射孔工艺技术.doc

射 孔 编写：付启龙 目 录 第一章 射孔 第一节 聚能射孔原理 第二节 水力射孔原理 第三节 子弹射孔原理 第四节 复合射孔原理 第五节 超正压射孔原理 第六节 射孔优化设计 第七节 射孔器名称定义 第八节 无枪身聚能射孔器 第九节 有枪身聚能射孔器 第十节 射孔枪 第十一节 雷管与起爆器 第十二节 起爆装置 第十三节 射孔器检测 第十四节 射孔施工工艺 第十五节 电缆输送过油管射孔 第十六节 电缆输送套管射孔 第十七节 油管输送射孔 第十八节 油管输送射孔与地层测试器联作 第十九节 水平井射孔 第二十节 复合射孔 第二十一节 特殊作业 第二十二节 射孔新技术 第二十三节 射孔检测 第一章 射 孔 概 述 用射孔方法高质量地打开产层，对于对的评价油气井的开发价值、缩短试油周期、提高采收率等方面具有重要的、有时是决定性的意义，射孔是拟定油气井采收率的基本因素之一。油气井射孔产技术生于二十世纪三十年代。是一门较新的边沿性专业技术，进 入二十世纪七十年代以来，射孔技术得到了比较快的发展，目前已基本形成了其独 特的技术体系。射孔的定义：将射孔器用专用仪器设备输送到井下预订深度，对准目的层引爆射孔器，穿透套管及水泥环，构成目的层至套管内连通孔道的工艺技术。射孔技术包含的重要内容有：射孔器材、射孔工艺、射孔对油气井产能的影响、射孔评价以及射孔器材的检测等方面。涉及到涉及数学、物理学、地质、钻井、测井、油藏工程、机械、火工等多学科的专业理论。所以，射孔是一门综合性比较强的石油工程技术。自射孔被应用于油气井以来，从子弹式射孔到聚能式射孔，从简朴的电缆输送射孔到油管输送射孔，穿深从十几毫米到上千毫米，射孔工艺技术已发生了巨大的变化。目前的射孔已不仅仅是沟通地层与井筒通道的工艺技术，它又增长了改造油气层提高油气产量的任务。随着油气勘探开发难度的加大，油藏工程师们对射孔工艺技术的规定也越来越高，他们希望射孔的穿深更深，射孔污染更小、效率更高。特别是世界经济的高速发展，对石油的迫切需求，使世界各国对射孔工艺技术的研究投入了大量的人力物力。近十几年来，射孔技术、工艺和射孔机理的研究成果大量增长。目前，世界各国的射孔技术按输送方式基本可分为两类，一是电缆输送射孔；二是油管（钻杆、连续油管）输送射孔。按其穿孔作用原理可分为子弹式射孔技术、聚能式射孔技术、水力喷射式射孔技术、机械割缝（钻孔）式射孔技术、复合射孔技术。应用最广泛的是电缆输送聚能式射孔技术。复合射孔技术因其独特的射孔增产机理而被越来越广泛的应用于现场，激光射孔技术也已完毕初步实验，相信在不久的将来会成为一种有效的射孔工艺技术而被广泛应用。射孔技术的发展趋势将向综合化、集成化、高穿深、无污染的方向发展。射孔技术按作用原理可分为子弹式射孔技术、聚能式射孔技术、水力式射孔技术和机械式射孔技术。本章只对目前应用比较广泛的聚能射孔技术进行全面描述，其它射孔技术只进行简朴介绍。第一节 聚能射孔原理 聚能射孔技术产生于 1946-1948 年间，是从反装甲武器中演变而来。聚能射孔技术是指由聚能射孔弹与其它部件组合对地层进行射孔的技术。这项技术的关键单元是聚能射孔弹。聚能射孔弹的结构如图 1-1。聚能射孔弹由三个基本部分组成：1 弹壳；2 炸药和 3 药型罩。药型罩一般为锥型或抛物线型，它是由拉制的铜合金或是由铜、铅、钨等金属粉末压制而成。制造弹壳的材料比较多，有纸、陶瓷、玻璃、金属等，金属弹壳是应用最广泛的弹壳材料。射孔弹的炸药重要有 RDX（黑索金）、HMX（奥克托金）、HNS（六硝基砥）、PYX（皮威克斯）、TACOT（塔考特）五种。炸药是射孔弹穿孔的动力源，其技术参数直接影响到射孔弹的穿孔性能。聚能射孔弹是运用聚能效应进行穿孔的。所谓聚能效应是指运用装药一端有锥型或抛物线型空穴来提高装药对空穴前方介质局部破坏作用的效应。见图 1-2 所示。图 1-1 当雷管将主炸药引爆后，主炸药产生的爆轰波到达药型罩罩面时，药型罩由于受到爆轰波的剧烈压缩，迅速向轴线运动，并在轴线上发生高速碰撞挤压，药型罩内表面的一部分金属以非常高的速度向前运动。随爆轰波连续地向药型罩底部运动，从内表面连续地挤出向前运动的金属流，A 图中：1.雷管及起爆药；2 主炸药；3.圆锥形药型罩；4.药型罩顶部；5.药型罩底部 B 图中：1.爆轰波；2.被爆轰波挤压破坏的药型罩；3.药型罩形成的金属射流；4.