【点击上面 蓝字 能源情报 关注我们。推荐和投稿：eipress@qq.com 【交易】是能源情报新推出的固定栏目，持续征集项目信息、投融资需求、人力资源服务和需求以及其他供需服务信息，请有意者联系我们。 新建 海外油气交流群（微信），身在海外、油气从业的人员请速来。微信联系：xudongEN。 新增微信服务专门号：Energyinsider，大事小情又多了一个联系途径。 文/刘合 王峰 王毓才 高扬 成建龙，中国石油勘探开发研究院 吉林油田 通源石油科技股份有限公司 1 射孔技术发展概况 射孔技术作为油气井完井工程的重要环节在过去10 余年时间内得到了大力发展，为油气井增产起到了至关重要的作用。国内外射孔技术大致分为以下几方面：①以追求油气产能为主要目的的高效射孔完井技术，如聚能射孔技术、复合射孔技术等，为了最大限度沟通油气生产通道、提高产能，该射孔技术逐渐向大药量、超深穿透，多级火药装药气体压裂增效等方向发展；②以保护油气层、完善和提高射孔完井效果为主要目的的射孔工艺技术，如负压射孔工艺技术、动态负压射孔工艺技术、超正压射孔工艺技术、定方位射孔工艺技术等；③以提高作业效率为主要目的的一体化组合作业工艺，包括提高测试资料真实性的射孔与测试联作工艺、射孔与酸化、射孔与压裂等措施联作工艺等，如 DST（油气井中途测试）联作工艺、全通径射孔工艺、负压射孔测试工艺等；④以提高作业安全性和效果为主要目的的管柱安全性设计、施工优化设计、智能定向射孔、射孔施工过程监测和诊断等；⑤以恢复油气井产能、延长使用寿命为目的的增产措施，如射爆联作增产技术和爆燃压裂增产技术等。 射孔技术及工艺的不断丰富和发展，改变了单纯依靠射孔器简单打开油套管的油气田开发模式，给射孔技术和工艺在油田开发中所应该起到的作用赋予了新的定义。 2 射孔技术发展现状 2.1 射孔技术及配套工艺 2.1.1 深穿透聚能射孔技术 最初的射孔技术是采用子弹式射孔作为穿透套管及水泥环、构成目的层至套管连接孔道的手段，但由于子弹式射孔的穿深极为有限，经常无法形成有效的射孔孔眼，所以由反装甲武器演变而来的聚能射孔得到迅速发展。该技术利用聚能效应，具有良好的穿孔破岩作用，极大地提高了射孔穿深。 近年来，随着油田开发对射孔要求的不断提高，国内外都加大了对超深穿透聚能射孔技术的开发。射孔弹的平均穿深指标已有大幅度提高，最具代表性的是美国 GEO Dynamics 公司研发的型号为 4039 RaZor HMX 的射孔弹，其混凝土靶平均穿深指标已达 1597 mm。我国四川射孔弹厂研制的型号为SDP48HMX39-1 的射孔弹，其混凝土靶平均穿深指标也已达到 1 538 mm，基本达到国际领先水平。与 2000年相比，目前国内外射孔弹平均穿深总体提高了近 1倍以上。表 1 给出了美国 API 协会公布的几个代表性厂家相同型号射孔器混凝土靶测试数据。
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2.1.2 复合射孔技术
复合射孔是在聚能射孔基础上，将复合推进剂引入到射孔枪内作为二次能量。聚能射孔弹射孔形成孔道的同时，复合推进剂被激发燃烧，在枪内产生高温高压气体，通过枪身泄压孔释放并直接进入射孔孔道，对地层进行有效的气体压裂，形成孔缝结合型的深穿透，在近井地带形成广泛的裂缝网络，大幅度提高近井地带的导流能力。多年现场应用表明，复合射孔可使单井产能提高 1 倍以上。复合射孔技术近几年在技术升级方面也得到了大力发展，通过系统的基础理论研究及测试技术研究、火药燃气控制技术研究、枪身材料及承压能力研究以及火药装药结构的研究，由原来枪内装一级火药的装药结构逐步发展为枪内装二级和三级火药（见图 1），大幅度提高了复合射孔的做功能力，模拟打靶试验的压裂裂缝长度增加近 1 倍。同时，以延迟点火技术、速燃控制技术为基础发展起来的多级脉冲复合射孔技术也开始应用于油气田开发，通过控制多级火药燃爆做功时间进一步提高了射孔效果。
