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(大慶油田有限責(zé)任公司試油試采分公司 黑龍江 大慶 163000)

0 引 言

復(fù)合射孔器是一項(xiàng)誕生于90年代的射孔新器材，經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)完善和發(fā)展，在油田已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。其特點(diǎn)是：將射孔彈與火藥有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，一次下井分步做功，通過(guò)特殊的泄壓方式控制釋放高能氣體，實(shí)現(xiàn)射孔與高能氣體壓裂雙重作用的效果。近年來(lái)，通過(guò)深入研究，在傳統(tǒng)復(fù)合射孔的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出了彈架內(nèi)外同時(shí)布藥的多脈沖復(fù)合射孔器，通過(guò)理論計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，利用該射孔器射孔，可延長(zhǎng)對(duì)地層的做功時(shí)間，對(duì)地層進(jìn)行多次作用造縫，提高油井的產(chǎn)能[1]。

1 多脈沖復(fù)合射孔器原理及設(shè)計(jì)

1.1 技術(shù)原理

多脈沖復(fù)合射孔器在彈架內(nèi)裝高燃速火藥，彈架外裝中等燃速火藥。射孔彈爆炸首先點(diǎn)燃彈間高燃速火藥，進(jìn)而點(diǎn)燃彈架外低燃速火藥，由于兩種火藥的燃速時(shí)差，避免了壓力疊加引起的超高壓?？梢援a(chǎn)生兩個(gè)火藥峰值，對(duì)地層進(jìn)行多次加載造縫，有效地提高油井的產(chǎn)能[2]。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

1)不須改變傳統(tǒng)的彈架固彈方式，可以直接與之裝配；

2)不影響射孔器的穿深性能，包括孔密及相位角；

3)不須特殊安裝工藝，可方便地安裝，與常規(guī)復(fù)合射孔槍安裝工藝基本相同；

4)一體式結(jié)構(gòu)，火藥藥片有塑料外殼保護(hù)，裝配過(guò)程不會(huì)造成藥片損傷和危險(xiǎn)；

5)采用單元式或整體式兩種設(shè)計(jì)，由射孔彈口部直接定位，牢固可靠，不用擔(dān)心某個(gè)部件的脫落問(wèn)題；

6)火藥量增大的情況下，不會(huì)引起炸槍、卡槍現(xiàn)象，不同燃速的火藥可對(duì)地層多次做功加載。

1.3 射孔槍設(shè)計(jì)

1)槍身泄壓孔的設(shè)計(jì)

對(duì)泄壓孔孔徑及位置重新優(yōu)化設(shè)計(jì)，射流方向與泄壓孔成0°角，并且加大了泄壓孔泄流面積，提高了氣體的泄流速率，泄壓孔的位置正對(duì)射孔孔道，在沒(méi)有壓損的情況下直接對(duì)地層做功；射孔器盲孔結(jié)構(gòu)采用內(nèi)盲孔，可以有效提高射孔炸高，提高射孔效果；通過(guò)理論計(jì)算與數(shù)值分析[3]，與傳統(tǒng)泄壓孔結(jié)構(gòu)對(duì)比，氣體的泄流速率提高了21%，綜合做功能力提高了28%左右。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的泄壓孔結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 優(yōu)化后的泄壓孔結(jié)構(gòu)圖

2)堵片的設(shè)計(jì)

泄壓孔破碎型堵片，能夠承受壓力達(dá)到80 MPa，在射孔后形成最大不超過(guò)4 mm×4 mm的小顆粒，可以完全通過(guò)洗井液替出，不會(huì)影響油氣井的大修與改造。

1.4 多脈沖復(fù)合火藥設(shè)計(jì)

多脈沖復(fù)合射孔器使用兩種不同燃燒性能火藥(高、低兩種燃速火藥)，通過(guò)彈架內(nèi)外同時(shí)裝藥形式抑制射孔彈爆炸對(duì)火藥的直接沖擊起爆作用，由高燃速火藥對(duì)低燃速火藥順序點(diǎn)火，在保證射孔器最佳設(shè)計(jì)的同時(shí)，成倍增加火藥量[4]。

2 試驗(yàn)檢測(cè)

2.1 火藥藥性檢測(cè)

對(duì)火藥進(jìn)行高溫性能測(cè)試，使火藥能夠在高溫條件下，燃燒性能和能量性能不發(fā)生變化，確保火藥的有效性和作業(yè)的安全性。采用高溫試驗(yàn)裝置和火藥密閉爆發(fā)器試驗(yàn)裝置對(duì)兩種火藥分別進(jìn)行高溫試驗(yàn)前后的燃燒性能測(cè)試，結(jié)果證明兩種火藥在耐溫指標(biāo)下具有良好的熱穩(wěn)定性，見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)前后火藥性能參數(shù)對(duì)比