药型罩碎屑 当药型罩所有被压向轴线后，在轴线上形成一股具有极高能量的头部速度大于 6000米/秒运动的金属流，该金属流沿轴线方向对目的靶进行挤压穿孔。聚能效应是炸药爆炸作用的一种特殊形式，它之所以具有穿孔（破甲）作用，主线因素在于能量集中。第二节 水力射孔原理 图中：1.爆轰波；2.作用在药型罩上的压力；3.药型罩被挤压的方向 图 1-2 高压水力射孔技术是通过地面高压供应设备，将水或特殊液体以大于70Mpa 以上的压力从喷嘴喷出，运用高压水射流的强大冲击力，将套管和目的层冲蚀成孔，从而提高油井产量的一种技术。图 3 中：1.下井管柱；2.循环阀；3.水力锚；4.过滤器；5.控制装置；6.喷管；7.枪身；8 冲顶器与高压软管喷头 图 4 中：1.高压伸出；2 低压收回；3 控制装置；4 冲顶器 该技术的井下系统由枪身、高压软管、喷嘴、液压冲头和水力锚等组成（见图 1-3）。施工时用油管将井下系统送至目的层，校深后，座封水力锚，固定井下系统。地面高压大排量供应系统向油管内加压，液压冲头顶向套管，并喷射高压水流，将套管冲蚀出孔洞后，液压冲头 停 止前行，高压软管在液压的作用下伸向已形成的孔洞，并继续喷射高压水流，在地层中形成孔道，边喷边伸，高压软管在进入地层一定距离后停止运动。地面减少泵压，收回软管，停泵，解封水力锚，移至下一待穿孔处，反复上述工作直到结束施工（见图 1-4）。该技术可在地层中冲蚀深度出大于 2m 的孔道，孔眼直径可达 20-30mm。图 1-3 图 1-4 由于水射流的效能对环境压力非常敏感，环境压力越高，水射流的效能越差，所以该技术目前只合用于井深 3000 米左右的井。此外，施工比较复杂，周期较常规射孔长，对设备和下井管柱的规定较高，不适宜广泛应用。第三节 子弹射孔原理 子弹射孔技术发明于 1926 年，1932 年 12 月在油井套管中进行了初次应用。子弹射孔技术是运用火药将予装在有枪管和导向通道的枪体内的子弹发射到地层内的一种射孔技术。见图 1-5。图中：1.电导线；2.密封垫；3.枪体；4.枪管；5.密封垫；6.子弹头；7.子弹；8.火药；9.点火器；10.燃烧室 图 1-5 子弹式射孔技术可以射出均匀的孔道，但因其装配烦琐、穿透深度浅，成本较高已基本被淘汰。第四节 复合射孔原理 复合射孔是指将射孔和高能气体压裂在一次下井过程中同时完毕的工艺技术。复合射孔是目前发展最快的射孔增产技术，按射孔弹和推动剂的不同组合可分为一体式、单向式、对称式和外套式。基本原理：复合式射孔的基本原理是相同的，都是运用炸药的爆轰和推动剂的燃烧的基本原理：复合式射孔的基本原理是相同的，都是运用炸药的爆轰和推动剂的燃烧的不同作用机理，形成两个以上带有一定期间差（炸药的作用时间为微秒级，推动剂的不同作用机理，形成两个以上带有一定期间差（炸药的作用时间为微秒级，推动剂的燃烧时间为毫秒级。）的不同压力脉冲，对地层进行射孔和改造。燃烧时间为毫秒级。）的不同压力脉冲，对地层进行射孔和改造。作用机理：导爆索在引爆射孔弹的同时引燃推动剂，由于射孔弹的爆轰和推动剂的燃烧存在时间差，所以射孔弹先在套管和地层间形成一个通道，推动剂燃烧释放的高压气体随即对射孔孔道进行冲刷、压裂，破坏射孔压实带，并使孔眼周边和顶部形成多道裂缝，达成改善近井地带导流能力的目的。复合射孔是目前发展最快的射孔增产技术，按射孔弹和推动剂的不同组合可分为一体式、单向式、对称式和外套式。（1）一体式：所谓一体式是指将射孔弹和推动剂装在同一支射孔枪内的复合射孔 技术。优点是施工简朴安全。缺陷是推动剂药量少，作用时间短。（见图 1-6）图 1-6 （2）单向式：单向式复合射孔是在射孔枪的底部连接一支装有推动剂的 射孔枪头 射孔弹 推动剂 射孔枪 高能气体发生器的复合射孔技术。优点是推动剂药量可根据地层和套管情况进行调整。缺陷是在电缆射孔时上窜距离较大，易损坏电缆。（见图 1-7）图 1-7 （3）对称式：对称式复合射孔是在射孔枪的上下各连接一支装有推动剂的高能气体发生器的复合射孔技术。该技术可以减少电缆上串，对电缆有一定的保护 作用。（见图 1-8）图 1-8（4）外套式：外套式复合射孔是将推动剂作成筒状，套在射孔枪（弹架）的外壁上 的复合射孔技术。这项技术美国已研制开发成功，国内尚未见研制成功的报道。（见图 1-9）射 孔 枪射孔枪 高能气体发生器 射孔枪头 高能气体发生器 射孔枪 高能气体发生器 射孔枪头 射孔枪 推动剂 图 1-9（5）三相流高能复合射孔压裂技术：三相流高能复合射孔压裂技术是华北石油管理局井下作业公司地球物理站与有关研究单位共同研制开发的一项新型复合射孔技术。