射孔完井法简介
射孔完井模型及其数学方法简述
射孔完井模型及其数学方法简述杨勇1 石峻2 檀竹南2（1 河南油田第二采油厂工程技术研究所河南南阳 473400，2 北京雅丹石油技术开发有限公司北京昌平 102200）摘要：本文通过实验法、数学理论法详细介绍了射孔完井的产能研究模型，通过有限元方法建立了理论模型和离散模型及数值方法，并分析了孔深、污染程度、破碎带、孔眼半径、相位角等对产率比和表皮系数的影响。
关键词：射孔完井数值模拟有限差分有限元离散化1 前言射孔完井是国内外油田使用最广泛的一种油井完井方法，这种完井方式对油井生产效果的影响很大，长期以来，不少学者在这方面做了许多研究工作，其主要目的是研究各种参数提高产能比[1]。
因此国内外许多学者对其产能计算进行了大量研究，主要集中在电模拟试验法、数值模拟法[2]、热流场模拟法等方面，总结前人的研究成果，其研究方法可归纳为两大类：（1）实验法；（2）理论法。
虽然每个方法都有它的局限性和固定性，但射孔完井的研究对油气井产能的影响还是极其重要的，因此对其进行研究也是非常必要的。
2 建立射孔完井模型的主要方法2.1 实验法井下几千米深处的射孔，很难准确测量射孔孔眼的形状大小，如孔径、孔深及孔眼周围压实带厚度等，这些只能根据室内实验法来获得统计均值。
实际上实验法和理论法在射孔完井中是不可分割的两部分。
通过实验法可测出射孔完井中各种可能的影响参数，为理论公式的修正系数（如表皮系数、损害程度系数及完井系数）提供不可缺少的手段和方法，也为有限元模型及数值参数提供实验数据或模型修正系数等[3]。
实验法方面牵涉到一些实验设备、仪器等，投资较大，且周期长，但在这方面国内外已有大量的实验数据可借鉴和引用，因此目前国内外用于射孔完井模型的设计是数值模拟法。
2.2 数学方法数学方法研究问题主要有两条途径，一种是解析法，另一种是离散化的数值方法。
前者适用于简单的理想问题，它可以得出问题的以解析方程表达的内在关系。
而对复杂情况则必须采用数值方法，此时已无法简单地用解析方程式来反映事物的内在规律。
射孔完井技术
定向方式
起爆方式
60
89
102
60.3
88.9
101.6
10.5
23
32
12
16
16
两相位、三相位、四相位
35Mpa
100Mpa
外定向
内/外定向
多级压力 起爆
压力起爆
全通径射孔枪
射孔后，枪串内不滞留任何固体残渣的射孔 枪称为全通径射孔枪。
常规的油管输送射孔施工工艺虽然解决了负 压射孔及防喷等一系列工程技术问题，但由于所 使用的射孔枪与普通射孔枪没有两样——射孔弹 爆炸后，由于弹壳及弹架等分解成几何形状极不 规则的金属碎片，这些碎片在射孔后一般卡在枪 管内部，造成枪串堵塞。因此，常规的油管输送 射孔施工工艺不能满足射孔后随即进行的压裂、 酸化及生产测井等要求，除非进行二次压井。但 随之而来的是因压井带来的二次污染的负面影响 。全通径射孔枪亦由此引出。
• 枪身耐压：
80 MPa
• 射孔器有效长度： 1 m，2 m，3 m，4 m
• 适用最小套管内径： 78 mm
• 射孔弹耐温：
180 ℃/24h
• 穿孔深度（API混凝土靶）： ＞350 mm
• 入孔孔径：
9 mm
• 最大孔密：
16 孔/m
• 射孔相位角：
90°
应用范围
可以取代73-5射孔器应用于双层套 管井、套管变形井、开窗侧钻井和小尾 管井等的射孔。
五项工程手段
◆ 爆炸松口 ◆ 油管切割 ◆ 套管/钻铤切割 ◆ 冲孔封串 ◆ 电缆桥塞
射孔孔道示意图
铅板/钢板穿孔图
射孔参数示意图
射孔弹性能检测
1、主要指标 穿深、孔径
