射孔施工第一講

射孔施工大慶職業(yè)學(xué)院石油工程系鄭世紅前言

用專用射孔器射穿套管及水泥環(huán)，并在巖體內(nèi)產(chǎn)生孔道，建立地層與井筒之間的連通渠道，以促使儲(chǔ)層流體進(jìn)入井筒的工藝過程。為什么要射孔？？？

射孔的定義：將射孔器用專用儀器設(shè)備輸送到井下預(yù)定深度，對(duì)準(zhǔn)目的層引爆射孔器，穿透套管及水泥環(huán)，構(gòu)成目的層至套管內(nèi)連通孔道的工藝技術(shù)。射孔的目的是建立地層與井眼的流通孔道，主要用于試油、采油、采氣、補(bǔ)擠水泥或注水等等。

射孔的發(fā)展聚能射孔器高能炸藥的聚能效應(yīng)早在1945年，Mohaupt和R.H.Melemore等在美國(guó)福特沃斯成立了油井炸藥公司（WellExplosives,Inc.—現(xiàn)今哈里伯頓·威立克斯公司的前身），開發(fā)了油氣井聚能射孔彈，1946年首次在裸眼井中射孔，1948年在密西西比二口套管井中射孔。聚能射孔彈穿透力強(qiáng)，效率高，從此聚能射孔技術(shù)在石油工業(yè)中得到了迅速發(fā)展。其他射孔器復(fù)合射孔器——上個(gè)世紀(jì)八十年代，隨著高能氣體壓裂技術(shù)的完善與發(fā)展，將聚能射孔與高能氣體壓裂相結(jié)合。水力噴砂射孔——上個(gè)世紀(jì)六十年代初以來，在國(guó)外逐步成熟，美、俄等國(guó)相繼用它在準(zhǔn)備進(jìn)行水力壓裂的地層、聚能射孔效率不高并且地質(zhì)和技術(shù)條件復(fù)雜的地層進(jìn)行射孔，以及在一些特殊條件下使用。激光射孔器——將地面激光發(fā)生器產(chǎn)生的高功率相干光束通過光纜導(dǎo)向沿著井軸到達(dá)預(yù)定射孔深度，然后通過設(shè)在此處的激光接受器將光束橫向折射到被射位置，光束連續(xù)聚焦在折射光束軸的聚焦點(diǎn)上，形成射孔孔眼。自大慶油田投入開發(fā)以來，射孔完井施工工藝大體上經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一，以SQ691跟蹤射孔儀、泥漿壓井、WD67-1型射孔器射孔為標(biāo)志的準(zhǔn)確打開油氣層射孔工藝技術(shù)階段；第二，以清水壓井過油管射孔、負(fù)壓射孔、射孔液應(yīng)用為標(biāo)志的保護(hù)油氣層射孔工藝技術(shù)階段；第三，以深穿透射孔、復(fù)合射孔、DB-Ⅱ型數(shù)字化射孔儀應(yīng)用為標(biāo)志的解放油氣層射孔工藝技術(shù)階段。近十年來，國(guó)內(nèi)通過深化射孔理論研究，完善配套工藝，增加射孔彈新品種并形成系列化等，縮短了射孔技術(shù)與世界先進(jìn)水平的差距，總體水平已接近國(guó)際先進(jìn)水平。內(nèi)容學(xué)習(xí)情境一射孔施工作業(yè)的準(zhǔn)備 項(xiàng)目一射孔彈準(zhǔn)備 項(xiàng)目二射孔器準(zhǔn)備 項(xiàng)目三常用工具準(zhǔn)備 項(xiàng)目四材料、資料準(zhǔn)備 項(xiàng)目五井場(chǎng)及井場(chǎng)設(shè)備準(zhǔn)備 項(xiàng)目六井筒、防噴器準(zhǔn)備

