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关于水平井复合射孔技术的探析
水平井复合射孔技术是一种在水平井中进行射孔的方法，它是将多种工具和技术结合
使用来提高水平井射孔质量和效率的一种新兴技术。
水平井复合射孔技术的核心是井下钻具，其主要由井下定向工具、井下射孔工具和井下数据采集装置组成。
在水平井复合射孔技术中，井下定向工具会控制钻头的方向，确保在水平方向上沿着
油层钻孔，并且保持稳定。
控制钻头的方向可以保证射孔而不会损伤钻孔。
井下射孔工具
会将炸药引线装入射孔管中，然后将管子推入井中。
引线手动卸除后，利用电火花引燃炸
药进行爆炸，射孔洞径为5mm。
井下数据采集装置则会实时监测井壁和钻头的位置，以确
保射孔质量和深度的准确控制。
水平井复合射孔技术可以提高油层的开采效果。
传统的射孔方法只能在管柱内射孔，
容易造成射孔不准确，导致易产层井眼掏空，影响井的产量。
而采用水平井复合射孔技术，爆炸处于射孔板的一侧，射孔的质量效果更加良好，可以最大化地开采油气资源。
此外，水平井复合射孔技术还具有高效、节约成本等优势。
传统射孔方法需要重新下钻，消耗较多人力物力，同时也会浪费很多时间和精力，增加了成本。
而采用水平井复合
射孔技术可以在很短时间内完成射孔，提高射孔效率，并且节约了很多人力物力成本。
总之，水平井复合射孔技术是一项非常有前途的技术，它可以提高井的产量、射孔质
量和效率，同时还可以节约成本，为油气勘探和开采提供强有力的支持。
80在当今世界已经探明的石油储量当中，石油储量大，但有很大一部分仅仅离地面只有几百米的深度，传统的直井技术开采生产起来耗时耗力，不利于产量的增加，但是如果能合理的利用水平井技术，一口井就能大大的增产。
如何合理稳定的使用水平井射孔技术已经越来越多的得到了油田企业的关注和思考[1-3]。
1 水平井射孔技术探究1.1 水平井射孔技术及关键对于水平井射孔技术而言，是一种为了提高油田产量而发明的新型技术，顾名思义就是在直井中继续水平的延伸打井，其斜角一般大于86°。
水平井射孔技术不光可以提高油井产量，还能辅助后续的增产工作。
除了增产之外，在开采完毕后，水平井射孔比起传统技术更易进行封堵工作，节约开采成本。
通常情况下，在现场作业的时候，水平井射孔作业是一次性完成的，中间没有间断，水平的向两边或者以小角度定向射孔，可以防止在采油时压力不均导致的砂石沉降和地下水涌出等问题发生[4-6]。
这项技术的关键在于水平井射孔器的选用，要根据工作区的地质条件和作业条件，因地制宜选择合适的水平井射孔器，为了使水平孔能够保持水平，要合理地调整射孔枪的配置和参数设定。
除此之外，弹架轴承、弹架结构、弹架配重以及所用的材料，都需要进行设计改造，使其适用于水平井射孔技术。
1.2 水平井射孔的作业要求对于水平井射孔技术而言，在现场应用时，还需要有很多细节和问题要注意。
作业过程中要注意以下方面：将井段分成多个射孔子系统进行确认。
通过分段确认，可以减少因为导爆索的爆速下降，从而引发的射孔弹爆燃，就会产生卡枪等事故。
而且相对独立的子系统可以进行分期分批起爆，防止同时爆破的冲击对水平井造成损伤。
在进行水平井射孔作业时要进行多次的磁控定深度。
根据地层的不同，要在不同的地理位置，进行不同的多次的磁控定深工作，在直井中进行磁控定深，在水平井中用磁控定位，根据水平和垂直的数据可以大大的增加准确性，从而保证精确度，减少层位确定的失误几率，可以大大的节约成本，为后续的工作打下良好的基础。
