燃气式超正压复合射孔技术在玉门油田的应用

贾亚军，张奇贞

(中石油玉门油田分公司作业公司，甘肃 玉门 735200)

燃气式超正压复合射孔技术是一种新型射孔技术，其将射孔和高能气体压裂技术合为一体，不仅达到了解堵增液的目的，而且减少了常规射孔中的压裂工序，从而节约了施工时间和开发成本。下面，笔者对燃气式超正压复合射孔技术在玉门油田的应用情况进行了探讨。

1 燃气式超正压复合射孔技术原理

燃气式超正压复合射孔装置由升压系统、延时设备、射孔设备以及火药动力设备组成。升压系统主要由泄气枪构成(内装有升压弹)，升压弹在枪体内部燃烧后形成高温高压，导致生成的气体在井底射孔段转变为气液混合状态。延时设备也称为延时盒，其连接燃气升压系统和射孔设备。射孔设备由高强度材料制成，以适应高气压的工作环境。火药动力设备是一种高能气体压裂弹，其爆燃时能有效扩大已形成的裂缝，从而获得更好的射孔效果。作为一种新型射孔工艺，燃气式超正压复合射孔技术能同时实现压裂和射孔功能[1]。首先，燃气式射孔枪在油管传输作用下达到目的层，通过投棒点火来引燃升压弹，在延时盒的作用下，射孔设备在井筒压力达到设计压力时进行射孔。与此同时，地层在高压作用下压裂，在后续压裂弹被引燃后又出现一次高压，目的层会再次受到挤压作用，从而达到进一步延伸裂缝的效果。此外，当上部燃气升压弹结束燃烧时，底部压力还停留在一定压力值，这使得井筒内液体朝上部运动，进而形成反抽吸作用，这样可以有效改善近井周围的渗流条件，最终收到增产增注的效果。

2 关键工艺设计

2.1 升压系统中泄气枪的设计

升压系统由多节泄气枪组成，泄气枪采取侧壁孔，内装有升压弹，其燃烧产生的压力通过侧壁孔传导到套管中。当每节泄气枪采用定量火药时，枪内产生的压力通过下列公式计算[2]：

(1)

式中，P为枪内产生的压力，MPa；ρ为枪内火药密度，kg/m3；c为火药的特征速度，m/s;μ1为火药的燃烧系数；γ为火药的压指数；S为火药的燃烧面积，m2；S1为泄气孔眼面积之和，m2。

由式(1)可知，如果药型和药性确定且火药量一定的情况下，泄气面积和燃烧面积决定了枪内产生的压力。当燃烧面积S和泄气面积S1相同时，枪身内外没有压差，枪身枪内的压力等于套管内压力。为保证工艺的可行性，可对火药进行外表面包覆，使其燃烧面积减小，以保证枪身内外压差不超过其破裂强度。研究表明[2]，在S/S1为4的情况下，可以在不损伤N80材质枪身的情况下提升井底压力。

2.2 升压弹和压裂弹中用药量的设计

升压弹和压裂弹在井筒内爆燃后能够对地层产生高压作用，但是其上限值不能超过井内套管的强度，通常情况下压力值设计在100MPa以下。当升压弹和压裂弹中火药在药性、几何尺寸、燃烧面积一定且通过射孔孔眼泄气时，其在井筒内燃烧产生的最大压力可通过诺贝尔经验公式获得[2]：

(2)

式中，Pmax为井筒内产生的最大压力，MPa;P0为静液柱压力，MPa；ΔP为火药燃烧导致的压差，MPa；m为火药使用量，kg;f为火药力，kJ/kg;φ为井筒内压力达到最大值时的燃烧量百分比；v0为清水压井时35m的套管容积，m3。

由式(2)可知，火药使用量为：

在Pmax<100MPa的情况下，考虑到井筒泄气量和井深不同，在理论上升压系统用药量一般确定为20～40kg，压裂弹用药量一般确定为30～50kg，而在实际施工过程中压裂弹用药量一般控制在33kg左右[3]。

3 现场应用效果

2011年玉门油田作业公司测试队引进燃气式超正压复合射孔技术，在该油田成功应用3井次，技术施工成功率100%，射孔发射率100%，取得了较好的开发效果。

3.1 油井应用情况

从2011年2月以来采用燃气式超正压射孔油井2井次，有效2井次，有效率100%。平均单井日产液量由1.26t上升到日产液量9.42t，每日多增液量8.16t，至目前累积增油4 565t，平均单井累积增油2282t。以Y534井为例，2010年10月该井采用普通用89-1型射孔枪射开沙三下亚段13层共24.6m，射孔后压裂，初期日产液8.6t，日产油0.17t，含水98%，动液面1956m。到2011年2月日产液2.51t，含水100%，动液面1598 m。2011年3月用燃气式超正压射开沙三下亚段7层共15.8 m。射孔后初期日产液6.28t，日产油0.63t，含水74%，产量稳定在1～2t。从2011年稳产至今，累积增油984t，这表明油藏开发效果较好。

3.2 孔污染井应用情况

从2011年3月以来采用燃气式超正压射孔注水井(Y594井)1井次。2011年2月该井补孔前日产液6.4t，日产油0.12t，含水98%，液面1894m。2011年4月用超正压射孔补孔沙三下亚段6层13m，补孔后日产液8.2t，日产油0.16t，液面1685m，产油量一直稳中有升，后期见到注水效果，现已累积增油480t。因此，运用燃气式超正压复合射孔技术能够提高注水开发效果。

[参考文献]

[1]孙新波.复合射孔技术综述[J].爆破器材，2007，36(5)：30-31.

[2]刘河秀,张伟民.增效射孔工艺技术现状及发展[J].测井技术，2003，27(5):437-438.

[3]廖宏伟，薛中天，张新庆.燃气式超正压射孔技术探究[J].西安石油学院学报，2002，17(4)：36-38.