2、检测标准 美国石油协会制定----“油井射
完井射孔技术
1、使用
枪身和一次使用枪身。一次使用的枪身是在油管传输射孔和过油管射孔时 使用。可多次使用的枪身是电缆射孔使用的。
油层套管可以是从井口一直下到井底的套管柱， 也可以是尾管。
在钻开生产层时，井底要超过最下部产层的底界 以下，其作用是留“口袋”。
在油层套管串上应有一个长度为3～5米的短套管， 处在最上一层油层的顶界以上20～30米。短套管的 作用是在射孔时精确地确定射孔的层位和深度。在 测井仪器上装磁定位仪器，可测出短套管接箍的位 置，就可确定井的深度和射孔仪器在井中的精确位 置。
枪身可使射孔弹不与井筒中的液体相接触，免 受井筒液体的侵蚀，射孔弹仅承受井下的温度影响。 枪身可做成大直径的，可容纳大的射孔弹，可使射 孔能力增强，射孔的密度、相位角等参数易调整， 容易实现高密度，多相位射孔。大直径的枪身可使 井筒套管与射孔枪的间隙减小，以利于提高射孔质 量。
有枪身式射孔枪可直接联结在油管柱上实现油 管传输射孔。在这种情况下使用一次性枪身。一次 性枪身的壁厚较薄，射孔弹是靠弹架固定的，固定 方式简单，成本低。一次性枪身在射孔完后就可丢 弃在井底。
多次使用的射孔枪枪身是一厚壁圆筒，射孔弹用旋塞固定在枪身上。射 孔弹按一定的角度在枪身的圆周上排列，以实现射孔时的相位角度。在纵 向上以一定的密度排列，以实现射孔的密度要求。见图6-2。
枪身起两个作用，一是射孔弹的载体，承受井 筒中的液压力，保护射孔弹不受损害，保证射孔弹 的击发。二是能吸收射孔时射孔弹爆炸时的反作用 力。
射孔弹被点燃后，在瞬间喷发的气流速度可达到6000～9000米／秒， 温度可达几千摄氏度，冲击的压力可达到14000～20000，任何坚硬的固体 都能被击穿或烧蚀。喷发的时间极短，通常以微秒或毫秒计。
射孔
第二部分射孔完井工艺技术概述目前国内外完井方式主要有套管或尾管射孔完井、割缝衬管完井、裸眼完井、裸眼或套管内砾石充填完井等。
其中套管射孔完井是目前国内外使用最广泛的完井方法。
其基本原理是在一口井钻井、固井完成后，利用射孔器射穿油层套管、水泥环并穿透至油层一定深度，从而建立井筒与地层间的油气流动通道。
该种完井方式的优点是可选择性地射开不同压力、不同物性的油层，以避免油层间干扰，还可避开夹层水、底水和气顶，避开夹层的坍塌，具备实施分层注、采和选择性压裂或酸化等分层作业。
自大庆油田投入开发以来，射孔完井工艺技术大体上经历了三个阶段：第一，以SQ691跟踪射孔仪、泥浆压井、WD67-1型射孔器射孔为标志的准确打开油气层射孔工艺技术阶段；第二，以清水压井过油管射孔、负压射孔、射孔液应用为标志的保护油气层射孔工艺技术阶段；第三，以深穿透射孔、复合射孔、DB-Ⅱ型数字化射孔仪应用为标志的解放油气层射孔工艺技术阶段。
近十年来，国内通过深化射孔理论研究，完善配套工艺，增加射孔弹新品种并形成系列化等，缩短了射孔技术与世界先进水平的差距，总体水平已接近国际先进水平。
第一章射孔器及其检测技术第一节射孔器射孔器是用于油气井射孔的器材（或装置）及其配套件的组合体，其作用是打开井下封闭油气层的套管、水泥环并深入油气层，建立井筒与油气层间连通的通道，其性能的好坏直接影响到射孔完井效果。
一、射孔器发展概况（一）机械切孔器1910年，用一个机械刀片在套管上旋转钻孔，机械切孔器用钻杆下井，然后打开切刀，当切刀绕销钉旋转时，靠钻杆的上提力切入套管壁。
这种穿孔法速度慢、成本高，水泥环超过25mm厚时效果不佳。
