【新疆石油化工展】油井射孔技術的現狀與展望

2、復合射孔技術

復合射孔技術通過復合推進劑來提供二次射孔能源。聚能射孔彈在儲層與套管之間形成連接通道的同時，復合推進劑被點燃產生高溫高壓氣體，氣體通過射孔槍上的排放孔釋放，立即流入射孔通道，從而有效地壓裂儲層。通過該過程，將在近井區(qū)形成擴展的裂縫網絡，大大提高近井區(qū)的流體導流能力。多年的現場作業(yè)經驗表明，復合射孔技術至少可以使單井產能翻倍。經過近年來持續(xù)不斷的發(fā)展，復合射孔技術已經由原來的一級裝藥結構逐步演變?yōu)槎壓腿壯b藥結構，這進一步增加了復合穿孔功率。模擬打靶實踐中的平均裂縫長度比之前的結構增加了近一倍。此外，基于延遲點火技術和控火技術的多級脈沖復合射孔已得到開發(fā)并應用于油田射孔作業(yè)，這種復合技術可以通過控制多級射孔的工作時間進一步提高射孔效率。

迄今為止，復合射孔技術已發(fā)展為內置式、懸掛式和環(huán)繞式等多種類型，以及深穿透、大口徑、高密度射孔等不同的產品系列。此外，還形成了射孔酸化一體化、射孔與DST一體化、水平井一體化射孔等工藝技術。

3、定向射孔

定向射孔利用特殊的定向裝置或設施來實現射孔方向的控制，從而優(yōu)化射孔設計，提高作業(yè)效率，主要分為垂直井定向射孔和水平井定向射孔兩種。在油藏開發(fā)過程中，常規(guī)射孔通常沿水平方向打開裂縫。但在實際儲層中，儲層的最大主應力方向與水平方向之間通常存在傾斜角α1和α2。有時需要利用陀螺儀或旋轉射孔管柱，使射孔方向指向主方向，從而降低后期改造儲層的壓裂壓力，降低壓裂難度，提高射孔效率；同時，可以增加油藏有效泄油面積，提高油井產能。電纜輸送射孔可應用于斜率小于30°的井眼，作業(yè)精度和效率遠高于油管輸送。在長水平井的射孔過程中，為保證作業(yè)安全，需要使用相應的單向或雙向延遲雷管，通過分段起爆，可實現超長水平間隔一次射孔。

此外，水平井鉆井過程中可能存在儲層破壞、偏離目標儲層等問題。針對這些問題，科研工作者還開發(fā)了定向多級復合射孔，目前已成為國內部分油田的首選單井增產方案。2013年，該技術在塔里木油田TZ16-16H井成功應用，使用FS96-13DP29射孔槍、YS95壓裂槍組、SDP39HMX29-2射孔彈在井下4190~4293m射孔。通過雙級裝藥將井筒內壓力有效時間延長至800ms以上，射孔洞和裂縫總穿透深度超過5000mm。

4、欠平衡射孔

欠平衡射孔用于井筒欠平衡壓力條件下。射孔時，井筒與儲層之間的壓力差有助于產生快速的沖擊回流，沖刷井內的爆炸殘余物，清理油流道，使近井筒區(qū)滲流特征更接近原儲層。該技術起源于美國，并在過去幾年中在中國取得了進展。目前國內成熟的欠平衡射孔技術采用內部封隔器將每個射孔段分開，根據作業(yè)需要在油管內產生欠平衡壓力，然后通過落桿或壓力起爆等方式在封隔器下實現油管與套管環(huán)空的連接，產生射孔層段壓力欠平衡，隨后引爆射孔。在此操作中，壓力表和其他相關配件可以在射孔管柱中安裝，對整個作業(yè)過程中的井下溫度和壓力進行監(jiān)測，并提供地層表皮因子、原始儲層壓力、滲透率、地層因子和預測產量等。在動態(tài)欠平衡射孔中，射孔槍上安裝了一個不平衡壓力室。射孔產生的爆炸能量會瞬間打開隔室，射孔段環(huán)空的流體會流入隔室，從而在套管環(huán)空產生欠平衡壓力，這種技術更容易產生欠平衡壓力，現場操作更方便。

全口徑射孔時，通過油管與相應井下工具連接的專用全口徑射孔器一起下鉆，然后通過深度修正短節(jié)定位。當上述裝置全部輸送到目標層段后，引爆器點燃，射孔彈爆炸。爆炸殘留物會自動落入井底。在射孔管柱內形成一條直徑與油管相當的通道，方便日后的測井、酸化、壓裂或儲層測試，無需拔管柱或射孔槍下落井底。這樣可以避免重復操作對井下參數的影響，使測試結果更好地反映原始儲層性質，地層評價更加準確。全口徑射孔技術適宜在起下鉆作業(yè)困難的深井或超深井、井控難度大的低壓氣井以及環(huán)境惡劣、作業(yè)難度大的地區(qū)應用。

