鉆完井作業(yè)技術：TCP培訓課程

油氣井射孔與射孔器材

2005年1月25日

朱進初

課程內(nèi)容第一章：射孔簡介第二章：炸藥的一般知識第三章:射孔器

無槍身聚能射孔器有槍身射孔器聚能射孔彈結構與穿孔原理射孔槍第四章：射孔環(huán)境對射孔質量的影響第五章：火工器材與起爆器

各種點火頭原理和使用條件剪切銷（起爆壓力）計算與裝配TCP射孔負壓的選擇第六章：井下工具第七章：射孔優(yōu)化與施工設計第八章：施工中所出現(xiàn)的問題探討第九章：射孔器材檢測射孔定義：利用火工器材或者其它能

源的能量射開套管、水泥

環(huán)和地層，溝通油氣流流

通通道的井下作業(yè)叫射孔。

第一章、射孔簡介

最早的采油方式是裸眼采油或者是篩管采油，隨著固井工藝的產(chǎn)生，發(fā)展了射孔采油工藝。從1932年開始在油氣田的勘探開發(fā)中應用射孔工藝以來，射孔彈由最初的子彈式發(fā)展成為目前廣泛使用的聚能射孔彈。射孔彈分為深穿透和大孔徑兩大類，能滿足常溫到高溫地層的完井射孔需要。射孔傳輸方式分為電纜射孔，油管輸送射孔（TubingConveyedPerforation）和過油管射孔和連續(xù)油管輸送射孔。射孔工藝有TCP/DST聯(lián)作、復合射孔、定向射孔、水平井射孔、連續(xù)油管負壓射孔等。射孔有正壓和負壓射孔兩種，各有其不同的特點，視不同的井筒、地層條件及完井工藝要求選擇不同的射孔工藝。隨著射孔技術的不斷發(fā)展和甲方對油田完井工藝要求，對射孔器材和工藝的選擇采用軟件進行射孔優(yōu)化設計。簡介射孔的傳輸方法

目前國內(nèi)外廣泛采用的射孔傳輸方法主要有以下幾種：電纜傳輸射孔油管傳輸射孔

TCP（TubingConveyedPerforating)過油管射孔（電纜輸送負壓射孔）連續(xù)油管輸送射孔鋼絲輸送射孔

電纜輸送射孔

優(yōu)點：射孔定位快捷、準確；電雷管引爆可靠性強；作業(yè)簡便快捷，一次下井可進行多層射孔。缺點：一般情況是正壓射孔，容易對地層造成污染，影響產(chǎn)能；對地層壓力掌握不準時，射孔后容易產(chǎn)生井噴；受電纜輸送能力或者防噴管長度的限制，下槍的長度有限；容易受外界因素干擾或則誤操作而發(fā)生爆炸。

過油管射孔優(yōu)點：能形成負壓或平衡壓力射孔，對油氣層污染?。簧淇缀竽荞R上進行生產(chǎn)。缺點：槍和彈尺寸受油管內(nèi)徑限制，穿深淺，孔徑小，對產(chǎn)量有一定影響；槍或者彈夾變形后容易遇卡。

油管輸送射孔（TCP）

優(yōu)點：可與DST進行聯(lián)作；輸送能力強，一次下井可射孔數(shù)百米；能根據(jù)油氣層巖性特點，設計負壓值；射孔后可釋放射孔槍；能在大斜度井和水平井中進行作業(yè)。缺點：返工時間長，對火工器材要求耐溫高。連續(xù)油管射孔優(yōu)點：可用壓力起爆器引爆射孔槍；

輸送能力強，一次下井可以射孔幾十米～上百米；可在負壓條件下射孔；射孔后可以釋放射孔槍；可在大斜度井以及水平井中射孔。缺點：對防噴管的長度要求有足夠的長度；校深比較麻煩。鋼絲輸送射孔TCPSTRING第二章、炸藥的一般知識一、爆炸的概念

爆炸是指物質急劇的物理或化學變化。在變化的同時，伴隨著該物質含有的能量急劇地轉變?yōu)閴嚎s能和運動能，爆炸最重要地特征是爆炸點周圍介質發(fā)生劇烈的壓力突躍。爆炸做功的根本原因在于系統(tǒng)中原有的高壓氣體或在爆炸瞬間形成的高溫、高壓氣體聚然膨脹，導致在爆炸點周圍介質中壓力發(fā)生急劇的突躍，從而產(chǎn)生爆炸破壞作用。二、爆炸三要素

炸藥爆炸－－炸藥在外界作用下（如撞擊、電流、熱等）內(nèi)部發(fā)生劇烈的化學變化，急劇地釋放出大量的熱能，并產(chǎn)生大量的氣體，對外界作機械功（破壞功或推動功）稱為炸藥爆炸。爆炸三要素－－形成炸藥爆炸不可缺少的放熱性、快速性和生成大量氣體三大特性稱為爆炸三要素。

三、炸藥的主要指標：

敏感度－隨其成分不同，都具有或大或小抵抗外界作用而不發(fā)生爆炸的能力。安定度－炸藥在長期貯存時，保持其物理和化學性能不變能力。熱感度－炸藥在熱能的作用下發(fā)生爆炸、燃燒或分解的難易程度。機械感度－炸藥發(fā)生一些撞擊、摩擦和擠壓，在這些外力的作用下是否安全，能否發(fā)生爆炸稱為機械感度。起爆感度－炸藥在其它炸藥爆炸的作用下，發(fā)生爆炸變化的能力四、影響炸藥感度的因素：