（二）子弹射孔器1926年，Sid Mine首先发明了子弹射孔方法，美国兰威尔斯公司（现在西方阿特拉斯公司）获得了专利，于1932年首次用于油井套管射孔，在加利福尼亚Montebello 油田一口800m深的井，用了8天时间，下井11次，共发射80枚子弹。
常规完井工艺
充填工具
信号筛管
主体筛管
丝堵
二、水平井完井方式
套管固井管内滤砂管防砂完井
悬挂封隔器
金属毡滤砂管
丝堵
炮眼
人工井底
二、水平井完井方式
尾管固井射孔完井
二、水平井完井方式
水平井造斜段注水泥、裸眼封隔器分段及滤砂管完井
二、水平井完井方式
尾管悬挂、裸眼封隔器分段滤砂管完井
二、水平井完井方式
射孔完井 管内砾石充填
复合型完井方式。
一、常规完井方式
•割缝衬管完井： • 用同一尺寸钻头钻穿油层后，
套管柱下端连接衬管下入油层部位， 通过套管外封隔器和注水泥接头固 井，封隔油层顶界以上的环形空间。
如图示。
一、常规完井方式 悬挂衬管： 钻头钻至油层顶界后，先下 套管注水泥固井，再从套管中 下入直径小一级的钻头钻穿油 层至设计井深，然后在油层部
位下入预先割缝的衬管。如图。
一、常规完井方式
砾石充填完井：
（疏松砂岩）将绕丝筛管下入井内油层部位，然后用 充填液将在地面上预先选好的砾石泵送至绕丝筛管与井 眼或绕丝筛管与套管之间的环形空间内，构成一个砾石 充填层，以阻挡油层砂流入井筒，达到保护井壁、防止 砂流入井内。
一、常规完井方式
裸眼砾石充填完井：
通常在油层段垫砂或者替人低失水、高粘度 的钻井液，以防水泥浆下沉。或者在套管下
部安装套管外封隔器和分级箍，以承托环空
的水泥浆，防止其下沉。
一、常规完井方式
复合型完井：
有的厚油层适合于裸眼完成，但上 部有气顶或顶界邻近又有水层时，也可
以将技术套管下过油气界面，使其封隔
油层的上部分然后裸眼完井。必要时再 射开其中的含油段。
分段开采 筛管完井技术
射孔完井
电缆射孔枪串由枪身、点火头、 CCL 校深仪和电缆接头组成。 电缆接头有三种作用，一是 连接枪串和电缆，进行信号传输； 二是作为电缆弱点，当电缆射孔 枪遇卡时从电缆接头拉断，取出 电缆；三是作为打捞头。 CCL 校深仪:利用与井下套管短节 的连接处产生的磁信号进头：是射孔枪的连接部件，又 是密封部件，中间有一中孔可引出 雷管脚线，并使雷管与导爆索可靠 连接，起引爆作用。 枪身：有51ｍｍ，60ｍｍ，73ｍｍ， 83ｍｍ,89mm,102mm,127mm等多 种规格。 弹架：用于安装射孔弹，一般为四 相位，相位角度为90° 枪尾：主要起密封作用。
金属内 衬
套管 水泥 环
射流束在炸药爆炸 力汇集形成超高 压的作用下，以 7000m／ s 的高速 和100╳109MPa 的冲击力穿透套管、 水泥环和地层，形 成 射孔孔道。
含 油 层
含 油 层
谢
谢
电缆射孔
• 射孔是利用高能炸药爆炸形成射流束射穿 油气井的套管、水泥环和部分地和井筒之 间的油气流通道的工艺。射孔是完井工艺 的重要组成部分，它对油气产能、寿命和 开发生产成本等都有重大的影响。
• 1．电缆射孔。 • 2．油管输送射孔 油管输送射孔简称TCP ，是用油管输送射孔枪到射孔层位进行射。 （尤其适用于高压油气井，缺点是如果一次点火引爆不成功，返工 作业时间长；再者要求使用耐温较高的射孔炸药） • 3．过油管射孔 过油管射孔是在下完生产管柱，安装好井口采油树及生产系统，坐封 好封隔器，在井口采油树上安装防喷管和电缆密封装置，用电缆从 油管内下入射孔枪对油气层进行射孔。（射孔枪和射孔弹尺寸受油 管内径限制，穿透深度浅，对油气井的产量有一定影响；枪变形后 难于回收。）
