發布時間：2021-03-10所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：文章將基于油氣工程的井下復合射孔器的工作機理，根據內置式復合射孔和外掛射孔兩種完井工藝的壓力數據展開對應的技術分析和研究，通過對測試數據的記錄和顯示來復合射孔的井下動壓作用特性，從而了解如何提高射孔器的設計水平，加強射孔過程的技術質
摘要：文章將基于油氣工程的井下復合射孔器的工作機理，根據內置式復合射孔和外掛射孔兩種完井工藝的壓力數據展開對應的技術分析和研究，通過對測試數據的記錄和顯示來復合射孔的井下動壓作用特性，從而了解如何提高射孔器的設計水平，加強射孔過程的技術質量。
關鍵詞：井下射孔;復合射孔;測試技術
0 引言
復合射孔是指通過射孔器以及高能氣體壓裂技術對需要開采的油氣工程的地層進行復合作用，使油氣層中的地層流體可以進入到油氣井內，復合射孔由于效率高，常常被應用到完井工序中，不過，由于復合射孔的射孔機理復雜，在整個過程中會被眾多的因素影響到射孔結果，僅僅只是微秒或者毫秒的范圍，都可能使復合射孔的壓力變化超過100MPa，同時，由于射孔器的作業過程都是發生在幾千米深的油氣井下，所以研究起來就顯得十分困難。因為井下裂縫長度已經超出了直接測量的技術范疇，所以想要研究井下復合射孔過程中的推進劑燃燒情況和地層開裂情況，壓力-時間曲線是當前直接且也是唯一可用的表征量。而要分析井下復合射孔的射孔完井效果，就需要基于油氣井的油氣層特性展開分析，以此了解復合射孔的完井效果，并制定合理的施工工藝，加強復合射孔技術的技術質量。
1 工作原理
復合射孔是一種機理復雜的射孔技術，它以高能氣體壓裂技術對需要開采的油氣工程的地層進行復合作用，因此需要使用火藥來制造出高壓氣體，這樣就能對油氣井的井下巖石進行作用，實現壓裂增產，然后沿射孔的孔眼壓裂多個徑向裂縫，依靠這些裂縫對更多的天然裂縫進行貫通和連接。在復合射孔過程中高能氣體的壓裂過程是從高壓氣源的活躍開始進行，這個過程會一直持續到油氣層的宏觀裂縫產生。一般來說，油氣井的井內具有壓力驅動材料，這些壓力驅動材料在宏觀裂縫的產生過程中會引導幾個機制出現同步反應，比如當高壓氣源開始活躍時井眼便會出現塑形和變形，而井眼的動態應力波也會向外進行傳播，液體或者氣體會向油氣井附近的地層和孔隙侵入。伴隨井眼壓力的持續增加，油氣井所有已經出現的表面裂隙都會在壓力作用下發生破裂，同時開始延長。復合射孔之所以使用氣體是因為氣體相較于液體來說，其粘度更低，滲入地層的速度更快，所以當油氣井的裂隙裂開的時候，就會開始吸收氣體，氣體依靠比液體更低的粘度和更快的滲透速度進入到地層中促使裂縫快速擴展，這個擴展會直到高能氣體的壓力降低時才停止。高能氣體壓力一般維持在30~120MPa間，具體的多與少由復合射孔時使用的工具決定，火藥產生壓力后，壓力脈沖的持續時間在1ms~1s內，根據壓力上升時間的快慢，井下會產生“楔劈效應”，或者是一條較短的，類似水力壓裂的裂縫。
綜上可以看出，決定復合射孔成效的影響因素有壓力、加速度、溫度的變化這幾個，如果能夠在復合射孔過程中記錄下這些要素的具體數據，就能分析技術成效，并針對其缺陷進行改進，加強復合射孔技術的射孔效果，當前行業中多使用井下多參數記錄儀對復合射孔在射孔/壓裂過程產生的壓力、速度、溫度進行測試和進路，通過測試這些數據，便能對為射孔工藝提供重要技術支撐。
2 實測數據的分析
復合射孔分為內置式復合射孔和外掛式射孔兩種，所以數據曲線也同樣分為內置式復合射孔曲線和外掛式射孔曲線。先看內置式復合射孔曲線，內置式復合射孔器的工作方式是通過射孔彈間加裝增效火藥的藥餅，然后在工作的時候射孔彈，這樣在爆炸時就會制造出飛片、沖擊波和高溫點燃火藥，迅速爆燃。這里選擇復合射孔器的外徑為102mm，射孔井深為1100m，地層為低滲砂巖構造，油氣井的井內液體全部為清水，射孔加裝的增效火藥藥餅為雙鉛-II，直徑和厚度分別為49mm和10mm，裝藥總重量1.4kg，按照內置式射孔的要求安放在各射孔彈之間，采取直井電纜來輸送射孔，射孔的厚度為2.5m。16發射孔彈/m，射孔彈類型為DP44RDX-3，套管鋼級J-55，規格設置為139.7mm，套管的壁厚為7.72mm。
