射孔
射孔
一、 概述
1.1射孔定义
射孔是利用专用射孔弹穿透套管和水泥环，形成地层内的孔道，从而建立地层与井筒之间的通道，使储层流体能够进入井筒。
1.2射孔目的
射孔的主要目的是在固井完成后，通过穿透套管和水泥环，打通储层，确立地层与井筒之间的连接，使得流体能够顺畅地进入井筒，从而保障油气井的正常生产，这一过程还有助于处理受泥浆污染的近井地带。
1.3射孔器材
火工品：能够在外界能量刺激下发生爆炸，实现预定功能的元件。包括射孔弹、导爆索、传爆管等。
非火工品：包括射孔枪、油管、减震器等。
1.4射孔方式
选择依据：应根据油层特性、地层伤害状况及油田生产条件选择射孔方式。正压射孔和负压射孔是主要方式，其中正压射孔使用高密度射孔液，负压射孔降低井液面压力。
传输方式：可分为电缆输送射孔（WCP）和油管输送射孔（TCP），技术趋势显示TCP将更广泛应用。
1.5射孔主要参数
参数：主要涵盖射孔深度、射孔弹相位、孔径和孔密等。
1.6射孔工程技术要求
1、射孔层位要准确；
2、单层发射率在90%以上，不震裂套管及封隔的水泥环；
3、合理选择射孔器；
4、要根据油气层的具体情况，选择最合适的射孔工艺。
二、射孔方式
2.1射孔作业分类
常见的射孔方式包括三种：常规电缆作业（WCG）、电缆输送过油管射孔（TTP）、油管传输射孔（TCP）。
2.1.1常规电缆射孔
常规电缆射孔是一种历史悠久、应用广泛的射孔方式。它的基本操作是在套管内使用电缆下放射孔枪，定位后施加电流进行点火。
此方法有以下优点：电缆可下入大直径枪，增加操作灵活性和适用性；能生产较大的炮眼和深度穿透，提高作业效率；相位可达三相，满足不同需求；每次射孔作业时间短，成本低，操作方便。
该方法存在以下缺点：无管柱，井喷等情况时无法立即循环压井，安全性不高；每一枪射孔长度有限，厚油气层需要多次射孔，增加工作量；不能进行负压射孔，仅能正压射孔，可能导致油气层污染；点火方式受电波干扰，需停止电焊等作业，操作受限。
2.1.2过油管射孔
过油管射孔是利用电缆输送射孔枪，在油管内完成穿透，并通过通电点火实现射孔操作。
该方法的优点包括：安全性高，因不需移动井口管柱，可进行压井以应对突发情况。可以进行负压射孔，从而减轻或消除对油气层的污染。
该方法也存在一些缺点：射孔枪体积小，药量少，限制了孔径和孔深。仅能进行单向或双向射孔，缺乏灵活性。射孔段强度不足，长射孔段需多次作业，使得负压射孔时只有第一枪产生真正的负压效果。该方法首先用于补孔或新产层开发，限制了其应用范围。
2.1.3 TCP射孔
TCP射孔，即油管或钻杆输送射孔工艺，通过射孔管柱将射孔枪送至油层深处，经校深定位后进行射孔。TCP射孔管柱的工具包括点火头、液压震击器、安全接头、孔道总成（负压阀）、封隔器、放射性记号短节等，可根据井筒和地层条件选择正压或负压射孔工艺。
该方法具有以下优点：可选用大直径射孔枪，增加射孔药量；实现深穿透、大孔径操作；实现多相位（六相位以上）射孔，促进油流径向流入，提高产能；可实现高密度射孔作业（12孔/ft、39孔/m）；支持负压射孔操作；适用于厚油层，可一次完成多层射孔；点火方式可选机械式或液压式，可延时点火，提高安全性，并支持无线电通讯和电焊操作。
缺点包括较高费用，尤其是在油层薄时，以及起下射孔枪费时费力。
三、正负压射孔技术
正压射孔：在井筒内液柱压力高于地层压力条件下进行的射孔称为正压射孔。通常采用大直径、高孔密的射孔枪，以实现深度穿透和大孔径。然而，由于井筒液柱压力高于地层压力，可能导致射孔液渗入地层，残留碎屑并形成压实层，增加了油气流动阻力。
负压射孔：当井筒液柱压力低于地层压力时进行的射孔称为负压射孔。这种方法可以有效地清除射孔液和碎屑，建立畅通的油气流通通道。负压射孔方法包括油管输送和过油管射孔。
(a) 油管输送负压射孔
在完井前或安装完井管柱后，通过油管进行射孔。这种方法包括直接下入负压射孔管柱进行射孔，或在完井管柱底部安装射孔枪一起下井射孔。
(b) 过油管射孔
在完井管柱内形成负压液柱后，通过油管进行射孔。该方法需要根据地层特性和实践经验确定最佳的负压值。
(c) 确定负压值
负压值的确定需要考虑地层岩性、泥浆污染程度和实践经验。针对不同地层类型和情况，有相应的最小、最大和最佳负压值计算方法。
四、射孔参数
4.1孔密度
孔密度，也称为射孔密度，表示每米长度内射孔的数量。高孔密度通常可提高产能，但需考虑以下因素：过大的孔密度可能损害套管。孔密度过大会增加成本。过高的孔密度会增加未来作业的复杂性。较小的孔密度可显著提高产能增长率，但达到一定阈值后，增加孔密度对产能影响不明显。经验表明，每米26-39孔的孔密度可以在最低成本下实现最大产能。
4.2孔径
