射孔新技術(shù)研究成果匯報第1頁/共38頁

目錄※前言※114型大孔徑、高孔密防砂射孔器※127型大孔徑網(wǎng)塞攜帶式防砂射孔器※高效能射孔器研制※射孔孔道顯示技術(shù)研究※研究項目的后續(xù)工作及完善※結(jié)束語第2頁/共38頁二、114型大孔徑、高孔密防砂射孔器

國外的防砂技術(shù)是采用大孔徑、高孔密射孔后的礫石充填。美國國際科學應(yīng)用公司的研究表明，套管上的孔眼不少于26—39孔/米，孔眼直徑不小于12.7mm，每米的孔數(shù)和孔眼面積要滿足最小生產(chǎn)壓差下采出預(yù)計的油量。

勝利油田的防砂技術(shù)是在普通射孔器射孔的基礎(chǔ)上進行的，孔密一般16孔/米，套管上的孔徑一般小于11mm，礫石充填難度大，防砂效果差，不能做到在最小的生產(chǎn)壓差下采出預(yù)計的油量。斯倫貝謝的研究結(jié)果表明，當巖樣的耐壓小于300psi時，射孔后在地層中不能形成暢通的射孔孔道，孔密和套管上的孔徑成為影響產(chǎn)油量的主要因素。因此研究使用大孔徑、高孔密射孔器用于出砂地層和稠油層，對于提高產(chǎn)量和采收率，降低采油成本具有非常重要的意義。第3頁/共38頁研制大孔徑、高孔密防砂射孔器有很高的技術(shù)難度：

立項時的技術(shù)指標：孔密40孔/米，套管上的孔徑≥Φ18，混凝土靶穿深150mm，其它技術(shù)指標都要符合行業(yè)標準SY/T5128—1997的規(guī)定。孔密、孔徑和穿深三項主要技術(shù)指標不低于目前OWEN公司同型號產(chǎn)品。測井公司研制大孔徑、高孔密射孔器瞄準的是國際水平，起點高、難度大。

就單發(fā)射孔彈而言，以目前國內(nèi)外的技術(shù)能力，完全可以達到較高的水平，但生產(chǎn)出較高水平的射孔器就困難的多。與普通射孔器相比，1高孔密、大孔徑射孔器的設(shè)計和制造難點更突出。其難點如下孔徑、穿深與孔密的矛盾；槍內(nèi)炸高與槍體內(nèi)徑的矛盾；大孔徑與套管裂孔的矛盾；高孔密與套管變形的矛盾；高孔密容易引起的彈間干擾問題；國內(nèi)材料、工藝技術(shù)與國外的差距。針對以上問題，研究組與各方協(xié)作單位密切配合多次修改設(shè)計、改變工裝，經(jīng)過上百次單發(fā)試驗、十幾次的裝槍試驗，終于解決了這些技術(shù)上的難題。11月14日地面裝槍試驗時，各項指標均達到了設(shè)計標準。第4頁/共38頁研制過程中研究組專程到海洋測井公司對OWEN同類產(chǎn)品進調(diào)研并做了打靶檢驗，海洋測井公出具了檢驗報告

第5頁/共38頁114型大孔徑射孔器與OWEN同型號產(chǎn)品主要指標對照表

項目

產(chǎn)品槍徑mm孔密孔/米裝藥量g7″套管孔徑mm穿深mm槍身最大脹徑mm盲孔對準率裂孔長度套管最大脹徑mm套管裂紋長度套管上孔眼面積cm2OWEN

114.3392316.45170

100%03.1083.34勝利

114.3402318.331660.9100%03.20105.1從表上可以看出，勝利測井研制的114型大孔徑、高孔密防砂射孔器技術(shù)指標完全達到了行業(yè)標準的規(guī)定。第6頁/共38頁在穿孔孔徑這一主要指標上還超過了OWEN同型號產(chǎn)品（OWEN產(chǎn)品對外宣傳孔徑為20.7mm，實際打靶檢測為Φ16.45mm），每米槍在套管上的射孔孔眼面積為OWEN產(chǎn)品的1.273倍。

114射孔器在套管上的孔眼

owen產(chǎn)品在套管上的孔眼

第7頁/共38頁三、127大孔徑網(wǎng)塞攜帶式防砂射孔器網(wǎng)塞攜帶式防砂射孔器把油氣井射孔和防砂兩項作業(yè)結(jié)合在一起，利用射孔彈首先對油氣層射孔，緊接著利用推進藥爆燃的能量把防砂材料推入射孔孔道以形成長效的防砂層。

