燃氣式超正壓復合射孔技術在玉門油田的應用

賈亞軍，張奇貞

(中石油玉門油田分公司作業公司，甘肅 玉門 735200)

燃氣式超正壓復合射孔技術是一種新型射孔技術，其將射孔和高能氣體壓裂技術合為一體，不僅達到了解堵增液的目的，而且減少了常規射孔中的壓裂工序，從而節約了施工時間和開發成本。下面，筆者對燃氣式超正壓復合射孔技術在玉門油田的應用情況進行了探討。

1 燃氣式超正壓復合射孔技術原理

燃氣式超正壓復合射孔裝置由升壓系統、延時設備、射孔設備以及火藥動力設備組成。升壓系統主要由泄氣槍構成(內裝有升壓彈)，升壓彈在槍體內部燃燒后形成高溫高壓，導致生成的氣體在井底射孔段轉變為氣液混合狀態。延時設備也稱為延時盒，其連接燃氣升壓系統和射孔設備。射孔設備由高強度材料制成，以適應高氣壓的工作環境。火藥動力設備是一種高能氣體壓裂彈，其爆燃時能有效擴大已形成的裂縫，從而獲得更好的射孔效果。作為一種新型射孔工藝，燃氣式超正壓復合射孔技術能同時實現壓裂和射孔功能[1]。首先，燃氣式射孔槍在油管傳輸作用下達到目的層，通過投棒點火來引燃升壓彈，在延時盒的作用下，射孔設備在井筒壓力達到設計壓力時進行射孔。與此同時，地層在高壓作用下壓裂，在后續壓裂彈被引燃后又出現一次高壓，目的層會再次受到擠壓作用，從而達到進一步延伸裂縫的效果。此外，當上部燃氣升壓彈結束燃燒時，底部壓力還停留在一定壓力值，這使得井筒內液體朝上部運動，進而形成反抽吸作用，這樣可以有效改善近井周圍的滲流條件，最終收到增產增注的效果。

2 關鍵工藝設計

2.1 升壓系統中泄氣槍的設計

升壓系統由多節泄氣槍組成，泄氣槍采取側壁孔，內裝有升壓彈，其燃燒產生的壓力通過側壁孔傳導到套管中。當每節泄氣槍采用定量火藥時，槍內產生的壓力通過下列公式計算[2]：

(1)

式中，P為槍內產生的壓力，MPa；ρ為槍內火藥密度，kg/m3；c為火藥的特征速度，m/s;μ1為火藥的燃燒系數；γ為火藥的壓指數；S為火藥的燃燒面積，m2；S1為泄氣孔眼面積之和，m2。

由式(1)可知，如果藥型和藥性確定且火藥量一定的情況下，泄氣面積和燃燒面積決定了槍內產生的壓力。當燃燒面積S和泄氣面積S1相同時，槍身內外沒有壓差，槍身槍內的壓力等于套管內壓力。為保證工藝的可行性，可對火藥進行外表面包覆，使其燃燒面積減小，以保證槍身內外壓差不超過其破裂強度。研究表明[2]，在S/S1為4的情況下，可以在不損傷N80材質槍身的情況下提升井底壓力。

2.2 升壓彈和壓裂彈中用藥量的設計

升壓彈和壓裂彈在井筒內爆燃后能夠對地層產生高壓作用，但是其上限值不能超過井內套管的強度，通常情況下壓力值設計在100MPa以下。當升壓彈和壓裂彈中火藥在藥性、幾何尺寸、燃燒面積一定且通過射孔孔眼泄氣時，其在井筒內燃燒產生的最大壓力可通過諾貝爾經驗公式獲得[2]：

(2)

式中，Pmax為井筒內產生的最大壓力，MPa;P0為靜液柱壓力，MPa；ΔP為火藥燃燒導致的壓差，MPa；m為火藥使用量，kg;f為火藥力，kJ/kg;φ為井筒內壓力達到最大值時的燃燒量百分比；v0為清水壓井時35m的套管容積，m3。

由式(2)可知，火藥使用量為：

在Pmax<100MPa的情況下，考慮到井筒泄氣量和井深不同，在理論上升壓系統用藥量一般確定為20～40kg，壓裂彈用藥量一般確定為30～50kg，而在實際施工過程中壓裂彈用藥量一般控制在33kg左右[3]。

3 現場應用效果

2011年玉門油田作業公司測試隊引進燃氣式超正壓復合射孔技術，在該油田成功應用3井次，技術施工成功率100%，射孔發射率100%，取得了較好的開發效果。

3.1 油井應用情況

從2011年2月以來采用燃氣式超正壓射孔油井2井次，有效2井次，有效率100%。平均單井日產液量由1.26t上升到日產液量9.42t，每日多增液量8.16t，至目前累積增油4 565t，平均單井累積增油2282t。以Y534井為例，2010年10月該井采用普通用89-1型射孔槍射開沙三下亞段13層共24.6m，射孔后壓裂，初期日產液8.6t，日產油0.17t，含水98%，動液面1956m。到2011年2月日產液2.51t，含水100%，動液面1598 m。2011年3月用燃氣式超正壓射開沙三下亞段7層共15.8 m。射孔后初期日產液6.28t，日產油0.63t，含水74%，產量穩定在1～2t。從2011年穩產至今，累積增油984t，這表明油藏開發效果較好。

3.2 孔污染井應用情況

從2011年3月以來采用燃氣式超正壓射孔注水井(Y594井)1井次。2011年2月該井補孔前日產液6.4t，日產油0.12t，含水98%，液面1894m。2011年4月用超正壓射孔補孔沙三下亞段6層13m，補孔后日產液8.2t，日產油0.16t，液面1685m，產油量一直穩中有升，后期見到注水效果，現已累積增油480t。因此，運用燃氣式超正壓復合射孔技術能夠提高注水開發效果。

[參考文獻]

[1]孫新波.復合射孔技術綜述[J].爆破器材，2007，36(5)：30-31.

[2]劉河秀,張偉民.增效射孔工藝技術現狀及發展[J].測井技術，2003，27(5):437-438.

[3]廖宏偉，薛中天，張新慶.燃氣式超正壓射孔技術探究[J].西安石油學院學報，2002，17(4)：36-38.