迄今为止，复合射孔已经形成了内置式、下挂式、外套式等多种装药结构形式及深穿透、大孔径、高孔密等多种产品系列，以及与完井工艺配套的全通径射孔与酸化压裂联作、DST 联作、水平井等复合射孔联作工艺技术。
2.1.3 定向射孔技术
定向射孔是利用相应的定向仪器或定向装置实现对射孔方向的控制，以达到优化射孔方案、提高开发效果的目的。定向射孔技术主要包括直井定向射孔和水平井定向射孔 2 种技术。
直井定向射孔主要是利用陀螺仪测定井下射孔方位角，实现对射孔方向的控制。在油气田开发过程中，常规射孔技术一般沿着水平方向射孔，而储集层及其最大主应力方向常常与水平方向存在一定的夹角 α1和α2（见图 2），有时需要按照开发方案，利用陀螺仪定向后调整枪内射孔弹夹角或转动射孔管柱，使射孔方
向指向较易压开储集层的主应力方向，从而使射流更容易破碎储集层岩体，以便在后期的压裂增产改造过程中减小储集层破裂压力，降低压裂实施难度，同时改善射孔效果，增加储集层有效泄流面积以获得更高产能。
目前，在油田试用的陀螺定向射孔包括油管输送和电缆输送两种。油管输送工艺相对成熟，但转动油管实现定向的操作其定位精度问题至今仍存在较大争议。电缆输送陀螺定向射孔工艺可在井斜角小于 30°的井中使用，且定位精度高、施工效率明显优于油管输送定方位射孔，目前发展较快。
水平井定向射孔一般采用一体式配重系统作为 其定向装置（见图 3），在长井段水平井射孔工艺上，为了确保施工安全，采用配套的单向、双向压力延时起爆器，利用分段起爆的方式，实现超长井段的一次射孔。
另外，为了解决水平井钻井污染和井眼轨迹偏离储集层等问题，水平井定向多级复合射孔技术逐步发展起来，目前已经成为国内各油田制定单井增产解决方案的首选技术之一。2013 年，该技术已经在塔里木油田 TZ16-16H 井成功应用，射孔段井深 4 190～ 4 293 m ，采用 FS96-13DP29 枪 +YS95 压裂枪、SDP39HMX29-2 射孔弹组成的多级复合压裂射孔器进行射孔，通过两级装药，多次做功，使井筒内压力作用时间延长到 800 ms 以上，孔缝综合穿深达到 5 000 mm 以上，获得了显著的增产效果。
另外，利用定向射孔技术还可以防止对井下完井设备造成损害，修补套管外的水泥窜槽，在压力控制作业中建立与救援井之间的连通等。同时对出砂严重的水平井沿应力差异最小的方向进行定向射孔，可以减小压降，改变流动形态，在井眼周围形成更均匀的应力分布，从而可以减轻出砂。
2.1.4 负压及动态负压射孔技术
负压射孔和动态负压射孔技术都是通过在井筒中设计负压，使井筒压力低于地层压力，射孔时利用地层与井筒间的压力差产生快速的冲击回流，冲洗孔道附近地层和孔道内的堵塞物和爆炸残余物，清洁油流通道，使近井带地层的渗流特性更接近于原始地层，是一项较理想的射孔增产工艺技术。该技术起源于美国，近几年在国内也得到了发展。目前国内成熟的负压射孔工艺是利用管内封隔器将射孔层段隔离，然后在油管内按要求形成负压，通过投棒或压力起爆方式使油管与封隔器以下套管环空沟通，在射孔段形成负压，继而引爆射孔枪实现负压射孔（见图 4），负压射孔作业时在射孔管串上可配套安装井下压力计以及其他配套装置，记录井内施工全程的压力和温度，并提供地层表皮系数、原始地层压力、渗透率、地层系数、预测产量等各项数据。
动态负压射孔工艺技术通过在射孔枪串上连接一套负压舱，射孔时产生的爆炸能量瞬间打开负压舱，使射孔层段套管环空液体瞬间进入负压舱，从而在套管环空形成负压。该项技术的优点是负压形成的方式和现场作业工艺更加简单，同时能够与动态负压射孔优化设计软件配套使用。
2.1.5 全通径射孔技术
