多级脉冲深穿透射孔技术在塔里木油田的研究应用

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1、多级脉冲深穿透射孔技术在塔里木油田的研究与应用李强①宋中华钟家维单全生欧如学刘昆塔里木油田公司开发事业部摘要塔里木油田的油（水）井经过长时间的开发，由于受到钻井、井下作业及增产措施等因素影响，导致油（水）井近井地带污染严重，严重影响油井产能及注水效果。常规射孔技术无法解决油（水）井近井地带污染问题，因此研发了多级脉冲深穿透射孔技术，该技术可以一次同时完成聚能射孔和两次火药压裂等三道工序，从而使射孔孔道压实带破碎，在孔眼周围形成多条径向和垂直裂缝，沟通地层的天然裂缝，达到深穿透近井地层污染带，改善近井区域地层导流能力的目的，最终提高油井产能。该技术能

2、有效的改善射孔孔眼及近井带地层的流动条件，尽可能的增大井筒周围的渗流面积，降低射孔表皮系数，提高油井产能。关键词多级脉冲深穿透两级火药装药脉冲压力压力控制1前言塔里木油田在低渗油藏开发过程中，无论生产井还是注水井，在生产之前，普遍采取压裂、酸化等方法进行油层改造。但是，压裂、酸化作业因其自身固有的缺陷，在应用过程中有一定的局限性。例如，水力压裂虽然压力持续作用时间长，可以在地层中产生较长的裂缝，但由于它的瞬间峰值压力不高，因此裂缝的数量较少，而对于提高近井带地层的渗流能力，多裂缝效果更好，并且水力压裂、酸化压裂成本太高，工艺繁杂。此外，压裂、酸化容

3、易对地层造成二次污染，不利于保护产层。为了妥善解决这一矛盾，提出了多级脉冲深穿透射孔技术。2多级脉冲深穿透射孔技术简介多级脉冲射孔工艺技术是一种全新的射孔工艺，区别于以往其他任何射孔方法，是一项射孔与小型压裂相结合的新射孔技术，达到了国际领先水平。过去，无论负压、正压或平衡压力射孔，在穿孔瞬间，井筒内的压力是静液柱压力，而多级脉冲射孔技术，利用多级火药装药技术和射孔技术的合理组合，来实现多级火药装药的顺序燃烧，连续产生3个脉冲峰值压力，动态压力作用于孔道地层。射孔成孔后利用多级火药燃烧产生高压燃气，随着一级火药燃烧，产生脉冲压47力作用于孔道与地层

4、，进行解堵、造缝，随着压力下降又形成负压，再次冲洗孔道，随后二级火药燃烧，再次形成脉冲压力作用于孔道和地层，进行延缝和扩缝；以达到解堵、造缝、延缝、扩缝的目的，改善近井带地层渗流条件，从而增加油井的产能。2.1多级脉冲深穿透射孔技术机理2.2火药配方的优选多级脉冲射孔的关键技术是采用分级点火控制技术，通过对两级火药配方的优选，使三种装药的作用能量在时间上达到合理匹配，对不同火药配方进行燃烧控制，实现分段燃烧，在较短的时间内使燃烧初压达到峰值压力，能量梯次释放。药块的点火延滞期用下式表示：（1）式中：τ—点火延滞期；h—总传热系数；有对流、辐射、热传

5、导；—装药绝热系数；—装药密度；c—火药比热；—装药发火温度；—热源温度；—装药初温。峰值压力用下式(2)表示：(2)式中：pm——峰值压力；u0——燃速系数；ρ——装药密度；C＊——特征速度;s1——燃烧面积；s2——套管上射孔眼总面积；n——压力指数。图1J2推进剂P-T曲线图2J2推进剂P-T曲线三级装药在Φ50发动机进行了燃烧试验（见图3），以对比火药的燃烧速度和峰值压力。实测组合推进剂在发动机内燃烧过程的压力-时间曲线如图1、图2所示。47图3三级装药在Φ50发动机的p-t曲线该试验说明三级装药具有不同的燃烧速度，可以顺序产生不同的压力峰

6、值。2.3药量的设计根据地层破裂压力和套管、枪体的承压指标，确定井筒内的峰值压力，根据设计的峰值压力参数，控制两级火药的总装药量。根据火箭发动机燃烧室内压力计算原理，由火箭发动机的燃烧室内压力公式得出峰值压力为：Pmax=(ρC*μ1S/S1)1/(1-r)（3）上式中，ρ为枪体内装药的密度，C*为装药的特征速度，S为枪体内装药的总表面面积，S1为枪体孔眼的总面积之和，R为装药的压力指数，μ1为装药的燃速系数。2.4动态压力作用过程多级脉冲射孔器在井下引爆时，可以近似地看作是一个在密闭容器中发生的伴随产生大量的高温、高压气体的化学反应过程，其反应的

7、容器即为射孔枪。在反应初期，根据理想状态下的气态方程中P、V、T的关系式，可以看出射孔枪内部的剩余空间，对压力的产生具有一定的调节作用。当枪内压力达到一定的值时，射孔孔道形成，压力作用空间为整个井筒，压力主要有以下几个释放途径：1、通过射孔孔眼作用于地层；2、作用于压井液举升液柱；3、作用于井下保护装置被吸收，但此过程是可控的，当峰值压力在安全范围内时，保护装置不启动。压力-时间关系式：（4）上式中：p是燃烧产物形成的气泡内的压力,q是燃烧产物的热流量。是弹的内径和高度；是火药的密度和余容。f是火药力；m是火药弹质量；是燃烧产物的多变指数；是火药弹

8、燃烧部分所释放出的体积和挤入裂缝的液体体积；S是井的横截面积；x是弹以上火药气所占井段的高度。473多级脉冲深穿透射孔器及