水平井射孔工艺胜利测井公司目录第一章水平井射孔概述第二章全方位射孔第三章定向射孔第四章水平井射孔配套技术第五章水平井射孔引爆技术第六章水平井射孔器材的技术要求和指标第七章水平井射孔施工过程第八章水平井射孔第一章水平井射孔概述国内外水平井完井方法一般有裸眼完井、割缝筛管完井和套管完井三种。
套管完井必须进行射孔施工才能达到采油，采气的目的。
胜利测井公司1991年2月完成全国第一口水平井（埕科1井）的射孔施工，填补了我国水平井射孔技术的空白。
相继解决了枪身输送防卡，上返射孔时油管加压、引爆造筛管装置、射孔枪及射孔弹的定向、定向射孔器方向监控、引爆地面监测及施工工艺等多项技术关键。
定向方式由全方位射孔发展到外定向、内定向射孔，引爆方式由单级引爆发展到双向引爆、多级引爆。
射孔枪型也由最初的73型，发展到60型、73型、89型、102型、127型等系列的射孔枪。
可满足不同曲率半径的水平井射孔要求。
水平井射孔从工艺上可分为全方位射孔和定向射孔。
对于不同地质构造的水平井应采用不同的射孔方案，当射孔层段为胶结较好的地层时，可采用全方位射孔，当射孔层段为胶结较差的地层时，为了防止油层出沙，必须进行定向射孔，使射孔孔眼在套管底部一定角度范围内。
另外，为减缓高含水厚油层顶部射孔完井后的底水跟进速度，防止油层快速水淹，应进行定向射孔。
第二章全方位射孔水平井全方位射孔工艺与普通油管输送射孔基本相同。
射孔器在进入水平段之前，必须经过曲率半径不同的大斜度井段，在这个过程中，射孔器要经受射孔管柱自重的压力、浮力、摩擦阻力、管柱的推力等，因此对射孔枪和弹架的有关技术指标要求较高，如耐压、抗拉、加工精度等指标。
全方位射孔的相位角有30°、45°、60°等，孔密16孔/m、18孔/m、24孔/m、36孔/m。
第三章定向射孔定向射孔是指射开套管的方向在水平方向以下的射孔工艺，分为两方位、三方位、四方位，夹角分别为90°、120°、160°、180°，孔密可根据射孔优化设计在8孔/m~20孔/m 间选择。
水平井射孔技术一、水平井射孔由于油层是在水平段。
该工艺采用了管柱输送射孔器，加压引爆射孔弹的方法。
在定向射孔输送管柱与枪身之间装配活络接头、方向监测装置，在射孔枪上还增加了偏重心结构。
国外的水平井完井方法采用了裸眼完井、割缝钢管完井和套管固井完井。
套客固井需进行射孔。
国外一般采用挠性盘管输送、油管（或钻杆）输送射孔枪，在岩性疏松的储集层中采用了定向射孔。
其引爆方式是加压引爆。
1990年底国内在胜利油田完成了第一口水平井。
虽然我国水平井射孔技术起步较晚，但发展很快。
二、水平井射孔器材水平井射孔枪可分为非定向和定向射孔枪两种基本类型。
1、非定向射孔器非定向射孔所用的射孔器与普通油管输送射孔器基本相同，由于油管接头直径大于枪身直径，为了防止起下枪身时接头在套管内的阻或卡的现象，在射孔枪身上加了可滑动的防卡套。
2、向定射孔器在定向射孔中，为了保证射孔方位符合设计要求，一种是靠枪身定向，另一种是用弹架定向。
不管哪种定向都是向下射孔，三排或四排孔，弹孔之间夹角90°～120°，孔密16～20孔/m。
1）外定向射孔器外定向射孔器主要结构是两定向：弹架与枪的定向用键槽控制；枪与枪的控制用定位销固定。
另外该枪是配合引向器使用。
2）内定向射孔器内定向射孔器的结构与油管输送射孔器基本相同，该射孔器定向射孔是靠射孔弹架控制定向的。
弹架是偏重心的，其两端及中间均用弹子轴承支持。
一支弹架为3m长。
3、定向射孔器枪头、枪尾及弹架内定向所用的枪尾和普通油管输送射孔所用的枪尾相同；外定向所用的枪尾是偏重心结构同时带有定位孔，与枪身连接时必须定好位。