在開始測試時，將井下多參數記錄儀安裝在射孔器的底部，在起爆之后，爆炸會產生氣體，氣體則會在射孔器中發生反射，然后漸漸形成平衡，這樣就形成了初始的壓力環境，射孔彈的爆炸產物會點燃火藥，火藥在燃燒過程中則會制造出很多的高能氣體，原來的壓力環境中，壓力會迅速升高，同時火藥的燃燒速度會和壓力升高保持指數關系一起上漲，最終，高壓氣體會在t1時刻沖出射孔器，因為油氣井下都是清水，空間中沒有什么自由體積，所以當高壓氣體沖出射孔器后還會上升，并最終在60μs的時候達到峰值壓力的90%，不過，從記錄儀傳回的數據來看，雖然此時的氣體壓力在快速上升，但射孔器實際輸出氣體量卻沒有現象中那么高。而當爆炸壓力已經到峰值的時候，高能氣體會促使環空壓力跟著提升。根據記錄儀的數據曲線顯示，在8ms時刻，井下的壓力達到峰值約61MPa。地層的壓裂則和壓力保持正比關系，壓力越高，壓裂越開。在火藥燃燒的同時，高能氣體還會大量涌入地層，然后壓力便開始降低，等到t2時刻，因為巖層在高壓力的影響作用下出現了大裂縫，壓力也會產生較大的突降�；鹚幍谋紝⒂趖3時結束，從井下多參數記錄儀記錄的數據看，整個壓力脈沖的持續時間有10ms，然后在液柱受推力的影響下氣體熱傳導溫度開始降低，體積發生膨脹，壓力也停止上升，然后慢慢變為一個降低的趨勢。相比內置式復合射孔作業方式，外掛式復合射孔的應用較少，這里以遼河某井89外掛射孔的實測壓力曲線作為參考數據，其情況如圖1所示。
相關期刊推薦：《中國海上油氣》是由中國海洋石油總公司主管、中海石油研究中心主辦的石油及天然氣科學綜合性技術期刊。主要欄目有油氣勘探、油氣田開發、鉆采工程及海洋石油工程。設有：油氣勘探，油氣田開發，鉆采工程，海洋工程等欄目。
從壓力曲線表來看，外掛射孔能分成四個階段，以t1為主的第1個階段，以t2為主的第2階段，以t3為主的第3階段和t3以后的階段，t1時是指向窄脈沖，射孔彈爆炸讓氣體壓力的峰值達到了62.6MPa，但壓力持續時間不高，從圖1來看，整個時間只有0.176ms，即表示這個壓力過程是由高壓氣體的影響作用所造成。而到了t2時刻t1的脈沖已經結束，初始壓力不高，這時的火藥和射孔已經分離，壓裂火藥是單獨點火，所以火藥燃燒和壓力建立的過程比之第1階段就緩慢了許多。到了t3，井下的裂縫已經形成并在繼續擴展，壓力突降出現，而在t3以后的第4個階段，高壓氣體又開始膨脹。綜合來看，從第一個脈沖到第二個壓力脈沖之間，有1.5ms的間隔時間，而壓裂壓力的峰值則為40MPa，外掛式射孔過程中使用的增效火藥藥餅的燃燒膨脹時間有30ms。
綜上，在采取復合射孔對油氣井的底層進行壓裂作用時，輸送方式并不會影響到壓力的變化速度，即無論用哪種輸送方式壓力的變化速度都不會太快，當射孔壓裂工具已經輸送到儲層時，需要進行施工校對，定位誤差保持在10cm的范圍中�；鹫ㄋ幵谄鸨蟊銜霈F高能氣體，同時制造出井內壓力，壓力的上升時間取決于井下環境，如果存在液體上升時間就會縮短，反之則會延長。壓力的增長會隨著爆燃過程一直積聚，最終超過地層的巖石破裂壓力，從而形成裂縫，高能氣體也會浸入裂縫，對裂縫逐漸加載，在楔劈效應下，裂縫會根據地應力方向進行向前延伸作用。壓裂一直持續，則井下的自由體積也會跟著變大，最終使高能氣體被大量泄放掉，產生壓力突降，之后便因為楔劈效應的減弱而逐漸平衡，裂縫的破裂也會隨之慢下來。
3 結語
綜合而言，復合射孔技術的效能和火藥藥餅的爆燃有關，如果復合射孔過程中能對燃速不同的多級火藥進行設計，則可調整射孔過程中的壓力上升時間，這樣就可以對油氣井的地層制造出壓力大、時間長的壓裂。
當前因為油氣井復合射孔技術的機理過于復雜，且油氣井的環境惡劣，相關的理論研究并不深入。因此需要對該技術進行全面且細致的測試與研究，同時根據復合式射孔技術的應用實例建立復合射孔的模型，以不斷強化油氣井復合射孔的技術設計和應用。——論文作者：荊楠男
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