內(nèi)容學(xué)習(xí)情境二常規(guī)射孔施工 項(xiàng)目一電纜輸送套管槍射孔施工項(xiàng)目二油管輸送射孔施工 項(xiàng)目三射孔聯(lián)作施工 項(xiàng)目四電纜輸送過油管射孔施工內(nèi)容學(xué)習(xí)情境三特殊射孔施工 項(xiàng)目一超高壓正壓射孔施工 項(xiàng)目二水平井射孔施工 項(xiàng)目三復(fù)合射孔施工 項(xiàng)目四負(fù)壓射孔 項(xiàng)目五連續(xù)油管輸送射孔 項(xiàng)目六井口帶壓射孔 項(xiàng)目七全通徑射孔 內(nèi)容學(xué)習(xí)情境四射孔方案優(yōu)化 項(xiàng)目一常規(guī)射孔優(yōu)化 項(xiàng)目二復(fù)合射孔優(yōu)化 項(xiàng)目三水平井射孔優(yōu)化 項(xiàng)目四射孔液優(yōu)選內(nèi)容學(xué)習(xí)情境五油氣井射孔安全 項(xiàng)目一環(huán)境分析 項(xiàng)目二射孔器材制造安全 項(xiàng)目三射孔器材儲(chǔ)存要求 項(xiàng)目四射孔器材的運(yùn)輸要求 項(xiàng)目五射孔器材的銷毀方法 要求1．認(rèn)真聽講、做好筆記。2．注重理論聯(lián)系實(shí)際，多和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際及日常生活中的事例相聯(lián)系。3．按時(shí)交作業(yè)。4．實(shí)訓(xùn)課要積極動(dòng)手，仔細(xì)觀察，主動(dòng)參與，提出問題?？己藰?biāo)準(zhǔn)平時(shí)考核＋過程考核＋期末考核情境一

射孔施工作業(yè)的準(zhǔn)備完井之后，為了油氣井射孔，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的一系列生產(chǎn)活動(dòng)就叫射孔施工作業(yè)。它包括打樁、立井架、裝采油樹、送排油管、作業(yè)洗井、射孔等環(huán)節(jié)。作業(yè)的目的就是將井筒內(nèi)的泥漿及雜質(zhì)排出，將井洗干凈，保證射孔后無地層污染，減少對(duì)儲(chǔ)層的破壞，提高地層的采收率。射孔的目的其目的就是射穿套管、水泥環(huán)和地層內(nèi)一定的深度,為地層的油氣流入至井筒，造成一個(gè)暢通的通道。射孔是將射孔器下至油氣井目的層位，射穿套管、水泥環(huán)并射入地層一定深度，建立地層流體與井筒的流動(dòng)通道。－－臨門一腳采用合適的射孔器和射孔工藝，就可以使射孔對(duì)產(chǎn)層的傷害最小，完善系數(shù)高，從而獲得理想的產(chǎn)能。研究?jī)?nèi)容：射孔工藝、射孔槍、射孔彈、射孔儀器、射孔液、射孔傷害機(jī)理及評(píng)價(jià)方法、射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)等等。項(xiàng)目一射孔彈準(zhǔn)備

射孔施工中所要準(zhǔn)備的射孔器材包括火工品和非火工品?；鸸て钒ㄉ淇讖棥?dǎo)爆索、傳爆管、傳爆組件、電雷管、撞擊雷管、延時(shí)火藥、復(fù)合火藥、集束火藥、橋塞火藥、尾聲彈和隔板火藥等；非火工器材包括射孔槍、槍接頭、油管、玻璃盤接頭、棒擊開孔閥（負(fù)壓閥）、壓力開孔閥、釋放裝置、減震器、轉(zhuǎn)接頭、放射性接頭和點(diǎn)火棒等。聚能射孔系統(tǒng)包括不同的傳爆部件，這些部件連接成為傳爆系統(tǒng)。典型的射孔槍和其內(nèi)的傳爆系統(tǒng)。傳爆系統(tǒng)的傳爆部件有：（１）起爆器或雷管，用于啟動(dòng)爆炸；（２）導(dǎo)爆索，用于沿射孔槍縱向傳爆；（３）聚能射孔彈，它對(duì)套管射孔，并穿透水泥環(huán)和地層?；鸸て肥茄b有炸藥、火藥或煙火劑的元件。它通過外加較小的激發(fā)能量（如通電、撞擊、摩擦等）使其所裝的藥劑發(fā)生爆炸或燃燒反應(yīng)，同時(shí)放出一定形式的能量來引爆其它炸藥、引燃其它火藥、做機(jī)械功或產(chǎn)生其它特種效應(yīng)。像這樣的元件或裝置稱之為火工品。火工品是武器、彈藥及其它燃燒、爆炸系統(tǒng)的關(guān)鍵元件?；鸸て凡粌H在軍品上，它在民品（如石油爆破器材等）中應(yīng)用也越來越廣泛。一、炸藥的概念1.爆炸爆炸是物質(zhì)急劇的物理或化學(xué)變化。在急劇變化的同時(shí)，伴隨著該物質(zhì)含有的能量積聚的轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s能和運(yùn)動(dòng)能。從廣義上講，爆炸是一種極為迅速的物理或化學(xué)能量的釋放過程。2.爆炸現(xiàn)象