定向射孔使用的枪头，外定向和内定向都是一样的，一端是丝扣与枪身连接，另一端设计为内外扣结构，外扣与筛管连接，其内扣和压力起爆器连接。
水平井定向射孔用的弹架基本结构是圆筒钢弹架。
外定向弹架的特殊结构是将射孔弹布在夹角70°～180°向下射孔三排孔或四排孔，孔密16～20孔/m，两端有定向盘。
水平井重力定向射孔方式研究测井技术WELL LOGGING TECHNOLOGY1999年第23卷第1期vol.23 No.1 1999--------------------------------------------------------------------------------袁吉诚陈锋摘要介绍了内定向和外定向两种水平井重力定向射孔方式，从运用范围、定向精度的定量分析以及定向射孔的检测手段方面比较了两者的优缺点，列举了该技术在国内的使用情况，并讨论了特殊井况下水平井定向射孔方式的优选方法。
主题词：水平井定向射孔精度优选法On Oriented Gravity Perforating Modes in Horizontal Well．Yuan Jicheng, Chen Feng.ABSTRACT Internal and external oriented gravity perforating modes for horizontal well are introduced herein.The advantage and disvantage of the two modes are compared in terms of application range,orientating accuracy and the checking means to examine the oriented perforating results.Their application status in China is enumerated and the optimization of oriented perforating in horizontal well is summarized too.Subject Terms：horizontal well oriented perforating accuracy optimization引言水平井射孔一般要求向水平两侧或两侧以下30°方向射孔以免造成地层砂向井筒内沉降和底水突进。
目前，国内外的水平井重力定向方式大致有两种：一种是采用在枪身外焊翼翅，配合转动接头，靠翼翅与井壁摩擦阻力不平衡，在偏心重力作用下实现枪串的整体转动来进行射孔定位(称外定向)；另一种是在枪身内采用弹架偏心设置，配合偏心支撑体，在偏心重力作用下弹架旋转实现每根枪射孔定位(称内定向)。
经过长时间的使用和研究对比，我们认为，在水平井射孔中采用内定向方式的优点更多，在一般条件下，应优先采用内定向方式。
在特殊井况下则要经过研究对比，方能决定采用哪一种定向方式。
内定向方式的优越性1．在相同套管尺寸下内定向方式可选择更大外径的射孔枪无论采用何种定向方式，安全是第一重要的。
由于水平井射孔井段很长，为了不发生卡井事故，根据经验我们将枪体的包容外径与套管内径的尺寸之差(间隙)确定为≥10mm，在此基础上来讨论这两种定向方式。
表1为3种套管尺寸的枪体外径选择表。
