深穿透(DP)与大口径(BH)射孔弹在不同储层应用效果研究

于安

摘要：射孔过程是在油层中建立起油气层与井筒之间的流动通道，但是也会对油气层造成伤害，所以工艺运用对油井的产能存在影响。在施工中合理选择射孔工艺、射孔参数十分重要，参数选择恰当能够降低对油气层的损坏。现阶段的射孔弹有深穿透与大口径两种，在具体的施工作业当中，需要根据现场的实际情况来选择不同的方式，更好发挥在油气开采中的价值。

关键词：射孔；油层；深穿透；大口径

地层中石油与天然气储集层是由复杂的沉积岩石在复杂的地质变动下形成的，在油气的勘探开发中，最主要的一个环节就是打开储集层，而这一个过程需要反复的勘探作业。打开储集层先是打开产层，达到产层底部之后，下套管并且在管外空间注水泥固井，之后将产层射开。现代油气井射孔则是使用电缆或者是油管将聚能射孔器下放到产层中，之后点火，射流会穿透管壁以及管外的水泥环，在产层底部造成通道，实现生产的过程。

1.对射孔完井技术的认识

国内外完井方式主要有套管或者是尾管射孔、裸眼射孔等，但是在使用中最常见的是套管射孔，施工是在钻井与固井都完成之后，使用射孔器射穿油层套管和水泥环、穿透油层，在地层与井筒之间形成油气流动的通道，这种施工方式是可以选择性射开不同压力与物性之间的油层，避免了相互之间的干扰，甚至能够避免夹层水与气顶等情况，能够避免出现地层塌陷的情况，在施工中选择分层注与采的作业方式。我国大庆油田看投入开发建设之后射孔完井工艺越发完善，配套设施也不断完善，缩短了射孔技术与世界水平之间的差距。射孔能够形成缝隙增加渗透率，在射孔中，深穿透是根据聚能装药原理来通过炸药轰炸的能量快速形成高速金属射流，实现大穿深的目标的，大孔径射孔弹则是将药型罩头翻转形成射流，形成流速梯度小的粗短射流，实现大孔径目的。新时期油田的勘探进入到了中后期，施工单位要面临十分复杂的地势环境，油气的类型越来越复杂，各种低丰度、低渗透率、低孔隙度油田在国内普遍存在，在这一情况下如何确保油田的勘探与开发是人们需要深入思考的问题。射孔参数对油气井的产能影响比较大，性能指标是影响产能的关键，所以提高射孔性能，可以在射孔层内更好的建立起开采通道，从而提高油气井的产能[1]。

2.深穿透(DP)与大口径(BH)射孔弹运作机理

2.1 深穿透（DP）

深穿透射孔弹的使用机理是：如炸药块的一端存在空穴，让炸药从另一端点火起爆，在空穴这一端就会造成炸药轰炸破坏，局部被破坏的概率会大大增加，深穿透射孔技术中就是使用这种装有一端炸药，另一端为空穴的方式，提高炸药对周围介质局部破坏作用，这种叫做炸药的聚能效应，利用这种聚能效应产生的高温高压高速的聚能射流实现射孔的装备。和常规的射流技术相比，深穿透技术头部速度高、速度梯度分布更合理，密度更大和动能更大，有更好的拉伸效果，在实际运用中延长了射流断裂的时间。所以这一技术在现实生活中的运用受到人们的重视，能够取得更理想的效果。一般将其使用在混凝土坝与砂岩上更具备效果。

