1、,第三章 油气井射孔简介,概述,射孔完井是目前国内外使用最广泛的完井方法。 射孔是将射孔器下至油气井目的层位,射穿套管、水泥环并射入地层一定深度,建立地层流体与井筒的流动通道。临门一脚 采用合适的射孔器和射孔工艺,就可以使射孔对产层的伤害最小,完善系数高,从而获得理想的产能。 研究内容:射孔工艺、射孔枪、射孔弹、射孔仪器、射孔液、射孔伤害机理及评价方法、射孔优化设计等等。,射孔分类,按工艺分:正压射孔、负压射孔、超正压射孔。 正压射孔是用高密度射孔液使液柱压力高于地层压力的射孔。负压射孔是将井筒液面降低到一定深度,形成低于地层压力而建立适当负压的射孔。超正压射孔是通过井口加压,使液柱压力大于地
2、层岩石破裂压力的射孔。 根据油藏和流体特征、地层伤害状况、套管程序、油田生产条件等因素优化选取射孔工艺。 按射孔器输送方式分:电缆输送射孔(WCP)和油管输送射孔(TCP)。,一、电缆输送式套管射孔,较早的射孔方式,一般采用正压射孔。下油管前,在套管内,用电缆把射孔器输送到目的层,进行定位(跟踪短套管的定位方法、注磁标识定位方法、点标差定位方法等)射孔。射孔器可以采用有枪身射孔器或无枪身射孔器。 具有身穿透、高孔密和施工简单、风险低的优点,但要实现负压和避免压井二次污染较困难。,二、电缆输送式过油管射孔,射孔前把油管下到所要射孔井段的上部,再用电缆输送小直径的射孔器,通过油管下放到射孔井段,在
3、套管中定位射孔。 射孔器可采用:小直径有枪身射孔器、无枪身射孔器(板式、螺旋式和张开式)。 井口带压施工,减少地层污染,提高射孔完井效率。但是:射孔器受油管通径限制,不能采用大药量的射孔弹,对套管伤害较大。,三、油管输送式射孔(无电缆射孔),70年代发展起来的一种射孔方法,80年代技术逐步完善,特别是在大斜度井、水平井、高压气井、防砂井和低渗透地层的射孔作业等方面具有其它射孔方法所不具备的优势,因而促进了完井技术的发展。 这种工艺是利用油管连接射孔枪下到油层部位射孔。油管下部联有封隔器、筛管和起爆系统,可实现射孔负压。,起爆方式,投棒起爆 压力起爆 压差起爆 电能起爆 分为电缆传送电流点火和电
4、池落棒点火,油管输送式射孔的特点,射孔器具有深穿透、高孔密的优点。 易于实现负压射孔,解除射孔对储层的伤害。 一次射孔厚度较大,可达1000m。 可应用于斜井、水平井、稠油井等电缆难以下入的井。 施工安全性高,可完成高压油气井作业。 可与测试、酸化、压裂联作,降低施工费用,提高完井效率。,四、射孔弹1 聚能效应,2 结构,聚能射孔弹实物,(1).深穿透射孔弹,目前,射孔的穿深越来越受到人们的重视。这是因为一方面穿透深度超过污染带后能使产能有较大幅度的增加,另一方面尽可能提高穿深可以降低压裂酸化的破裂压力且提高压裂酸化的增产效果。,深穿透射孔弹常温射孔弹系列,(2).大孔径射孔弹,为了满足稠油井
5、和防砂井的需要我们研制了几种大孔径弹,其中低碎屑高孔密大孔径弹射后弹壳成2mm直径的细粒以便将其循环出井。,(3).穿孔弹系列,(4)、聚能切割器,为了满足油气井钻采及地质勘探中钻采工具被卡或其它工程的需要,为了解决对无开采价值的油气井油管、套管的回收、研究和生产了系列聚能切割器。,五、雷管(1)定义:利用电能起爆的雷管叫电雷管.(2)结构:电极塞、装药和管壳三部分组成(3) 技术要求:表面不允许有浮药、锈蚀、封口不允许松动或脱落;安全电流及发火电流:安全电流0、05A/5Min不发火, 发火电流0、8A可靠发火;威力试验:雷管在铅板上起爆后,铅板(4mm厚)炸孔大于 雷管直径;震动试验:不允
6、许发生发火或结构损坏或短路、断路、 电路不稳(落高15cm,2小时、601次/分).我们目前用的是安全电雷管,无枪身以后要采用大电阻电雷 管.,六、导爆索(1)定义用途:是一种传递爆轰波的索状起爆器材、它本身需要 其它起爆器材(如雷管)引爆,然后可以将爆轰波传递到另一端,引 爆与其相连的起爆器材(射孔弹)。(2)要求有足够的爆轰感度;足够的起爆能力;良好的物理性能、柔软、防水等,六、射孔枪(器),射孔枪分为有枪身射孔枪和无枪身射孔枪。 有枪身射孔枪是用于承载射孔弹的密封承压发射体; 无枪身射孔器中,它专指弹架,无枪身射孔器的密封承压由无枪身射孔弹的弹壳承担。,0相位,40螺旋相位,(1)、高孔