该技术是将射孔弹、推动剂、特制支撑剂有机地结合在一起，显著地提高了增产效能。技术特点：技术特点：1）聚能射孔弹和凹凸形复合药片互相结合起来，构成一种分体套装粘结形成整体；运用同一根枪身同时完毕穿孔、气体压裂和加砂作业。既保护了套管不受损又减少了气压在井筒的损耗，从而提高了对地层的有效作用力。（见图 1-10）推动剂 图 1-10 2）相流射孔沿轴向同时点火，从射孔弹爆轰到复合推动剂的燃烧的时间差只有 40-50 微秒，大大缩短了射孔和气体压裂两者间的时间差，这样就使得射孔孔道的弹性变形几乎尚未恢复，气体压裂的脉冲波便随即而至，保证了高能气体压裂的效率，有助于加大和保持裂缝缝长、缝宽的延伸。3 3）高速运动的压裂砂对孔眼内壁进行剧烈撞击，并充填于裂缝之间，能有效地解除射孔压实带和近井地带存在的污染状况，并可极大改善近井地层的完善限度，达成射孔增效的目的。复合药片由中心点火向外燃烧，气体平台压力保持时间为 60-70 毫秒，足以使压裂砂所有进入地层，保证高能气体造缝加砂的有效性。（见图 1-11）图 1-11 对地层作用示意图 第五节 超正压射孔原理 自负压射孔在二十世纪七十年代应用于现场以来，一直被人们作为消除钻井、固井、射孔等对地层导致污染的典型技术而广泛应用，由于多数人一直认为负压射孔能运用射孔后地层的反排压力来冲洗射孔孔眼，并将近井带的污染物带出地层，从而消除或减轻地层污染，在现场应用中也的确取得了成效。但是，有关资料介绍说：通过一些井的测试资料解释发现，其表皮系数小的为-1.0，高的可达+50，射孔效率在 125%-5%之间，图 5 平均效率不到 25%。并且过高的负压差将冒地层出砂的风险，为了解决这一问题，奥里克斯能源公司（Oryx）开发研制了超正压射孔技术。基本原理：由于射孔弹在发射时所产生数万 Mpa 的压力，大大超过了地层岩石的应力和强度，使射流在岩石中形成孔道的同时产生一个非常高的聚应力，此应力释放时对射孔孔道产生压力并形成裂缝，在形成裂缝的同时，立即施加一个大于地层破裂值的压力，对孔道进行压裂和冲刷，使裂缝增大延长，以达成改善流动信道的目的。典型作业方法：将射孔枪、起爆器、封隔器运用油管下入井内，校深、调整管柱，连接高压注入管线，注氮车在地面向井筒内施加大于储层岩石的破裂压力，当压力加到一定值后，由井口投棒(或加压)点火射孔。使射孔和压裂同时进行。第六节 射孔优化设计 一、射孔对油气井产能的影响 射孔完井对油气井的影响是比较显着的，通过对地层、钻井参数的分析，拟定合理的射孔方案，对提高油气井产量起着十分重要的作用。通过大量的室内外实验和理论分析，可以拟定聚能射孔完井对地层存在不同限度的损害。一方面是射孔弹穿孔时形成的压实带，这是由于射孔时的高速射流对岩图 1-12 石的高温高压冲击，使岩石变形、破碎和压实，形成一个压实带。研究表白，这一压实带的厚度约 0.641.27cm，渗透率为岩石原始渗透率的 7%-20%。并且射孔时所产生的套管、水泥环、岩石碎硝将堵塞已射开的孔道，增大了地层流体的流动阻力，影响了油气井的生产能力。见图 1-12 第二，射孔的几何参数对油气井产能也存在明显的影响。经室内研究表白，在射孔孔眼未穿透钻井污染带时，影响射孔井产能的因素依次为：射孔孔深、孔密、孔径、相位角、布孔格式。在射孔孔眼穿透钻井污染带时，影响射孔井产能的因素依次为：孔密、孔深、相位角、孔径、布孔格式。二、地层特性的影响 在选择射孔方式和射孔器类型时，应认真考虑地层特性对射孔的影响。地层类型、岩石抗压强度和地层应力状况都直接影响射孔的穿透深度和射孔的伤害限度。渗透率和地层流体性质决定了负压射孔所需的压差值。而渗透率各向异性对相位和孔密是十分敏感的，据资料介绍：当各向异性在 0.7KZ/KR1.0 时，90相位角最佳，当各向异性在 0.3KZ/KR1010-3m2时紊流的作用是不容忽视的，并且随着渗透率的增长，紊流的作用将进一步加大。孔径对气井的产量影响也是非常明显的，一般来说，孔径增大有助于气井产量的增长。射孔压实带对气井的影响比油井要严重。三、参数的拟定 目前，射孔优化设计重要是靠软件来完毕的，通过软件的计算和优化，可以给出射孔负压值、射孔弹型、枪型、孔密、相位、工艺类型和理论产量和预测实际产量。运用软件进行射孔优化设计时需要 30 多个参数，重要涉及三个方面，一是射孔参数；二是污染参数；三是地层参数。