炸藥的晶形和細度對感度的影響；溫度對感度的影響；密度對感度的影響；附加物對感度的影響。五、炸藥爆炸的五個標志量

綜合評定一種炸藥爆炸性能的優(yōu)劣時，常采用以下五個標志量，即炸藥的爆熱、爆容、爆溫、爆速和爆壓。

爆熱：單位質量炸藥爆炸時所釋放出的熱量稱為炸藥的爆熱。爆容：每千克炸藥爆炸后形成的產(chǎn)物在標準狀態(tài)下所占有的體積。

爆溫：炸藥爆炸瞬間所放出的熱量將爆炸產(chǎn)物加熱到的最高溫度。爆速：在爆轟過程中，前沿沖擊面與后面的化學反應區(qū)是以相同的速度在爆炸物中傳播的，該速度稱為爆轟傳爆速度，簡稱為爆速。爆轟壓力：炸藥爆炸時，爆轟波陣面上的壓力稱為爆轟壓力。六、炸藥爆炸的形式分類

炸藥爆炸按反應的速度和性質分為爆燒（爆燃）和爆轟兩種形式。

爆燃：炸藥本身含有氧化組分和可燃組分，在無外界提供氧的情況下也能燃燒，炸藥在不從空氣中補充氧情況下的燃燒為爆熱。

爆轟：爆轟與爆燃現(xiàn)象相似，也是一種化學反應區(qū)的傳播過程，但其傳播速度極快，一般每秒為數(shù)百米至數(shù)千米，這種化學反應區(qū)的高速傳播現(xiàn)象稱為爆轟波的傳播，傳播的速度稱為爆速。在正常情況下，導爆索及聚能裝藥爆炸后均產(chǎn)生爆轟。爆燃和爆轟的傳播機理：燃燒是通過熱的傳導、擴散和輻射在炸藥中傳播；爆轟則是通過沖擊波傳播的，爆轟波就是伴有高速化學反應的沖擊波。

燃燒（幾米/S）爆炸（幾千米/S)爆轟(速度恒定）七、炸藥的分類按組分可分為單質炸藥和混合炸藥兩類。

單質炸藥：為單一成分的爆炸物質，多數(shù)為內(nèi)部含有氧的有機化合物。混合炸藥：由兩種以上獨立的化學成分物質構成的爆炸物質。

按用途可分為起爆藥、猛炸藥、火藥以及煙火劑四大類。起爆藥：又稱初發(fā)炸藥，主要用作激發(fā)高猛炸藥的引爆劑。猛炸藥：又稱次發(fā)炸藥，只有在相當強的外力作用下才能發(fā)生爆炸，一旦起爆后，它們就具有更高的爆速和更強烈的破壞威力。常用的猛炸藥有梯恩梯、黑索金、奧克托金等。

火藥：主要用在發(fā)射槍彈或炮彈，以及用作發(fā)射火箭的燃料，在射孔作業(yè)中主要用作延時火藥、橋塞火藥等。常用的火藥有黑火藥、無煙火藥等。

注：延時火藥裝置輸入輸出兩端裝的是炸藥。煙火劑：通常是由氧化劑、有機可燃物或金屬粉及少量粘合劑混合而成，如照明單中的照明劑、煙幕彈中的煙幕劑。油氣井用炸藥按耐溫性能分類：一般按射孔彈主炸藥耐溫性能劃分，分為三種類型。

普通型炸藥（RDX)：

高溫型炸藥（HMX)：

超高溫型炸藥（HNSPYX)：八、射孔器用單質猛炸藥

黑索金（RDX）：廣泛用作普通射孔彈用混合炸藥的主裝藥，并用于雷管和導爆索。奧克托金（HMX）：主要用作高溫射孔彈用混合猛炸藥的主裝藥，并用于雷管和導爆索等配套器材。六硝基芪（HNS）：作為超高溫射孔彈用混合炸藥主裝藥，主要用于雷管和導爆索。

二硝基吡啶（PYX）：主要用于超高溫射孔彈、雷管和導爆索。

單質猛炸藥的耐溫性能與時間關系：炸藥的耐溫性能與時間成反比關系，即炸藥隨受熱時間的增長，其耐溫性下降。反之，耐溫性能提高。（見幾種炸藥的耐溫與時間關系圖）黑索金（RDX）

耐溫：155°C/5小時107°C/200小時

爆速：8120m/s澳克托金（HMX）

耐溫：190°C/5小時142°C/200小時

爆速：8900m/s六硝基芪（HNS）

耐溫：263°C/5小時225°C/200小時

爆速：6940m/s二硝基吡啶（PYX）

耐溫：287°C/5小時252°C/200小時

爆速：7050m/s射孔火工器材常用的幾種炸藥第三章、射孔器射孔器是用于油氣井射孔的器材（或者裝置）及其配套件的組合體。射孔器的作用是射穿井下封閉油氣產(chǎn)層的套管、水泥環(huán)并深入油氣層，并形成溝通井筒與油氣產(chǎn)層的流體通道。根據(jù)射孔器射孔方式的不同可分為聚能射孔器、子彈式射孔器、水力噴砂射孔器、激光射孔器及復合射孔器等。目前常用的是聚能射孔器。一、聚能射孔器

1、聚能效應如果炸藥塊（裝藥）的一端有空穴，當炸藥從另一端開始起爆后，有空穴的這一端對周圍介質的局部破壞作用將會大大地增強。這種利用裝藥一端有空穴來提高裝藥對周圍介質局部破壞作用的效應稱為炸藥聚能效應。該現(xiàn)象即為聚能現(xiàn)象。聚能射孔器是利用炸藥爆轟的聚能效應產(chǎn)生的高溫、高壓和高速的聚能射流完成射孔作業(yè)的射孔器。按其結構分為有槍身射孔器和無槍身射孔器兩類。射孔彈影響穿孔形態(tài)的因素－聚能效應2、聚能射孔器