7、密射孔器,178枪最高可装40孔/米(127型深穿透弹) 127枪最高可装40孔/米(89型深穿透弹或大孔径弹) 114枪可装40孔/米(89型深穿透弹或大孔径弹) 102枪可装25孔/米(89型深穿透弹或大孔径弹),(2)、高压射孔器,86耐压170MPa 90耐压150MPa 127型耐压140MPa,(3)、过油管射孔器系列,过油管张开式深穿透射孔器,过油管无枪身射孔器系列,一 体 式 复 合 射 孔 器,分 体 式 复 合 射 孔 器,在提高射孔弹穿深的同时,把射孔和造缝结合起来,其中的一个办法就是把聚能射孔弹射孔与固体推进剂压裂有机地结合起来-复合射孔。利用炸药的爆速和火药的燃速差来
8、实现现射孔后气体压裂,对地层近井区域产生机械作用、物理化学作用和热力学作用,使近井区域的地层导流能力得到改善,这是提高射孔有效深度,增加近井地带渗注流面积的一种新途径。,(4).复合射孔器,射孔枪的主要部件,枪身 中间接头 弹架 传爆组件 枪尾,射孔枪主要指标,外径规格(mm):51、60、73、89、102、114、127、140、178等。 孔密(孔/m):13、16、20、25、40等。 相位(度):45、60、90、120、180等。 耐压级别(MPa):35、70、105、140、 175等。,七、射孔工艺,油管输送射孔与投产联作 油管输送射孔与地层测试联作 油管输送射孔与压裂酸化联
9、作 油管输送射孔与高能气体压裂联作 油管输送射孔与防砂联作 超正压射孔 水平井射孔,技术特点:,采用液压延时分段起爆方式能完成长水平段的射孔作业。 采用弹架旋转的内定向方式,定向精度高且与枪身旋转的外定向方式相比,在相同 套管内径下可选择更大直径的水平井射孔枪。 采用接头旋转扶正环和滚珠枪尾可大大减少起下射孔枪时的摩擦力。 接头与枪体之间,公母接头之间采用防退扣装置,避免了落枪的可能。 最新研制的起爆开孔装置可实现水平井的再射孔而不会将井液挤到地层中去。 可提供89、102和127型三大系列的各型定方位水平井射孔器。最高工作压力:MPa,105MPa,1.水平井射孔工艺技术,主要技术参数,射孔
10、枪外径:mm,102,127mm 最高工作压力:MPa,105MPa 延时时间:7min 定向方式:内旋转定向 定向精度: 定向率: 发射率: 孔密:孔米枪体抗弯能力:米。,水平井射孔方向一般都采用低平方向,即水平两侧,目的是使射孔后沿孔眼展开的裂缝始终在储层内延伸,以防顶部落砂跨塌和底水突进。,射孔相位(射孔弹发射方向),起爆方式,水平井只能采用压力起爆方式,使用压力延时起爆器能够在延时时间内卸掉井口泵压,从而保证射孔时不至于把压井液压入地层,有利于保护产层。针对该井射孔段长的特点,为了提高起爆可靠性和降低射孔弹爆轰波对套管、水泥环的伤害,我们建议将射孔段分为2段,每段首尾各安装一个压力延时
11、起爆器实现起爆双保险,全部射孔枪一次下井、三段相对独立起爆射孔的办法确保起爆可靠。,射孔管串示意图如下:,射孔枪型选择,目前国内绝大多数油田在51/2“套管的水平井射孔均采用89型(枪外径89mm),仅有我们01年在塔里木轮南1H2井(射孔段长140米)和02年在河南宝浪油田宝H4井(射孔段长320米)两口井使用102型水平井射孔枪,才打破了原来在51/2“套管中只能使用89枪的局限。国外在51/2“套管的水平井射孔均采用33/8型(枪外径86mm)。若51/2“套管的水平井采用102型射孔,比89型可装更大的射孔弹,有利于射孔穿深,但是射孔后枪体膨胀卡井的风险也较大,磨75H井射孔跨度长达5