網(wǎng)塞攜帶式防砂射孔彈結(jié)構(gòu)原理圖

第8頁/共38頁設(shè)計思路使用大孔徑射孔彈，考慮射孔器的各種因素來設(shè)計。防砂材料進入孔道，從理論上講可以實現(xiàn)。但是，防砂材料能否將整個孔道塞住，能否牢固地堵在孔道里，是防砂能否成功的關(guān)鍵，也是研究網(wǎng)塞式防砂射孔器的技術(shù)難點。因此，防砂材料應(yīng)滿足以下幾點要求：a)防砂材料應(yīng)該進入射孔孔道容易出來難b)防砂材料要有合適的滲透率c)防砂塞在孔道內(nèi)具有一定的強度，在合適的生產(chǎn)壓差下不發(fā)生移動。第9頁/共38頁網(wǎng)塞攜帶式防砂射孔彈結(jié)構(gòu)原理圖

3.助推藥、推進藥的品種、藥量及裝藥結(jié)構(gòu)，爆燃特性與防砂材料的物理性質(zhì)、數(shù)量、結(jié)構(gòu)相匹配。4.整個前倉的材料和結(jié)構(gòu)以不影響射孔彈性能為前提。第10頁/共38頁射孔技術(shù)研究組1年中做了大量的試驗工作，以下幾方面取得了很大進展：1.

根據(jù)前期試驗中出現(xiàn)的推進藥燃燒不完全的問題選擇了多種火藥配方，進行對比試驗，基本解決了上述問題，確定了推進藥的品種。2.

多次試驗解決了推助藥壓藥的工藝問題。3.

4次改變助推藥和推進藥環(huán)的藥量和結(jié)構(gòu)，提高了推進藥燃速與防砂材料的匹配合理性，增加了防砂材料的充填量。4.

多次改進防砂材料的制造工藝，改善了材料的結(jié)構(gòu)，使防砂材料在高速充填過程中很快地散開，并緊密地結(jié)合在一起，最終形成一個結(jié)實的網(wǎng)塞。網(wǎng)塞攜帶式防砂射孔彈結(jié)構(gòu)原理圖

第11頁/共38頁目前127型網(wǎng)塞式射孔器的技術(shù)參數(shù)表

裝槍模擬試驗裝置槍徑mm孔密孔/米相位裝藥量g單發(fā)防砂材料g套管孔徑mm混凝土靶穿深mm耐溫炸藥火藥1271090°232430014≥180120℃/3h第12頁/共38頁序號套管入口孔徑（mm）穿深（mm）塞入深度（mm）網(wǎng)塞與孔道結(jié)合程度11712.6被塞子塞滿為保留塞子沒有剖開緊密21413.5165剖靶時塞子破壞

312.710.5170150緊密41312.8210180緊密平均13181.67165

試驗數(shù)據(jù)

通過試驗可以看出：防砂材料基本充填到了孔道的底部，而且材料之間結(jié)合緊密，形成了一個很結(jié)實的網(wǎng)塞?，F(xiàn)在正在研究提高大孔徑彈的入口孔徑，進一步檢驗防砂材料在大孔道情況下的隨進量和網(wǎng)塞的質(zhì)量，從工藝上進一步改進和完善網(wǎng)塞式射孔器?？椎纼?nèi)形成的網(wǎng)塞第13頁/共38頁射孔現(xiàn)狀分析：目前射孔技術(shù)中套管與槍型、射孔彈匹配上存在著不合理現(xiàn)象：射孔槍的槍徑偏小、射孔彈穿深受到影響；一體式增效射孔器存在著裝藥利用率低，容易發(fā)生炸槍等潛在問題。請看以下兩例：四、高效能射孔器研制例1.射孔彈打靶時，大端面與靶之間應(yīng)有一個合適的間隙（炸高）才能獲得最好的穿深效果，改變間隙將影響射孔彈的穿深。第14頁/共38頁102彈炸高與穿深的關(guān)系曲線