各项参数的准确拟定对射孔设计非常重要，参数是否准确直接影响油气井的射孔效果。这里只对部分参数的计算进行简朴的介绍。1、参数的拟定 参数中的射孔穿深、孔径可通过地面实验获取，而压实带和压实限度、孔密、相位流动效率等参数则需进行计算求得。（一）射孔穿深的拟定 参数中射孔穿深是比较重要的数据。一般情况下，射孔穿深是指在地面打贝雷砂岩靶或混凝土靶的数据，在地层条件下的穿深要通过折算方可取得。折算方法目前重要有以下几种。1）压强度折算法：图 1-13 抗压强度折算图 1.孔隙度折算法 当（f/B）1 时B100 1.43.5 6.913.8 1013.8 34.5（2)美国岩心公司经验公式 lnpmin=5.471-0.3668lnK 式中：pmin-油井射孔最小负压，10-1Mpa；K油层渗透率，10-3m2。（3）西南石油学院的射孔优化设计软件也可计算出负压值，该软件的计算方法考虑了射孔弹类型、岩石力学性质、油藏流体特性和储层物性等诸多因素，有较强的理论依据。合用储层范围比较广。四、射孔器的优选 射孔器的优选是建立在上述各参数拟定后的基础上，通过射孔优化设计软件进行的，由于射孔优化设计软件在使用时需要大量的钻井、地质、射孔、测井等方面的数据，而这些数据要想查全是比较困难的，这里根据以往优化设计的结论和大量的现场经验，以 51/2 套管井为例，提供一个优选射孔器的经验方法，以供参考。有一点必须指出，射孔器的选择是对地层、套管、射孔器进行全面分析衡量后做出的，有时要牺牲部分射孔器的性能为代价。当需要提高孔密时，也许要减少穿深，由于在同一型号的射孔枪中增长孔密，一般要选择较小的射孔弹，比如 89 枪要达成 20孔/米以上时，要选用 73 弹，而 73 弹的穿透深度要小于 89 弹。当需要的孔径大时，同样会减少穿深，由于大孔径射孔弹一般穿透深度比较浅。1.砂岩地层 对均质砂岩地层射孔时，如钻井污染深度不大于 300mm，渗透率较高，地层能量较大，可选用 89 枪 89 弹，或 89 枪 102 弹，孔密 16 孔/米，相位 90。假如地层胶结较差，有出砂的也许，则应选大孔径射孔弹，在地层压力较高时，应提高孔密至 20 孔/米。假如钻井污染深度大于 300mm，渗透率较低，地层能量较大，可选用 102 枪 102弹或 102 枪 127 弹或 102 枪超穿深弹（一米弹），孔密 16 孔/米，相位 90。当钻井污染大于 600mm，渗透率较低时，应选用 102 枪超穿深弹或复合射孔器或三相流加砂射孔器。若地层均质性比较差，则应根据本章第二节所述，尽量提高孔密，并加大相位角。2.灰岩（碳酸岩地层）对于灰岩地层或碳酸岩地层，要重点考虑岩石抗压强度、裂缝发育限度和污染深度，一般情况下，应选择高穿深射孔器，孔密也应尽量提高。对于气井，因射孔压实带的影响比较显著，所以建议选择复合射孔器或三相流加砂射孔器。高压气井应提高孔密，以减少紊流效应的影响。五、射孔设计优选 射孔设计涉及射孔器的选择和射孔工艺的选择。在做射孔设计时，应对设计井的地质、钻井、井筒结构等参数进行认真分析，在拟定所选射孔器后，对射孔工艺进行选择。射孔设计可通过射孔设计软件进行，通过软件对不同参数的分析计算，由软件提供一个比较合理的射孔设计。但射孔设计软件对参数的需求较多，一般可在同区块、同层系选择几口井进行设计，通过验证后，同区块、同层系的其它井可参考进行人工设计。这里只对选择工艺的基本原则进行简朴的说明。1.对井斜不超过 20；地层压力较低，无负压射孔规定、井身规则无变形，无油帽，原油黏度低，清水或压井液黏度低，射孔段小的井，可选用电缆射孔工艺。2.对井斜大于 20；地层压力高或不清楚、原油黏度较高，需进行负压或超正压射孔的井，应选用油管传输射孔工艺。在井斜不大于 35时，可选用机械投棒起爆方式进行起爆射孔器。当井斜大于 35时，应选择压力起爆方式起爆射孔器。3.当井内有泥浆、稠油时，应选择密闭式起爆器加开孔器的组合管柱进行油管传输射孔。4.当井内有油管，因某些因素不宜起出而又需要射孔时，可选择电缆传输张开式射孔工艺或电缆传输无枪身射孔工艺。在井内射孔段以上套管有变形，但变形处最小直径大于 80mm 时，可选择电缆传输张开式射孔工艺。5.对井斜不超过 20；地层压力高，无负压射孔规定、井身规则无变形，无油帽，原油黏度低，清水或压井液黏度低的井可选用电缆密闭式射孔工艺。