12、10米,考虑到射孔后枪体变形和射孔孔眼毛刺的影响,安全显得尤其重要。因此,使用89型水平井射孔枪,孔密16孔/米。,定位校深,水平井射孔枪串入井定位校深的通常做法是:枪串探人工井底后上提几米到预定射孔段,然后在直井段下自然伽马磁性定位组合仪,测定在直井段预置的短油管深度来验证枪串的深度。磨75H井,我们建议采用自然伽马磁性定位组合仪测定直井或造斜段短油管深度,丈量短油管距离首发射孔弹的长度,确定射孔深度。考虑电缆输送仪器可能到达的深度,和自然伽马曲线特征,在2550米(直井段)和2650米(造斜段)各下一根短油管,保证至少能测出一根短油管的深度,完成射孔校深。,施工作业效果,该井斜深3620米
13、,垂深2632.17米,射孔跨度512米,射厚368.5米。作业完成后,射孔枪全部取出,经甲方检查核实,4976发射孔弹全部发射,发射率100%,定向率100%,一次成功率100%,定向精度小于5,孔眼规则一致,孔径在1112mm之间,毛刺高度小于3mm,所有技术指标均优于集团公司标准,作业取得了圆满成功,该井在施工过程中,实现了压力、声音、振动的监测和记录。获得较高产能。,2.超正压射孔工艺技术,超正压射孔的由来 超正压射孔是当今射孔完井技术的新突破。它不同于早期的正压射孔,不是在泥浆压井状况下射孔从而造成对地层的严重污染,而是在使用酸液、压裂液及其它保护液射孔的同时给地层加约1.2倍破裂压
14、力,克服了聚能射孔所带来的压实污染,且在加大延伸裂缝的同时还与压裂酸化联作,解决了造缝,解堵,诱喷,防止出砂等一系列问题,大大改善了初始完井效果。,超正压射孔裂缝,普通水力压裂裂缝,主要特点,不仅在常规井中作业,还在高硫化氢井中作业。 有加压和井口释放投棒两种起爆方式。 有N2加压,N酸(压裂液),液柱酸(压裂液)三种加压方法。 不仅有可取式管柱,还有永久式完井丢枪管柱。 与大型酸化联作以外,还与加砂压裂联作。有两种压裂方式,一种是超正压射孔的同时进行加砂压裂,一种是自带携砂器。 能与大型酸化、测试三项工艺联合作业。 有专门对老井进行超正压施工的起爆开孔装置。,4.一次管柱多层射孔测试联作工艺
15、技术,该技术通过一次管柱实现多个产层的分层负压射孔与测试联作技术,一改过去射孔测试联作只能针对一个目的层实施作业。利用该项技术能及时发现薄产层、划分出水层,为油田开发提供及时准确的地质资料,降低试油成本,有利于多发现产层,提高勘探开发效益。 一次管柱选择性点火,进行分测与和测,大大提高了试油效率。,5.全通径射孔工艺技术,全通径射孔枪枪身之间采用接箍式连接,枪身内采用易碎材料,在完成TCP作业后自动将起爆器芯、枪芯和枪尾丢掉,使整个管柱(包括枪管)既成全通径,又不象丢枪那样占用井底口袋。无需起管串就可以进行生产测井、压裂酸化等作业。可提供89型和102型全通径射孔器,配套系列低碎屑射孔弹。,主
16、要技术参数,外径: 89, 102mm 通经: 50mm 最高工作压力:90MPa 最高工作温度:150C48h,6.一次性完井管柱技术,一次性完井管柱可以提高完井效率同时避免了压井造成的二次污染,完成了射孔酸化生产井测井的一次性完井作业。该管柱所用封隔器有压差、机械、插管式多种,液压丢枪装置有锁球式和弹抓式两种,自动丢枪装置有投棒起爆和液压起爆两种,现已成为较为成熟的技术。,投球加压,封隔器座封,起爆器点火,射孔,丢枪,封隔器,球座,射孔枪,丢枪流程,图一管柱 该管柱为采用可取式封隔器的射孔、压裂酸化、生产测井联作管柱 该管柱在进行高压泵注作业时由水力锚克服上顶力,同时套管要加平衡压力。 泵
17、注时封隔器的启动靠节流启动器(含节流凡尔),图二管柱 该管柱为采用永久式封隔器的射孔、压裂酸化、生产测井完井管柱。 该管柱封隔器靠投球憋压座封,因此采用加压起爆而非投棒起爆。 封隔器球座为卡弧式,座封后球座可让开,球落下。,7.WCP带压射孔技术,该技术与过油管射孔相同的是也需要井口防喷系统,但井内无油管,因而可使用大直径电缆枪负压射孔。 简介随着人们对油气田内部微观分析的不断深入,找出了引起油气层孔隙堵塞的各种原因,进而推行了全面的产层保护技术:欠平衡钻井技术;大直径电缆枪负压射孔技术;全井筒压裂酸化技术;不压井完井管柱技术等。而实现大直径电缆枪负压射孔作业的关键是要解决大直径电缆的高压动密