1)物理爆炸現(xiàn)象

2)化學(xué)爆炸現(xiàn)象

3)核爆炸現(xiàn)象物理爆炸蒸汽鍋爐或高壓氣瓶的爆炸屬于此類。這是由于過熱水迅速轉(zhuǎn)變?yōu)檫^熱蒸汽造成高壓沖破容器阻力引起的，或是由于充氣壓力過高超過氣瓶強(qiáng)度發(fā)生破裂而引起的。強(qiáng)火花放電(閃電)或高壓電流通過細(xì)金屬絲所引起的爆炸現(xiàn)象，也是一種物理爆炸現(xiàn)象。這時(shí)的能源是電能。強(qiáng)放電時(shí)，能量在0.1～1微秒內(nèi)釋放出來，使放電區(qū)達(dá)到巨大的能量密度和數(shù)萬度的高溫，因而導(dǎo)致放電區(qū)的空氣壓力急劇升高，并在周圍形成很強(qiáng)的沖擊波。金屬絲爆炸時(shí)，溫度高達(dá)攝氏兩萬度，金屬迅速化為氣態(tài)而引起爆炸。物體的高速碰擊(隕石落地、高速火箭碰擊目標(biāo)等)，水的大量驟然汽化等所引起的爆炸都屬于物理爆炸現(xiàn)象?；瘜W(xué)爆炸細(xì)煤粉懸浮于空氣中的爆燃，甲烷、乙炔以一定比例與空氣混合所產(chǎn)生的爆炸，以及炸藥的爆炸，都屬于化學(xué)爆炸現(xiàn)象。炸藥爆炸進(jìn)行的速度高達(dá)每秒數(shù)千米到萬米之間，所形成的溫度約3000～5000℃，壓力高達(dá)幾萬兆帕，因而能迅速膨脹并對(duì)周圍介質(zhì)作功。核爆炸核爆炸的能源是核裂變或核聚變反應(yīng)所釋放出的核能。核爆炸反應(yīng)所釋放出的能量比炸藥爆炸放出的化學(xué)能要大的多。核爆炸時(shí)可形成數(shù)百萬到數(shù)千萬度的高溫。在爆炸中心區(qū)造成數(shù)十萬兆帕的高壓，同時(shí)還有很強(qiáng)的光和熱的輻射以及各種粒子的貫穿輻射，因此比炸藥爆炸具有大得多的破壞力。核爆炸的能量約相當(dāng)于數(shù)萬噸到數(shù)千萬噸TNT炸藥爆炸的能量。二、炸藥爆炸的三要素1炸藥爆炸炸藥在外界作用下發(fā)生劇烈的化學(xué)變化，急劇地釋放出大量的熱能，并產(chǎn)生大量的氣體，對(duì)外界作機(jī)械功的現(xiàn)象，稱為炸藥爆炸。2炸藥爆炸的三要素炸藥的爆炸是化學(xué)爆炸，炸藥爆炸有它獨(dú)有的三個(gè)特點(diǎn)，又稱為炸藥爆炸的三要素。1)反應(yīng)過程中放出大量的熱（反應(yīng)的放熱性）2)反應(yīng)過程的速度很快（反應(yīng)的快速性）3)反應(yīng)中能生成大量的氣體特征一------反應(yīng)過程的放熱性放出大量熱量是爆炸反應(yīng)具備的第一個(gè)必要條件，沒有這個(gè)條件，爆炸過程就根本不能發(fā)生。沒有這個(gè)條件，反應(yīng)也就不能自行延續(xù)，因此也就不可能出現(xiàn)爆炸過程的自動(dòng)傳播?？客饨绻┙o能量來維持其分解的物質(zhì)，是不可能發(fā)生爆炸的。以1kg硝銨炸藥為例，爆炸時(shí)產(chǎn)生的熱量可使溫度升高20003000C。爆炸反應(yīng)過程所放出的熱稱為爆熱。它是爆炸破壞作用的根據(jù)，是炸藥爆炸做功能力的標(biāo)志，也是炸藥的一個(gè)極為重要的特性數(shù)。一般常用炸藥的爆炸熱約在3700～7500千焦／公斤左右。特征二------反應(yīng)過程的高速度

