唐英才 揭志軍

中海油田服務(wù)股份有限公司 河北 廊坊 065201

頁巖油氣藏具有自生自儲特點，它既是烴源巖，又是儲層，儲層具有連續(xù)分布、低孔、特低滲、脆性較高等特性。頁巖油氣雖然埋藏深度范圍廣、厚度大，埋深從200米到深于4000多米，但由于頁巖油氣儲層特點導(dǎo)致其沒有天然油氣流通通道，僅通過鉆探無法獲得工業(yè)油流，需借助儲層壓裂等改造手段。頁巖油氣井壓裂目前以固井后套管多級壓裂為主要技術(shù)手段，射孔是打穿套管溝通地層壓裂通道的必備手段，如何從射孔角度為壓裂服務(wù)，最大限度的提高單井的油氣產(chǎn)量，使油氣井的開采周期得到延長，對提升我國頁巖油氣資源開采效益具有重要意義。

1 現(xiàn)代頁巖油氣井壓裂技術(shù)的發(fā)展對射孔要求

隨著勘探和開發(fā)技術(shù)的不斷提高，頁巖油氣等非常規(guī)能源資源逐漸進(jìn)入大規(guī)模開發(fā)階段。頁巖油氣井的開發(fā)離不開壓裂技術(shù)，而水力壓裂就是在地層中先造裂縫，后添加支撐劑，用于支撐已打開的裂縫，形成人為的孔隙性儲層，利于頁巖油氣的開采。

壓裂裂縫在地層中的發(fā)展影響著支撐劑的添加和本井油氣產(chǎn)能的經(jīng)濟(jì)性，而影響裂縫方向和發(fā)展的因素有巖石特性、層面、孔隙壓力、人工屏障和凈壓力，射孔對于人工屏障和凈壓力影響嚴(yán)重。根據(jù)壓裂完井行業(yè)多年的研究，壓裂射孔的重要參數(shù)表現(xiàn)在孔徑、穿深和相位。均一的大孔徑會改善壓裂液的分配、降低壓力摩阻、更有效的分配支撐劑、有助于降低成本，而孔徑小且不均一，會使用更多的射孔彈，造成多個裂縫的產(chǎn)生，勢必會造成更大的近井帶壓降，砂橋和脫砂的幾率會更大；穿深要穿過井眼周圍的環(huán)狀應(yīng)力區(qū)很重要，最小需要8～10in，否則也會產(chǎn)生更大的近井帶壓降；在應(yīng)力面30°內(nèi)的孔眼會吸收絕大部分的壓裂液和支撐劑，所以60°相位或是定向射孔更多增加了壓裂的有效性。

隨著頁巖油氣等非常規(guī)能源資源的大規(guī)模開發(fā)，油田作業(yè)者也逐漸改變多級壓裂中的級間距和簇間距，根據(jù)國外公司的統(tǒng)計，水平井段由早期的4600ft發(fā)展到10000ft，同時極間距由300～450ft降到100～200ft，簇間距由50～70ft也降到目前的10～30ft；巖芯公司在對北美射孔趨勢的研究中指出[1]，降低簇間距，可以增加簇間被壓裂的區(qū)域，使得每簇的射孔更有效，由此發(fā)展的壓裂設(shè)計要求每級需要更多的簇，每簇使用更少的射孔彈，促使每級使用的射孔槍更多，每簇的射孔槍更短。

