张启龙 梁月松 陈立强 孟凡华 侯新旭

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司. 海洋石油高效开发国家重点实验室，天津 300459；2.中海油田服务股份有限公司，天津 300459；3.中海油能源发展有限公司工程技术分公司，天津 300459)

0 引言

射孔作业是指完井钻井结束，并下入套管固井后，下入射孔管柱，引爆炸药形成高能射流冲击套管，利用射流的巨大冲击力，射穿套管、水泥环和地层，起到沟通地层和井筒的目的，为地下原油流入井筒创造通道[1]。这种完井方式叫做套管射孔完井，其具有以下优势：

(1)连通条件好，地层流体流向井筒的通道通畅；

(2)套管能够有效支撑井壁，防止井壁垮塌；

(3)有效封隔油水层，实现层位的分层开采；

(4)井筒条件满足侧钻要求，为下一步作业创造有利条件；

(5)工艺步骤简单，成本较低。

鉴于以上优点，套管射孔完井方式成为海上最主要的完井方式之一，但射孔易产生压实带并且碎屑易堵塞孔眼，增加射孔作业的表皮系数，从而影响产能。但如果采用较大射孔负压，虽会降低流动摩阻，但由于海上油田以疏松砂岩为主，较大负压易造成地层大量出砂，影响单井的生产寿命[2]。为了解决以上矛盾，海上油田逐渐形成一套射孔工艺，既能保证射开地层，减低附加表皮系数，又能降低单井大量出砂的风险。

1 射孔方式分类

1.1 根据传输方式分类

根据射孔的输送方式，电缆射孔、连续油管输送射孔和油管传输射孔(TCP射孔)。电缆射孔是利用电缆下入射孔工具进行射孔作业，其传输能力强，能通过电缆信号引爆数百米的射孔段进行射孔，且作业效率较高，但该射孔工艺只适用于井斜较小的井，而海上油田以大斜度定向井为主，因此其在海上应用较少。而连续油管输送射孔方式利用连续油管进行传输射孔作业，其与TCP射孔方式类型，只是利用连续油管代替普通油管，但由于海上平台空间和吊机工作重量限制，连续油管在海上作业成本较高，且作业深度限制较大，因此在海上油田应用较少。目前，海上油田应用最多的射孔方式为TCP射孔方式，其通过油管进行传输，利用投棒或者环空加压的方式，完成射孔作业，其能够满足高孔密、深穿透、大孔径等射孔要求，可以设置射孔时的压力以满足反排要求，且工艺成熟，作业成功率较高，该方式也是国内外各大油田最常用的射孔方式。

1.2 根据压力分类

根据射孔时井筒内的压力情况，分为正压射孔、平衡射孔和负压射孔。当射孔时井筒的压力大于地层压力时，此射孔方式为正压射孔，该射孔方式能够有效压制地层压力，防止地层流体快速流入井筒而对井筒安全造成威胁，但其会对地层产生较大压实作用，且使炮弹碎屑等污染物进入地层，从而影响最终产能，因此该射孔方式在海上应用较少。而负压射孔与正压射孔相反，其在射孔时井筒压力明显小于地层压力，因此射孔后大量地层流体带动污染碎屑流入井筒而被排出，保证了井筒的清洁且降低了井筒表皮系数，增加了单井的产量，但是由于井筒压力小于地层压力，会导致大量流体流入且易造成管柱出砂，因此其只在井壁稳定的致密砂岩应用较多，而海上油田储层以疏松砂岩为主，因此其在海上油田应用也较少。海上油田目前常用的射孔方式为平衡射孔，射孔时的井筒压力约等于地层压力，从而在井筒安全和清洁之间寻找平衡，为了能够将射孔后的碎屑等污染物排出，该射孔工艺往往与负压反涌作业联合，既保证了井筒安全又降低了井筒表皮。

2 海上常用射孔工艺介绍

根据海上作业特点，海上常用的射孔方式为平衡TCP射孔与负压反涌联作，即先用平衡射孔作业打开地层，再利用负压反涌工艺进行反排，解除射孔污染，分别从射孔参数的优化设计、管柱设计和施工步骤等角度对该工艺进行介绍[3]。

2.1 射孔参数设计

射孔作业关键步骤为参数的设计，首先根据地层特征和射孔表皮计算公式，计算不同孔径下的产能变化，寻找产能最优的射孔孔径，再计算不同射孔深度下的产能变化，得到产能最优条件下的最优射孔深度，当两个参数存在矛盾而没有对应射孔弹时，根据储层性质进行优选。当储层为为致密储层时，孔密和孔深的影响大于孔径和相位，此时选择深穿透射孔弹；当储层为疏松砂岩时，孔径的影响大于孔密大于孔深大于相位，此时选择大孔径射孔弹。

