安全高效 SDPR 释能自清洁射孔弹 研究与应用
石前 大庆油田射孔器材有限公司(黑龙江大庆， 163853）
摘
要：
：介绍了 SDPR 释能自清洁射孔弹结构原理及射孔过程，改善孔道内压实带导流能力的作用方法。一方面，通过与复合射孔、动态负压射孔对压实带改善作用机理进行对比分析，阐述了 SDPR释能自清洁射孔弹的优势特征；另一方面，通过实际打靶试验测试分析结果和油田现场应用效果分析。表明 SDPR 释能自清洁射孔弹是安全、高效、绿色环保的新型射孔器材。
关键词：SDPR 释能自清洁装药；利用率；含能材料；放热反应；射孔弹
前言 聚能射孔仍然是油气田开发的最主要完井方式，但是，在射孔过程中，射流侵彻形成孔道，对周围岩石进行破碎和压实，产生压实损害带，其渗透率下降到原始渗透率的20%左右，并且部分岩石碎屑和金属粉末会留在射孔孔道内，因此增大了地层流体流向孔眼的流动阻力，影响了原油产出效果，降低了油气井的生产能力。近年来，为了消除聚能射孔产生的压实带的负面影响，产生了高能气体复合射孔、动态负压射孔等新型射孔工艺，通过应用取得了较好的效果；同时随着配套器材的增加，也相应增加了射孔作业的费用、难度和风险。而 SDPR 释能自清洁射孔弹是在射孔弹上做文章来消除射孔压实带的影响，通过试验取得了明显效果，还能增大岩石孔道直径，并对孔道进行再造缝作用，大幅度提高了油井产能，这是石油开采技术上的创新和飞跃。
1 主要原理 SDPR 释能自清洁射孔弹的设计思想是通过聚能射孔弹自身的设计来消除射孔压实带影响，达到其操作与普通射孔器一致，不增加射孔施工作业难度，不增加射孔对井筒的伤害，扩大射孔孔径，产生微裂缝，从而大幅度提高射孔孔道的导流性能，形成替代现有聚能射孔弹的新技术。
该技术主要是通过射孔弹的关键部件------药型罩进行创新，优选药型罩材料配比，药型罩结构以深穿透结构为基础，确保 SDPR 释能自清洁射孔弹形成的射流仍然具备深穿透射流特征，同时将含能反应材料汇集到射流的杵体部分，如图 1 所示。既保证含能材料在每一个射孔孔道中完成释能自清洁反应，又具有良好的穿深性能。
图 1
SDPR 释能自清洁射孔弹射流示意图 含能材料在高温、高压和液体同时存在条件下发生放热反应，生成大量的气体，对孔道做功。反应还包含部分铝热反应；广义上的铝热反应是指由金属粉和金属氧化物组成的混合物相互反应的一类反应，狭义的主要指铝粉和氧化剂的反应。如铝粉和氧化铁的反应。反应类型为：
M+AO→MO+A+△H
（C）
铝热反应的特点是燃烧温度很高，可以高达上千度，能释放出大量的热，且持续时间长。在弹药销毁及高热度燃烧弹等领域取得了较为广泛的应用。
SDPR 释能射孔弹采用特殊含能材料的金属药型罩，罩内的特殊含能材料和金属组合在射孔弹爆轰产生的金属射流侵彻出射孔孔道之后，随着射流进入孔道，含能材料在数毫秒内产生强烈的放热反应，释放的能量使孔道的压力增加，产生向井筒内的涌流，对孔道的压实带进行冲洗；含能材料反应产生的大量气体和热量改善压实带渗流特性，并将孔道内脱落的岩石碎屑和金属粉末从整个孔道清除，并且在孔道末端产生裂缝。使油流通道得到优化，最终实现清洁孔道、提高导流能力的目标。
2 优势分析 含能材料作为 SDPR 释能自清洁射孔弹药型罩的一部分，射孔弹总能量增加了，但是单发射孔弹的炸药量却没有增加，因此，实现了安全和高效。采用的含能材料在射孔过程中安全可靠，在射孔弹爆轰过程中不产生爆炸和放热反应，因此，对射孔枪身、井筒和水泥环不增加破坏作用，其操作与普通射孔器一致，不会增加射孔施工作业难度，不增加射孔对井筒的伤害，是非常安全的。SDPR 释能自清洁射孔弹适用于普通的射孔枪，不需要特殊储存、运输和操作过程。孔密和相位角与常规射孔弹都可以相同。
含能材料同金属射流同时进入孔道，在毫秒级时间内产生强烈的放热反应，产生大
