水平井射孔工艺

目录第一章水平井射孔概述第二章全方位射孔第三章定向射孔第四章水平井射孔配套技术第五章水平井射孔引爆技术第六章水平井射孔器材的技术要求和指标第七章水平井射孔施工过程第八章水平井射孔

水平井射孔工艺

第一章水平井射孔概述国内外水平井完井方法一般有裸眼完井、割缝筛管完井和套管完井三种。套管完井必须进行射孔施工才能达到采油，采气的目的。胜利测井公司1991年2月完成全国第一口水平井（埕科1井）的射孔施工，填补了我国水平井射孔技术的空白。相继解决了枪身输送防卡，上返射孔时油管加压、引爆造筛管装置、射孔枪及射孔弹的定向、定向射孔器方向监控、引爆地面监测及施工工艺等多项技术关键。定向方式由全方位射孔发展到外定向、内定向射孔，引爆方式由单级引爆发展到双向引爆、多级引爆。射孔枪型也由最初的73型，发展到60型、73型、89型、102型、127型等系列的射孔枪。可满足不同曲率半径的水平井射孔要求。水平井射孔从工艺上可分为全方位射孔和定向射孔。对于不同地质构造的水平井应采用不同的射孔方案，当射孔层段为胶结较好的地层时，可采用全方位射孔，当射孔层段为胶结较差的地层时，为了防止油层出沙，必须进行定向射孔，使射孔孔眼在套管底部一定角度范围内。另外，为减缓高含水厚油层顶部射孔完井后的底水跟进速度，防止油层快速水淹，应进行定向射孔。第二章全方位射孔水平井全方位射孔工艺与普通油管输送射孔基本相同。射孔器在进入水平段之前，必须经过曲率半径不同的大斜度井段，在这个过程中，射孔器要经受射孔管柱自重的压力、浮力、摩擦阻力、管柱的推力等，因此对射孔枪和弹架的有关技术指标要求较高，如耐压、抗拉、加工精度等指标。全方位射孔的相位角有30°、45°、60°等，孔密16孔/m、18孔/m、24孔/m、36孔/m。第三章定向射孔定向射孔是指射开套管的方向在水平方向以下的射孔工艺，分为两方位、三方位、四方位，夹角分别为90°、120°、160°、180°，孔密可根据射孔优化设计在8孔/m~20孔/m间选择。定向射孔工艺从结构上分为外定向射孔工艺和内定向射孔工艺。水平井外定向射孔器工作示意如图1 1 外定向射孔工艺 1.1 结构主要由射孔枪、枪头、中间接头、枪尾、活络接头、方向监测装置，造筛管装置等组成。 1.2 原理外定向射孔主要是实现结构上五定向：定向监测装置与引向器定向、引向器与射孔枪和偏心枪尾定向、射孔枪与射孔弹架定向、射孔弹架与射孔弹定向、枪与枪在连接时的定向。1.2.1 射孔器在水平井段的自动定向引向接头（见图2），可使射孔器整个结构造成偏心，只有重心在最低处，射孔器才能处于稳定状态，此时，ΣF=0、ΣM=0，原理参见图3。R—枪身半径，G —射孔枪总重量（力），N（N′）—支持力，如果枪身处于图（3）中虚线位置时：合力ΣF=N′·sinθ=G /cosθ·sinθ=Gtgθ= 0，合力矩ΣM=GRsinθ= 0，在该力和力矩的作用下，枪身将会继续转动，直至处于平衡状态（ΣF= 0 ，ΣM=0） 1.2.2 射孔弹在枪筒内的定位射孔弹装在有一定方向孔眼的圆筒弹架上，各孔眼的位置与射孔枪上的盲孔相对应，弹架的两端带有定位环，装枪时将定位环上的定位键或定位螺丝对正枪筒内壁上的定位槽，射孔弹对正盲孔。 1.2.3 枪与枪的定位采用定位螺丝使枪与枪的引向器在同一直线上。注意

水平井射孔工艺

射孔弹架与射孔枪体、射孔枪体与TCP接头、射孔枪体与射孔枪体之间的定位方向一致2 向射孔工艺由于外定向射孔器的引向装置在射孔器的外表面，增大了整个射孔器的外径，例如89外定向射孔器的最大外径114mm，102外定向射孔器的最大外径是127mm。内定向射孔器将定向结构置于射孔枪内部，不影响射孔器的外径。 2.1 内定向射孔器的结构主要由筛管、压力起爆器、射孔枪、TCP接头等几部分组成（工作示意见图4）。2.2 定向原理内定向结构如图5，在每只射孔枪的内部设置一套独立的定位系统，根据不同的方位要求，在圆筒弹架上设计装弹孔，在装弹孔最大夹角的中心点设置一定数量的偏重块，在弹