负压设计时应考虑以下因素：能够降低射孔压实污染，降低表皮系数；返排物不应卡死负压射孔管柱；参考以往类似油、气井的负压射孔实践经验值；不破坏地层岩石骨架。根据以上因素，利用实验方法建立了负压计算公式，最小负压Pmin=6.89×3.5/(K0.37)，最 大 负 压Pmax=6.89×2.5/(K0.17)，其中K为地层渗透率，单位为μm2×10-3。设计负压位于两者之间。根据作业经验，有出砂历史的油田射孔作业时，设计负压值P=0.8Pmin+0.2Pmax，没有出砂历史的油田，设计负压值P=0.8Pmax+0.2Pmin。

2.2 管柱设计

根据负压反涌的管柱类型，作业方式分为一趟管柱射孔与负压反涌联作和两趟管柱射孔与负压反涌作业。一趟管柱射孔与负压反涌管柱从下往上依次为压力延时点火头、射孔枪、压力延时点火头、负压阀、流量阀、RTTS封隔器、震击器、钻杆。其采用的引爆射孔弹方式为环空加压，打开流量阀的方式为投棒砸开负压阀，其造负压方式为用油管流量阀到达预计的深度后，钻杆内打压关闭流量阀，该点以上的油管都是空气，从而制造负压值。而两趟管柱负压负压反涌的管柱从下往上依次为：盲堵、负压阀、RTTS封隔器、负压阀传压孔、震击器、流量阀、钻杆。其采用环空加压方式，通过传压孔穿过封隔器后打开负压阀，造负压方式与一趟一趟管柱射孔与负压反涌管柱一样。在设计时，井斜较小的井(一般小于70°)采用一趟管柱射孔与负压反涌联作方式，而井斜较大的井(一般大于70°)采用两趟管柱射孔与负压反涌作业。

2.3 作业流程

一趟管柱射孔与负压反涌联作方式的施工步骤为：根据射孔管柱表组装下入射孔管柱，下钻到位后测量方余；钻杆内电测校深，根据校深长度配长；放到射孔位置关闭上闸板和万能防喷器，环空打压后稳压1min，打开防喷器听到震动后确认射孔成功；打开防喷器将转注上提到射孔段以上，防止卡枪；射孔作业后，上提一定距离后正转下压坐封RTTS封隔器，进行环空试压；油管连接考克，考克阀关闭，里面装着点火棒，连接循环头和方井口；打开考克，点火棒下落将负压阀打开，进行负压反涌，污油进入方井口的一个支路进入污油灌；反涌完毕，上提管柱解压RTTS，关闭万能防喷器进行反循环压井，反出的污油进入污油灌，待返出干净后，进入另一个支路返回泥浆池。

两趟管柱射孔与负压反涌作业的施工流程为：根据射孔管柱表组装下入射孔管柱，下钻到位后测量方余；钻杆内电测校深，根据校深长度配长；放到射孔位置关闭上闸板防喷器，钻杆内正打压后稳压1min，打开防喷器听到震动后确认射孔成功；起射孔枪至射孔段以上，防止射孔枪砂；连接方井口及地面管线，进行反循环压井洗井，返出原油进污油罐，待返出液基本无原油后，返出液进泥浆池；连接单独放喷管柱并下入；下钻到设计流量阀位置，正打压关闭油管流量阀(造成后续连接的管柱内为空的，从而造成负压)；继续下钻，到位后正转下压坐封RTTS封隔器，进行环空试压；连接方井口及地面管线，然后环空打更高的压力通过负压阀开孔传压装置传递到封隔器下方的负压孔并打开；负压反涌一段时间，返出的污油和水经过油气分离后进入污油罐；上提解封RTTS，环空补完井液。

目前海上特色射孔工艺已成功在海上油田应用数百口井，在保证井筒安全的基础上，大幅降低了射孔表皮，从而增加了单井的产量和生命周期，解决了常规射孔工艺存在的缺点，有助于海上油田实现稳产和增产目标。

3 结语

(1)根据海上作业特点，海上常用的射孔方式为平衡TCP射孔与负压反涌联作，即先用平衡射孔作业打开地层，再利用负压反涌工艺进行反排。

(2)井斜较小的井(一般小于70°)采用一趟管柱射孔与负压反涌联作方式，而井斜较大的井(一般大于70°)采用两趟管柱射孔与负压反涌作业。

(3)一趟管柱射孔与负压反涌联作方式与两趟管柱射孔与负压反涌作业造负压的原理相同，但打开负压阀方法有所区别，前者利用投棒砸开负压阀，后者通过环空加压，压力从传压孔传递到负压阀使其打开。