射孔完井工艺设计

射孔完井工艺设计射孔完井是油气井的主要完井方式之一，在采用射孔完成的油气井中，井底孔眼是沟通产层和井筒的唯一通道。

如果采用合理的射孔工艺和正确的射孔设计，并高质量的完成射孔作业，就可以使射孔对储层的伤害降到最小，井底完善程度高，从而获得期望的产能。

多年来人们对射孔工艺、射孔枪弹器材与配套设备、射孔伤害机理及检测评价方法、射孔优化设计和射孔液等进行了大量的理论、实验和矿场试验研究，尤其是近十几年来，射孔技术取得了迅速的发展。

人们已经认识到，射孔是完井工程的一个关键性环节。

为此，采用先进的理论和方法，针对储层性质和工程实际情况，把射孔完井作为一项系统工程来考虑，优选射孔设计，是搞好完井必不可少的基本条件。

一、射孔工艺应针对油气藏地质特征、流体特性、地层伤害状况、井类型（直井、斜井或水平井）、套管程序和油气井试油投产或完井目标，选择与之相适应的射孔工艺。

1.电缆输送射孔工艺（WCP）电缆输送射孔（wireline conveyed perfroating）就是利用钢丝铠装电缆将射孔器输送到目的层进行射孔。

按工艺的不同可分为普通电缆输送射孔工艺、电缆输送过油管射孔工艺（常规式和张开式）和电缆输送密闭式射孔工艺。

普通电缆输送射孔工艺是在井口只装放炮闸门情况下进行射孔，这种射孔工艺的射孔器直径可选范围大。

缺点是建立负压差比较困难，防喷能力较差，如遇井喷只能关闭放炮闸门，切断电缆。

这种方法主要用于低压油藏。

常规电缆输送过油管射孔工艺是利用电缆将射孔器从油管下到目的层进行射孔的一种工艺，这一工艺的优点是在井口安装防喷装置后进行射孔，所以有较好的防喷能力；射孔后可直接投产，可避免压井造成产层污染。

适合于生产井不停产补孔和打开新层位，海上作业应用此工艺可避免起出生产管柱。

缺点是油管的内径限制了射孔器的外径，使射孔弹的装药量受到影响，所以射孔弹穿深较浅。

为了克服这一缺点，在此基础上又发展了过油管张开式射孔，它是用电缆输送射孔枪，可在不起出油管的情况下，把大能量射孔弹用电缆输送到射孔目的层后，由地面对释放雷管发出电讯号，释放雷管起爆解锁后，射孔弹在弹簧拉力的作用下，旋转90°，与弹架轴线成垂直状态，然后由地面对电雷管发出起爆电讯号，雷管引爆导爆索，导爆索引爆射孔弹，从而实现过油管深穿透射孔。