聚能射孔器是利用炸藥爆轟的聚能效應產(chǎn)生的高溫、高壓和高速的聚能射流完成射孔作業(yè)的射孔器。按其結構分為有槍身射孔器和無槍身射孔器兩類。

有槍身射孔器

由聚能射孔彈、密封的鋼管（射孔槍）、彈架、起爆器、傳爆部件（或裝置）等構成的射孔總成。

無槍身射孔器

由無槍身射孔彈、彈架（或非密封的鋼管）、起爆器、傳爆部件（或裝置）等構成的射孔總成。有槍身射孔器無槍身射孔器3、聚能射孔器的基本性能要求

聚能射孔器的性能直接關系著射孔的效果和射孔后對井下環(huán)境的影響和破壞。因此，對射孔器的評價，一般通過穿透性能（穿深、孔徑）、射孔槍的變形（外徑脹大、裂紋等）、套管傷害（外徑脹大、內(nèi)毛刺高度、裂紋等）等指標進行評價。另外，射孔彈、射孔槍、導爆索和雷管等作為組成射孔器的主要部件，其個體的性能對于保障射孔器的基本性能也起著關鍵的作用。

聚能射孔器的性能試驗方法有地面混凝土靶試驗和模擬井試驗。聚能射孔器的性能及要求分為以下幾種：穿透性能指標射孔槍及套管損壞變形指標產(chǎn)品可靠性及安全指標其它影響產(chǎn)能的指標關鍵指標為穿孔率，一般指標為盲孔對位率。四、其它射孔器

1、子彈式射孔器

1930年最早出現(xiàn)在美國的子彈式射孔器，在美國和原蘇聯(lián)等國獲得廣泛的工業(yè)性應用，主要用于較軟地層。我國在50年代初期從蘇聯(lián)引進并推廣使用，隨著1957年有槍身聚能射孔器的產(chǎn)生，到60年代初，各種子彈式射孔器已完全停止使用。子彈式射孔器在地層中形成的孔道很短，末端被子彈堵塞，且被射孔套管內(nèi)壁一般都產(chǎn)生嚴重的毛刺。這些因素大大限制了它的進一步推廣使用。

2、水力噴砂射孔器

60年代初以來，水力噴砂射孔在國外逐步成熟，用于準備進行水力壓裂的地層、聚能射孔效率不高并且地質和技術條件復雜的地層進行射孔，以及在一些特殊條件下使用。這種方法是借助于含有分選好的石英砂或其它磨料的高壓液流進行井下射孔。水力噴砂射孔主要的優(yōu)點是：在地層中形成大的梨形孔道，有利于降低采油時孔道內(nèi)的壓力損耗；不產(chǎn)生子彈。杵體等引起的孔道堵塞；有利于礫石充填和防止初砂。其缺點是成本高。4、復合射孔

這是一種目前正在發(fā)展中的新型射孔器。從意義上講復合射孔器分為兩類：一是兩種射孔方法的復合，另一類則是射孔燃氣壓裂的復合。子彈－聚能復合射孔器。這是兩種射孔方法的復合，其目的一是為了加深孔道，二是為了消除地層中孔道的堵塞和壓實。這種射孔器由于可靠性差等原因，至今未被推廣應用。射孔－壓裂復合射孔器（見圖）或稱射孔－燃氣壓裂一體化射孔。實際上，這是將聚能射孔完井和繼后的高能氣體壓裂兩種作業(yè)合二為一，利用炸藥和火藥的燃速差來實現(xiàn)先射孔后壓裂的。即在聚能射孔彈射孔后，壓裂彈（或火藥）隨著燃燒，利用燃氣脈沖加載來碎解被壓實的孔道，消除射孔孔眼近井地層污染；壓開致密巖層，使孔道周圍產(chǎn)生輻射狀的裂縫，從而提高地層滲透性能，實現(xiàn)油井增產(chǎn)增注的目的。這種復合射孔又分為一體式和分離式兩種。

內(nèi)置式高孔密復合射孔器結構外置式復合射孔器結構聚能射孔是靠聚能射流擠壓成孔，在孔道周圍存在著射孔壓實帶，使地層滲透率下降，盡管采用負壓射孔，但很難恢復到地層原始滲透效果。對于一些高滲透率的砂巖地層，在鉆井和固井過程中存在泥漿顆粒侵入和濾液流入污染地層問題，其結果會在近井帶形成低滲透區(qū)，并且，隨著地層的滲透性越好、孔隙度越大，這種污染程度也隨之加劇，污染半徑也隨之加大，對于這類污染嚴重的油井，單一的聚能射孔方法是很難解決這些問題的，實現(xiàn)井筒與未污染油層的良好溝通。

根據(jù)射流成孔是擠壓成孔的原理，在射流成孔的過程中，擠壓孔眼周圍巖石，形成低滲透帶。射孔后，金屬、水泥碎塊進入孔眼形成擠壓帶。復合射孔器特點與一般正壓射孔不同，它是在負壓條件下完成超壓射孔、壓裂；將固體推進劑裝在槍體內(nèi)和槍體外以及射孔槍串的上下部作為二次能量；可根據(jù)不同的地層和射孔情況選擇合理的壓裂藥量。射孔后還可以反沖洗射孔孔道。破除近井污染帶、增加滲流面積；效率高，一趟管柱即可實現(xiàn)射孔、復合壓裂作業(yè)；壓力峰值高、加載快，在孔眼周圍可形成網(wǎng)狀裂紋高孔密復合射孔器特點高孔密復合射孔技術將高孔密射孔和高能氣體壓裂技術有機的結合，在滿足高孔密、大孔徑的同時可以獲得更大的穿深，實現(xiàn)儲層與井筒更好的溝通。高孔密復合射孔射出的孔道，具有滲流面積大，網(wǎng)狀裂紋的特點，能大幅度改善液流狀態(tài)。高孔密復合射孔可以用于酸化、壓裂、注聚合物采油等增產(chǎn)措施，具有降低泵壓、各項液流分布均勻的等特性，效果明顯。可以進行電纜輸送、油管輸送射孔，并且可以與井下工具配套使用，可強化射孔——壓裂、射孔——投產(chǎn)、射孔——測試等聯(lián)作工藝的效果。高孔密復合射孔技術產(chǎn)品，采取內(nèi)部裝藥結構，外型與常規(guī)射孔相同，不增加任何作業(yè)難度，便于推廣使用。適用于現(xiàn)有各類槍型。復合射孔演示有槍身射孔器一、有槍身聚能射孔器特點有槍身聚能射孔器以密封的射孔槍作為爆炸材料（射孔彈、雷管、導爆索等）的承載體，隔離了井內(nèi)有害氣體和液體與爆炸材料的直接接觸。因此，使有槍身射孔器具有如下特點：由于射孔槍的作用，爆炸材料不跟井液接觸，只承受井下溫度的作用、部