在射孔设计中尚有一项非常重要的内容，就是对井身结构、井温、压井液密度和性质及井筒情况的描述，这些描述关系到射孔工艺是否能顺利进行的关键，也是关系到射孔施工质量和安全的重要因素。所以在射孔设计时一定要提供施工井的全面情况，以保证施工的安全。第七节 射孔器名称定义 射孔器是用于油气井射孔的爆破器材及其配套件的组合体。聚能式射孔器：运用聚能效应产生的射流完毕射孔作业的射孔器，分为有枪身和五枪身两大类。射孔弹：用于油气井射孔的由炸药、壳体及药型罩等构成的组合体。子弹式射孔器：运用火药发射金属子弹完毕射孔作业的射孔器。射孔枪：射孔施工中承载射孔弹的密封承压发射体。一般由枪身、枪头、枪尾和密封件等组成。多次使用射孔枪：枪身可反复使用的射孔枪。一次使用射孔枪：枪身不能反复使用的射孔枪。弹架：射孔器中固定射孔弹的专用支架。盲孔：射孔枪枪身上供射流穿过的未贯通的孔。聚能射孔弹：具有聚能效应的射孔弹。有枪身射孔弹：必须装入射孔枪内使用的射孔弹。无枪身射孔弹：自身壳体可承受压力和温度的射孔弹。药型罩：紧贴在药柱聚能穴上能形成射流的金属衬套。雷管：通过自身的爆炸而引爆下一级爆炸组件的起爆组件。导爆索：传递爆炸能量起爆下级火工件的索状组件。传爆管：传递或扩大爆炸能量的管状组件。射孔间隙：在射孔弹药型罩方向射孔枪外表面与套管的距离。炸高：射孔弹药型罩底部到第一靶的距离。射孔起爆器：在油管传输式射孔中，联接于射孔器顶部用于起爆射孔器的装置。过油管射孔：运用电缆通过油管将射孔器下至目的层进行射孔的工艺技术。油管输送式射孔：用油管将射孔器输送到井内目的层位置进行射孔的工艺技术。电缆输送套管射孔：运用电缆将射孔器通过套管输送到井内目的层进行射孔的工艺技术。正（负）压射孔：在井筒内液柱压力高于（低于）射孔层压力条件下的射孔工艺技术。射孔-测试联作：指在需要射孔后立即进行地层测试的井中，将射孔器、地层测试器、封隔器联成一个管串输送到井下目的层段，射孔后直接进行地层测试的工艺技术。第八节 无枪身聚能射孔器 无枪身聚能射孔器是指将无枪身射孔弹装配在特殊弹架上进行射孔的射孔器。无枪射射孔器种类繁多，但有一个共同的特点就是射孔器在下井作业时，射孔弹、导爆索和雷管均浸没在井液中，直接承受井内的压力和温度。无枪身射孔器的优点是成本低、施工效率高、操作简便。缺陷是药量小、穿深、孔径等指标低，可靠性较差，对套管损坏严重，井下残留物多。无枪身射孔器重要有以下几种：1.钢丝架式无枪身聚能射孔器：其基本结构是两根钢丝作为承载射孔弹的弹架，用夹板在钢丝联接处进行固定并保护射孔弹，以防射孔弹在下井过程中碰撞磨损。见图 1-16 钢丝架式无枪身射孔器的相位只有两种，既 0或 180。孔密 10-13 孔/米。混凝土靶穿深 100-184 毫米。合用于薄层裸眼井或过油管射孔。图 1-16 2.钢板式无枪身聚能射孔器 钢板式无枪身聚能射孔器的弹架是用条型钢板冲孔而成，其弹架经特殊加工可提供多种相位的射孔方式。见图 1-17。不同的射孔弹型号可分别达成 200-400毫米的穿深。其它与钢丝式无枪身射孔器相同。图 1-17 3.链接式无枪身射孔器 链接式无枪身射孔器的射孔弹外壳是加工成上下公母接头形式，弹和弹之间可彼此互相串联。换句话说就是射孔弹和弹架和二为一。其优点是射孔相位和孔密变化较多。缺陷是射孔器整体强度差，对套管的损坏严重。见图 1-18 图 1-18 4.过油管张开式聚能射孔器 图 1-19 过油管张开式聚能射孔器的结构及工作过程见图 1-19。这种射孔器在下井过程中是闭合的，到达射孔位置后，射孔弹被释放，从下井时的垂直向下转为垂直对向套管。解决了以往过油管射孔因射孔枪直径所限，射孔弹无法加大而导致的穿深浅的问题。第九节 有枪身聚能射孔器 有枪身聚能射孔器是指将射孔弹、雷管、导爆索等火工品装入起密封、承压作用的射孔枪内的组合体。见图 1-20。有枪身射孔器虽有不同的类型，但其共有的特点：1.所有爆炸物品不与井内液体接触，不承担压力，减少了射孔弹等的制造难度，大大提高了施工成功率。2.射孔弹爆炸后产生的碎屑被留在射孔枪内，避免了射孔弹爆炸时产生的高速碎屑对套管的破坏。3.能可靠地在斜井、超深井中施工。4.运用油管输送方式可一次完毕数百米的射孔施工。5.可通过不同的组合，满足各类施工的规定。90相位 雷管 枪头 盲孔 射孔弹 弹架 枪身 枪尾 导爆索 90相位孔眼平面展开图 图 1-20 第十节 射孔枪 射孔枪是指射孔施工中承载射孔弹的密封承压发射体。一般由枪身、枪头、枪尾和密封件等组成。射孔枪一般分为一次使用可回收式和反复使用可回收式两种。