2.2 大孔径（BH）

这一技术是设计大孔径和无杵堵射弹孔，关键在于设计药型罩，以及设计装药体系。药型罩在爆炸驱动下会被压垮且朝着轴承方向高速运转，在相互的碰撞之后形成聚能射流，在罩内形成具备高温与高速度的聚能金属射流，用其进行穿孔，罩外则形成速度低的杵体，射流与其共生，但是无杵堵并不表示完全没有杵体，而是不让杵堵塞孔道，所以基本上是破碎状态。在设计上，药型罩是决定了这一技术使用效果的关键，理论上来讲传统的单锥型药罩为提高穿孔孔径，可以通过增大药型罩来实现，但是十分有限，这是因为当药型罩的锥角大到一定程度上即便孔径达到了要求，但是穿孔的深度不能保证。在设计上如果锥角大于120°，此时射孔弹不能形成射流，而是翻转形成破碎的破片，会造成严重的杵堵情况。根据国外大孔径射孔弹技术使用获得的理论成果来看，我国在使用上采取抛物线的轴心回转体作为药型罩的结构，这种结构是内外壁都是抛物线的形式，曲线的形状光滑，加工十分方便。但是在性能上能够满足大孔径的要求，穿透深度也很合理[2]。所以结合各项指标来看将药型罩的开口设计成54mm。接下来设计大孔径射弹孔的装药部分，弹壳的壳体使用钢壳，药型罩直接压入到装有炸药的钢壳之内，钢壳的内部设计则根据前期药型罩的设计情况来决定，射孔弹装药是射流这一过程实现的根本，在结构确定之后再确定装药结构，主要是考虑药型罩匹配的装药结构。在设计上使用抛物线的药型罩，这种设计质量更大，要保证射流头部的质量，就需要适当增加药柱上的装药，另一方面提高药的有效率方面来看，可使用双台锥结构来设计。

3.射孔对油气层造成损害的原因以及深穿透与大孔径射孔弹的使用

3.1 射孔存在损耗的要素

油藏开采中，外来液体中的固相颗粒以及油气层中的颗粒会直接堵塞油气层的孔隙，而且现阶段完井液体并非是清洁液体，甚至在射孔压差作用下射孔完井内的液体中固相颗粒进入到孔隙吼道之内影响到具体的生产。外来液体含有水分会导致部分矿物质水化以及膨胀，导致孔隙通道被减小。除此以外与地层内的液体相互之间产生物理化学作用而发生水锁、分子化、化学沉淀等，产生的这些反应会堵塞住油气层的流通孔道，这将在一定程度上降低渗透率。外来液体进入后会造成油气层润湿程度的改变降低相渗透率。

地层中存在敏感矿物影响到射孔质量，敏感性矿物比较多，如水敏、盐敏、碱敏、酸敏、速敏矿物，除此以外粘土矿物也会影响到存储层，含量越高损害也会越大，在相同条件下油气层本身的渗透率越低，敏感性矿物对油气层的伤害也就更大。

射孔压差也会影响到产能，如在射孔的时候岩屑与爆炸残余物堵塞在孔道之内导致导流能力下降，甚至伤害地层。在这种情况下人们研究出新型的工艺来开采作业。

3.2深穿透(DP)与大口径(BH)射孔弹在地层现场的使用

基于地层的复杂性，地层射孔形成之后形成裂缝，参数主要是指裂缝的长、宽、高、导流能力，基于这一方面的研究，麦克奎尔与西克拉使用点模型制作出了垂直裂缝条件下的增产倍数与裂缝尺寸、导流关系曲线图。设计曲线的假设条件有你稳定流动、定产或定压、正方形泄油、外边界封闭、裂缝穿过整个地层、可压缩流体等等[3]。结合具体发现在低渗透油藏中裂缝起到主要的主导作用，在深穿透射孔弹设计中，裂缝增长明显。结合麦克奎尔-西克拉垂直裂缝增产倍数曲线，可以根据实际情况来选择合理的技术，低渗透油藏现场使用深穿透射孔弹能够帮助单位生产，这种方式能够得到更多的导流能力，如果要实现增产，加大裂缝长度即可。高渗透油藏中使用大口径射孔弹可以取得更好的效果，对于高渗透油藏，主要是增加导流能力。   

结语：

综上所述，在油气田的勘探开发过程中射孔完井是十分重要的一个环节，将会直接影响到油气井的生产情况。现阶段射孔弹主要有深穿透与大口径两种，而这种设计都是为满足油田现场不同地层渗透率来准备的，可以更好的发挥射孔弹的效果。结合现场地质情况，单位需要根据现场油藏渗透率来选择，可以提高整体的开采质量。

参考文献：

[1]李必红赵开良王喜赵效锋李尚杰. 高抗硫化氢无枪身深穿透射孔弹研制[J]. 测井技术, 2022, 46(1):122-126.

[2]王路. 中油测井"先锋射孔弹"一次性射穿三层套管[J]. 天然气与石油, 2022(002):040-040.

[3]马奔腾, 段永刚, 张哲伦,等. 深层高压有水气藏动态储量图版拟合计算方法[J]. 陕西科技大学学报, 2023, 41(1):7-7.