分殘留或因密封失效時進入槍體的水產(chǎn)生的水蒸氣的作用、射孔槍里的各種材料分解時產(chǎn)生的氣體的作用。在殼體內(nèi)有很大的自由空間，從而可減輕爆炸材料受熱分解后的產(chǎn)物的排除過程，因此有槍身聚能射孔器有著很好的耐溫和耐壓性能。射孔后所產(chǎn)生的碎屑等爆炸殘留物均留在槍體內(nèi)。因此，有槍身射孔器對套管和管外的水泥層損壞較輕。有槍身射孔器按其使用情況可分為一次使用回收式、多次使用回收式和選發(fā)式有槍身聚能射孔器等。有槍身射孔器的主要優(yōu)點是穿透性能好，可靠性高和對套管及套管外的水泥環(huán)損壞輕微，其主要缺點是成本高。二、有槍身射孔器的分類1、一次使用回收式有槍身射孔器

此類射孔器是目前國內(nèi)外應用最廣泛的射孔器材，其主要特點是：射孔器適配的聚能射孔彈裝藥量范圍比較寬。射孔器的輸送方式多。射孔器的組裝簡單，利用傳爆接頭可組成長串射孔槍下井。有槍身射孔器的主要技術標稱：

彈的藥量槍身外徑孔密平均套管孔徑平均穿深耐壓方位盲區(qū)長度扣型抗拉強度SpecificationsPressureRating:80Mpa11600psiTemperatureUPTO200℃UPTO385℉TensilStrength:275000kg605000lbsCarrierThread:T6－1/4＂×5N（ACME）TandemShotSpacing:0.40m1.4ftGunWeightLoaded:70kg/m2、多次使用回收式有槍身聚能射孔器

這一類射孔器的主要特點是射孔槍可以多次重使用。工作原理是是每次射孔后，只需通過更換射孔槍的盲孔塞、射孔彈等部件即可重新射孔。此類射孔器在國外應用比較多。3、選發(fā)式有槍身射孔器

此類射孔器的特點是射孔時可根據(jù)不同的層的需要，選擇起爆射孔器，以實現(xiàn)分層射孔。三、有槍身射孔器的使用注意事項

在運輸和下井過程中，應盡量避免強烈的震動，防止聚能彈的藥型罩脫落或藥柱損壞。易受環(huán)境溫度影響，選擇合適的產(chǎn)品。爆轟產(chǎn)物直接作用在槍體上，防止槍身過于脹大而發(fā)生事故。在一定的相位下，孔密對射孔彈性能有影響，使用時，應按設計裝配，以防止因孔密過高，彈間產(chǎn)生干擾，降低穿深指標和孔眼圓孔率。若射孔槍密封不好，發(fā)生槍身泄漏，會發(fā)生拒爆或發(fā)生炸槍事故。無槍身射孔器一、無槍身射孔器的特點與分類無槍身射孔器的特點是射孔器在下井作業(yè)時，射孔彈、導爆索及雷管(或者起爆器）均裸露在井液中，直接承受井內(nèi)的溫度、壓力。連接各射孔槍的支架（彈架）形式多樣，按彈的形式將無槍身射孔器分為鋼板式、桿式、鏈接式、張開式等。無槍身射孔彈的彈殼材料通常有陶瓷、鋼、玻璃、鋁合金等。無槍身射孔器的優(yōu)點是成本底、施工效率高、操作簡便；主要缺點是由于受射孔彈裝藥量少、內(nèi)炸高小、殼體采用低密度、低音速材料等不利條件的限制，射孔穿深、孔徑、耐溫、耐壓指標均較低，可靠性差，而且對套管的損壞比較大，井下殘留物多。其中導爆索與雷管的密封、耐溫耐壓是最常見的技術問題。過油管射孔器系列二、過油管張開式射孔器

原有的過油管射孔技術在使用中存在孔徑小、穿深淺的致命問題，為解決這一難題，國內(nèi)外公司先后推出該項工業(yè)性應用的無槍身過油管張開式射孔器。采用張開式過油管射孔器可以在過油管后，在套中管射孔時達到常規(guī)射孔器的射孔效果，該射孔器能在通過油管前將。彈閉合在彈架管中，通過油管進入套管后將彈張開這樣，在油管井中相當于在。套管井中使用一種大直徑的射孔槍，其彈的裝藥量達25g，平均穿深大于480mm，使射孔效果得到明顯提高。

工作原理：

射孔器在通過油管時，射孔彈閉合在彈架中，導爆索與彈尾脫離接觸。射孔器通過油管后，先進行射孔深度校正并定位，然后地面接通負電源引爆釋放雷管，釋放裝置釋放鎖住的射孔彈，射孔彈靠彈簧的拉力張開成180度，此時，射孔彈彈尾起爆點與導爆索接觸，確認完全張開后，地面接通正電源起爆射孔雷管并引爆射孔彈。張開式射孔器工作原理張開式射孔器主要技術參數(shù)主要技術參數(shù)閉合外徑：48mm,張開直徑：104mm，

