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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)合射孔器是一項誕生于90年代的射孔新器材，經(jīng)過多年的技術(shù)完善和發(fā)展，在油田已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。其特點是：將射孔彈與火藥有機地結(jié)合起來，一次下井分步做功，通過特殊的泄壓方式控制釋放高能氣體，實現(xiàn)射孔與高能氣體壓裂雙重作用的效果。近年來，通過深入研究，在傳統(tǒng)復(fù)合射孔的基礎(chǔ)上開發(fā)出了彈架內(nèi)外同時布藥的多脈沖復(fù)合射孔器，通過理論計算及現(xiàn)場試驗，利用該射孔器射孔，可延長對地層的做功時間，對地層進(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

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。射孔彈爆炸首先點燃彈間高燃速火藥，進(jìn)而點燃彈架外低燃速火藥，由于兩種火藥的燃速時差，避免了壓力疊加引起的超高壓?？梢援a(chǎn)生兩個火藥峰值，對地層進(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

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)，裝配過程不會造成藥片損傷和危險；

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

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

1.3 射孔槍設(shè)計

1)槍身泄壓孔的設(shè)計

對泄壓孔孔徑及位置重新優(yōu)化設(shè)計，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，泄壓孔的位置正對射孔孔道，在沒有壓損的情況下直接對地層做功；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；通過理論計算與數(shù)值分析[3]，與傳統(tǒng)泄壓孔結(jié)構(gòu)對比，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

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4 mm×4 mm的小顆粒，可以完全通過洗井液替出，不會影響油氣井的大修與改造。

1.4 多脈沖復(fù)合火藥設(shè)計

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)，通過彈架內(nèi)外同時裝藥形式抑制射孔彈爆炸對火藥的直接沖擊起爆作用，由高燃速火藥對低燃速火藥順序點火，在保證射孔器最佳設(shè)計的同時，成倍增加火藥量[4]。

2 試驗檢測

2.1 火藥藥性檢測

對火藥進(jìn)行高溫性能測試，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?；鹚幍挠行院妥鳂I(yè)的安全性。采用高溫試驗裝置和火藥密閉爆發(fā)器試驗裝置對兩種火藥分別進(jìn)行高溫試驗前后的燃燒性能測試，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，見表1。

表1 試驗前后火藥性能參數(shù)對比

2.2 堵片檢測

1)耐壓能力測試

用專用超高壓試驗裝置對裝有破碎堵片的整槍進(jìn)行密封打壓試驗。打壓試驗流程為：50 MPa保壓5 min,70 MPa保壓15 min，80 MPa保壓5 min，90 MPa保壓15 min。試驗結(jié)果：90 MPa為臨界破壞壓力，升壓和保壓過程穩(wěn)定，槍身與堵片形貌無任何變化，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]。堵片前后對比如圖2所示。

圖2 破碎堵片試驗前后對比

2)破碎堵片的破碎效果

利用單發(fā)射孔單元試驗裝置進(jìn)行多次的試驗，并全部回收堵片殘渣，結(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

通過混凝土靶、模擬井檢測驗證，多級復(fù)合射孔器各項指標(biāo)及對射孔槍及套管影響均在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，保證了多級復(fù)合射孔施工安全和效果，見表2、表3。

2.4 現(xiàn)場射孔測試

通過現(xiàn)場試驗，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，通過實測得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，壓力作用時間比傳統(tǒng)復(fù)合射孔延長了2倍，見圖3和表4。

表2 多級復(fù)合射孔技術(shù)混凝土靶檢測結(jié)果

表3 多級復(fù)合射孔技術(shù)模擬井檢測結(jié)果

通過現(xiàn)場試驗檢測，多脈沖復(fù)合射孔器裝藥量大，峰值壓力大，做功時間延長。

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)對比

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 壓力檢測

在現(xiàn)場應(yīng)用過程中，對A井的井下壓力進(jìn)行了監(jiān)測。采用p-t儀測壓。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)塊具有可對比性的相鄰井進(jìn)行效果對比。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)通過對多脈沖復(fù)合射孔器的試驗應(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。通過對射孔后的井徑測試，該技術(shù)對套管、水泥環(huán)的影響不大。

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