抓好油气开发的“临门一脚”——石油工程专家刘合教授谈现代油气井射孔技术

本刊特约记者 敏锐

射孔技术工艺直接影响着油气井的预期产能和油气层的保护，是石油勘探和开发的一项关键环节，因此有人形象地将其比做石油行业的“临门一脚”。为了让读者了解这项主要在地下完成的作业，我特意采访了中国石油天然气集团公司高级技术专家，国家安全生产专家组特聘专家，国际石油工程师协会亚太地区技术专家咨询委员会委员，中国石油勘探开发研究院副总工程师、教授级高级工程师刘合博士。

问：您好，请给我们介绍一下射孔技术的进展。

答：好的。射孔是采用特殊的聚能射孔器下入井眼预定层位进行爆炸开孔，在井下地层与井筒之间建立起流体通道，让地层内流体通过孔眼进入井筒的作业活动，普遍应用于油气田和煤气田，有时也应用于地下水源的开采。

按输送方式，射孔技术可以分为电缆输送、普通油管（钴杆）输送和连续油管输送，按穿孔原理可分为子弹式射孔、聚能射孔、水力喷射射孔、机械割缝式射孔、复合射孔等。最早使用的是子弹式射孔器，现在也有一些国外大型石油公司采用水流射孔器，最常用的射孔工具是爆炸聚能射孔器。

随着石油勘探和开发工作的不断深入，勘探与开采的目的层位不断加深，需要根据油层和流体的特性、地层伤害状况、套管程序和油田生产条件等选择合适的射孔工艺，以提高开采效率。当今有很多射孔工艺可供选择，比如正压、负压射孔工艺，以及定面射孔等。

问：油田现在使用的射孔技术有哪些？分别有哪些优点？

答：油田现在使用的射孔技术主要有以下几种。

超深穿透聚能射孔技术。近年来，超深穿透射孔弹的平均穿深水平已大幅提高，比较典型的是美国GEODynamics公司的4039 RaZor HMX射孔弹，其混凝土靶平均穿深指标已经达到1597mm。我国四川射孔弹厂研制的SDP48HMX39-1射孔弹，平均穿深指标也已达到1538mm，基本达到国际领先水平。

复合射孔技术。这是在聚能射孔基础上，将复合推进剂引入射孔枪内作为二次能量，在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并直接进入射孔孔道，在近井地带形成广泛的裂缝网络，大幅提高近井地带的导流能力。复合射孔技术由西安通源石油科技股份有限公司研发并推广，近几年通过系统的基础理论及测试技术、火药燃气控制技术、枪身材料及承压能力等研究，其模拟打靶试验的压裂缝长度增加近1倍。

水平井射孔技术。因技术受限、井眼轨迹偏离等情况，常规射孔作业在水平井开发方面效果不够理想，一体式配重系统的水平井定向射孔技术应运而生。为了确保施工安全，采用配套的单向、双向压力延时起爆器以及分段起爆的方式，该技术实现了超长井段的一次射孔，并规避了钻井污染以及油层厚度小、地层孔隙度、渗透率低的地质特点，因此广受青睐，成为国内油田单井增产解决方案的首选。

塔里木油田T216-16H井应用的水平井多级复合深穿透射孔技术，代表了目前国内新型的水平井射孔技术，射孔段井深4190-4293m，井筒内压力作用时间延长到800ms以上、孔缝综合穿深达到5000mm以上，增产效果显著。

直井陀螺定向射孔技术。依据储层倾斜角和主应力方向，通过调整枪内射孔弹夹角和转动射孔管柱使射孔方向指向较易压开储层的主应力方向射孔，促进缝网形威、加大储层有效泄流面积。油田使用的陀螺定向射孔包括油管输送和电缆输送两种，前者工艺相对比较成熟，但其通过转动油管实现定向，定位精度问题存在较大争议；后者可在小于300井的较大范围中使用，定位精度、施工效率明显优于前者，已经逐渐开展起来。国内外目前水平井泵送射孔所采用的射孔器大多为600相位螺旋布孔的常规聚能射孔器。

还有一些，比如负压射孔和动态负压射孔技术，都是比较理想的射孔增产工艺技术。两者的不同之处在于，动态负压射孔工艺的成的不是通过在油管或套管造负压，而是在射孔枪串上连接一套负压舱，在射孔的同时负压舱打开，套管环空液体瞬间进入负压舱，在套管环空形成负压。以哈里伯顿为代表的该项技术，配套射孔优化设计软件，在全球推广应用。

此外还有全通径射孔技术、泵送射孔与桥塞联作工艺及新型定面射孔技术等。

问：射孔工艺在优化设计方面有哪些特色？射孔技术的未来发展方向如何？

答：射孔优化设计一直以来是国内外行业内科研院所的热门课题，现在国外一些知名研究机构和油服企业都相继推出了针对油藏地质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，与国外相比大同小异。企业方面，大庆石油、通源石油等也在研究开发复合射孔优化设计软件。针对我国石油天然气勘探开发的现状，射孔技术应从射孔完井、压裂完井及完井后措施等方面来深入研究。

对于页岩气、煤层气、特低渗透致密油气藏等非常规油气藏，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。以定面射孔、定射角射孔、定方位射孔为基础的新型“3D”射孔技术为非常规油气藏特殊结构井的开发提供了新的思路。

对于薄差层、边底水、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将是下一步射孔完井的研发方向。

对于深层、超深层油气藏，由于井下温度高、压力高、射孔管柱工况复杂，需要开发满足6000m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。

对于现在许多油田出现的老井产能下降问题，如何通过射孔补孔或爆燃压裂使这些老井重新恢复产能，也是射孔技术未来的一种重要的研究方向。

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，射孔技术在保护储层、提高产能和作业效率、改善非常规油气田开发效果、提高油田最终采收率等方面发挥着越来越重要的作用，射孔技术的发展之路也会更加广阔。