量的气体，直接作用在每一个孔道内部进行射孔孔道的冲洗和返涌，因此，同样能量的情况下功效更高。
比较而言，高能气体复合射孔在井筒内产生气体，压力作用在整个井筒内，只有部分能量进入射孔孔道，并且作用方向由井筒向孔道内部，碎屑没有排出通道，孔道清洗难度较大。动态负压射孔是通过整个井筒和射孔孔道内的压差，瞬间进入射孔孔道的井液产生反涌，将孔道中的碎屑排出，但是作用力相对较小，时间短，对孔道的改善程度较低。
3 测试 试验 验 因为 SDPR 释能自清洁射孔弹的含能材料在高温、高压和液体同时存在条件下发生放热反应，所以，API 混凝土靶检测无法在混凝土靶的孔道上显示孔径增加和清洁的效果，混凝土靶在射孔过程中瞬间开裂，压力迅速释放造成含能材料反应无法持续进行。国外相关产品测试实验均采用 API 流动效率相似的砂岩系统进行单发验证，如图 2。
图 2
国外自清洁射孔弹砂岩检测照片 笔者于 2010 年 10 月在射孔器材检测中心贝雷砂岩靶流量测试试验结果：射孔孔容增加 110.9%，流量增加 17%。见表 1。
表 1 SDPR 释能自清洁射孔弹与深穿透射孔弹流量测试结果
砂岩靶穿深/mm 流量/cm 3 /s 孔容/mL 常规射孔弹 541 0.59 47 SDPR 释能射孔弹 564 0.69 99 增加百分比/% 4.2 17 110.9
为了进一步检验 SDPR102 型释能射孔器的效果，2012 年 5 月在胜利油田测井高温高压试验室进行了模拟检测试验。针对井筒压力和地层压力进行了对比测试实验。井筒压力为 35MPa，地层压力为 30MPa。模拟井筒环境检测两发，尾端裂缝明显；见图 3。模拟井筒环境检测，套管毛刺回收，证明 SDPR 释能射孔在孔道内压力作用显著。
图 3
SDPR 释能自清洁射孔弹胜利高温高压实验室检测靶照片 2017 年为了降低实验成本，简化实验流程，开发了地面侵水砂岩靶测试方法，和超深穿透射孔弹进行的对比实验，如图 4。
图 4
SDPR 释能自清洁射孔弹简化砂岩实验照片 4 现场应用对比 为了进一步验证 SDPR 释能自清洁射孔弹的产品性能，2013 年在杏 12 区东部纯油区应用 SDPR 释能自清洁射孔弹射孔施工 4 口井，该区域油层深度 1500 米左右，地层渗透率很好，一般在 1000 毫达西以上，效果与 15 口常规射孔相对比，平均产液强度提高 45.7%，取得较好的效果。平均表皮系数降低明显。数据见表 2。
在 SDPR 释能自清洁射孔弹现场应用的一口井射孔过程中，在射孔段下部连接了PT 仪，进行了压力时间关系测量，在射孔压力峰值后 100 毫秒有很小的压力增加显示，见图6。说明该产品反应主要作用射孔孔道内部，对井筒几乎没有损伤。进一步证明SDPR释能自清洁射孔弹的安全可靠。
表 2 SDPR 释能自清洁射孔弹在杏 12 区应用对比数据 序号 射孔弹型号 井数 平均日产 液量 平均射开 厚度 平均产液 强度 平均表皮 系数 S 1 SDPR45RDX39-1 4 67.20 12.67 5.48 -2.15 2 DP44RDX38-3 15 38.24 12.65 3.76 2.68
图 6 SDPR 释能自清洁射孔弹现场应用 PT 曲线 为了进一步 SDPR 释能自清洁射孔弹应用效果，2014 年在大庆油田现场应用 50 口井，进行较大规模试验，与常规射孔相对比，平均产液强度提高 21.8%。
其中分别在大庆油田的长垣主力地区、边缘低渗透地区和注水井进行了对比测试实验。
（1）大庆长垣主力地区对比 该地区的地层渗透率很好，一般在 800 毫达西以上，SDPR 释能自清洁射孔弹和深穿透射孔弹相比：平均采液强度增加 54.4%，平均采油强度增加 368%。SDPR 释能自清洁射孔弹和复合深穿透射孔弹相比：平均采液强度增加 71.8%，平均采油强度增加120.4%。对比数据见表 3。