翻轉斜度：60°

耐壓：90Mpa,相位：180°

孔密：14孔/米,耐溫：160°C/4h

穿深：>480mm,孔徑：>9.5mm,

一次下井9米/電纜輸送聚能射孔彈

由炸藥、殼體及藥型罩等構成具有聚能效應的組合體。聚能射孔彈按其結構分為有槍身射孔彈和無槍身射孔彈。

功能：穿透槍身管壁、套管、水泥環(huán)和地層，形成油氣流通道特性：屬于二類炸藥，靈敏度和危險性低于導爆索，但由于用量多，危險性大。。結構：聚能射孔彈的結構由外殼、主炸藥、起爆藥和藥錐形襯套四部分組成。影響射孔彈的聚能因素:炸藥質量、聚能穴形狀和壁厚、聚能穴使用的材料、炸藥柱的對稱性、裝藥密度、藥柱的密封情況、起爆能以及加工技術和裝配工藝等。常用射孔彈的類型：按耐溫等級分有：常溫、高溫和超高溫三種。按穿透性能分有：深穿透和大孔徑二類。一、聚能射孔原理

聚能射孔彈是根據(jù)聚能效應原理設計的。當射孔彈被引爆后，裝藥爆轟，壓垮藥型罩，形成高溫高壓的高速聚能射流，射孔沖擊目的物，在目的物內(nèi)形成孔道，達到射孔的目的。

無槍身射孔彈是將帶有聚能穴（內(nèi)襯金屬藥型罩）的藥柱裝入密封的殼體內(nèi)，殼體的作用主要是隔離井液和承受外壓。有槍身射孔彈是將金屬或金屬粉末的藥型罩直接壓入裝有炸藥的殼體內(nèi)，殼體的內(nèi)腔決定藥柱的外形，由于有射孔槍槍身保護，射孔彈不接觸井液，不承受外壓。殼體的主要作用是延長藥柱爆炸對藥型罩的作用時間，提高裝藥的有效利用率，提高射孔指標。聚能射孔原理射孔彈的裝藥過程射孔彈結構射孔彈殼起爆藥主裝藥藥型罩深穿透射孔彈

目前,射孔的穿深越來越受到人們的重視。這是因為一方面穿透深度超過污染帶后能使產(chǎn)能有較大幅度的增加,另一方面盡可能提高穿深可以降低壓裂酸化的破裂壓力且提高壓裂酸化的增產(chǎn)效果。深穿透射孔彈結構起爆藥彈殼主裝藥藥型罩大孔徑射孔彈

為了滿足稠油井和防砂井的需要我們往往使用大孔徑彈，大孔徑彈的彈殼分別有無碎屑、低碎屑和鋼殼等幾種，其中低碎屑和無碎屑彈射后彈殼成≤2mm直徑的細粒，以便將其循環(huán)出井。大孔徑射孔彈結構ChargeCaseExplosiveLoadBoosterMaterialLiner射孔瞬間狀態(tài)理想的射孔孔道實際的射孔孔道射孔彈的裝藥量與標識23g28g32g39g43g等RDXHMXHNXPYXDP、BH、GH等ZINCSTEEL、LOWDEBRIS、NODEBRISDP52RDX-3DPHMX-127射孔槍

射孔槍分有槍身射孔槍和無槍身射孔槍。有槍身射孔槍是用于承載射孔彈的密封承壓發(fā)射體；無槍身射孔器中，它專指彈架，無槍身射孔器的密封承壓由無槍身射孔彈的彈殼承擔。有槍身射孔槍還分有盲孔和無盲孔射孔槍。一、射孔槍的外徑、孔密和方位射孔槍系列有：2-7/8″、3-1/2″、4″、4-1/2″、5″、6-1/4″和7″槍等。既有高孔密也有低孔密；根據(jù)不同的彈型配套的孔密有：13孔/米、16孔/米、20孔/米、40孔/米等方位有：60°、72°、90°、150°180°、30°/150°、45°/135°和72°/144°等多品種。穿深和孔徑有：深穿透和大孔徑兩種。二、射孔槍的主要部件槍身、槍頭組件、槍尾、中接頭組件以及彈架等。三、射孔槍的基本性能要求

射孔槍作為聚能射孔器的主體承載部件，最基本的性能是其機械強度性能，只有在滿足其機械性能的條件下，才能保證聚能射孔器在井下射孔時的可靠性和安全性。最基本的性能有以下幾點：抗拉強度、伸脹率和橫向沖擊性能等。可靠性和安全性。直度耐壓進行混凝土靶或者模擬井打靶試驗時，槍身變形、槍頭、槍尾不脫落等指標符合標準要求。

四、射孔器的配套對射孔深度的影響

同一種射孔槍、彈架配套不同的射孔彈對射孔的平均穿深、穩(wěn)定性等存在影響。同一種射孔彈配套不同的射孔槍、彈架，射孔效果有著顯著的差異，有的甚至差異懸殊。同一種射孔彈配有盲孔的射孔槍比配套無盲孔的穿孔深度深。同一種射孔槍配套不同的射孔彈射孔后對槍體的脹打量不同。聚能射孔槍、彈的配套設計對保證射孔作業(yè)的施工質量是十分關鍵的。五、射孔槍方位6方位，20孔/米射孔槍示意圖135°/45°，40孔/米射孔槍示意圖7”射孔槍8方位，40孔/米六、射孔槍的裝彈方式炸高：射孔彈藥型罩端面到槍體內(nèi)壁的距離。射孔間隙：槍體外壁到套管的距離。彈間干擾：射孔時，彈與彈之間的干擾。有開槽式、臺階式、壓邊式、加套式等、鏈接式。常用的裝彈方式造成彈間干擾的因素第一發(fā)彈被引爆第二發(fā)引爆前，爆轟波已達到。怎樣來減少彈間干擾？射孔槍射孔后的變形量測量點序號射孔前射孔槍外徑mm射孔后射孔槍外徑mm變形量mm1178．33179．240．912178．34179．351．013178．34180．452．114178．36181．242．885178．38179．461．086178．42179．561．14測量點序號射孔前射孔槍外徑mm射孔后射孔槍外徑mm變形量mm1178．37179．561．192178．35180．101．753178．35181．733．384178．30181．353．055178．30179．771．476178．26179．240．98