從曲線可以看出：102彈的最佳間隙為40mm，鋼靶上的平均穿深169mm；102彈在零炸高時穿深為50mm，二者相差3.4倍。零炸高40mm炸高第15頁/共38頁在實際應(yīng)用中，102彈在102槍內(nèi)的間隙只有17mm。試驗證明，在這個炸高下102射孔彈在鋼靶上的穿深平均為132.7mm，降低了36.3mm，下降21.5%。目前，5-1/2″套管井射孔最常用的射孔器為102型，少量的井使用89型射孔器，在一些套管發(fā)生變形的井中對于保證射孔槍順利起下是必要的，也是不得已而為之。但是，當在新井、探井或者經(jīng)洗井、通井確信射孔槍能順利通過時，完全可以使用直徑更大的射孔槍，給射孔彈留出充足的炸高，以利于充分發(fā)揮射孔彈穿孔能力。第16頁/共38頁例2.一體式增效射孔器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。增效射孔是把射孔彈和火藥有機地結(jié)合在一起。首先，射孔彈爆炸穿孔利并用射孔彈爆炸時的沖擊波和爆轟產(chǎn)物點燃火藥，火藥產(chǎn)生的高壓氣體通過射孔槍上的射孔孔眼和泄壓孔釋放到井筒中，建立一個壓力場，對炮眼進行壓裂、解堵和延縫。第17頁/共38頁這種結(jié)構(gòu)的缺點是：1.火藥的主峰壓力產(chǎn)生在槍內(nèi)，燃速難以控制，燃速過高槍內(nèi)壓力過大，容易發(fā)生炸槍事故；燃速過低起不到應(yīng)有的壓裂、延縫效果。2.射孔完成時，火藥剛剛點燃，高壓氣體需經(jīng)過槍身上的炮眼和泄壓孔釋放到井筒中去，其運動路線是曲線且需要時間長，壓力作用在槍體和套管上，炮眼內(nèi)受到的壓力大打折扣。第18頁/共38頁為了克服上述兩例中存在的問題，我們設(shè)計了一種新型射孔器—高效能射孔器。研制這種射孔器的目的：實現(xiàn)射孔與增效火藥真正意義上的有機結(jié)合，使其高度聚焦、聚能，達到在地層中增加穿深、擴大孔徑、造縫、解堵增加產(chǎn)能的目的。在新井、探井及井下條件較好的井中替代現(xiàn)在的普通102射孔器。第19頁/共38頁設(shè)計的總體思路：加大射孔槍的外徑，減薄槍管的厚度，槍內(nèi)留出較大的空間。確定射孔槍的外徑108mm，壁厚8mm，內(nèi)徑92mm，以適應(yīng)5-1/2″的套管射孔。同時將射孔彈的內(nèi)炸高由17mm提高到36mm，接近于最佳炸高。利用射孔彈殼口部開槽技術(shù)，提高射孔彈擴孔能力，在不影響性能的前提下減小射孔彈的高度，以利增大前倉體積充填足夠的火藥。第20頁/共38頁3.射孔彈、導(dǎo)爆索全部裝在圓筒彈架內(nèi)，以利于保護射孔槍。4.由于槍壁變薄、槍內(nèi)藥量增加，有可能存在炸槍的潛在問題。要首先考慮幾種預(yù)防措施，如射孔彈外面加橡膠套，槍管上設(shè)置小的泄壓孔、搞減壓彈架、使用真空口袋槍等。第21頁/共38頁

根據(jù)這種設(shè)計思想，我們首先設(shè)計了這種彈的結(jié)構(gòu)并做出了模型，設(shè)計彈架，確定了裝配方式，全盤考慮了研制中的其它問題。例如：這種射孔器在原理上的科學性、結(jié)構(gòu)上的合理性、工藝上的可行性，前倉中的裝藥燃速高好還是低好，能否作到火藥在進入孔道再燃燒，以及裝藥的品種、裝藥的工藝等。第22頁/共38頁其特點如下1.合理利用槍內(nèi)空間，保證了射孔彈的炸高，可以實現(xiàn)高穿深。2.將軸向裝藥改為徑向裝藥，大大縮短了爆轟波到達火藥的時間，拉近了炸藥峰壓與火藥峰壓的距離。3.

該結(jié)構(gòu)使得火藥燃氣具有彈道性。4.比一般的增效射孔器孔密高。第23頁/共38頁試驗過程：分別使用高燃速推進劑、低燃速推進劑、5/7火藥作為前倉裝藥，做出了試驗彈與沒有前倉的102射孔彈進行了打單發(fā)對比試驗。該裝置模擬射孔彈在井內(nèi)的條件，射孔槍內(nèi)的空間基本相當于實際槍內(nèi)的空間，并設(shè)有模擬槍管、模擬環(huán)空并加水、模擬套管、水泥環(huán)、地層。

實驗裝置圖第24頁/共38頁第一次試驗結(jié)果如下表射孔彈類型高燃速低燃速射孔彈口部加槽普通射孔彈模擬槍入口孔徑mmФ12.6Ф12Ф11.5×12Ф13.5×12套管入口孔徑mmФ16Ф12Ф14Ф13砂靶穿深mm630730570543砂靶上500mm內(nèi)平均孔徑28.617.9517.417.7第二次試驗如下表