• 电缆射孔是在下入完井生产管柱前，用电缆 下入套管射孔枪，利用油气层顶部的套管短 节，进行射孔深度定位，用电雷管引爆射孔 枪。在井筒液柱压力高于地层压力的条件下 射开生产油气层。
射孔完井法简介
射孔完井法射孔完井法是国内外最为广泛和最重要实用的一种完井方法，包括套管射孔完井和尾管射孔完井。
一. 套管射孔完井1. 工艺步骤：套管射孔完井是用同一尺寸的钻头钻穿油层直至设计井深，然后下油层套管至油层底部并注水泥固井，最后射孔，射孔弹射穿油层套管、水泥环并穿透油层一定深度，从而建立起油（气）流的通道。
图1为直井套管射孔完井示意图。
2. 套管射孔完井优点:选择性射开不同压力、物性油层，避免层间干扰；避开夹层水、底水和气顶；避开夹层坍塌；具备分层注、采和选择性压裂或酸化等分层作业条件。
图1 直井套管射孔完井二．尾管射孔完井1. 工艺步骤：尾管射孔完井是在钻头钻至油层顶界后，下技术套管注水泥固井，然后用小一级的钻头钻穿油层至设计井深，用钻具将尾管送下并悬挂在技术套管上。
再对尾管注水泥固井，然后射孔。
图2为直井尾管射孔完井示意图。
2. 尾管射孔完井优点：有利于保护油层；钻开油层前上部地层已被技术套管封固，可采用与油层配伍的钻井液以平衡压力、低平衡压力的方法钻开油层。
降低完井成本；减少套管重量和油井水泥用量；目前较深的油、气井大多采用此法完井。
3. 主要不足：打开产层和固井中，钻井液和水泥浆对产层侵害较严重。
油气流入井内阻力较大。
尾管图2 直井尾管射孔完井三．套管及管柱1. 套管：优质无缝钢管，一端为公扣，直接车在管体上；一端为带母扣的套管接箍。
2. 套管尺寸： API标准，共14 种尺寸；壁厚：5.21~16.13 mm1 4 3. 套管钢级： API标准 8种10级H-40, J-55, K-55, C-75, L-80, N-80, C- 90, C-95, P-110, Q-125（数字×1000为套管的最小屈服强度 kpsi）。
H，J，K，N代表一般强度油套管，C，L，M，T代表限定屈服强度油套管，具有一定的抗硫腐蚀性能。
4. 螺纹类型：API标准：短圆（STC）、长圆（LTC）、梯形（BTC）、直连形（XL）。
射孔完井技术研究
完井与井下作业论文题目;射孔完井工艺技术研究姓名：长孙立刚学号：2009630166专业班级：油气开采09级1班指导老师：吴国云（老师）时间：2011年12月11日射孔完井工艺技术研究长孙立刚（油气开采09 学号2009630166）摘要：射孔完井是目前应用最为广泛的完井方法，射孔完井就是用专业的射孔工具射穿管水泥环，及近井地带的储层来连通储层和井底.射孔完井可以根据不同的井深，根据不同的储层的选择不同的射孔完井方法，套管射孔适合于浅井和中深井，而尾管射孔不仅可以有效地保护储层还能够减轻水泥浆及套管的重量，已达到减少成本的效果，同时可以选择更有优的完井方式，从而达到更好的射孔效果，选择合理的射孔参数对油井的效益有很重要的影响；射孔完井以其稳定的井底结构，多元化的完井方式，良好的防砂效果，良好的工艺模式适合与多种储层，更能够为后期的增产增注作业做好基础。
关键词：射孔条件射孔方法射孔参数引言：油气井完井是采油生产过程中连接钻井和采油的一个很重要的环节，完井是包括从钻开生产层、下油层套管、注水泥、打开油层和试采等一系列生产过程的总称.完井的目的是建立生产层和井眼之间的良好通道，使油气井等够长期稳产高产.完井的质量会给正常生产带来极大的影响，高质量的完井会提高油井的产量和延长油井的生产寿命，并且减少生产成本，最大限度的提高效益.射孔完井是国内外最为广泛和最重要应用用的一种完井方法。
