简单、实用及有效的推进剂安装方法

简单、实用及有效的推进剂安装方法

吕文峰

（大庆油田有限责任公司试油试采分公司）黑龙江 大庆163000

摘要：在石油工业中，利用推进剂燃烧压裂的方法来提高井的增产增注效果已经是一项成熟的技术；已有大量的文献介绍该项技术的优点和发展（Folse等人，2001；Giliat等人，1999；Yang等人，1992）。另外，利用推进剂进行增产的模拟软件和高速压力记录仪也大力推动了该技术的发展与成熟（Schatz等人，1999）。

使用推进剂进行近井地带增产最常用的技术是外套式复合射孔工艺技术，就是把推进剂加工成的一个简单的空心筒，套在标准射孔枪外面并用卡箍固定。射孔弹起爆后引燃推进剂，由于推进剂包覆在射孔枪外部，因此并不影响射孔弹的发射过程，整个工艺可靠、有效。

高能气体压裂是一个不太常用的推进剂增产方法，就是把推进剂装进筛管里，在射孔过程结束后，下入目的层。不同于外套式复合射孔，它是利用导爆索引燃推进剂。这个方法只是简单的把推进剂在筛管中连接起来，在保证井壁安全的前提下可以无限量的增加推进剂强化起作用效果。但是，导爆索受井筒中液体和压力的影响，当连接较长的推进剂（大于7m）的时候，必须要保证导爆索与推进剂托盘之间的连接可靠。在过去，潮湿环境下该连接方法是不安全的，这就限制了该技术在井筒压力较低的情况下的应用。因此，通过对安全点火系统和增产压力数据的研究后，该技术已经得到了认同。

本文通过过去推进剂增产技术存在的隐患，讨论新的推进剂增产技术可靠性问题。介绍了优化后推进剂的性能和适应性，并对通过实例说明该新技术的应用效果。

前言

    众所周知在钻井、完井和生产（注入）一口井过程中会产生一个降低井筒周围地层有效渗透率的区域（Klotz 等人 1974)，这普遍被称为污染带（Tariq 1987)。

现在有很多种方法可以在污染带和未改变的储层岩石之间建立通道，而使用推进剂燃烧产生的压力对地层造缝并使裂缝扩展已经证实是一种经济、有效、方便的近井增产方法(Wieland等人，2006；Schatz等人，1989)。

    目前高氯酸钾推进剂筒是应用广泛的产品，有多种装配方式，一种是由射孔枪和套在枪外部的推进剂筒组成的外套式复合射孔器，用油管或者电缆输送到指定位置，校准深度后点火起爆，同时完成射孔和增效改造两项作业过程；一种是由保护筛管、推进剂管和一个分开的点火装置-比较典型的是导爆索组成的高能气体压裂装置，对已射开层或裸眼井进行增产改造；还有一些工艺是将多个推进剂连接在一起一次作用更长的层段。高能气体压裂技术由于受点火方式的限制，并且不像外套式复合射孔具有更高的可信度和双重功能而被广泛使用。

装置可信度

    推进剂的可靠点火看起来像是一件很简单的事情，目前密封的射孔器通常被用于压力超过 19,000 psi的环境下，不密封的射孔器在压力接近15,000 psi时会被可靠的引爆。然而，引燃直接和液体接触的推进剂使其达到最佳性能是要受许多因素制约的。点火装置一定要有充分的能量点燃推进剂，然而，在一些井况下，过高的点火能量会使推进剂效果降低，推进剂燃烧速率被点火能量和推进剂本身的化学、物理性质所控制，另外，储集岩类型、压力、温度和自然应力也能影响推进剂的燃烧速率。要达到最佳的增产效果，首先必须可靠的点燃优化后最佳使用量的推进剂，当然，在往井里输送过程中，点火装置必须绝对密封。整套工艺会被任何一个细小的漏洞而导致失败，哪怕导爆索有一小的切口。

    在上面所说的推进剂携带装置中，使用一个黄铜套和密封胶带来防止流体进入传爆管所在的区域。这套装置的可靠性和技术人员的工作经验有很大关系。这个方法只是为了提高工艺可靠度的在一种尝试手段。

最初工艺在两个方面进行改进：1）密封传爆管连接区域；2）保护导爆索不被损坏。最初二个议题的解决造成了第三个议题，工艺的改进提高了发射的可靠性，但却对推进剂燃烧率有一定影响。

