胡蔡华
中国石油集团测井有限公司青海分公司
摘要：油气井射孔对石油勘探行业至关重要，射孔弹的效果在于对井下目的层破坏性穿孔，实现渗流通道与目的层的流通。本文在当前主流射孔技术的基础上，探讨了油田射孔弹射孔稳定性的影响因素，并提出了对应的解决对策。
关键词：射孔弹；稳定性；影响因素；对策
油田射孔弹大多采用聚能射孔弹，而聚能射孔弹被引爆后，能产生超高的速度、极高的温度、超强的高压冲击波，使金属槽内的金属罩受到各个方向的挤压。在高温高压的作用下，金属罩的一部分粒子形成超高速的金属流。这股超高速的金属流能击穿任何物体，在击中物体时，会产生超高的压力，能轻易的击穿套管、水泥环及油气层周围的岩层，形成孔眼。此外，在射孔作业中，射穿岩层形成的孔眼周围，产生渗透极低的破碎带。然而，金属射流遇到的障碍不会消失，例如套管、水泥环和油气层周围的岩层会受到高压聚能射流的撞击后，产生变形、破裂，有的部分会成为碎片，或碎屑物导致孔隙堵塞。此外，如果射孔稳定性不好，大部分的罩子会形成低速的杵体，杵体在运动部分时，一部分膨胀、破碎和分散；一部分会与套管、水泥环、岩屑等杂质堵塞已有的孔道。因此射孔过程中形成的压实带及杵体堵塞，均会引起空隙中的流体阻力增大，流量减小，从而降低了油气井的产能。
1.射孔参数对稳定性的影响
射孔参数是指孔密、孔深、孔径、布孔相位角、布孔格式等参数，当射孔参数选择不合适时，则会导致流动效率变低，而这种称为不完善性质。
（1）射孔参数选择不当，将会引起射孔效率的严重降低。
（2）射孔的参数数据合理性体现在射孔密度，孔眼穿透深度，布孔相位角等，若密度太低，深度不够，相位角不适宜，均会造成油气层压降过大，影响实际生产产能。考虑到射孔井的局部缺陷，会极大影响油井产率。对于射孔参数不适造成的损伤，尽可能的发挥设计优势，从源头进行改善。
2.射孔压差不当对射孔稳定性的影响
射孔压差=（射孔液柱的回压）-（油气层孔隙压力）根据上述计算的差值可以分为正压差射孔和负压差射孔。正压差射孔是指射孔液柱回压比油气层孔隙压力高的射孔方式。负压差射孔是指射孔液柱回压低于油气层孔隙压力的方式。在射孔操作进行时，油气层流体需要进行井筒清洗，孔眼的清洗效果较好。另一方面，负压若数值过大容易使得部分底层出现微粒运移的现象，进而对孔道形成阻碍，使得射孔稳定性效果退化，进而地层出现坍塌。选择合适压差，可以避免地层损害的发生，还可以使射孔孔眼等得到有效的冲洗，确保其清洁，尽可能的减轻压实带来的不好的影响，提高射孔稳定性，保障油气层产能。
3.药型罩对射孔稳定性的影响
（1）形状影响。理论分析表明，射孔稳定性与射流的有效长度成正比。射流长度与药型罩母线长度保持一致。所以药型罩形状将直接影响射流的有效长度，母线长度最长的形状为喇叭形，其次为锥形，半球形为最短。头部速度表现为喇叭形为8000m/s，锥形为6000~7000m/s，半球形药型罩最低，为3500m/s。喇叭形药型罩的另一个优势在于射流速度梯度大，其运行形成较长，因此其射孔稳定性也最好。
（2）材料影响。就药型罩而言，影响射孔稳定性的主要因素是制作材质的密度与长度。对于药型罩，其材料的密度要求高，要求所选材质的延展性足够高，使得射流过程中不会由于侵蚀尚未形成实质效果前便被拉裂。
如若射流在运行中的膨胀发生在径向方向，那么射流势必会发生分散，使得穿孔效果变差，笔者结合射孔弹生产、使用的多年经验总结出药型罩的材料以紫铜为最佳。
（3）弹壳影响。考虑到射孔弹的爆炸作用较低，装药后的实际爆破能量分为两部分，其一为能量消耗于药型罩的穿孔，另外关于弹壳的部分，则是消耗为壳体的变形与破碎，转换为碎片的动能。当然，对于无壳装药，也有一部分炸药的爆炸能量损耗于周围。
4.提升射孔弹射孔稳定性的对策
（1）射孔参数的优化设计。为了进一步提升射孔效果，首要的便是优化射孔参数，提升整体工艺效率。对射孔参数的优化而言，可以从以下两个方面进行，其一为选定射孔方法，其二为射孔压差的设置。进行参数优化设计的前提是取全取准以下材料与参数：①明确射孔深度及孔眼直径要求，进而留有余量的设计出折算后的实际油气层孔深与孔径。在孔深与孔径确定基础上，对温度参数，套管级别，间隙大小等进行校核。②结合裸眼测试，获得钻井液损害深度确认，确认损害程度的相关实测数据。③按照相关岩心测试，获得全面的油气层各向异性水平，获得参数化的衡量数据。依照以上的数据和参数资料获取，对油层特性参数，套管参数以及损害参数等进行确认，将获得的参数与拟采购的射孔枪与射孔弹型号进行参数匹配与优化设计。这一设计过程可以利用相关软件实现定量化关系研究，从而实现射孔弹射孔枪相关参数的设计优选。目的在于实现在总表皮系数最低的情形下，对套管抗挤强度影响最低的某套射孔参数优化组合，并形成射孔完井设计书。
（2）合理选择射孔过程中的射孔液。以井底油气层岩性和矿物成分为背景，选定与区域特质相匹配的水质为射孔液基底液。其密度的要求应该与射孔弹的实际工艺需求相适宜，射流密度使得井下稳定剂出于避免粘土矿物水化膨胀的不利因素，因而选择了稳定剂。射孔液的选择还需要结合地层特性、地层水的配伍性结果，选定合适的油气层射孔液体。进而使得油气层损害较低。同时，射孔作业的持续性与后续油气层的持续性作业需求，要求射孔液在选择时还需要考虑流变性特征，使得冲刷效果一致。
（3）药型罩优化设计。药型罩是射孔过程中提供聚能药的核心零部件，对其的性能优化能极大的提升射孔稳定性。对药型罩的优化，多从材料，集合形状以及尺寸选择多个角度进行。药型罩材料选择是提升射孔弹性能的关键一环，常规的铜质选材逐步在替换中实现镍药型罩以及钨药型罩的选材。以镍药型罩为例，其射流速度高达11.4km/s，比铜质药型罩速度快，提升幅度高达15个百分点。此外材料的晶体特征也需要进一步研究，细小的等轴晶有利于提高有效射流长度。关注药型罩材料的物理对称性对提升射流稳定性有积极意义。
5.结语
射孔工艺是油田勘探开发过程中的一个重要环节，具有“颈瓶”效应，它对油气田勘探开发的水平、成本、效益都有着直接的影响。射孔稳定性水平对油田的发展起着不可忽视的作用。针对不同地层采取不同工艺，根据井况和工艺要求，尽可能地做到高效、安全、环保，并减少油气层污染。相信随着超高温高压深井射孔、防砂射孔、深穿透射孔、超深穿透射孔、复合射孔、全通径射孔、过油管射孔、超正压射孔、垂直井定方位射孔技术、优化射孔方案设计等新工艺的应用，射孔弹射孔稳定性会稳步提升，使得射孔技术在油气田的勘探和开发中承担起更加重大的作用。
参考文献
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