全通径射孔技术是采用油管将特制的全通径射孔器和配套的井下工具连接在一起下入，并由校深短接定位（见图 5），输送至目的射孔层后，起爆器点火，全通径射孔枪内射孔弹爆炸，残渣会自动落入井底或口袋枪中，射孔管串内形成与油管相当的通径，不需提管柱或丢枪作业就可顺利开展后续测井、酸化压裂、地层测试等作业，避免了多次作业对井下参数的影响，测试数据更能体现储集层的原始物性，使油层评价更为准确。另外，一趟管柱可完成多趟管柱工作量，能够大幅度降低作业成本、缩短作业周期。全通径射孔技术在起下管柱作业复杂的深井、超深井，压井作业
困难的低压气井以及现场环境恶劣、作业困难的地区具有明显的优势。
2.1.6 泵送射孔与桥塞联作技术
在水平井压裂工艺上，由于受井筒、地质条件和压裂设备水平的限制，必须采用分段射孔和压裂才能实现储集层的最大开发效率。传统的油管输送水平井射孔工艺很难实现多段射孔和压裂，施工安全性差、周期长、作业成本高。泵送射孔与桥塞联作工艺采用电缆输送方式，每段压裂只需一次电缆下桥塞并完成多次射孔，简化了作业工序，大幅降低了作业时间和作业成本，压裂完成后桥塞可快速钻掉。泵送射孔是国外页岩气、煤层气以及致密油气开发的一项主流技术，北美地区 85%的致密油气和页岩气开发均采用此项技术。国内近两年也开始大规模使用该项技术进行非常规油气的射孔压裂改造。泵送射孔与桥塞联作施工工艺装备主要包括电缆射孔作业车、防喷井口装置、泵送射孔枪、可选发射孔开关组件、座封工具及可钻复合桥塞以及钻塞用的钻削磨鞋。
2.1.7 定面射孔技术
目前，国内外常规的射孔器大多为 60°相位螺旋布孔的射孔器，螺旋布孔方式不能起到有效引导裂缝走向的作用，压裂时裂缝只能沿垂直于天然最小主应力的方向扩展，裂缝走向不能控制，在分段压裂中极有可能造成段与段之间压裂裂缝的交叉串通，影响压裂效果。压裂裂缝的走向垂直于井筒轴向并沿井筒径向扩展才能获得最佳的缝网系统。因此，2013 年出现了一种新型的定面射孔技术。
定面射孔技术改变了常规螺旋布弹方式，采用特制超大孔径射孔弹及特殊布弹方式，射孔枪分簇布弹，每簇有 3 发射孔弹，射孔方向形成一个扇面（见图 6）。射孔后，在垂直于套管轴向同一横截面的套管内壁上形成多个孔眼，多个孔眼的圆周排布可形成沿井筒径向的应力集中面，扇形应力集中面与常规射孔的应力集中点相比，有助于破碎岩层，从而降低储集层破裂难度。压裂时，裂缝沿着较易破裂应力集中面向井筒径向扩展，实现近井地带裂缝走向可控，避免段与段之间压裂裂缝的交叉串通，提高缝网系统的完善程度。采用超大孔径射孔弹能提高孔眼面积，提高井筒与储集层的沟通能力，有效降低孔眼摩阻，提高产能。
另外，枪内分簇布弹的簇数可按照单井的水力压裂设计要求配套设计。该项技术不仅能与泵送桥塞射孔工艺配套实现水平井多簇定面射孔和分段压裂联作工艺，也可用于直井水力压裂前的预处理，干扰裂缝走向，降低地层破裂压力。2013 年定面射孔技术已经在吉林油田现场应用 23 口井，施工层数达 61 层，射孔成功率 100%。射孔后进行水力压裂，地层破裂压力明显降低，投产后，采用定面射孔的水平井产液量和产油量比采用常规射孔的水平井有明显提高（见表 2），取得良好的应用效果。
2.2 射孔优化设计及检测技术
2.2.1 射孔优化设计
射孔优化设计一直是研究的热点，国外一些知名研究机构和企业都相继推出了针对油藏地质条件和油井状况的常规射孔工程优化设计软件，国内一些大学和油田研究机构也在近年推出了不同版本的射孔工程优化设计软件。目前常用的常规射孔优化设计的算法及模型主要建立在半经验的基础上，主要涉及多参数的敏感性分析，包括井筒半径、射孔孔眼直径、射孔密度、储集层非均质性、生产压差、渗透率、钻井污染程度、钻井污染深度、射孔相位、射孔压实程度及射孔压实深度等。
近几年，国内的射孔技术体系进一步完善，在常规聚能射孔优化设计的基础上拓宽了应用范围，逐步覆盖到复合射孔等一些新型射孔技术（见图 7），优化设计涵盖了针对井筒和地质状况的火药量计算、火药压力峰值及作用时间计算、裂缝长度及套管安全性的计算和评价等，但是其准确性和适用性还有待于继续深入研究和现场验证。