这样就能在不取油管的情况下相当于使用一种大直径套管射孔枪，其弹药量不小于23g，穿深可达到原51枪的4倍以上，有效发挥油气井产能。

密闭式电缆输送射孔工艺是指在井口安装防喷装置后利用电缆将射孔器下到目的层进行射孔。

优点是可用大直径的射孔器进行射孔，提高射孔弹穿透深度。

缺点是井口防喷装置庞大，安装困难；增加了注脂泵车，施工较复杂。

主要适用于常压或高压油气藏。

2.油管输送射孔工艺（TCP）油管输送射孔工艺（Tubing conveyed perforating）是利用油管将射孔枪下到油层部位射孔。

油管下部联有压差式封隔器、带孔短节和引爆系统，油管内只有部分液柱造成射孔负压。

通过地面投棒引爆、压力或压差式引爆或电缆湿式接头引爆等各种方式使射孔弹爆炸而一次全部射完油气层。

油管输送射孔的深度较正一般采用较为精确的放射性测井校深方法。

在管柱总成的定位短节内放置一粒放射性同位素，校深仪器下到预置深度（约在定位短节以上100m），开始下测一条带磁定位的放射性曲线，超过定位短节约15m停止。

将测得的放射性曲线与以前测得的校正的放射性曲线对比，换算出定位短节深度，并在井口利用油管短节进行调整。

油管输送射孔具有可一次打开所有储层、高孔密深穿透、防喷能力强、通过不同的工具组合可满足各类油气井射孔的优点。

适用于高压油气井射孔、长井段射孔以及水平井射孔。

缺点是工艺比较复杂、成本较高。

3.模块枪电缆射孔工艺模块枪电缆射孔技术是针对地层压力大的高压油气井，利用电缆输送方式实现油管输送式射孔完井过程，达到防喷的目的，并且能够实现定方位射孔。

该工艺是将模块枪用电缆分段下井，锚定在套管壁上，引爆模块枪一次射开全部射孔段，悬挂器和模块枪将自动释放丢到井底，然后通过电缆防喷器，井口带压操作捞出射孔枪。

该工艺的最大优点是，射孔枪不需要电缆或油管连接，能自行锚定在射孔目的层位，一次射开超长射孔井段并自动丢枪到井底，从而实现全通径生产完井管柱。

该工艺可在负压情况下射孔，保护了储层，能最大限度地提高油气井生产能力。

4.油管输送射孔联作工艺1）油管输送射孔与投产联作国外对自喷井普遍采用这种工艺，既安全又经济，射孔与投产只下一次管柱就完成；管柱的结构和使用的封隔器因井而异，一般都采用丢枪的方式。

比如贝克休斯公司油管输送与投产联作系统。

它采用电缆将生产封隔器坐封在油层套管上，然后下入带射孔枪的管柱，管柱的导向接头下到封隔器位置时，循环冲洗管柱，将管柱内的积渣和污物冲洗干净；然后继续下管柱，当管柱总成坐封后，井口投棒撞击枪头的起爆器，使之射孔；射孔后射孔枪及其残渣被释放至井底，随后转入投产。

2）油管输送射孔和地层测试联作将油管输送的射孔枪、点火头、激发器等部件接到单封隔器测试管柱的底部。

管柱下到待射孔和测试井段后，进行射孔校深、坐好封隔器并打开测试阀，引爆射孔后转入正常测试程序。

国内基本上都采用旁通传压技术进行TCP测试联作。

根据地层测试工具的不同类型可进行四种主要形式的组合。

即TCP+MFE(多流测试器)联作测试、TCP+PCT(环压控制测试器)联作测试、TCP+HST(水力弹簧测试器)联作测试、TCP+APR(全通径测试器)联作测试。

这种工艺特别适合于自喷井，可缩短试油周期，降低成本，保护储层。

目前在探井、评价井中应用极为广泛。

例如在塔里木深井和超深井中取得成功应用，其射孔层段深度均在4500m以下，地层压力系数在1.1～1.2之间，地层温度在120º～150º之间，采用了环空加压引爆与MFE联作测试，在100多井次中成功率达90%。

其工作程序是，环空压力经封隔器上面的旁通孔传递到起爆器活塞，活塞受压剪断销钉后下行，撞击起爆药饼引爆射孔；射开地层后流体经过环空由筛管进入管柱，即转入正常测试流程。

3）油管输送射孔与水力压裂、酸化联作这种工艺在我国四川气田、长庆油田获得了成功的应用。

完井时下一次管柱，能完成射孔、测试、酸化、压裂、试井等工序。

4）射孔与抽油泵联作工艺该技术根据选用抽油泵的类型采用不同的负压起爆方法。

例如杆式泵可采用投棒起爆，管式泵可采用油管内加压起爆，螺杆式抽油泵则只能采用油管外加压起爆。

该工艺不仅可避免射孔后压井液对地层造成的二次污染，而且具有一定增产效果。

大庆试油试采分公司和胜利测井公司成功进行了的射孔抽油泵联作施工。

5）射孔与高能气体压裂联作工艺射孔与高能气体压裂的基本原理是在射孔弹架内装填惰性炸药（常用固体或液体推进剂），利用油管或电缆把射孔装置下到目的层位，通过投棒或电引爆射孔枪。

由于射孔弹从引爆和形成射流的时间是毫秒级，而装填的火药从引爆到完全燃烧是秒级，利用爆速与燃速的时间差，射孔弹引爆后形成的射流首先穿透套管，在地层中形成孔眼，而延迟燃烧的枪身内的推进剂随后产生高温高压气体，对刚形成的射孔孔眼进行冲刷和延伸，并产生不受地应力控制的裂缝，裂缝长可达2-8m，形成较完善的井底沟通。