大约占完井总数的90%以上.现代的射孔技术已可使各种复杂的储层与井眼有很好的联通.除了在个别的储层，射孔完井已是最普遍，最经济，最有效的完井方式.射孔完井就是根据开发方案的要求，采用专门的射孔工具射穿油气层部位的套管、水泥环并深入油气层，形成井筒与油气层的连通孔道.包括套管射孔完井和尾管射孔完井.正文：一、射开储层的条件.1. 射孔完井的井底结构.1.1井底的完善性.在完井过程中，由于储层与井底的连通程度而产生的在井筒附近的压降不同，将这个由于油井打开程度而产生的附加压降无因次化就得到了又有打开程度而控制的表皮系数S.表皮系数 S 是表示井的完善程度的一个无量纲系数。
大庆油田射孔工艺技术综述
大庆油田射孔工艺技术综述摘要：射孔完井是目前国内外使用最广泛的完井方法，在油气田勘探开发过程中被誉为足球场上的“临门一脚”。
本文对大庆油田多年来形成的成熟射孔技术进行了介绍，对于从事射孔、作业、试井工作的技术人员具有一定的参考价值。
主题词：大庆油田射孔工艺技术1 前言射孔是为将地层中的油气开采出来，而把井筒和油气层之间的套管、水泥环打通的一种完井工艺方法，它衔接于钻井与采油工程之间，是油田勘探和开发过程中的关键工序。
自大庆油田投入开发以来，射孔完井工艺技术大体上经历了四个发展阶段，满足了不同时期油田勘探开发的需要。
第一阶段（油田开发初期—62年），以泥浆压井、57-103型射孔器射孔、人工丈量电缆定深为标志的简单射开油气层阶段；第二阶段（63—80年代中期），以泥浆压井、WD67-1型射孔器射孔、半自动及SQ69-1跟踪射孔仪应用为标志的准确打开油气层阶段；第三阶段（80年代中期—90年代初期），以清水压井过油管射孔、负压射孔、油管输送射孔、射孔液应用为标志的保护油气层阶段；第四阶段（90年代初期—现在），以深穿透射孔、复合射孔、射孔方案优化设计、数字化射孔仪应用为标志的解放油气层阶段。
2 目前大庆油田常用射孔工艺技术经过五十年的发展，现场形成了多种实用射孔工艺技术，在大庆油田勘探和开发中得到了广泛应用。
2.1 电缆射孔技术用电缆将射孔器下放到井筒内目的层段对套管进行射孔。
其优点为适应各种无枪身和有枪身射孔器且施工快捷，适用于已探明的低压油气井的射孔。
2.2 油管输送射孔技术就是用油管将全井所需要的射孔器一次全部输送至油层部位，通过投棒或加压方式起爆射孔弹的射孔技术。
具有大负压值、一次下井射开全部层段、防止井喷、可与多种后续工艺实现联合作业等优点。
2.3 负压（欠平衡）射孔技术负压射孔就是在井筒液柱压力小于地层压力状态下射开油层，射孔瞬间地层产生回流，冲洗射孔孔道，同时可防止井内液体和固相颗粒进入地层，避免油层再次受到损害和污染。
水平井射孔技术
水平井射孔技术一、水平井射孔由于油层是在水平段。
该工艺采用了管柱输送射孔器，加压引爆射孔弹的方法。
在定向射孔输送管柱与枪身之间装配活络接头、方向监测装置，在射孔枪上还增加了偏重心结构。
国外的水平井完井方法采用了裸眼完井、割缝钢管完井和套管固井完井。
套客固井需进行射孔。
国外一般采用挠性盘管输送、油管（或钻杆）输送射孔枪，在岩性疏松的储集层中采用了定向射孔。
其引爆方式是加压引爆。
1990年底国内在胜利油田完成了第一口水平井。
虽然我国水平井射孔技术起步较晚，但发展很快。
二、水平井射孔器材水平井射孔枪可分为非定向和定向射孔枪两种基本类型。
1、非定向射孔器非定向射孔所用的射孔器与普通油管输送射孔器基本相同，由于油管接头直径大于枪身直径，为了防止起下枪身时接头在套管内的阻或卡的现象，在射孔枪身上加了可滑动的防卡套。