表1重力定向射孔枪枪体外径选择表套管尺寸外定向内定向外径mm 内径mm 枪体外径mm 翼翅高度mm 枪整体与套管间隙mm 定向精度±°枪体外径mm 扶正器外径mm 扶正器与套管间隙mm 定向精度±°139.7（5 1／2in*）121．4 85．7 25．4 10．3 15．1102 111 10．4 1．088．9 22 10．5 16．5 88．998 23．4 1．2118．6 85．7 22 10．9 15．9 88．9 98 20．6 1．288．9 19 10．7 17．5127（5in*）112 79．4 22 10．6 15．2 88．9 98 14 1．2108．6 79．4 19 10．2 16．4 88．9 9810．61．285．7 95 13．6 1．6114．3（41／2in*）99．6 69．85 19 10．7 14．8 7384 15．697．2 69．85 17 10．3 15．7 73 84 13．2 1．6非法定计量单位，1in＝2．54cm，下同从表1中可以看出，采用内定向方式进行水平井射孔可选择更大直径的射孔枪，从而可选择更大药量的射孔弹以改善射孔完井的效果。
两种定向射孔的结构示意图见图1和图2。
图1内定向射孔示意图图2外定向射孔示意图由于内定向在接头、枪尾处采用扶正器方式，便于射孔管柱的起下(在塔里木水平3井等井的作业中下放、提取管柱的张力几乎相同)。
内定向射孔比外定向射孔时枪身在套管中更居中，这不仅有利于提高穿深，而且孔眼轨迹好，有利于保护套管。
2．内定向射孔的定向精度更高（1）定向精度的度量定向精度误差是指射孔器在水平井定向发射时，射孔弹的设计发射方向与实际发射方向之间的角度差，该角度差越小，则定向精度越高，其大小可用枪体截面的对称轴与铅垂线的夹角Φ度量。
(2)外定向射孔定向精度分析①定向精度的影响因素：枪体与套管和几何尺寸；枪体长度及重量；翼翅高度；枪体与套管的摩擦系数；枪体两端旋转接头的摩擦力偶；井眼的方位变化率等。
井眼方位变化率为零时，角Φ可通过解析求解；方位变化率不为零时只能采用数值方法求解。
但是，大多数水平井的方位变化率较小，可忽略方位变化率的影响。
②小方位变化率时的精度计算：因为枪体的轴线接近直线，可将枪体的运动简化为刚体的平面运动，受力如图3所示。
在合力R作用下，枪体将沿井壁向下滑动，在合力偶MB 作用下枪体将绕B点摆动，在合力偶Mo作用下枪体将绕轴线转动。
这3种运动的极限状态分别由3个平衡方程确定。
图3外定向枪体受力图.沿井壁向下滑动的极限状态由Ry＝∑Fy＝0，NsinΦ－FcosΦ＝0，F＝fN，其中f为枪体与套管的摩擦系数，可得Φ1＝arctg（f）。
f＝0．05～0．1时，Φ1＝2．86°～5．71°.绕B点摆动由MB＝∑mB＝0，G1（R－R1）sinΦ＋G2（R0－R2）sinΦ＝Nδ＋Mf，且Rn＝∑Fn＝0，N＝（G1＋G2）cos Φ，可得［G1（R－R1）＋G2（R0－R2）］sinΦ－（G1＋G2）δcosΦ＝Mf其中，G1为枪体的重量；G2为弹的重量；δ为枪体与套管的滚动摩擦系数，δ＝0．01～0．05 mm；Mf为枪体接头摩擦力偶；R为套管内半径；R0为枪体外半径，R1＝R－R0；R2为弹体质量在枪体内的偏心距。