新的密封点火系统完全地封装导爆索和隔离传爆管，除去棘手的湿气连接而且减少潜在的由于导爆索损害而导致的失败，并且这个设计也使安装过程简单化。推进剂携带器内部有个不锈钢管线，并且该管线穿过推进剂中心轴，用特殊设计的接头把推进剂连接起来，并用特制的金属箍进行密封处理。井下实践证明，该工艺和常用射孔枪一样安全可靠。

最初在油田试验新点火装置期间，从测得的推进剂压力时间曲线上看，并没达到理想的加载速率（DP/DT）和峰值压力。分析在同样的推进剂采用不同点火装置（主要和爆索密封在钢管中的这种点火装置对比）所测得的的高速压力数据（每秒100,000数据点）。比较了暴露的导爆索和密封在钢管中的导爆索两种点火装置引燃推进剂的压力时间曲线，可以很清晰的看出两种点火装置的压力变化情况，新型点火装置压力低的原因在于钢管吸收了推进剂燃烧产生的部分能量。

    既然密封起爆的方法引燃推进剂的能量不足，为此有必要对该方法进行修改，但密封钢管不能改变，因为它可以提高整个装置的可靠性，而简单的增加80粒的导爆索爆炸密度是不切实际的，改变推进剂配方经证明是可行的。

    改变推进剂燃烧速率，其配方研究是个很困难的过程。为了提高推进机燃烧速率，一是改变氧化剂类型和所占的比例，改变燃烧剂类型和所占比例或者修改已知燃烧速率调节剂的化学成分。然而井下的条件是相当恶劣的-400°F and 20,000 psi，并且还有与该井配套的压井液，包括酸性和其他类型溶剂。大多数推进机燃烧速率修改技术并不适用。使用一种表面化合物作为一种催化剂可以把燃烧速率增加到一个可接受的水平，并进行井下测试。用这种新的推进剂配方开发了新的产品并且和和没有密封导爆索的推进剂装置进行对比。

讨论

虽然最初的项目仅仅是想要改善系统的可靠性和简单化，但是近期的研究项目被要求得到系统的增产措施的有效性。从工程师再设计开发的项目到在燃烧率修正技术的评价

传递推进剂激发系统的另一项技术包括筛管完井、长的割缝衬管完井和前期射孔层段的修补，修补目标要能够包含细粒运移和滤液伤害的突破点，还有酸液注入的方式，因为推进剂的独有能力能形成压力峰值造缝，推进剂的持续燃烧保持超过裂缝梯度的井底压力。允许井底流体的高注入量，通过周围伤害带传播裂缝，虽然由推进剂工具形成的裂缝不能和传统压力泵设备产生的裂缝长度相比，但是他们能使近井眼伤害的影响降到最小，提供较高的产量。

结论

在载体推进剂性能上的不一致已经被分析执行新的密封载体系统，要求分解和点燃最初推进剂方程的有效点火能量不足以使用新的载体系统，要求新的推进方程。

新的安全可信的载体运输系统已经被开发在直井或水平井中激发裸眼、割缝衬管、筛管和前射孔完井。

这个简单的系统使用和像油管输送射孔器一样的载体相连接的封闭载体设计来有效地激发几千英尺的层段。 

参考文献：

[1] 井下高能气体压裂设计数值模拟研究[J]. 明晓添，刘东尧. 兵器装备工程学报.2021，42(05)；

[2] 高能气体压裂过程中压井液运动计算模型研究[J]. 赵旭.爆破器材,2020(02)；

[3]脉冲高能气体压裂在X井的应用[J]. 刘春峰;傅仁军;陈东明.甘肃科技,2012；

[4] 高能气体压裂技术在宝浪油田的应用[J]. 王化伟.石油仪器,2014；

[5] 低渗透油藏开发技术措施[J]. 张仁满.化工设计通讯,2019(08)；

[6] 岩石冲击开裂裂缝条数预测模型的建立与验证[J]. 李海波;陈德春;刘卫东;吴晓东;潘志华.西安石油大学学报(自然科学版),2012(02)；

[7] 气动力增产技术在XN油田上的应用[J]. 耿庆福.化学工程与装备,2018(04)。