18、封难题和制造大直径高压防喷管、防喷器。,该技术如结合电缆射孔分级点火射孔技术一同使用,则可减少防喷系统的拆卸次数,从而降低劳动强度、提高作业效率。 防喷系统通径160mm,额定压力为70MPa。,主要特点,1.大直径电缆的高压动密封除考虑强度外还增加了流管的根数。2.大直径防喷管采用油壬式结构,配专用扳手拆卸。3.防喷器为双级、液动、闸板密封,需长时间关井时,手动锁紧闸板。4.为了减少拆卸防喷管的次数,要争取一次下较长的枪,为此要研究分段起爆技术。5.本项技术也适用于在井口带压井情况下进行电缆输送座桥塞、座封隔器及水泥胶结测井作业。,主要技术参数,控制头 使用电缆直径 8,10,12 最高工作
19、压力 70MPa防喷管 通径 154,160 最高工作压力 70MPa 防硫化氢性能 3g/m3防喷器 垂直通径 160mm 最高工作压力 70MPa 液控压力 21MPa 工作温度 29121 连接型式 梯形螺纹,由壬接头(防喷管端)15610000psi法兰(井口端) 防H2S性能 3g/m3,8.WCP选择性点火射孔工艺,电缆输送射孔是射孔工艺中广泛使用的一种技术。然而,以往的电缆射孔技术是每次下井只能进行一次点火,使用127枪或102枪每次射34米。我们新研制的电缆射孔多级点火射孔工艺可以一次下井实现任意多次点火,所射层段长度仅受电缆强度和提升设备高度的限制。这对射孔井段长、深井、薄层
20、多的井以及带压进行射孔作业的井可大大节约作业时间、降低劳动强度。,工作原理,利用单芯电缆一次下入多支射孔枪,先对最下面油层射孔后,上提电缆至上一级射孔目的层位逐次射孔。在前一级射孔后爆轰波及液柱压力共同作用下,分级射孔控制器切换开关动作,从而实现由下而上的分层段射孔作业,对于夹层较长、多薄油层、井口带压射孔的井,本技术具有独特优势。,9.定方位射孔技术,该技术应用于对准裂缝发育方位或正交于最小水平地应力方位射孔。为此要先通过裂缝识别测井系统找出裂缝发育的方位,射孔枪下井后,在井口旋转管柱并用定方位射孔仪校正射孔枪的方向,然后对着裂缝方位射孔。该仪器采用加速度计作为定向系统,同时采用小直径金属保
21、温瓶和井下自动导向系统,用于井斜大于等于2度的井,配陀螺短节后可进行直井定向 。,主要特点,定方位射孔仪 为了提高抗震性和稳定性,采用国内外最先进的,无任何机械传动装置的石英伺服加速度计定向系统。 为了提高井下仪器温度指标采用了29mm的小直径金属保温瓶结构。 为了解决5000米测井电缆的传输问题,井下仪器中采用了单片机和远传接口组成的脉冲编码调制系统。 为了实现在井下定向联接,采用了螺旋式的机械自动定向联接器。 为了尽量减少下仪器时的旋转次数,采用了井下电缆防转接头。 为了处理井下仪器传送到地面的数据,地面采用了相应的接口和计算机系统处理软件。,定向射孔枪, 所有射孔枪的发射方向都要调到同一
22、方位上,然后固死。 射孔枪上部连有定位套,定位套的定位键与射孔枪的发射方向调成规定角度后固死。 导向器插入定位套时可测出射孔枪的发射方位。,主要技术参数,定位仪工作环境温度 120连续工作4小时工作环境压力 70MPa适用井斜 (若配以陀螺短 节则可以在井斜2井中测方位)定向方位角范围 360相对误差4时漂 1/h角度分辨率 0.05最大直径 50mm抗震性能 10g定向射孔枪枪型 89枪、102枪、127枪、相位 180孔密 :89枪 1622孔米102枪 1620孔米127枪 1618孔米,10.射孔在分层开采中的应用技术, 采用一井两层的分层开采将实现立体开发方案,这对改变一井单层开采现状,减少单井投入,达到少井高产具有重要意义。射孔是分采工艺技术中的重要环节,因为只有进行了分层射孔才谈得上分层开采。目前,我们已根据地层特性因素、射孔几何因素,井身结构选择合理的分层射孔方案进行了多口分层开采井的射孔作业,并取得了良好的作业效果。,主要工艺特点,1.单管单封油套分采工艺 2.单管双封油套单采工艺 3.采用双管射孔枪,两层分别负压射孔,图一:插管封隔器油、套分采,图二:单管双封单采管柱,图三:双管双封分采管柱,