无围压射孔技术研究.doc

无围压射孔技术研究 王树中1 郑长建1’赵春辉1 霍瑞龙2 (1-大庆油田有限责任公司试油试采分公司 2．山东蓬莱石油机械厂) 搐要：在射孔完井施工时，为了保证施工安全，在井筒内要预冒一定高度的射孔保护液，这样对于 地层压力较低的井，负压值将难以实现，在射孔后射孔液就会进入地层，可能对地层造成伤害，影响油气 井的产能．无围压射孔技术就是为解决这个问题，而研究开发的一种在高负压甚至元围压条件下，实现 射孔完井的一项新工艺． ‘ 文章介绍了无围压射孔技术的研究和初步应用，通过对枪体、弹架材料的优选和结构设计。实现了射 孔器在无围压条件下射孔完井．无围压射孔枪穿孔后，枪身孔眼、胀径符合SY／T5128标准规定．并经测 井检测，应用无围压射孔技术对套管和水泥环的伤害较小，满足要求．通过现场应用取得了较好的效果， 该工艺技术对低压、低渗油气藏，特别是气井的射孔完井具有重要应用价值 关键词：无围压射孔器枪体弹架结构应用 0 前言 目前在射孔完井施工时，井筒内射孔器外面必须保证具有一定高度的射孔保护液，这样才能保证射 孔时射孔枪体不炸裂或严重变形，避免出现工程事故。这样会导致一些低压、低渗透地层负压值难以实 现，在射孔完井后，射孔液就会进入地层，造成地层污染，影响油气井产能。同时对于低压低渗透气层， 射孔安全围压的存在，射孔后不能直接产气，必须要进行氮气助排诱喷，才能投产。另外，在探井试油试 气工作中，安全围压(液垫)的存在也会影响水性的判别，给准确认识储层带来一定的困难。为解决此问 题，开发研制了无围压射孔器，可以实现大负压甚至无围压射孔，在空气介质下射孔时，射孔枪体不产生 大的形变。 1无围压射孔器的研制 1．1 常规射孔器枪体受力分析 自从有枪身射孔器在我国被普遍使用以来，射孔枪都是在有一定高度射孔液的包围下，即有围压的 情况下进行射孔的。射孔器枪体承受两种力的作用，一是射孔液产生的围压，二是射孔弹射孔时弹壳碎 解和聚能炸药残余能量产生的内压和射孔弹壳的冲击力。 我们可以把此时的射孔器枪体看作是内外壁同时受到冲击性载荷的厚壁圆管，(当d井／da1．1 时)，根据第三强度理论，此时枪体所能承受最大内压可以根据公式①求出： P内脚≤([d(1一K2)+2P外)／ 1+K2 (1) 式中，K-----r一／r井，P外。为静液柱压力；P内Ⅲx为最大内压。 一[司为枪体材料的许用应力，[口]-----os／n(os为材料的屈服强度)。其中，挖为安全系数n一1～1．2 。 (静载)，n=2．0．-一2．2(受强冲击、动载)c1] 1．2无围压射孔器枪体受力分析 在低围压甚至无围压时，射孔器枪体只承受内压作用。根据第三强度理论，在单独承受内压时，射 12  孔器枪体所能承受的最大内压可以根据公式(2)求出： P—似≤[胡(1一K2)／2 (2) (当办／d一1．1时，此公式成立)式中，K=r内／r井，P内^似为最大内压。 ， [司为枪体材料的许用应力’[口]=,Ts／n(as为材料的屈服强度)。其中，挖为安全系数咒一1～1．2 (静载)，n=2．0～2．2(受强冲击、动载)[13 1．3 围压对射孔器枪体承压能力的影响分析 目前，通用的射孔器枪体材料的力学性能指标为：屈服强度邪≥724MPa，抗拉强度m≥793MPa；延 长率：晚≥14％，冲击功(横向)：AK≥341‘21。制成9mm壁厚的西101．6ram射孔枪，在承受不同围压 时，其最大承压值([司=as／2．o)(表1)： 裹1 同一种射孔枪在不同围压下承压能力对比表 I 围压(MPa) 20 10 5 O．5 无 最大承压值P^似(MPa) ≤93．6 81．6 75．7 70 53 从表1中可以看出，围压对射孔枪体承受内压的能力影响较大，同一种射孔枪在无围压下与在有围 压0．5MPa下相比，其承受内压的能力将降低24．3％。 1．4无围压射孔器枪体材料力学性能指标的确定‘ 从前面的分析可知，现在通用材料制作的射孔枪无法在无围压条件下使用，为了实现无围压射孔技 术，就必须重新确定枪体材料的力学性能指标． 为了安全，我们给定了9ram壁厚中101．6mm枪体在无围压条件下承受内压的能力为105MPa。由 式(2)可以推导出枪体材料的屈服强度： 俩≥2×105／{1一(41．8／50．8)2}×2．0=1300MPa 对于合金钢材料来说，要达到如此之高的屈服强度是十分困难的。即使达到也会使无围压枪体材料的 成本大大提高。为此，我们适当增大了枪体的壁厚，由9mm增大为llmm，此时枪体材料的屈服强度经 计算为仃s≥1085MPa。 另外，射孔枪体材料的