射孔枪的规格型号一般以射孔枪的外径来命名。目前，射孔枪的型号有：51、60、73、89、102、114、127、140、159。射孔枪的孔密最高可达 40 孔/米。射孔枪的相位可按规定加工。一般常用的是 90相位，螺旋布孔。各规格射孔枪的耐压不低于 50Mpa，最高可达 140Mpa。第十一节 雷管与起爆器 雷管按起爆方式可分为电起爆类和机械撞击起爆类。一、起爆雷管：电起爆雷管是用交流（直流）电来激发起爆的雷管。其典型结构如图 1-21。图22 中：1-电导线；2-电极塞；3-桥丝；4-起爆药；5-猛炸药；6-雷管壳。1 2 3 4 5 6 图 1-21 电雷管的种类有几十种，这里只介绍目前常用的几种：1.灼热桥丝式。灼热桥丝式电雷管是通过加在雷管导线的电能将桥丝（电阻丝）加热，使包裹在桥丝周边的起爆药受热分解起爆，起爆药将猛炸药起爆。见图 1-21。灼热桥丝电雷管有用于有枪身射孔的常压耐温型和用于无枪身射孔的耐压耐温型两种。2.电磁雷管：电磁雷管是指由特定频率电信号起爆的雷管。结构如图 1-22。图 1-22 图中：1 电导线；2 磁环；3 电极塞；4 桥丝；5 起爆药；6 猛炸药；7 雷管壳 电磁雷管运用的是变压器偶合原理进行起爆的，在起爆时，起爆仪输出的特定频率的电信号在磁环产生交变磁通，使绕在磁环上的线圈形成感应电流，该感应电流加热桥丝使雷管起爆。电磁雷管可有效避免射频电流的影响，减少漏电、杂散电流对雷管的作用，是目前比较安全的电雷管。二、起爆器 1.撞击起爆器 撞击起爆器是指依靠击针撞击起爆的火工单元。撞击起爆器重要应用于油管传输射孔，其典型结构由击发药、火台、猛炸药和壳体1 2 3 4 5 6 7 组成。其起爆条件按型号不同分别有 2.5Kg.m、9Kg.0.34m 和 2.8Kg.m 几种。耐温指标分 160/48h、180/48h、200/48h、230/48h 几种。2.机械压力式电起爆器 机械压力式电起爆器是运用井内液柱压力作为打开起爆器安全开关的动力，电缆输送电能来起爆的一种起爆器。其结构由电雷管、短路开关和压力开关构成。该起爆器具有防静电、防射频、防杂散电流和使用安全的特点。重要应用于油管输送射孔。第十二节 起爆装置 起爆装置是指用于起爆导爆索或导爆管的装置。起爆装置种类繁多，但基本是由激发件、起爆器或雷管与本体组成。一、械撞击式起爆装置 机械撞击式起爆器是通过在井口投放金属棒或金属球来激发起爆的一种起爆装置。其基本作用原理是：将机械撞击式起爆装置联接于射孔枪顶部，下入预定射孔位置，校深调整后，从井口投入金属棒或金属球，高速下落的金属棒或金属球撞击起爆装置的击针，激发起爆器，从而引爆射孔枪。机械撞击式起爆装置合用于井斜小于 35的油气井射孔。图 1-23 机械投棒防砂起爆器 图 1-24 密闭式机械投棒起爆器 二、压力激发式起爆装置 压力激发式起爆装置是指运用井口加压或井中液柱建立压差来激发起爆的装置。压力激发式起爆装置的种类也是比较多，但其起爆原理基本同样，都是通过油管或环空加压或运用井筒液柱建立压差剪断击针销钉或释放锁定球来激发起爆器。图 1-25。油管加压起爆器 图 1-26。环空加压起爆器 压力激发式起爆器合用范围广，通过不同的工具组合，能满足各种油气井的射孔施工。第十三节 射孔器检测 射孔器的检测是由中国石油天然气集团公司油气田射孔器材质量监督检查测试中心进行，执行的重要标准是行业标准 SY/T5128油气井聚能射孔器通用技术条件。在射孔器使用单位完全按 SY/T5128 进行检测是不现实的，技术、资金、设备都达不到。但为保证射孔器材质量，一些常规的检测是必要的。由于各使用单位的规定不同，检测方法和内容也不尽相同。但大部分都要进行射孔弹打靶实验。一、混凝土靶、贝雷砂岩靶、钢靶射孔实验 一般射孔弹使用单位进行打靶实验，使用的大部分是混凝土靶和 45#钢靶，有条件的单位在有特殊规定期也进行贝雷砂岩靶实验。1.混凝土靶射孔实验：混凝土靶射孔实验时，对混凝土靶的制作应符 SY/T5891.1 标准，其抗压强度应在 37MPa43Mpa 之间。实验时在混凝土靶的上部分别放置模拟套管和枪管壁厚的钢板，并根据射孔弹型号调整炸高。其技术指标应达成下表规定：射孔弹型号 51 60 73 89 102 114 127 140 152 平均穿孔深度 180 250 350 400 500 600 700 750 850 平均孔径 5.5 6.5 7.5 8.0 9.0 9.0 10.0 10.5 11.0 2.