5、定面射孔技術

目前，國內外常規(guī)射孔技術產生的螺旋分布不能有效引導裂縫擴展方向，裂縫只會沿最小主應力方向延伸，裂縫走向不可控。因此，在多級壓裂中，極有可能造成不同壓裂段的裂縫相互連通，從而影響壓裂效果。最好的裂縫網絡是裂縫走向垂直于井筒軸線，所有裂縫均沿井筒徑向延伸。而近年來新研發(fā)的定面射孔改變了傳統(tǒng)的射孔螺旋分布，采用特制的超大射孔裝藥和特殊的裝藥分布方式。發(fā)射孔成簇分布，每簇裝3枚射孔彈。穿孔方向形成扇形平面。射孔后，在與套管軸線垂直的一個截面上，套管內壁上會產生多個射孔。該工藝采用超大射孔彈，有利于增加射孔面積，增強井筒與儲層的連通能力，有效降低井眼摩擦力，提高油井產能。此外，簇的數量可根據具體水力壓裂要求進行設計。這種射孔不僅可以與泵送橋塞工藝相結合，實現水平井多簇面方向射孔，還可以應用于水力壓裂前的直井預處理，干擾裂縫走向，降低儲層裂縫壓力。

2014年，國內某油田的30多口井應用了該射孔技術，射孔成功率100%。在射孔后的水力壓裂中，儲層裂縫壓力明顯降低，橫向射孔水平井產液、產油量明顯高于常規(guī)射孔，說明該措施效果良好。

6、射孔測試技術

射孔測試技術近年來也取得了長足的進步。近年來，我國采用了美國石油學會提出的APIRP19B標準混凝土靶材制造和射孔測試方法。這一舉措使射孔穿深指標與國際接軌。同時，還建立了復合射孔器單元測試裝置和測試方法。2011年，行業(yè)標準——復合射孔器通用技術規(guī)范及測試方法發(fā)布，成為復合射孔測試的基礎。

三、射孔技術展望

隨著油氣開發(fā)轉向非常規(guī)油氣藏，如頁巖氣、煤層氣、致密氣和致密油，射孔還需要與地質工程與完井工程緊密結合。

對于頁巖氣、煤層氣、超低滲等非常規(guī)油氣藏，需要進行水力壓裂以使油井達到經濟生產。對于大斜度井、叢式井、水平井等結構特殊的井種，應重點解決以下問題：①獲得更大的泄油面積；②顯著降低儲層破裂壓力，降低水力壓裂難度；③引導裂縫擴展方向，誘導水力裂縫與天然裂縫的連接，形成完整的裂縫網絡，提高油井產能。針對不同類型的井、不同條件的井、不同油藏的井，制定合理的射孔方案，提高井的產能。為滿足新老井貧薄層、邊水或底水油區(qū)、水淹區(qū)無法進行水力壓裂的剩余油區(qū)的需求，精準定位超深射孔及其技術與定向工具相結合，結合地質條件的能量可控復合射孔新工藝，以及針對不同地層條件的優(yōu)化設計方法等。

對于深部和超深部油藏，由于井下高溫高壓，射孔管柱工況十分復雜，常規(guī)射孔器和射孔技術無法滿足深井安全高效作業(yè)的要求。因此，深井耐溫射孔裝藥、高壓射孔器、抗硫抗爆射孔工具、深井射孔作業(yè)工藝等均有待開發(fā)。

對于水平井的多級壓裂，簇射孔對壓裂的影響很大。如何根據具體井筒和儲層條件進行施工，以及后期的評價方法，都是未來的重要研究課題。一些研究機構近年來開展了相關工作，但尚未建立完整的理論體系，需要進一步研究開發(fā)。目前很多油田的老井都出現了產量下降的情況，造成老井減產的原因很復雜，包括射孔不完善、地層能量不足，以及在長期生產過程中高分子聚合物和固體顆粒的聚集導致近井區(qū)堵塞，那么如何通過再生產來恢復老井的產能，也是射孔技術未來重要的研究方向。

四、結論

隨著國內外各類儲層的開發(fā)越來越多，油氣田的開發(fā)難度越來越大。對配套技術提出了嚴格要求，射孔已經從簡單的完井方法轉變?yōu)橛筒亻_發(fā)的重要環(huán)節(jié)，在保護油藏、提高井產能、提高作業(yè)效率、提高開發(fā)效益等方面發(fā)揮著越來越重要的作用：開發(fā)非常規(guī)油藏，恢復老井產能，延長油田壽命，挖掘剩余油潛力，提高最終采收率。隨著未來石油開發(fā)領域的擴大，射孔將面臨越來越復雜的問題，其發(fā)展道路也將變得更加廣闊。