形成裂缝的条数与作用时间和峰值压力有关。

6）油管输送射孔与防砂联作工艺对于弱/非胶结地层而言，地层极不稳定，易受外界扰动因素影响而出砂，此时可采用油管输送与防砂联作工艺，一趟管柱实现射孔与防砂作业，减少施工成本和作业时间，并有利于保护储层。

它采用了带螺旋片的施工管柱，能大排量地循环清除井内砂粒而不卡枪，并有效地向孔眼进行砾石充填。

其施工流程是先在套管内射孔段底部坐封封隔器，然后将上部带封隔器和下部带螺旋片射孔枪的管柱（该管柱在地面试验能满足8315N×m的扭矩），下至油层底部，校深后使封隔器坐封后射孔；解封上部封隔器，然后大排量循环清洗孔眼，再由管内注入携砂液，经旋转管柱将砂液掺入孔眼，在地面可观察压力和砂液返出情况；最后旋转管柱至砂面以上循环后，再起出施工管柱。

为了进行有效的砾石充填作业，射孔应采用大孔径、高孔密。

5.超正压射孔工艺超正压射孔工艺EOP(extreme overbalance perforating)是国外Orxy能源公司的Handren等人于90年代提出的新工艺技术，由于其良好的施工效果在北美地区至少进行了1000口井现场应用，得到了很好发展。

该工艺是在射孔前，使用液体或氮气或混合气液柱向井筒加压，使井底压力至少等于地层破裂压力。

在射孔瞬间压缩气体的能量直接转化为作用于地层的压力，加压液体以非常高的速度进入射孔孔眼。

由于在射孔瞬间，聚能射孔作用本身于孔眼尖端的压力已高达上万兆帕，这样高的压力大大超过了地层岩石的主应力和抗张强度，必然在孔眼壁面产生高度的应力集中，使得孔道壁面产生大量裂纹。

因而随后高速的流体冲击会使裂纹延伸扩展，形成有效井底沟通。

射孔后继续注液氮、注酸、注携砂液都可起到增产效果；也可射孔后继续注树脂固结地层砂而起到化学防砂的作用。

该工艺对碳酸盐岩地层来说，如果井筒流体介质采用酸液，通过酸液溶蚀能力，最终形成地层和井底的有效沟通，这对于提高低渗或裂缝性碳酸盐岩储层的油气井产能将起到积极作用。

对于低渗、非均质严重或污染严重或低压的砂岩油气层，由于达不到清洗孔眼需要的负压差，它是替代常规负压射孔的极好方法，大大提高了射孔工艺对不同地质条件的适应性。

对于低渗、非均质严重、完井后需要压裂投产的井，EOP技术也可作为压裂的先导技术或井底流动条件改善的有效技术。

由于EOP工艺是高压作业，要考虑井下管柱、井口和设备的承压能力，强化安全措施。

此外，液体要进入地层，必须保证完井流体与地层岩石和流体有良好的配伍性，以避免产生新的储层伤害。

一般来讲，EOP工艺主要适用于（1）中低渗油藏的压裂施工预处理；（2）中高渗油藏解堵；（3）碳酸岩油藏（需添加酸液）；（4）天然裂缝性油藏；（5）非均质严重油藏；（6）已射孔井的高压冲击解堵。

6.水平井射孔工艺自八十年代初水平井在油田开发中开始得到应用以来，与水平井相关的配套技术与理论也得到了长足的进步。

在水平井射孔技术理论与实践方面，国外各主要石油公司，例如斯仑贝谢、西方阿特拉斯、哈里伯顿和阿莫科等都在深入广泛地开展射孔技术的研究工作。

目前国内通过不断探索和学习，不仅能完成长井段、深井的定向射孔作业、而且能完成水平井的射孔与测试联作、水平井重复射孔、水平井限流压裂射孔、水平井的氮气超正压射孔等作业。

水平井射孔已经逐渐变成一项常规射孔作业。

在不易垮塌地层的水平井中，为了有效防止气、水锥进，便于分层段开采和作业，目前大都采用射孔完井方式。

水平井射孔枪的传输方式一般采用油管或连续油管输送。