通過系列試驗表明，高孔密復合射孔槍有可靠自身安全性，峰值壓力接近射孔彈產(chǎn)生壓力，高于國內(nèi)、外有關資料的壓力峰值。調(diào)整藥量或改變藥劑組份，可滿足不同地層壓裂壓力。114槍混凝土靶試驗數(shù)據(jù)名稱單位測量數(shù)據(jù)平均值試驗前測量的數(shù)據(jù)射孔槍外徑mm114.9114.8115.1114.9114.8114.9套管外徑mm177.8177.8射孔后測量的數(shù)據(jù)射孔槍外徑mm114.6116.5117.5117.8117.9114.7116.5套管孔眼尺寸mm11.8×11.211.9×10.79.1×9.010.7×10.511.2×10.410.6×10.010.7×10.59.6×9.310.7×10.2套管內(nèi)毛刺高度mm觀察≤2.5mm套管外徑mm179.4180.1181.1180.9181.1180.3180.5射孔彈穿深mm550560670560500620530510563復合射孔器的造縫能力主裂縫長度mm貫穿全靶的主裂縫：>2400MMmm在孔道中有明顯的微裂縫第四章、射孔環(huán)境對射孔質量的影響影響海上油氣田開發(fā)費用昂貴，根據(jù)不同地層物性條件選擇合理的射孔工藝和優(yōu)化射孔參數(shù)（孔徑、孔密、相位和穿深等），對增加產(chǎn)能和減少修井補孔作業(yè)，提高油氣田開發(fā)生產(chǎn)效益有重大影響。射孔作業(yè)是油氣勘探和開發(fā)一個非常重要的環(huán)節(jié)，有效的射孔孔眼對于正確評價油氣層、提高油氣井產(chǎn)能和提高油氣藏采出程度是至關重要的，射孔系統(tǒng)及射孔彈的優(yōu)劣是提高射孔質量的前提。很多因素影響著射孔效果，包括射孔槍的外徑（射孔間隙和炸高）、射孔彈的質量、射孔器的裝配等等。因此，選擇合適的射孔器材是我們服務公司的責任和義務，也是我們與油公司以及射孔彈廠家的一個共同目標。

射孔器材主要是射孔彈和射孔槍。炸高：射孔彈藥形罩端面到射孔槍內(nèi)壁的距離。固有間隙：射孔槍外壁與套管內(nèi)壁的距離。影響射孔質量的因素序號套管（油管）外徑套管內(nèi)徑槍型套管與槍的間隙15-1/2"3-1/2"

3-3/8"26"4"37"29LB6.184"4-1/2"4-5/8"5"1.69"1.56"1.184"（43，40，30mm)49-5/8"47LB8.681"6-1/4"7"2.44"1.681"（61.98，42.7mm)53-1/2"2-1/8"62-7/8"1-3/4"2"72-7/8"1-7/8"一、射孔間隙、炸高對穿深和孔徑的影響固定有間隙1、射孔間隙對孔徑的影響靶型裝槍條件間隙mm穿深mm孔徑mm平均孔徑mm柱狀靶模擬裝槍011026×23.724.92211320.2×17.719.04511711.1×1010.6API-RP43混凝土環(huán)形靶裝槍0環(huán)形靶打碎，穿深無法測量20.47×20.7420.6720.54×19.2719.92017.23×19.1518.23611.4×10.6411.04310.9×10.010.52、射孔間隙對孔徑的影響3、射孔間隙對孔徑和穿深的影響4、射孔間隙對穿深的影響5、孔徑和穿深對產(chǎn)能的影響

射孔槍是輸送射孔彈的載體。射孔槍系列有：2-7/8″、3-1/2″、4″、4-1/2″、5″、6-1/4″和7″槍等。既有高孔密也有低孔密；根據(jù)不同的彈型配套的孔密有：13孔/米、16孔/米、20孔/米、40孔/米等方位有：60°、72°、90°、150°180°、30°/150°、45°/135°和72°/144°等多品種。穿深和孔徑有：深穿透和大孔徑兩種。二、孔密、方位、穿深和孔徑對產(chǎn)能的影響單螺旋6方位，20孔/米8方位，40孔/米射孔槍示意圖射孔槍相位PerforatingGunCasingZeroDegreePhasing0.0”ClearancexInchesPenetrationWellboreFluidChargePerformance–ZeroDegreePhasingPenetrationisdeflectedbyfluidbeforejettipreachescasing第五章、油氣井用火工品與起爆器射孔用的火工器材包括：射孔彈、導爆索、傳爆管、延時火藥、雷管、隔板傳爆裝置等。起爆器（點火頭）包括：機械點火頭、壓力點火頭、雙引爆點火頭、壓差點火頭等。

射孔用的雷管分電雷管（承壓雷管、不承壓雷管）和撞擊式雷管兩類。功能：用于射孔起爆裝置。電雷管用于電纜射孔、過油管射孔、橋塞、切割和解卡作業(yè)；撞擊式雷管用于油管輸送和連續(xù)油管傳輸射孔。特性:屬于一類炸藥，靈敏度高，極易啟爆。一、雷管撞擊雷管起爆器（撞擊雷管）

