后效负压射孔技术在海上油田的应用分析

刘敬伟

摘要：后效负压射孔技术是在常规负压射孔的基础上增加后效体二次爆燃的一种工艺，该技术可以显著降低地层表皮系数，增加孔道深度和孔道半径，从而增加油气产能。本文介绍了后效体射孔技术的作用原理及技术优势，分析了后效负压射孔技术在海上油田的应用，通过对该技术的原理和优势进行阐述，结合实际应用案例，探讨了其在提高海上油田开发效率和经济效益方面的潜力。

关键词：负压射孔技术；海上油田

引言

海上油田的开发具有较大的挑战性，一方面是由于海上环境复杂，作业难度大；另一方面是由于海上油田通常具有较高的粘度和密度，使得油井的产能较低。为了解决这些问题，研究人员提出了后效负压射孔技术。该技术通过在射孔后产生负压，使得孔隙中的流体能够更好地进入井筒，从而提高油井的产能。

1.后效负压射孔工艺简介

后效负压射孔工艺，作为一种先进的油气田开采技术，其目的是提高射孔效率和油气井的产能。该技术的核心在于将负压射孔和后效集束射孔相结合，以实现对油气层的深度穿透和高效开采。负压射孔工艺是在井筒内液柱压力低于地层压力的情况下进行的。这种方法可以有效减少地层污染，避免射孔液侵入地层，保护油气层的原始状态。同时，负压射孔还能清除射孔孔道内的碎屑和孔道周围的压实层，为油气的流动提供更为清洁的通道。后效射孔则是在常规射孔的基础上，利用特殊的爆燃材料后效体的灼热爆燃，进一步扩展射孔孔道的深度和提升孔道的渗透性。这种技术能够有效增加射孔孔道的体积，进一步提高油气流动的速度和效率。后效负压射孔工艺的有机结合，不仅提高了射孔的成功率和效率，还有利于提高油气田的开采效率和经济效益。这一技术的应用，对于我国油气田的勘探和开发具有重要意义，有助于提升我国油气行业的技术水平和竞争力[1]。

2.后效负压射孔工艺作用原理

2.1负压射孔

射孔过程中，通过替入低密度的射孔液，使得井筒内液柱压力低于地层压力，这是负压射孔技术的核心原理之一。射孔液的密度选择非常关键，需要根据油气层的具体压力和射孔深度来确定，以确保能够有效地创建负压环境。创建负压射孔液柱的方法主要有两种。第一种是通过钢丝作业打开井下滑套，从油管替入轻密度的射孔液，然后再关闭井下滑套，从而在井筒中形成一段低密度的射孔液柱。这种方法操作相对简单，但需要有一定的井下作业经验和设备支持。第二种方法是从油管内下入连续油管，通过连续油管系统替入轻密度的射孔液。这种方法可以更精确地控制射孔液的替入量和密度，同时也适用于复杂井况。连续油管技术的应用，使得射孔作业更加高效和安全。

2.2后效体爆燃

射孔弹产生的高速金属射流是射孔作业中最初阶段的能量输入，它通过高压射流瞬间击穿地层，形成初始孔道。然而，单纯的先导射孔往往不足以彻底清除孔道周围的压实层和堵塞物，这些残留物会减少孔道的有效渗透面积，影响油气的流动。为了解决这个问题，后效射孔技术应运而生。在后效射孔过程中，高速射流引起的涡流场将后效体微粒带入射开的孔道内。这些微粒通常是由易燃物质组成的，它们在孔道内积累并分散。随后，通过特殊的激发方式，如热激发或机械激发，这些微粒迅速发生爆燃反应。爆燃的瞬间，会产生高能量的动能波和应力波，这些波以微秒量级在孔道内传播，对孔道周围的压实层产生强烈的冲击和剪切作用。这种作用能够瓦解压实层，增加孔道的深度和宽度，从而实现二次扩孔的效果[2]。

3.后效负压射孔技术研究

2.1动态负压射孔管柱设计

动态负压射孔管柱由射孔枪(包括上、下接头)、射孔弹、冲孔弹、导爆索组成。具体方法是在射孔枪内中部安装射孔弹,在射孔枪内上、下部安装冲孔弹,在射孔弹对地层射孔的同时,冲孔弹对枪身冲孔。井筒液体通过枪身上的孔眼进入射孔枪内,瞬时降低井筒压力,实现动态负压。