2 現(xiàn)代頁巖油井射孔技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 等孔徑射孔器

早在2011年哈里巴頓就提出了等孔徑射孔改善壓裂效果的理念，即等孔徑射孔使得各孔的破裂壓力變化較小，改善了壓力分布，增加壓裂的有效性。隨著其應(yīng)用的增加，越來越多的油田作業(yè)者接受了等孔徑射孔技術(shù)，特別是到了2018年，殼牌公司在2口井，9個井段對比了等孔徑和超深穿透射孔彈[2]，結(jié)果顯示使用等孔徑射孔彈時，平均處理壓力更一致，泵入排量比超深穿透增加1.8bpm，通過壓后數(shù)據(jù)對比，使用等孔徑射孔彈時，平均破裂壓力降低3.44%，每級液體用量降低10.93%，平均泵入量增加6.42%，支撐劑到位增加2%，有力的說明了等孔徑射孔對壓裂的改善，目前國內(nèi)的油田作業(yè)者也接受了等孔徑射孔技術(shù)。哈里伯頓公司的MaxFrac系列、斯倫貝謝公司的 Stimstream系列、貝克休斯公司的True-Jet系列等孔徑射孔器孔徑偏差為2.1%～9.2%。國內(nèi)的射孔彈廠家也推出了自己的等孔徑射孔器，其孔徑偏差一般在10%以內(nèi)[3]。

2.2 短射孔器

隨著每級射孔簇數(shù)的增加，而受限于電纜輸送能力的影響，只能通過減小射孔槍的長度，增加射孔器的數(shù)量。為此國外公司在滿足壓裂要求的同時開發(fā)出短射孔器。

漢廷公司（Hunting）提出了定面射孔的短射孔器，即簇射孔器（Cluster Perforating System ），每個射孔器由處于同一平面的三發(fā)彈組成，可消除彈間干擾；可尋址起爆，無需導(dǎo)爆索，直接由雷管引爆，無需連線；采用等孔徑射孔彈，槍長7.5in，一次最高可連接50簇。該射孔器在一口井中的兩級進(jìn)行了實驗，實驗結(jié)果說明該射孔器在增加簇數(shù)的同時，也可以降低壓裂處理壓力10%。

貝克休斯針對垂直于最小主應(yīng)力平面鉆井的水平井壓裂完井提出了壓裂優(yōu)化射孔器，該射孔器采用內(nèi)定向方式，只有三個正交定向的聚能射孔彈，其中兩發(fā)大孔徑彈放置在兩邊，一發(fā)深穿透設(shè)置在高邊向上，彈間距1.4 in，槍長18 in，連接簡單。該射孔器的目的就是集中處理壓力，在垂直于最小主應(yīng)力平面鉆井的水平井中最大限度地延長裂縫長度和延伸范圍，同時減少井筒附近的競爭裂縫和彎曲度。使用壓裂優(yōu)化射孔器在55級完井中的兩個階段進(jìn)行了現(xiàn)場試驗。該操作在兩個階段都成功運行，結(jié)果表明，壓裂操作期間的處理壓力小于用傳統(tǒng)螺旋狀射孔器的階段。此外，使用該射孔器更快地實現(xiàn)了100BPM的期望流速。與相鄰的使用了傳統(tǒng)螺旋狀射孔器的級相比，運行該射孔器的級也顯著縮短了操作時間[4]。

國外還有其它射孔器生產(chǎn)廠家，都推出了自己的短射孔器，結(jié)合等孔徑射孔彈或是自清潔射孔彈，用于壓裂射孔，如GEODynamics公司的HELLfire射孔器，槍長9.5in，每槍可選3或是6發(fā)射孔彈。但是他們的特點不鮮明，在這里就不做過多介紹。

2.3 提高可靠性和減小風(fēng)險的起爆技術(shù)

頁巖油氣套管井開發(fā)中常使用的射孔技術(shù)為橋塞與射孔聯(lián)作技術(shù)，除了以上提到的適用于橋塞與射孔聯(lián)作的壓裂射孔技術(shù)外，其中井場雜散電壓、電流和射電安全防護(hù)也是關(guān)鍵技術(shù)，目前國外、國內(nèi)普遍采用的是抗雜散電壓、電流和射電防護(hù)的爆炸橋絲雷管（EBW）或是沖擊片雷管（EFI）爆炸破片可尋址的電雷管技術(shù)，對于此技術(shù)，國內(nèi)外基本一致，只是在尋址的數(shù)量上有所差別，但都已滿足現(xiàn)場作業(yè)的需求。