爆炸反應(yīng)同一般化學(xué)反應(yīng)的一個(gè)最突出的不同點(diǎn)，是爆炸過程的極高速度。一般化學(xué)反應(yīng)也可以是放熱的，而且有許多普通反應(yīng)放出的熱量比炸藥爆炸時(shí)放出的熱量大的多，但它們并未能形成爆炸現(xiàn)象，其根本原因在于它們的反應(yīng)過程進(jìn)行的很慢（如鋁熱反應(yīng)）。由于炸藥爆炸反應(yīng)速度極高，一塊炸藥可在幾微秒內(nèi)就反應(yīng)完了，以1kg硝銨炸藥爆炸為例，完成爆炸反應(yīng)的時(shí)間僅需十萬分之三秒。因而實(shí)際上可以近似地認(rèn)為，爆炸反應(yīng)所放出的能量全部聚集在炸藥爆炸前所占據(jù)的體積內(nèi)，從而造成了一般化學(xué)反應(yīng)所無法達(dá)到的能量密度。炸藥爆炸所達(dá)到的能量密度要比一般燃料燃燒所達(dá)到的能量密度高數(shù)百倍乃至數(shù)千倍。正是由于這個(gè)原因，炸藥爆炸才具有巨大的做功功率和強(qiáng)烈的破壞作用。爆炸過程進(jìn)行的速度，一般是指爆轟波在炸藥裝藥中傳播的直線速度，這個(gè)速度稱為炸藥的爆速。一般炸藥的爆速大約在每秒數(shù)千米到每秒一萬米之間。除了過程進(jìn)行的高速度之外，反應(yīng)過程的自動(dòng)傳播也具有很重要的實(shí)際意義。例如某一種物質(zhì)在雷管引爆下，與雷管相接觸的很小的局部引起了爆炸反應(yīng)，但是反應(yīng)放出的能量不能補(bǔ)償損失掉的能量，因而反應(yīng)逐漸衰減最后熄滅。因此，反應(yīng)過程能夠進(jìn)行自行傳播的能力，從炸藥技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)可能性觀點(diǎn)來說具有很大的重要性。特征三------反應(yīng)過程生成大量氣體

炸藥爆炸時(shí)之所以能夠膨脹做功并對(duì)周圍介質(zhì)造成破壞，根本原因之一就在于，炸藥爆炸瞬問有大量氣體產(chǎn)物生成。假如一個(gè)反應(yīng)過程不產(chǎn)生大量氣體，那么爆炸瞬問就不能造成高壓狀態(tài)，因此也就不可能產(chǎn)生由高壓到低壓的膨脹過程及爆炸破壞效應(yīng)。這首先是由于氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)條件下密度比固體和液體物質(zhì)要小的多，而在爆炸瞬間，炸藥由固體立即定容地轉(zhuǎn)化為氣體，再加上反應(yīng)的放熱性，因此使氣體處于強(qiáng)烈的壓縮狀態(tài)形成高溫高壓。其次，氣體與固體和液體物質(zhì)相比具有大得多的體積膨脹系數(shù)，這使得氣體成為爆炸做功的主要因素。炸藥爆炸過程正是利用氣體的這種特點(diǎn)將炸藥的勢(shì)能迅速地轉(zhuǎn)變?yōu)楸C(jī)械功的。三、炸藥爆炸的五個(gè)標(biāo)志量炸藥之所以在國(guó)防和民用事業(yè)上獲得廣泛的應(yīng)用，主要是因?yàn)槠浒l(fā)生爆炸變化時(shí)能在極短暫的時(shí)間內(nèi)對(duì)周圍介質(zhì)做大量的機(jī)械功。而炸藥能對(duì)外界做功的原因，歸根結(jié)蒂在于爆炸瞬間炸藥極迅速地釋放出其全部化學(xué)能，將反應(yīng)氣體產(chǎn)物立即加熱到數(shù)千度的高溫，并在氣體產(chǎn)物中造成數(shù)十萬大氣壓的高壓，導(dǎo)致爆炸氣體產(chǎn)物向周圍迅速膨脹而做功。炸藥爆炸做功的能力稱為炸藥的威力，它主要取決于炸藥爆炸時(shí)所放出的熱量及所形成氣體產(chǎn)物的多少。炸藥爆炸時(shí)對(duì)周圍物體或目標(biāo)的破壞粉碎程度，取決于炸藥爆炸變化高速性及因此而形成的爆炸產(chǎn)物的壓力。因此，為了綜合評(píng)定一種炸藥爆炸性能的優(yōu)劣，提出了如下五個(gè)標(biāo)志量，即所謂爆熱、爆容、爆溫、爆速和爆轟壓力。爆熱單位質(zhì)量炸藥爆炸時(shí)所釋放出的熱量稱為炸藥的爆熱Q。工程計(jì)算上常以一公斤炸藥爆炸所放出的熱量(千焦／公斤)來表示。炸藥的爆熱是炸藥的重要參數(shù)，是評(píng)定炸藥作功能力大小的重要標(biāo)志量。爆容