2.3井下高速压力记录仪研制

为了准确检测射孔前后的井筒压力变化情况,研制了井下高速压力记录仪。记录仪由传感器模块、电路模块、电池模块、控制模块和软件5个部分组成,能够利用4个通道分别记录压力、温度、加速度及电源电压等数据,并实现了射孔器下井、起爆,压力恢复整个过程数据的全程记录。

2.4动态负压射孔工艺试验

冲孔弹，也称为射孔弹，是射孔作业中使用的关键工具，其冲孔面积和降压装置内部空间的大小直接影响着动态负压的创建和维持。动态负压是负压射孔技术中的核心概念，它通过在射孔过程中产生一个低于地层压力的井筒环境，从而减少射孔时地层污染和提高油气流体通过射孔孔道的效率。冲孔弹的孔密，即弹体上孔眼的密度，是调整泄压面积的关键参数。通过改变冲孔弹的孔密，可以控制射孔时释放的压力和流体的流动速度，进而影响动态负压的效果。较密的孔眼会减少单个孔眼的泄压面积，可能导致动态负压的建立困难，而较稀的孔眼则能提供更大的泄压面积，有助于更容易地形成动态负压。

此外，射孔枪的直径或长度也是调整泄压空间的重要手段。射孔枪直径的增加会增大井筒内的泄压空间，有助于提高动态负压的强度。而射孔枪长度的变化则会影响射孔孔道的深度和分布，从而影响油气流体的流动路径和压力分布，进一步影响动态负压的创建和维持。

4.后效负压射孔技术未来发展方向

随着油气田开发不断向页岩气、煤层气、致密油气等非常规油气以及主力油田边缘的薄差层、边底水区块转移，同时也为了满足大量老油田增产增注、挖掘水淹层剩余油的生产需求，射孔不仅承担打开井筒与地层的角色，未来射孔技术的发展更关注与油藏地质和完井工艺的紧密结合，特别是与完井工具的结合。对于页岩气、煤层气、特低渗透—致密油气等非常规油气，油气井需要采用水力压裂才能获得产能。对于斜井(包括大斜度井)、丛式井、水平井等特殊结构井，有效控制裂缝走向，完善缝网系统是决定单井油气产能的关键。对于这些油气井，射孔应该解决的问题是：（1）在井壁上获得更大的流通泄流面积；（2）有效减小储集层破裂压力，降低水力压裂实施难度；（3）科学引导压裂裂缝延伸方向、诱导压裂裂缝与天然裂缝的沟通、完善缝网系统，提高产能。以定面射孔、定射角射孔、定方位射孔为基础，实现3项射孔技术的优势互补和有机集合，形成完善的“3D”射孔技术及其配套工艺，将成为非常规油气藏和特殊结构井开发的新思路。同时需要建立“3D”射孔技术检测手段和优化体系，形成与不同井型、井况和油气藏特点匹配的射孔技术方案，达到提高产能的目标。对于薄差层、含边底水油层、水淹层剩余油等无法实施水力压裂的新井或老井，精确定向的超深穿透射孔与定向工具结合的技术研发、与地质状况结合的能量可控的新型复合射孔技术研发、针对地层个性化问题的射孔方案的制定和优化等都是下一步射孔完井的研发方向[3]。

结束语

后效负压射孔技术在海上油田的应用具有较大的潜力，可以有效提高油井的产能和开发效率，提高经济效益。然而，该技术的应用也存在一定的局限性，如射孔工具的研制和负压产生装置的设计等。未来，随着技术的不断发展和完善，后效负压射孔技术在海上油田的应用将更加广泛，为我国海上油田的开发提供有力的技术支持。

参考文献：

[1]张强，封德力，张雷雷，等.浅析负压射孔技术的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2013，32（16）：103-104.

[2]毕胜宇，柳贡慧.集束射孔技术在低孔渗油气层开发中的应用[J].新疆石油地质，2011，32（4）：426-428.

[3]吴晋军，荣华.复合射孔压裂技术的应用研究[J].石油矿场机械，2000，29（2）：31-33.