（2）大庆边缘低渗透地区对比 该地区的地层渗透率较差，一般在 50 毫达西以下，SDPR 释能自清洁射孔弹和深穿透射孔弹相比：平均采液强度增加 42.4%，平均采油强度增加 197.6%。SDPR 释能自清洁射孔弹和复合深穿透射孔弹相比：平均采液强度增加 34.1%，平均采油强度增加69.4%。对比数据见表 4。
表 3 SDPR 释能自清洁射孔弹在大庆长垣主力地区对比数据 井号 日期 射孔方式 厚度 效果 喇 3-PS3205 14-9 SDPR 自清洁 16.7 液 72.3
油 29.5 喇 4-PS3037 14-7 SDPR 自清洁 10.4 液 56.6
油 20.5 喇 4-斜 PS3007 14-7 SDPR 自清洁 16.4 液 134.8
油 46.3 喇 4-斜 PS3025 14-7 SDPR 自清洁 8.1 液 54.1
油 14.3 喇 4-斜 PS1827 14-2 102 配 1 米弹 7.9 液 19.9
油 2.5 喇 4-斜 PS1913 14-3 102 配 1 米弹 9.7 液 53.1
油 5.5 喇 3-PS1906 14-4 102 复合 15.3 液 54.1
油 16.5 喇 3-PS2108 14-6 102 复合 9.8 液 35.7
油 7.9
表 4 SDPR 释能自清洁射孔弹在大庆边缘低渗透地区对比数据 井号 日期 射孔方式 厚度 效果 卫 1-42-斜 01 14-6 SDPR 自清洁 9.8 液 42.6
油 13 卫 2-43-37 14-7 SDPR 自清洁 7 液 28.8
油 7.8 卫 1-39-斜 02 14-4 102 配 1 米弹 10 液 29.4
油 4.3 卫 2-37-42 14-5 102 配 1 米弹 6.7 液 20.1
油 2.6 卫 1-35-斜 01 14-3 102 复合 10.3 液 31.1
油 5.2 卫 2-40-17 14-6 102 复合 7.8 液 25.7
油 7.3 （3）大庆注水井对比情况 为了证明 SDPR 释能自清洁射孔弹提高射孔孔道导流能力，在注水井进行了对比。SDPR 释能自清洁射孔弹和深穿透射孔弹相比：平均日注液强度提高 76%。SDPR 释能自清洁射孔弹和复合深穿透射孔弹相比：平均日注液强度提高 55.8%。对比数据见表 5。
表 5 SDPR 释能自清洁射孔弹在大庆注水井对比数据
井号 日期 射孔方式 厚度 效果 茂 183-179 14-1 SDPR 自清洁 19.9 日注液 78 茂 185-177 14-1 SDPR 自清洁 30.7 日注液 93 茂 181-127 14-4 102 配 1 米弹 18.5 日注液 37 茂 183-178 14-1 102 配 1 米弹 26.7 日注液 52 茂 183-113 14-5 102 复合 17.3 日注液 41 茂 185-144 14-9 102 复合 27.8 日注液 58
5 结论 （1）SDPR 释能自清洁射孔弹是药型罩中的含能材料伴随射流进入射孔孔道，进行快速反应，来改善射孔压实带特性，增加孔道导流能力。
（2）SDPR 释能自清洁射孔弹的操作与普通射孔器一致，不增加射孔施工作业难度，不增加射孔作业对井筒的伤害，孔密和相位角与常规射孔弹都可以相同，适用于普通的射孔枪，不需要特殊储存、运输和操作过程。
（3）SDPR 释能自清洁射孔弹可以实现每个孔道的自清洁，能够扩大射孔孔径，产生微裂缝，提高孔道周围储层的渗透率，使得储层与井眼之间形成理想的流动通道。使油流通道得到优化，提高导流能力。
（4）SDPR 释能自清洁射孔弹射孔作业无需造负压，清洁孔道不取决于岩性和井况，均能够提高射孔效果，增加油气井产能。