炸藥爆轟產(chǎn)物的體積，又稱為炸藥的爆容，是評(píng)定炸藥爆炸作功能力的重要參數(shù)。所謂炸藥的爆容，乃是指一公斤炸藥爆炸后所形成的產(chǎn)物在標(biāo)準(zhǔn)狀況(壓力為一個(gè)大氣壓，溫度為0℃)下的體積。顯然，爆容應(yīng)為氣體產(chǎn)物和固體產(chǎn)物體積之和。由于固體產(chǎn)物的體積與氣體產(chǎn)物體積相比很小，可以忽略，故爆容一般可用氣體產(chǎn)物在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積來代表。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稱為爆溫。爆溫是炸藥爆炸的重要標(biāo)志量。爆溫的高低取決于爆炸時(shí)放出的熱量及爆炸產(chǎn)物的組成。猛炸藥的爆溫可達(dá)3000℃以上。爆速爆速即爆轟波沿爆炸物的傳播速度，單位以米／秒(或毫米／微秒)計(jì)。炸藥的爆速與炸藥爆炸化學(xué)反應(yīng)速度是本質(zhì)不同的兩個(gè)概念。爆速是爆轟波面一層一層地沿爆炸物傳播的速度，而爆炸化學(xué)反應(yīng)速度系指單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)完了的物質(zhì)的質(zhì)量，其度量單位為克／秒。炸藥的爆速是衡量炸藥爆炸性能的重要標(biāo)志量。炸藥的爆速主要與炸藥類型、裝填密度及外殼約束有關(guān)。RDX、HMX的爆速比HNS、PYX的爆速高。炸藥裝填密度越高、約束越強(qiáng)，爆速就越高。常用炸藥的爆速一般為6000米／秒~9000米／秒。爆壓

爆轟波陣面的壓力稱為爆壓，單位為MPa。炸藥的威力或猛度主要由爆壓決定，爆壓可達(dá)幾萬個(gè)兆帕以上。炸藥爆壓可由其密度和爆速確定：P=ρD2/4。炸藥化學(xué)反應(yīng)的形式---熱分解反應(yīng)當(dāng)火工品與炸藥整體加熱時(shí)發(fā)生分解反應(yīng)，若環(huán)境溫度較低，熱分解反應(yīng)進(jìn)行得比較緩慢，其熱分解只消耗微量的反應(yīng)物，良好的熱傳遞條件使熱分解產(chǎn)生的熱量全部傳遞到周圍環(huán)境，使藥劑內(nèi)部溫度和環(huán)境溫度一樣，熱量不能積累，熱分解反應(yīng)能穩(wěn)定緩慢地進(jìn)行下去，不會(huì)自行加快。炸藥化學(xué)反應(yīng)的形式---燃燒隨著環(huán)境溫度上升，熱分解的熱量不能全部從系統(tǒng)中傳遞出去，使系統(tǒng)得熱大于失熱，系統(tǒng)出現(xiàn)熱量的積累，系統(tǒng)溫度上升，放熱反應(yīng)的速率隨溫度升高呈指數(shù)增加，釋放更多的熱量，系統(tǒng)內(nèi)積累更多的熱量，溫度進(jìn)一步上升，如此循環(huán)，直至熱自燃或熱爆炸。炸藥化學(xué)反應(yīng)的形式---爆炸通過外界火源(如火焰、火花、灼熱橋絲等)而引起的燃燒或爆炸往往在某一局部的物質(zhì)先吸收能量而形成活化中心(或反應(yīng)中心)，活化分子具有比普通分子平均動(dòng)能更多的活化能，所以活動(dòng)能力非常強(qiáng)，在一般條件下是不穩(wěn)定的，容易與其它物質(zhì)分子進(jìn)行反應(yīng)而生成新的活化中心，形成一系列連鎖反應(yīng)，使燃燒得以持續(xù)進(jìn)行。由于燃燒速度受外界條件的影響，特別是受環(huán)境壓力的影響而迅速加快，當(dāng)傳播速度大于物質(zhì)的音速時(shí)，燃燒就轉(zhuǎn)為爆轟。四、