钢靶射孔实验：钢靶射孔实验是用 45#圆钢作为靶材，检查射孔弹的穿孔能力。实验时将射孔弹按型号调整炸高。其穿孔深度按射孔弹装药量应达成到下表规定：射孔弹单发装药量分类表 组 别 装药量 12.5 12.6-16.0 16.1.-20.0 20.1-25.0 25.1-32.0 32.1-35.0 35.1-38 38 射孔弹穿钢靶孔径及深度表 组 别 平均孔径 6.0 7.0 8.0 8.5 9.5 9.5 10.0 10.5 11.0 平均穿深 75 85 110 130 150 160 170 180 190 3.贝雷砂岩靶实验 贝雷砂岩：是由 API 推荐的用于检查射孔器穿深和流动效率的目的物。贝雷砂岩靶实验重要是为了测取某一型号射孔弹射孔后的岩心流动效率、压实带厚度、压实限度等参数，为射孔优化设计提供数据。并可对射孔弹进行综合评价。贝雷砂岩靶具有胶结好、孔隙度差别不大（19%-21%），初始渗透率基本在0.10.3m2 之间，正是其各项参数变化不大，所以将贝雷砂岩靶作为一种标准靶材。不同装药量的射孔弹在贝雷砂岩靶上的穿深见下表：组 别 平均穿深 140 150 250 280 310 340 420-二、射孔枪、弹配套实验 射孔枪、射孔弹的配套实验重要是检测其射孔弹对射孔枪、套管的破坏情况和孔眼直径、套管孔眼内毛刺高度及射孔枪变形情况。实验时按使用状态装枪，装枪时注意装配是否符合有关技术规定。射孔后射孔枪外径的涨大不应大于 5mm，盲孔枪枪体上的对位率不应小于 90%，枪身不得有横向裂纹，枪头、枪尾不得脱落。套管内毛刺高度不大于 2.5 mm，套管上孔眼处上下裂纹的总长不大于 90 mm，套管的裂孔率不大于 20%。第十四节 射孔施工工艺 一、资料校深 射孔资料校深是一项非常重要的工作，资料的对的与否直接关系到射孔的准确性。射孔资料校深所需的重要资料有深度比例 1：200 的测井综合解释成果图、1：200 的放磁测井图和射孔告知单（射孔设计方案）。校深的一般环节 1.标图 标图是指根据射孔告知单中射孔井段的油层顶部深度，在放磁图上选择标准接箍。并以测井电缆深度磁记号的深度为标准，用比例尺在标准接箍上下标出几个套管接箍深度和相应的套管长度。2.平差 平差是指用 1：200 的比例尺在放磁图上量出两个电缆深度磁记号（25 米记号）的实测距离，计算出实测距离与标准距离之间的差值，并把该差值平均地分派到两个电缆深度记号之间，用于计算单位长度上的误差值。3.选择标准接箍 标准接箍是指在本次待射目的层的顶部附近，选取一个距目的层顶部距离最近的接箍作为本次射孔的深度定位标准。4.校深 用比例为 1：200 的放一磁测井图与完井电测综合解释成果图深度进行对比。使放磁图上的自然伽马曲线或中子伽马曲线与综合图上的曲线划分出的纯砂岩地层对齐，然后在全井段选择合适的对比层，重点是在目的层的附近分别挑选分层清楚、相应性好的层或尖峰进行校正。1）.拟定对比层 当砂层的相应性好，曲线形状一致，顶底界面显示清楚时，可以用放-磁图上的自然 伽马曲线和综合解释成果图中的自然伽马曲线或自然电位曲线进行对比，选取对比层曲 线幅度的半幅点，并参考砂层厚度拟定顶、底界面深度。假如钙质薄层自然伽马曲线在下套管前后均有明显的尖峰，可以用钙质薄层作为深度对比层。假如薄砂层尖峰在下套管前、后自然伽马曲线上均有明显尖峰，则以其尖峰作为深度对比层。假如钙质薄层或薄砂岩层在中子伽马曲线和电测曲线上都有明显特性，且分层界面清楚，岩性稳定，则以其地层中点作为深度对比层。2）.拟定校正值 在目的层段范围内选取 3 一 5 个有代表性的对比层，作为计算校正值的依据。3）.计算上提值（下放值）上提值的计算公式：L=（H+h）-D+h 式中：L上提值，m;H标准接箍深度，m;h零长，m;D油层顶部深度，m;h校正值，m.二、装枪 装枪是指按排炮单（装炮单）对射孔器进行组装的过程。装枪时一方面要仔细阅读审核排炮单，严格按排炮单所提供的枪型、弹型、孔密、相位及施工工艺等进行器材准备。另一方面是对所需器材进行检查，重要检查内容有：射孔弹外观有无锈蚀、脱罩现象；无枪身射孔器的弹架接头处是否捆扎结实；射孔枪及枪头枪尾的丝扣和密封面有无损伤；枪体内有无杂物；导爆索有无破损等。第三是对组装完毕的射孔枪进行标记，标明井号、下井序号、米数、上下和实装弹数。第四是进行自检和专检，重要检查射孔枪、弹型号、实装弹数、下井序号与射孔层位的相应、夹层空弹长度和射孔枪的标记。