2.2 堵片檢測(cè)

1)耐壓能力測(cè)試

用專(zhuān)用超高壓試驗(yàn)裝置對(duì)裝有破碎堵片的整槍進(jìn)行密封打壓試驗(yàn)。打壓試驗(yàn)流程為：50 MPa保壓5 min,70 MPa保壓15 min，80 MPa保壓5 min，90 MPa保壓15 min。試驗(yàn)結(jié)果：90 MPa為臨界破壞壓力，升壓和保壓過(guò)程穩(wěn)定，槍身與堵片形貌無(wú)任何變化，證明該結(jié)構(gòu)粉末冶金堵片安全承受壓力能夠達(dá)到80 MPa[5]。堵片前后對(duì)比如圖2所示。

圖2 破碎堵片試驗(yàn)前后對(duì)比

2)破碎堵片的破碎效果

利用單發(fā)射孔單元試驗(yàn)裝置進(jìn)行多次的試驗(yàn)，并全部回收堵片殘?jiān)Y(jié)果表明：在89-3彈尾部的爆炸沖擊作用下，破碎型堵片可以破碎，最大顆粒尺寸小于4 mm×4 mm。

2.3 多脈沖復(fù)合射孔器地面檢測(cè)

通過(guò)混凝土靶、模擬井檢測(cè)驗(yàn)證，多級(jí)復(fù)合射孔器各項(xiàng)指標(biāo)及對(duì)射孔槍及套管影響均在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，保證了多級(jí)復(fù)合射孔施工安全和效果，見(jiàn)表2、表3。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)射孔測(cè)試

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，選擇相同井況的兩口井，分別使用102常規(guī)復(fù)合射孔技術(shù)與102多脈沖復(fù)合射孔器進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)實(shí)測(cè)得p-t曲線，多脈沖復(fù)合射孔火藥裝藥量比傳統(tǒng)復(fù)合射孔高了1倍，峰值壓力得到了有效控制，波的形態(tài)有了明顯的改善，壓力作用時(shí)間比傳統(tǒng)復(fù)合射孔延長(zhǎng)了2倍，見(jiàn)圖3和表4。

表2 多級(jí)復(fù)合射孔技術(shù)混凝土靶檢測(cè)結(jié)果

表3 多級(jí)復(fù)合射孔技術(shù)模擬井檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)，多脈沖復(fù)合射孔器裝藥量大，峰值壓力大，做功時(shí)間延長(zhǎng)。

表4 102多脈沖復(fù)合射孔與傳統(tǒng)復(fù)合射孔能量輸出參數(shù)對(duì)比

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 壓力檢測(cè)

在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)A井的井下壓力進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。采用p-t儀測(cè)壓。圖5是某井的p-t壓力曲線圖。從圖上可以看出，多脈沖復(fù)合射孔器在井下起爆后可以產(chǎn)生兩個(gè)火藥峰值，達(dá)到了預(yù)期的效果，如圖5所示。

圖5 A井p-t曲線圖

3.2 應(yīng)用效果

為了進(jìn)一步驗(yàn)證多脈沖復(fù)合射孔器的施工效果，我們選擇了同一區(qū)塊具有可對(duì)比性的相鄰井進(jìn)行效果對(duì)比。表5為多脈沖復(fù)合射孔與常規(guī)復(fù)合射孔在某區(qū)塊的產(chǎn)液效果對(duì)比表；表6為多脈沖復(fù)合射孔與常規(guī)復(fù)合射孔在某區(qū)塊的產(chǎn)油效果對(duì)比。

表5 多脈沖復(fù)合射孔器采液效果一覽表

表6 多脈沖復(fù)合射孔器采油效果一覽表

從表中數(shù)據(jù)可以看出，多脈沖復(fù)合射孔效果與同區(qū)塊常規(guī)復(fù)合射孔效果相比，平均采液強(qiáng)度提高10%以上，單井日增油量平均為0.2 t。

4 結(jié) 論

1)通過(guò)對(duì)多脈沖復(fù)合射孔器的試驗(yàn)應(yīng)用，在火藥量增大的情況下，射后脹徑在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，保證了射孔施工的安全性。通過(guò)對(duì)射孔后的井徑測(cè)試，該技術(shù)對(duì)套管、水泥環(huán)的影響不大。

2)通過(guò)對(duì)多脈沖復(fù)合射孔器應(yīng)用效果跟蹤，試驗(yàn)井與同區(qū)塊同地質(zhì)條件的復(fù)合射孔井進(jìn)行對(duì)比，平均采液強(qiáng)度提高10%以上，單井日增油量0.2 t，具有較好的應(yīng)用效果。