架两端及中间部位设置轴承，采用这种偏重心结构可以使射孔弹在枪身内自动定向，满足各种方位设计要求。图6~图8是内定向系统的原理图。假如定位系统处于图7的状态，由于重力与支持力之间存在着偏转角，所以合力不等于零，合力矩也不等于零，在合力矩的作用下，该系统会继续转动，直至达到图8所示状态，此时合力、合力矩都等于零，定位系统达到平衡，停止转动，射孔弹的方位与设计方位一致，实现内定向射孔。 3 内定向射孔器的优点与外定向射孔器相比，内定向射孔工艺有三大优点：⑴内定向射孔枪整体外径比同等型号的外定向射孔枪外径小25mm，因此可在同一直径套管中使用较大直径射孔枪，有利于深穿透、高孔密和大孔径技术的应用。⑵采取枪体内部自动定位方式，定位系统不受套管的影响，定位更加精确。⑶射孔枪的外表面是一光滑的圆柱面，在井内起、下过程中不易卡枪或遇阻。第四章水平井射孔配套技术 1 油管加压造筛管装置和小眼筛管在油气井的后期开发中，水平井补孔和改层射孔随之出现，采用套管加压工艺射孔时，加压时地层会大量吸收射孔液，不易正常引爆射孔器，又污染了地层，在水平井段使用封隔器相当困难，因此只能采取油管加压起爆方式。油管加压引爆射孔器后，如果产层压力高，油管和环套互不连通，不能对地层直接进行压井或利用射孔管柱求产。为解决这一问题，研制了一种造筛管装置（见图9），该装置是在射孔器上端的盲眼筛管内，安装一只长度1m，孔密10孔的小直径冲孔器，在冲孔器的上端安装压力起爆器，下端通过导爆索、传爆管与射孔器相连，在油管内加压引爆起爆器时，冲孔器对着盲筛管进行冲孔，同时射孔器起爆。这样射孔管柱既沟通了环套，射孔弹又打开了地层，利用该工艺可进行负压射孔。在水平井补孔和改层射孔时，如果确定地层压力和渗透率都较低，射孔后不会发生井喷，提出管柱进行下步作业，在施工中可以不使用造筛管装置而改用小眼筛管。所谓小眼筛管是相对于生产筛管而言的，它只有一个直径6mm的筛眼。在下井过程中，射孔液经小眼流入油管，避免射孔液大量溢出井口造成浪费污染环境。加压起爆时，小眼的泄流速度小于泵车流量，油管内可正常升压引爆起爆器。上提射孔管柱时，油管内射孔液经小眼流回井筒，平衡了井筒压力，避免了上提射孔器过程中井液从油管内流出的现象。 2 沉沙筒和缓冲器沉沙筒是保证起爆器在设计压力下顺利起爆的一项技术措施，虽然要求射孔时的管柱必须干净，现场施工中，油管内壁和射孔液的沉淀物，有时会堵塞起爆器传压孔，在起爆器的上方加一个沉沙筒，管柱内壁上剥落的固体物和射孔液中的沉沙物，落在沉沙筒内，干净的

水平井射孔工艺

射孔液作用在起爆器上，确保起爆器在设定的压力范围内起爆。缓冲器是为保证起爆器下井过程中不被误引爆而采取的一项安全措施。采用在油管内加压起爆方式时，油管与环套不沟通，当下油管的速度发生突变时（比如蹾钻、急刹车等），油管内的液柱产生的冲量作用于起爆器，根据动量定理，冲量的大小决定于作用时间，当冲量小于起爆器剪切值时，剪切销反复受冲量的影响，稳定性发生变化，严重时会压爆起爆器；当冲量大于起爆器剪切值时，会压爆起爆器，造成误射孔。缓冲器将冲量的作用时间、力的作用方向改变，保证了起爆器在下井过程中的安全。在结构上，沉沙筒连接在缓冲器的上方，见图10。 3 尾声信号监测技术水平井射孔的井段一般较长，射孔器由几支至几十支射孔枪连接而成，加压起爆后，准确判断射孔枪是否完全发射，对于指导下一步的施工具有很重要的意义。将尾声信号弹接在整个射孔枪串的最下端，只有当最后一支枪完全发射后，尾声信号弹才会被激发，大约15~30s的延时，尾声信号弹爆炸，产生尾声震动波。尾声弹的结构如图11。尾声信号监测仪用模拟和数字两种方式，记录射孔过程中的振动、声言、压力信号，实现射孔全过程的记录和监测。套管或油管加压时，当压力升高到一定数值，射孔器被引爆时，安装在环套和油管上震动传感器，将射孔瞬间的的震动波传递给监测仪；安装在环套和油管上的压力传感器将压力变化传递给监测仪，对应曲线中的波形突变的峰值为射孔器引爆时射孔波，15~30s钟后的突变值为尾声信号弹的回波，即尾声波。从监测波形图上可观察到射孔的整