结构简单,缺点是孔道浅并且末端易被子弹堵塞,射孔后套管内壁会产生严重毛刺,对后期作业措施有一定影响。聚能射孔枪利用聚能射孔弹引爆后产生的高温高压高速聚能射流完成射孔作业,现场采用最为广泛。复合射孔是指射孔与高能气体压裂一次完成的作业,又称增效射孔。

射孔弹是射孔枪中最核心的部分,是专用火工品之一,其技术性能直接影响射孔主要参数——孔径和孔深的具体指标。聚能射孔弹使用最广泛,射孔效率最高,其结构主要有金属弹壳、主炸药、起爆药和药形罩。弹壳多为钢壳,主炸药是形成聚能射流的能量来源,为高能固体炸药;起爆药与主炸药为相同类型的炸药,灵敏度更高,用于引爆主炸药;药形罩一般为锥形,作用是在主炸药爆炸后产生射流束,形成射孔孔道。

聚能射孔弹按用途可分为有枪身聚能射孔弹和无枪身聚能射孔弹两大类,按耐温级别分为常温、高温和超高温射孔弹三种,按穿孔类型可分为深穿透射孔弹和大孔径射孔弹两种。

射孔工艺有多种分类方法:按聚能射孔枪结构方式,分为有枪身聚能射孔枪射孔和无枪身聚能射孔枪射孔;按射孔器下井方式,分为电缆输送射孔、过油管射孔和油管输送射孔;按射孔时井筒液柱压力与储层压力的压力差值,分为正压射孔和负压射孔;按与其他作业联合实施方式,分为复合射孔、射孔与投产联作、射孔与测试联作和射孔与压裂酸化联作等。每种射孔工艺都有不同的适用条件和各自的优缺点,应根据储层地质和流体特性、地层伤害状况、套管程序等条件进行选择。

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