三、井场及井筒准备（一）路和井场 1.井场道路以施工车辆用本车动力可正常行驶为标准。如道路翻浆等复杂情况，协作单位应准备拖车设备。2.井场井架正前方应有不小于 40m20m 的平坦施工区。施工区内不得有妨碍施工的障碍物。井场不得有漏电等影响射孔施工安全的现象。3.井架立好后，游动滑车大钩偏离井口前后不得大于 5cm，左右不大于 3cm。4.井口防喷器必须能正常作用。5.井场内应有 50Hz2Hz、220V 的稳定的交流电源，功率大于 12KW。6.夜间施工时井场必须配备不少于 3 盏 500W 的探照灯。（二）井筒 1.对井筒进行实探人工井底、通井、洗井到符合相关技术规定。2.井内不能有死油和其它防碍射孔器下井的物体。3.油管传输射孔时，应彻底清洗油管，油管不得有伤、漏、残、弯曲现象。4.油管传输射孔时，下井油管应准确丈量，误差小于 0.1m/1000m，并按先后顺序编号记录。5.油管传输射孔时，作业队（试油队）准备保证质量的 0.3 m、0.5 m、1.0 m、2.0 m、3.0 m、4.0 m、5.0 m 的用于深度调整的油管短节一套。6.过油管射孔时，底部第一根油管应接一个喇叭口。7.井口防喷装置完好可靠。第十五节 电缆输送过油管射孔工艺 电缆输送过油管射孔工艺分有枪身过油管射孔工艺和无枪身过油管射孔工艺两种。一、有枪身过油管射孔 有枪身电缆输送过油管射孔一般用于高压油气井施工，需进行防喷解决，所以工艺比较烦琐复杂。其配套的地面防喷装置重要有：封井器、防喷管、防喷盒、防掉器注脂泵车和手压泵等。施工时先将封井器和防掉器装在采油树上，用高压注脂管线把防喷盒与注脂泵、手压泵联接，用由壬将各节防喷管连接好，将防喷管与防喷盒连接，用作业机大钩将吊滑轮与防喷管、防喷盒一起吊起到一定高度，将联接好的射孔器放入防喷管内，然后将防喷管与防掉器联接，打开防掉器和封井器闸门，下放电缆进行射孔。施工时要随时打注密封脂，以保护电缆和密封防喷盒。当射孔器起出至防喷管内时，先关闭防掉器和封井器，然后将防喷管内的压力放掉，再将射孔器取出。二、无枪身过油管射孔 无枪身过油管射孔在高压油气井射孔时也须安装防喷装置，方法和上述相同。对用钢丝架式射孔器时要注意对导爆索和弹架的检查，下速要严格控制，一般在2023 米/小时。不同型号的无枪身射孔器有不同的一次下井射孔弹数量的控制，要严格执行。第十六节 电缆输送套管射孔 电缆输送式套管射孔是目前应用最广泛的一种射孔工艺。电缆输送式套管射孔所采用的射孔器有两大类，一类是有枪身射孔器，一类是无枪身射孔器。一、无枪身射孔 无枪身射孔器和有枪身射孔器在施工工艺上大体同样，只是无枪身射孔器对井筒的规定更高，如压井液黏度不能过大，井内无杂物等。各种型号的射孔器的一次下井弹数有不同的规定，地面装配射孔器要认真考虑耐压和绝缘问题。二、有枪身射孔 有枪身射孔的射孔器种类比较多，目前可供选择的有 51 型、60 型、73 型、89型、102 型、114 型、127 型、154 型等。孔密最大可达 40 孔/米。相位角分别有 0、45、60、90、120、180。射孔枪的最大长度分别为：51 枪 5 米；60 枪 12 米；73 枪 10 米；89 枪 8 米；102 枪 4 米、114 枪 3 米；127 枪 2 米；154枪 2 米。现场施工环节：1.向试油队核算井号、本次射孔井段、井筒情况和放炮闸门能否正常工作。2.检查井场漏电情况。3.摆放射孔仪器车和绞车，摆放位置应距井口 2030 米处。绞车滚筒与井口要垂直对齐。绞车后部不应有影响绞车工视线和电缆正常运营的任何物体。打好绞车掩木。4.安装天地滑轮。注意吊卡的月牙是否与天滑轮上提短节一致。固定好地滑轮。5.选择远离火源、电源的地点进行联枪。更换密封圈，检查各部丝扣和密封面，并清理干净，涂抹黄油。认真检查弹架、导爆索和射孔弹，对照排炮单检查装弹长度、发数和夹层长度，核算枪身上的标记与排炮单是否一致。将联好的射孔器按下井顺序排好。6.检查磁性定位器绝缘和信号情况，逐个上紧各部丝扣。7.将射孔器与磁性定位器连接，井口对零，下放射孔器。8.在距短套管一根套管以上开始下测，测出短套管至标准接箍之间的各套管接箍，在测出本次射孔底界一个套管接箍后，开始上提测量至点火线。停车检查、核算数据。准确无误后，在电缆上捆扎一个记号。点火后起出射孔器。第二炮可以电缆记号为深度依据测出标准接箍进行定深。9.射孔完毕