孔径，即孔眼直径，是评估射孔孔道大小的关键参数。通常，射孔孔径介于5到31毫米（0.2到1.23英寸）之间。孔径大小由射孔弹的结构类型和所使用的药量决定。在相同的药量下，深穿透型射孔弹的孔径较小，而大孔径型射孔弹的孔径则较大。此外，射孔弹的药量增加会导致孔径变大。
影响射孔孔径的另一要素是射孔枪与套管之间的间隙。当射孔枪位于套管中心位置时引爆射孔，孔径最大；而靠近套管一边时，孔径最小；处于中心与边缘之间时，孔径介于两者之间。因此，在射孔作业中，确保射孔枪位于井筒中心是关键。射孔孔径的选择与完井工艺密切相关。防砂完井需要大孔径，以增加流动面积，减少阻力，提高产能和减少出砂。射孔孔径在常规完井和增产完井中是次要因素，但大孔径有助于提高产能，尽管增幅逐渐减小。
4.3相位
射孔弹之间的夹角称为相位角，对产能影响显著。通常使用的射孔相位包括0°、45°、60°、90°、120°和180°。在各向异性地层中，相位从180°变化到0°或90°时，产能显著提高；而在0°和90°之间变化时，产能变化不大。
实验和现场应用显示，0°相位下油井产能最低，120°和180°次之，45°稍高，60°和90°最高。这是因为相同射孔密度下，孔眼排列越密集，流线弯曲越剧烈，能量损失越大，导致产能下降。当孔眼未穿透钻井损害带时，120°和90°相位的产能大致相同。选择射孔相位不仅影响产能和完井工艺，还影响套管射孔后的强度。射孔相位为135°/45°时，套管强度保持在较高比值范围内，达到原套管强度的80%以上，对油气井的生产寿命至关重要。
4.4穿深
射孔深度指的是射孔孔道的长度，也称为穿深。其大小受射孔弹的结构类型和使用的弹药量影响。一般而言，深穿透型射孔弹，如大药量射孔弹，具有较长的穿透深度，通常在146至813毫米之间。增加弹药量可以增加穿透深度，从而提高油井的产能比。然而，随着孔深的增加，产能比的增长速度逐渐减缓，达到一定值后产能比增幅不再显著。
射孔深度的要求因不同的完井工艺方法和地层物性而异。一般来说，常规完井和受严重污染的地层需要较深的穿透深度。对于高渗透地层、裂缝性地层以及受钻井液污染的地层，也需要较深的穿透，以确保井筒与地层之间建立畅通的流动通道，降低阻力，提高产能。射孔弹的穿透深度与地层的抗压强度和孔隙度有关。通过API标准试验（例如在贝雷砂岩靶-Berea Target上进行的试验），可以校正射孔弹在实际地层中的穿透深度，前提是了解地层的抗压强度和孔隙度。
五、射孔器材
5.1射孔弹药
包括射孔弹、导爆索、传爆管和雷管。一类炸药包括电雷管、撞击式雷管、传爆管等；二类炸药包括射孔弹、导爆索、切割弹等。
5.2射孔弹
结构包括外壳、炸药、起爆炸药和锥形衬套四部分。分为深穿透和大孔径两种，主要用于防砂射孔完井；外壳通常由锌、铝、低碳钢等制成，保障炸药爆炸形成聚能射流束的能量；锥形衬套由粉沫金属制成，其材质和结构决定了射孔形成孔道的质量和形态；爆炸力形成超高压的射流束，穿透套管、水泥环和地层，形成射孔孔道。
5.3射孔枪
5.3.1射孔枪的分类
射孔枪分为电缆输送和油管输送两种类型。根据射孔方式，可分为电缆套管射孔枪、过油管射孔枪和油管输送射孔枪。
5.3.2射孔枪的孔密度和相位结构
孔密度和相位结构多样化，如73mm枪每米19孔（每英尺6孔），相位角为60°；114.3mm枪每米39孔（每英尺12孔），相位角为45°；127mm枪每米39孔，相位角为30°和45°；177.8mm枪每米39孔，相位角为45°和72°，以及每米46孔，相位角为20°。根据需求可向相关厂商订购。
5.3.3射孔枪下井长度限制
电缆和过油管输送射孔枪的下井能力不同。电缆弱点接头的拉力应大于或等于射孔枪空气中重量的三倍。电缆套管射孔枪、过油管射孔枪和油管输送射孔枪的下井长度受射孔枪与套管或油管间隙以及井筒狗腿度的限制，前两者还受防喷管长度的影响。
5.4射孔器材的命名
5.4.1射孔器型号命名原则：
5.4.2射孔弹型号命名原则：
5.4.3射孔枪型号命名原则：
5.4.4聚能射孔器的基本性能要求
聚能射孔器的性能直接影响其效果和对井下环境的影响与破坏。一般评价射孔器的方法包括穿透性能、射孔枪的变形以及套管的损伤等指标。评估聚能射孔器性能的试验方法包括地面混凝土靶试验和模拟井试验。其基本性能主要涵盖以下几个方面：穿透性能指标；射孔枪及套管损坏变化指标；产品可靠性及安全指标；其他对产能有影响的指标。
5.4.5油管传输校深
在进入井下之前，测量从射孔枪发射第一颗弹到效深短节的所有下井工艺长度，计算出效深短节下接箍到第一颗弹之间的长度L。
当射孔枪下到预定位置后，下效深伽马仪器，从效深短节以下第一个油管接箍开始，向下测量约100米。确保所测伽马曲线清晰地区分层位，且磁定位器曲线上的接箍清晰可见。将所测曲线与完井伽马进行对比，计算出效深短节下接箍的实际深度H1。
射孔顶界深度为H2。
因此，调整油管长度为H1 + L - H2。正数表示上提，负数表示下放。
六、射孔工程专业术语