前倉火藥類型5/7發(fā)射藥5/7發(fā)射藥高燃速推進劑低燃速推進劑前倉裝藥量65g65g60g60g模擬槍入口孔徑mmФ9.0×8.9Ф10.6×10Ф11.8×11.4Ф12.6×12.2套管入口孔徑mmФ10.6Ф11Ф12Ф18×15水泥環(huán)入口孔徑mmФ18.3Ф12Ф18×17炸壞砂靶穿深mm820900670588砂靶上550mm內(nèi)平均孔徑19.9414.5815.7417.1第25頁/共38頁

結(jié)論：1.三種不同前倉裝藥的高效能彈在穿深、孔徑上都優(yōu)于沒有前倉裝藥的普通彈。2.三種火藥以5/7發(fā)射藥的燃速最高且效果最好。第26頁/共38頁在地面模擬槍內(nèi)打單發(fā)的基礎(chǔ)上進行了兩次地面裝槍打套管試驗。第一次實驗失敗，第二次打靶試驗成功序號槍型壁厚mm彈架直徑彈架壁厚mm彈型孔密孔/米相位裝彈數(shù)1Φ1108Φ893前倉裝5/7發(fā)射藥1690°82Φ1108Φ893前倉裝5/7發(fā)射藥1690°8項目

序號發(fā)射率套管穿孔率套管孔徑(平均mm)套管脹徑（最大mm）套管裂孔射孔槍脹徑mm射孔槍盲孔對正率射孔槍裂孔率187.5%87.5%10.261.203.6100%02100%100%10.481.204.6100%0試驗結(jié)果表第二次打靶試驗條件表第27頁/共38頁現(xiàn)在高效能器正進行最后配套，近期將要進行井下試驗。第28頁/共38頁五、射孔孔道顯示技術(shù)的研究目前，國內(nèi)外普遍使用鋼靶、混凝土靶和貝雷砂巖靶對普通射孔彈進行檢測和評價。而對近幾年廣泛應(yīng)用的增效射孔器則缺乏科學的、統(tǒng)一的檢測手段。在研究高效能射孔彈時，確實需要有一種檢測方法能對我們的研究結(jié)果進行科學的評價。研究工作的第一步是要制作一種靶子。第29頁/共38頁對靶子的要求是：1.射孔彈形成的孔道要客觀地反映射流的形狀和運動軌跡。2.要便于解剖和觀察。3.能反映出增效火藥對孔道的擴孔、延縫效果。4.盡可能地模擬射孔槍在井筒內(nèi)的射孔條件。靶子制作：我們選用博山產(chǎn)的一種砂子為材料，主要成分是石英，其粒度在0.022mm—0.105mm之間。試驗表明使用純砂子做靶硬度過低，在砂子中摻上適量水泥可以提高其硬度和可塑性，也便于靶子的解剖和保留，經(jīng)過多次試驗初步確定了砂子、水泥與水之間的比份。今年研制高效能彈多次試驗都是使用這種靶子。

實驗裝置圖第30頁/共38頁意義：各種射孔彈可以在靶上形成清晰完整的孔道，穿深、孔徑、形狀、孔容大小一目了然。分析對比評價各種射孔彈質(zhì)量很有說服力。給射孔彈制造者提供很重要的參考依據(jù)，不斷提高射孔彈質(zhì)量,對于促進國內(nèi)射孔技術(shù)的發(fā)展具有非常積極的意義。第31頁/共38頁六、

項目的后續(xù)工作及完善1.

大孔徑防砂射孔器大孔徑防砂射孔器在井下不居中時，槍外間隙較大的一邊其孔徑和穿深都會受到較大影響，為了提高射孔質(zhì)量，我們要考慮在射孔槍上設(shè)置扶正器。為了滿足防砂射孔的不同施工要求，我們應(yīng)該進行小碎屑、大孔徑防砂射孔器的研制。第32頁/共38頁2.網(wǎng)塞式防砂射孔器試驗工作取得了很大進展，但還沒有達到設(shè)計指標。a.

孔徑：大孔徑彈形成的射流粗而短，射孔彈需要的最佳間隙小。127網(wǎng)塞式射孔器，槍內(nèi)間隙為65mm，槍外間隙為16mm（射孔槍居中時），在這樣遠的距離上對套管射孔要想形成大孔眼尚需進一步研究試驗。b.防砂材料的隨進量及防砂材料隨進位置等問題還沒有