2.2.2 射孔检测技术
射孔测试检测技术近年来得到了大力发展，近几年，我国在射孔器射孔穿深检测上，规范采用了美国石油协会推行的 API RP19B 标准混凝土靶制作及射孔检测方法，使射孔器的穿深指标与国际接轨。同时建立了复合射孔单元枪的试验装置及检测方法，并在2011 年推出了《油气井用复合射孔器通用技术条件与检测方法》行业标准，使复合射孔的测试检测手段有理可依、有据可循。
3 射孔技术未来发展方向
随着油气田开发不断向页岩气、煤层气、致密油气等非常规油气以及主力油田边缘的薄差层、边底水区块转移，同时也为了满足大量老油田增产增注、挖掘水淹层剩余油的生产需求，射孔不仅承担打开井筒与地层的角色，未来射孔技术的发展更关注与油藏地质和完井工艺的紧密结合，特别是与完井工具的结合。
对于页岩气、煤层气、特低渗透—致密油气等非常规油气，油气井需要采用水力压裂才能获得产能。
对于斜井(包括大斜度井)、丛式井、水平井等特殊结构井，有效控制裂缝走向，完善缝网系统是决定单井油气产能的关键。对于这些油气井，射孔应该解决的问题是：①在井壁上获得更大的流通泄流面积；②有效减小储集层破裂压力，降低水力压裂实施难度； ③科学引导压裂裂缝延伸方向、诱导压裂裂缝与天然裂缝的沟通、完善缝网系统，提高产能。以定面射孔、定射角射孔、定方位射孔为基础，实现 3 项射孔技术的优势互补和有机集合，形成完善的“3D”射孔技术及其配套工艺，将成为非常规油气藏和特殊结构井开发的新思路。同时需要建立“3D”射孔技术检测手段和优化体系，形成与不同井型、井况和油气藏特点匹配的射孔技术方案，达到提高产能的目标。
对于薄差层、含边底水油层、水淹层剩余油等无法实施水力压裂的新井或老井，精确定向的超深穿透射孔与定向工具结合的技术研发、与地质状况结合的能量可控的新型复合射孔技术研发、针对地层个性化问题的射孔方案的制定和优化等都是下一步射孔完井的研发方向。
对于深层、超深层，由于井下温度高、压力高、射孔管柱工况复杂，常规射孔器及射孔技术不能满足深井安全、高效作业要求，需要开发耐压 175 MPa，耐温 210 ℃/170 h，满足 6 000 m 以上井深射孔需求的高温深穿透射孔弹、高压射孔枪、抗硫防爆射孔器材以及深井射孔作业工艺技术。
对于水平井分段压裂，分簇射孔对压裂的影响很大，目前国内外先进的分段压裂分簇射孔工艺应用比较广的有“电缆输送泵送射孔+可钻桥塞联作”和“连续油管拖动分簇射孔+桥塞联作”两项工艺技术。而针对 1 口井的具体井筒和储集层条件如何进行分段和分簇，以及后期的评价方法也是未来一项重要的研究方向。国内外有许多研究机构已经开始了此方面的研究工作，但还没有形成一套完整的理论支撑，有待于进一步的研究和发展。
对于老井增产改造，现在许多油田都出现了老井 产能下降的问题，其中包括套管射孔完井、筛管完井和裸眼完井的老井。老井产能下降的原因比较复杂，有些是原射孔不够完善，有些是地层能量不足，有些是长时间采油过程中油层中的固相颗粒和高分子聚合物聚集造成的近井带堵塞。如何通过射孔补孔或爆燃压裂使这些老井重新恢复产能也是射孔技术未来一种重要的研究方向。
4 结语
随着国内外油气藏开发类型的不断丰富，油田开发难度不断增大，对配套技术的发展提出更高的要求，射孔技术已经逐渐由一种单一的完井方法逐渐成为油气藏开发过程中的重要环节。在保护储集层，提高产能和作业效率，改善非常规油气田开发效果，恢复老油田产能、延长油田开采寿命，最大化挖潜剩余油，提高油田最终采收率等方面发挥着越来越重要的作用。随着未来油气开发领域的不断开拓，射孔技术将会面临更多、更复杂的问题，射孔技术的发展之路也会更加广阔。
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