Φ＝arcsin｛［Mf＋δ（G1＋G2）cosΦ］／［G1（R－R1）＋G（R0－R2）］｝若取cosΦ接近于1，则可得Φ2＝arcsin｛［Mf＋δ（G1＋G2）］／［G1（R－R1）＋G（R0－R2］｝.绕轴线转动由Mo＝∑mo＝0，得G1R1sinΦ＋G2（R1＋R2）sinΦ＝Mf＋fNR＝Mf＋fR（G1＋G2）cosΦ即［G1R1＋G2（R1＋R2）］sinΦ－fR（G1＋G2）cosΦ＝Mf得Φ＝arcsin｛［Mf＋fR（G1＋G2）cosΦ］／［G1R1＋G2（R1＋R2）］｝绕轴线转动的极限平衡状态确定的偏差角Φ3为Φ3＝arcsin｛［Mf＋fR（G1＋G2）cosΦ3］／［G1R1＋G2（R1＋R2）］｝.定位精度由极限平衡状态确定的偏差角Φ′为Φ′＝max（Φ1，Φ2，Φ3）而Φ′受枪体结构与套管的间隙以及翼翅高度的限制，由图3可见，翼翅最大半张角θ为θ＝arccos｛［R12＋（R0＋h）2－R2］／［2R1（R0＋h）］｝当Φ′≤θ时，定向精度误差Φ＝Φ′；当Φ′＞θ时，定向精度误差Φ＝θ。
③计算实例将上述算法编写成计算程序，将已知数据输入计算机，运算结果见表1。
④方位角变化率的影响方位变化率的影响反映在枪体与井壁的接触点偏离井底的角度随方位变化率的增加而增加。
数值分析表明，当方位变化率小于2°／30 m时，由方位变化率引起的偏差角大部分小于2°（如图4所示）。
由于接触点偏离井底的角度越大，使其恢复所需的力矩也越大，因此，由方位变化率引起的定位误差小于接触点偏离井底的角度。
因此，当方位变化率小于4°／30mm 时，可忽略方位变化率的影响。
图4接触点方位角沿枪体长度的变化注：枪体接头在井眼造斜段终点前方50 m（3）内定向射孔定向精度的分析①定向精度的影响因素内定向是靠弹架及射孔弹相对于枪管内部壁的摆动来实现的，和枪管外表面与井壁套管的摩擦无关。
所以，影响其定向精度的因素有：弹架相对于枪管轴线的偏心距；每支枪管内四段弹架的同轴度；弹架及射孔弹的重心位置及重量；偏心支撑体的轴线同轴；弹架受支撑体的摩擦力；井眼方位变化率等。
②定向精度的计算在外定向的分析中已经指出，井眼方位变化率不大（＜4°／30m）时，可忽略其对定向的影响，所以，内定向定向精度的计算就是弹架重心计算问题，计算时将每支枪内的弹架和射孔弹看成一个刚体，它受偏心支撑体的支持力N和重力G，支撑体轴承对弹架的摩擦力忽略不计，受力图如图5所示。
在水平井段，弹架在N和G作用下平衡，重心O最终要静止于O1O2线上。
受偏心盘同轴度Φd的影响，重心O在以O2为园心、半径为d的圆周内浮动，当O点与A、B两点重合时，定向偏差角Φ最大。
图5内定向枪体受力图由图5可得，Φ＝arcsin（O2A／O1O2）其中O1O2为弹架与枪管轴线偏心距；O2A为偏心盘同轴度极限误差；O1为偏心支撑点；O2为理想状态弹架(弹)静止于枪管内的重心点；O为实际弹架(弹)重心位置；A、B为过O1点与圆O2相切直线的切点。
③计算实例按照上述算法输入数据，运算结果见表1。
由表1看出，内定向比外定向的定向精度更高，地面实测的定向精度与计算结果基本一致。
3．内定向射孔的方位更易检测由于水平井射孔后一般要取出射孔管串重新下完井管柱，因此，当采用内定向射孔，从井口取出射孔管串时，可清楚地观察所有射孔枪的孔眼是否排在一条直线上。
若是，则证明射孔枪确实定向发射，因为每支射孔枪中的弹架都是独立旋转的，射孔枪之间又是固定死的，若没有定向发射，所有射孔枪的射孔孔眼不可能排在一条直线上。
外定向射孔枪之间以及每支枪内的弹架和枪都是固定死的，故当射孔后从井口取出管串时，不能判断射孔枪是否定向发射，因为本来所有射孔弹就是固定在一个方向上的。
胜利油田测井公司设计了一种方向监测器，可以监测井下射孔枪的定向情况。
其结构原理见图6。
图6定向监测器结构原理图该监测器的窗口与定向翼片在同一母线上，当射孔枪定向正确时，泄流孔被阀瓣封闭，可实现油管加压并起爆射孔器，否则，加压液体从套管泄压，起爆器不能起爆。
该监测器的不足之处是当长井段射孔需2个以上起爆器，须由套管加压时该装置就不适用了。