起爆器用于油管傳輸射孔作業(yè)中引爆導爆索和射孔彈,作為標準的點火元件,可與所有的擊發(fā)起爆裝置配合使用。(包括投棒、壓力、壓差系列起爆裝置)

外徑20mm0.787″總長37mm1.457″耐溫160℃全發(fā)火20lb.ft不發(fā)火8lb.ft電雷管：電雷管分為承壓電雷管和不承壓電雷管兩種，主要用于電纜射孔和工程作業(yè)。2、延時火藥延時起爆管由殼體、隔板起爆器、點火藥、延時火藥和猛炸藥構成，它是隔板起爆器和延時管的組合體。工作過程：由撞擊雷管、電雷管或傳爆管輸出爆轟波，引爆隔板起爆器，再引燃點火藥，并點燃延時火藥，經(jīng)過一定的時間點燃起爆藥，引爆猛炸藥，輸出爆轟波。延時時間：5～10分鐘延時的目的：射孔時構成負壓差。除火藥延時外，目前我們公司擁有的延時裝置有：電子延時（延時時間可達幾個小時）液壓油延時（延時時間可達1～2個小時）

延時火藥：

與延時裝置外殼配合使用，接收起爆器爆轟能量，延時一段時間后，引爆射孔槍。外徑48mm1.89″總長297mm11.69″耐溫160℃/48h延時時間5min6min10min3、傳爆管

功能：繼爆、引爆。既能被雷管、傳爆管從外端引爆，也能被導爆索從管內(nèi)引爆，傳爆管被引爆后，又能引爆導爆索，從而引爆射孔彈。特性：同雷管一樣屬于一類炸藥，但不能自己引爆，目前TCP用的傳爆管都是雙向傳爆管。4、導爆索

導爆索是由雷管引爆，所產(chǎn)生的爆轟波引爆射孔彈。因此，爆轟波的速度決定了導爆索的引爆方式是爆炸還是爆燃。功能：以每秒6000米以上的速度傳爆，并能引爆與它相接觸的炸藥、射孔彈和傳爆管等。特性:屬于二類炸藥，靈敏度高，危險性大。常用導爆索的類型：

按耐溫性能分有：常溫、高溫和超高溫三種。按按藥量分有：40谷/FT、70谷/FT、80谷/FT和100谷/FT等。

按外皮材質分有：低收縮（LowShrink）和收縮二種。導爆索系列產(chǎn)品型號廠家外徑(mm)裝藥量(谷/f)藥型爆速（m/s）抗張力(Kg)耐溫熱收縮性80RDX大慶5.380gRDXXHV720068163℃6%max.OWEN5.380gRDX6900300F6%max.80RDXLS6925.380gRDXXHV7600113163℃1%max.OWEN5.380gRDX6900300F1%max.5.380gRDXXHV7500300F2%max.80HMXLS6925.380gHMXXHV7800113191℃1%max.OWEN5.380gHMX6900400F1%max.5.380gHMXXHV7650350F1%max.100RDX6925.6100gRDXXHV730068163℃6%max.OWEN5.6100gRDX6900310F6%max.5、尾聲彈

概述：

本產(chǎn)品用于TCP射孔作業(yè)中，檢測射孔槍是否完全射孔的裝置。如果最后一支射孔槍未射孔及爆燃，尾聲彈將不會出發(fā)聲響。該裝置連接于槍尾，當射孔槍完全引爆后，置于槍尾的尾聲彈接收爆轟能量，引爆延時裝置，再引爆主裝藥，爆炸后產(chǎn)生的聲波，從而使操作人員確定作業(yè)是否成功。

特點/性能延時10-20s;

信號強。尾聲彈結構圖6、隔板火藥

在射孔作業(yè)過程中，常常需要用夾層槍來連接上下射孔槍，由于夾層槍與射孔槍相互連通。射孔后，夾層槍內(nèi)充滿了井液及油污；射孔槍串提至井口時，夾層槍內(nèi)由于接頭孔眼往往被堵而造成夾層槍憋壓，拆卸夾層槍時只能靠卸出射孔槍中接頭上的“O”圈來卸壓，這樣做存在一定的不安全因素。同時，為了在現(xiàn)場更方便地重復使用夾層槍，必須對沾滿油污和井液的夾層槍進行清洗，清洗夾層槍即費工時，又對周圍環(huán)境造成污染。為了進一步提高工作效率，減少現(xiàn)場作業(yè)人員的勞動強度，保護平臺及海面免于油污污染，在油公司和我們事業(yè)部的支持和協(xié)作下，川南機械廠經(jīng)過一年的努力，研制開發(fā)了射孔隔板傳爆裝置。該裝置的主要技術特點是既能可靠傳遞爆轟能量，保證傳爆效果，又能保證夾層槍兩端密封而不進油污和井液。射孔時，導爆索會在夾層槍內(nèi)產(chǎn)生一定的壓力，通過中接頭上的卸壓閥將夾層槍內(nèi)的壓力在井口安全釋放，達到安全和減少污染的目的。技術特點采用隔板技術傳遞爆轟能量，射孔后不進油污，減少環(huán)境污染；采用泄壓閥來泄壓，解決射孔中夾層槍憋壓的問題，使作業(yè)更加安全；對射孔槍具有分段安全保護作用；可用于89mm以上的有槍身射孔槍中。技術參數(shù)耐壓：100Mpa，耐溫：160°C/48小時輸入/輸出方式：傳爆管爆轟輸入/10mm內(nèi)可靠引爆傳爆管。7、壓力點火頭（起爆壓力）剪切銷計算平湖A10井壓力延時點火頭引爆壓力計算過程A．基本數(shù)據(jù)：

