多脉冲复合射孔器研制与应用

2018-07-19,

石油管材与仪器 2018年3期

(大庆油田有限责任公司试油试采分公司黑龙江大庆 163000)

0 引言

复合射孔器是一项诞生于90年代的射孔新器材，经过多年的技术完善和发展，在油田已经得到广泛应用。其特点是：将射孔弹与火药有机地结合起来，一次下井分步做功，通过特殊的泄压方式控制释放高能气体，实现射孔与高能气体压裂双重作用的效果。近年来，通过深入研究，在传统复合射孔的基础上开发出了弹架内外同时布药的多脉冲复合射孔器，通过理论计算及现场试验，利用该射孔器射孔，可延长对地层的做功时间，对地层进行多次作用造缝，提高油井的产能[1]。

1 多脉冲复合射孔器原理及设计

1.1 技术原理

多脉冲复合射孔器在弹架内装高燃速火药，弹架外装中等燃速火药。射孔弹爆炸首先点燃弹间高燃速火药，进而点燃弹架外低燃速火药，由于两种火药的燃速时差，避免了压力叠加引起的超高压。可以产生两个火药峰值，对地层进行多次加载造缝，有效地提高油井的产能[2]。

1.2 技术特点

1)不须改变传统的弹架固弹方式，可以直接与之装配；

2)不影响射孔器的穿深性能，包括孔密及相位角；

3)不须特殊安装工艺，可方便地安装，与常规复合射孔枪安装工艺基本相同；

4)一体式结构，火药药片有塑料外壳保护，装配过程不会造成药片损伤和危险；

5)采用单元式或整体式两种设计，由射孔弹口部直接定位，牢固可靠，不用担心某个部件的脱落问题；

6)火药量增大的情况下，不会引起炸枪、卡枪现象，不同燃速的火药可对地层多次做功加载。

1.3 射孔枪设计

1)枪身泄压孔的设计

对泄压孔孔径及位置重新优化设计，射流方向与泄压孔成0°角，并且加大了泄压孔泄流面积，提高了气体的泄流速率，泄压孔的位置正对射孔孔道，在没有压损的情况下直接对地层做功；射孔器盲孔结构采用内盲孔，可以有效提高射孔炸高，提高射孔效果；通过理论计算与数值分析[3]，与传统泄压孔结构对比，气体的泄流速率提高了21%，综合做功能力提高了28%左右。优化设计后的泄压孔结构如图1所示。

图1 优化后的泄压孔结构图

2)堵片的设计

泄压孔破碎型堵片，能够承受压力达到80 MPa，在射孔后形成最大不超过4 mm×4 mm的小颗粒，可以完全通过洗井液替出，不会影响油气井的大修与改造。

1.4 多脉冲复合火药设计

多脉冲复合射孔器使用两种不同燃烧性能火药(高、低两种燃速火药)，通过弹架内外同时装药形式抑制射孔弹爆炸对火药的直接冲击起爆作用，由高燃速火药对低燃速火药顺序点火，在保证射孔器最佳设计的同时，成倍增加火药量[4]。

2 试验检测

2.1 火药药性检测

对火药进行高温性能测试，使火药能够在高温条件下，燃烧性能和能量性能不发生变化，确保火药的有效性和作业的安全性。采用高温试验装置和火药密闭爆发器试验装置对两种火药分别进行高温试验前后的燃烧性能测试，结果证明两种火药在耐温指标下具有良好的热稳定性，见表1。

表1 试验前后火药性能参数对比

2.2 堵片检测

1)耐压能力测试

用专用超高压试验装置对装有破碎堵片的整枪进行密封打压试验。打压试验流程为：50 MPa保压5 min,70 MPa保压15 min，80 MPa保压5 min，90 MPa保压15 min。试验结果：90 MPa为临界破坏压力，升压和保压过程稳定，枪身与堵片形貌无任何变化，证明该结构粉末冶金堵片安全承受压力能够达到80 MPa[5]。堵片前后对比如图2所示。