2、向定射孔器在定向射孔中，为了保证射孔方位符合设计要求，一种是靠枪身定向，另一种是用弹架定向。
不管哪种定向都是向下射孔，三排或四排孔，弹孔之间夹角90°～120°，孔密16～20孔/m。
1）外定向射孔器外定向射孔器主要结构是两定向：弹架与枪的定向用键槽控制；枪与枪的控制用定位销固定。
另外该枪是配合引向器使用。
2）内定向射孔器内定向射孔器的结构与油管输送射孔器基本相同，该射孔器定向射孔是靠射孔弹架控制定向的。
弹架是偏重心的，其两端及中间均用弹子轴承支持。
一支弹架为3m长。
3、定向射孔器枪头、枪尾及弹架内定向所用的枪尾和普通油管输送射孔所用的枪尾相同；外定向所用的枪尾是偏重心结构同时带有定位孔，与枪身连接时必须定好位。
定向射孔使用的枪头，外定向和内定向都是一样的，一端是丝扣与枪身连接，另一端设计为内外扣结构，外扣与筛管连接，其内扣和压力起爆器连接。
水平井定向射孔用的弹架基本结构是圆筒钢弹架。
外定向弹架的特殊结构是将射孔弹布在夹角70°～180°向下射孔三排孔或四排孔，孔密16～20孔/m，两端有定向盘。
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射孔完井法
射孔完井法是国内外最为广泛和最重要实用的一种完井方法，包括套管射孔完井和尾管射孔完井。
一. 套管射孔完井
1. 工艺步骤：
套管射孔完井是用同一尺寸的钻头钻穿油层直至设计井深，然后下油层套管至油层底部并注水泥固井，最后射孔，射孔弹射穿油层套管、水泥环并穿透油层一定深度，从而建立起油（气）流的通道。
图1为直井套管射孔完井示意图。
2. 套管射孔完井优点:
选择性射开不同压力、物性油层，避免层间干扰；
避开夹层水、底水和气顶；
避开夹层坍塌；
具备分层注、采和选择性压裂或酸化等分层作业条件。
图1 直井套管射孔完井
二．尾管射孔完井
1. 工艺步骤：
尾管射孔完井是在钻头钻至油层顶界后，下技术套管注水泥固井，然后用小一级的钻头钻穿油层至设计井深，用钻具将尾管送下并悬挂在技术套管上。
再对尾管注水泥固井，然后射孔。
图2为直井尾管射孔完井示意图。
2. 尾管射孔完井优点：
有利于保护油层；
钻开油层前上部地层已被技术套管封固，可采用与油层配伍的钻井液以平衡压力、低平衡压力的方法钻开油层。
降低完井成本；
减少套管重量和油井水泥用量；
目前较深的油、气井大多采用此法完井。
3. 主要不足：
打开产层和固井中，钻井液和水泥浆对产层侵害较严重。
油气流入井内阻力较大。
尾管
图2 直井尾管射孔完井
三．套管及管柱
1. 套管：优质无缝钢管，一端为公扣，直接车在管体上；一端为带母扣的套管接箍。
2. 套管尺寸： API标准，共14 种尺寸；壁厚：5.21~16.13 mm
1 4 3. 套管钢级： API标准 8种10级H-40, J-55, K-55, C-75, L-80, N-80, C- 90, C-95, P-110, Q-125（数
字×1000为套管的最小屈服强度 kpsi）。
H，J，K，N代表一般强度油套管，C，L，M，T代表限定屈服强度油套管，具有一定的抗硫腐蚀性能。
4. 螺纹类型：
API标准：短圆（STC）、长圆（LTC）、梯形（BTC）、直连形（XL）。
5. 套管柱：由同一外径、不同钢级、不同壁厚的套管用接箍连接组成的管柱，特殊情况下也使用无接箍套管柱。
6.
钻头bit 套管csg
一开26" 一完20"
二开17-1/2" 二完13-3/8"
三开12-2/8" 三完9-5/8"
四开8-1/2" 四完7"
五开6" 五完5"(扩眼5-1/2") 六开4-1/8" 六完3-1/2"。