點火頭垂深（TVD）：2709米環(huán)空液體比重：1.09g/cm3管柱內(nèi)液體比重：1.03g/cm3（400～2709米）負壓空高：（000～400米）安全壓力：10Mpa地層溫度：112℃單支剪銷剪切值（常溫）：3.67Mpa/支B．計算步驟：(a)點火頭受環(huán)空液柱壓力計算：環(huán)空液柱壓力等于點火頭垂深乘以環(huán)空液體比重2709米×1.09×0.00981Mpa/米＝28.97Mpa管拄內(nèi)加壓引爆計算方法管柱內(nèi)液柱壓力計算：管柱內(nèi)壓力等于點火頭垂深減去空高乘以管柱液體比重（2709米－400米）×1.03×0.00981Mpa/米＝2309米×1.03×0.00981Mpa/米=23.33Mpa(b)單支剪銷在常溫時的剪切值是：3.67Mpa/支

在112oC溫度時剪切值下降7.5%，受溫度影響后的剪切值為：3.67Mpa/支－3.67Mpa/支×7.5%＝3.395Mpa/支(c)剪銷材質誤差值：±5%

最大值：3.395Mpa/支＋3.395Mpa/支×5%＝3.565Mpa/支 最小值：3.395Mpa/支－3.395Mpa/支×5%＝3.225Mpa/支(d)封隔器坐封前點火頭預計承受的最高壓力：

環(huán)空液柱壓力+安全壓力 28.97Mpa＋10Mpa＝38.97Mpa

(e)選擇剪切銷釘數(shù)量：

點火頭承受最高壓力：38.97Mpa

剪銷最小剪切值：3.225Mpa/支裝剪切銷數(shù)：38.97Mpa÷3.225Mpa/支＝12.08支(12.08取整數(shù)13支）(f)(f)點火頭擊發(fā)壓力：當射孔管柱下到預定深度時，封隔器坐封，測試閥打開。加壓引爆射孔槍壓力范圍為：

最大壓力：3.565Mpa/支×13支＝ 46.345Mpa最小壓力：3.225Mpa/支×13支＝ 41.925Mpa46.345Mpa－23.33Mpa＝23.02Mpa41.925Mpa－23.33Mpa＝18.60Mpa井口加壓起爆壓力范圍：18.60Mpa～23.02Mpa加壓過程：

加壓管線連接好后，用固井泵向管柱內(nèi)加壓，當壓力加到起爆壓力中間值（20.81Mpa）時，開始記錄時間,當壓力加到最高值時，穩(wěn)壓30秒鐘后，開始泄壓。此時，壓力延時點火頭已被引爆，經(jīng)過5～7分鐘的延時后，射孔槍被引爆。注：如果計算出的引爆最小壓力小于安全壓力時，必須在增加剪銷數(shù)。圖版8、點火頭剪銷的排列方法

裝剪銷的規(guī)則：規(guī)則1：最小的排數(shù)規(guī)則2：每排不得少于3支剪銷規(guī)則3：如果剪銷少于12支，把剪銷裝在一排上，盡可能平均排列。

剪銷的排列方法：

根據(jù)裝剪銷規(guī)則，在點火頭上合理排列剪銷，使其達到設計的壓力要求。例如：

12支：128支：1－1－1－1－1－1－1－1－11支：11－7支：3－－－2－－－2－－－10支：5－5－6支：2－－－2－－－2－－－－9支：3－3－3-5支：1－－－1－－1－－1－－1－－12支：3－3－3－3－4支：1－－－1－－－1－－－1－－－11支：3－2－2－2－2－3支：1－－－－1－－－－1－－－－－10支：3－－3－－4－－9支：3－－3－－3－－－注:第一排是遠離擊針的一排TCP起爆裝置

點火頭也叫起爆裝置，一般來講聚能射孔的全過程是雷管被引爆經(jīng)過傳爆、導爆，最終使射孔彈釋放出其全部能量形成高壓、高速射流射穿目的靶。而引發(fā)這一系列爆轟波的產(chǎn)生，傳遞的源頭是雷管被引爆。

TCP點火頭的類型

根據(jù)擊針受外力的作用分有機械點火頭和壓力點火頭兩大類。

機械點火頭：機械撞擊起爆點火頭，安全機械點火頭（機械撞擊液注壓力起爆）壓力延時點火頭：壓力和壓差兩種，延時有火藥延時、電子延時和液壓油延時幾種。雙引爆點火頭安全機械起爆裝置

安全機械點火頭用于TCP完井作業(yè)中引爆射孔槍,是一種帶保險機構的棒擊起爆裝置。當管柱內(nèi)無液體，即沒有壓力時，活塞不能動作,系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。

特點：·在井口作業(yè)時意外的作用力不能引爆；·理想狀態(tài)下435psi

的靜壓即可引爆點火頭；·可適用于重泥漿井及小于60度的斜井；

使用條件：射孔管柱必須是全通徑管柱；井斜度小于60度；液柱壓力必須大于500psi（LP）或2000psi（HP）必須安裝NO-GO環(huán)。壓力延時起爆裝置特點/性能：能與延時起爆裝置配合使用；可置于射孔槍頂端或尾端；適用于高斜度井或水平井。雙引爆起爆裝置

特點/性能：

和負壓開孔裝置配套使用；可采用環(huán)空加壓或油管加壓點火；可用于測試聯(lián)作；上端接壓力起爆裝置或安全機械點火頭；提高了系統(tǒng)的可靠性。第六章、井下工具

在TCP射孔作業(yè)中，除點火頭和射孔槍外，還配有井下工具，主要包括：棒擊（或壓力）開孔裝置、玻璃盤接頭、機械（或壓力）釋放接頭、減震器、放射性接頭、變扣接頭和點火棒等。TCP井下工具

特點/性能:

需井液靜壓力；不會影響投棒引爆點火頭；能與封隔器配合使用；可鎖定開孔狀態(tài)。1、棒擊（壓力）開孔裝