另外一個關(guān)鍵技術(shù)就是分級引燃橋塞火藥和引爆射孔槍，早期的起爆技術(shù)采用的是雙向二極管與爆轟壓力開關(guān)結(jié)合實現(xiàn)了分級引爆的功能，現(xiàn)場連接比較繁瑣，容易發(fā)生接錯點火線或是擠破線的現(xiàn)象，為提高可靠性和安全性，國外各服務(wù)廠家提出了自己的模塊化連接技術(shù)，采用插接或是直接絲扣連接的方式，簡化了現(xiàn)場的操作難度，如斯倫貝謝的Fractal Flex系統(tǒng)，哈里巴頓的MaxFire? 電點火系統(tǒng)，貝克休斯的Symphoni?可尋址點火系統(tǒng)。

此外，橋塞與射孔聯(lián)作作業(yè)中基本上采用的是泵送工具入井的方式，泵送過程中由于井下條件、地面設(shè)備甚至人員能力的變化，可能會導(dǎo)致操作不一致，進(jìn)而導(dǎo)致工具弱點斷裂的現(xiàn)象，為此哈里巴頓設(shè)計了自動泵送技術(shù)，該技術(shù)將流體泵送和電纜運行裝置作為一個單一的、全自動的閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行控制，以最大限度地提高橋塞與射孔聯(lián)作的安全性能和效率。

3 我國頁巖油井射孔技術(shù)發(fā)展前景

我國自2005年開展頁巖油氣勘探開發(fā)以來，歷經(jīng)十幾年攻關(guān)，頁巖油氣發(fā)展在跨越了前期的合作借鑒階段、探索評價階段后，目前處于規(guī)模建產(chǎn)階段，頁巖油氣產(chǎn)量逐步形成規(guī)模，并呈現(xiàn)快速增長趨勢。與北美海相頁巖油氣相比，我國頁巖油氣形成的資源基礎(chǔ)具有多樣性，呈現(xiàn)陸上沉積盆地內(nèi)廣泛發(fā)育海相、海陸過渡相及陸相3種類型的富有機質(zhì)頁巖，為了安全、有效的開發(fā)，針對不同的地質(zhì)沉積條件和井眼軌跡相對于頁巖層理的位置，應(yīng)采用不同的開采方案，對應(yīng)的壓裂射孔技術(shù)應(yīng)有所不同，以提升頁巖油氣井的開采效率。

我國的壓裂射孔技術(shù)在過去的十幾年中也取得長足進(jìn)步，如等孔徑射孔彈、自清潔射孔彈、定面射孔技術(shù)、安全雷管以及泵送設(shè)計軟件等達(dá)到了國際同等水平，但仍然存在許多亟待解決的問題，頁巖油氣開采之路任重道遠(yuǎn)，要以當(dāng)?shù)仨搸r的地質(zhì)條件為依據(jù)，考慮了經(jīng)濟(jì)條件后，融合多種射孔技術(shù)，以提高頁巖油氣井開發(fā)的效率。

4 結(jié)束語

隨著我國能源安全戰(zhàn)略的推進(jìn)，頁巖油氣井開發(fā)步伐也逐步加快，面對多樣性的頁巖油氣沉積條件，相應(yīng)的開發(fā)工作難度也會增加，為了不斷提高頁巖油氣井開發(fā)效能，提升頁巖油氣井開發(fā)技術(shù)應(yīng)用水平就顯得至關(guān)重要。在頁巖油氣井開發(fā)過程中，壓裂射孔技術(shù)在其中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用，如果使用的射孔技術(shù)不合理，也會影響頁巖油氣資源開采效能，損害頁巖油氣井開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，頁巖油氣井作業(yè)仍需要重視壓裂射孔技術(shù)的重要性，不斷為新的射孔技術(shù)提供實驗場地，豐富技術(shù)經(jīng)驗，從而不斷完善新的射孔技術(shù)，同時也會提高射孔服務(wù)企業(yè)的對新技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新的愿望，全面提升我國現(xiàn)代頁巖油氣井壓裂射孔技術(shù)的應(yīng)用水平，最終也會提高我國頁巖油井的開發(fā)效率。