模块化非常规射孔技术发展趋势

模块化非常规射孔技术发展趋势

王慧君

大庆油田有限责任公司试油试采分公司工程技术大队  黑龙江大庆  163000

摘要：本文通过国际几大油服公司近年来研究的模块化射孔技术，展现了未来射孔技术的发展方向。模块化射孔技术已其插入式设计无需在井场进行连接、安装时间缩短、枪长度缩短，并且拥有数字开关技术等一系列技术特点，使未来射孔技术朝着更稳的可靠性、更优的安全性、更好地高效性的方向发展。

关键词：模块化 集成 射孔系统 射孔枪 射孔弹

0引言

射孔在油气开发中经历了从打开油气通道，到保护油气层以提高完井效果，再到与增产措施结合以进一步解放油气层的变化[1]。尤其是随着非常规油气资源的开发，为适应新形势的需要，研发人员不断开发新的射孔工艺、技术和装备，射孔基础研究和检测技术也在不断丰富和完善[2]。本文介绍了一种新的射孔工艺技术——模块化射孔技术，该技术采用集成螺纹，无需现场连线，可实现快速、可靠的射孔器组装，枪准备时间更短、总长度更短、提高分段效率，可减少非生产时间、减少HSE暴露和对环境的影响。

1模块化射孔技术

目前，北美页岩气射孔大部分已使用模块化射孔枪，模块化射孔可以提前在车间将射孔枪和射孔弹装好，在现场只需要链接一个接头，插入含雷管的特殊部件，即可以下井使用[3]。通过使用模块化射孔枪，增加了现场施工效率，降低了人工成本，也减少了因人工接线而出错的几率。

2国外油服公司模块化射孔技术

目前国际一流油服公司包括斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯、DynaEnergetics等公司都开发了自己的模块化射孔枪，其设计各有特点[4]。

2.1 Velocity射孔技术

这是哈里伯顿公司开发的一项技术。Velocity射孔系统可以提供安全、快速、高效、可靠的射孔作业。在射孔过程中，它可以提高井场地面效率和井下可靠性，增加压裂泵送时间[5]。

随着完井技术的不断发展，通常需要在每一分段中下入更多的射孔枪。与传统射孔枪相比，Velocity系统可以在更短的时间内快速准备，同时，也减少了整体重量和组装长度。

在快速泵送射孔作业环境下，降低设备复杂性、提高效率对作业的成功至关重要。Velocity射孔枪系统具有独特的模块化设计和即插即用雷管，它不需要任何枪支、雷管或点火器的现场布线。Velocity射孔枪是完全可寻址的，而且在射孔枪发射前就能很好地识别出通信问题。此外，Velocity射孔枪系统可以在地面和射孔枪下井期间的任何时候进行安全验证。

如果有枪未发射，数字开关可以跳过有问题的枪，作业可以不间断地继续进行。由于采用即插即用的安装方式，消除了与现场布线相关的错误，减少了潜在的泄漏路径。

2.2 Fractal Flex模块化压裂射孔枪

斯伦贝谢公司设计的模块化压裂射孔枪Fractal Flex多级增产射孔系统[6]，对传统的射孔枪系统进行了重新设计，形成了一种模块化设计，显著提高了多级射孔作业的安全性、可靠性和效率，同时增加了射孔弹选择的灵活性。该工艺在北美9个区块已运用2万多支，成功率99.9%。

其将雷管和选发器安装在射孔枪内部，雷管和导爆索之间有隔爆装置，使用隔爆装置的情况下即使电雷管意外起爆，射孔枪也不会爆炸，隔爆装置现场使用时才拔出。枪与枪之间利用内部传导器实现连接。在现场只需要最少的装配，所有部件均为即插即用部件。由于该起爆系统包括可寻址的机械隔爆装置，因此，射孔枪可以在车间装枪，无需现场装枪。由于Fractal Flex系统包括了重新设计的电气连接和枪对枪连接，消除了布线和密封问题，减少了枪长、降低了钻机安装高度，效率和可靠性得到了提高。

通过使用模块化射孔枪现场人员从5人减少到4人，射孔管串长度也得到降低。该工艺在北美9各区块已运用2万多支，成功率99.9%。

2.3 SurePerf快速选择性点火射孔系统

贝克休斯公司开发的SUREPerf模块化射孔枪系统（图1）也是针对页岩气射孔专门开发，其在原有的射孔枪系统基础上，将电雷管、选发块和中间传导线集成到一个即插式短节中。射孔枪和即插式短节均提前在基地组装好，电雷管和传爆管之间安装有隔爆板，防止意外起爆时引爆传爆管。

2.4 DS LoneStar单孔射孔系统

DynaEnergetics公司的DS LoneStar为作业人员提供了一种具有近乎完美射孔效率的单孔射孔系统。经过现场验证的单孔射孔系统可提供接近100%的射孔簇效率，并显著降低处理压力，同时提高每日分段作业数量和作业安全性。

射孔效率的定义是在压裂作业中射孔孔道吸入压裂液的百分比，通常情况下，这一比例在60%到70%之间。为了提高射孔效率，油井设计越来越多地要求采用限流法射孔技术和单孔射孔系统，以提供更大、更稳定的射孔孔径，确保压裂液在每个簇中更均匀地分布，从而形成更均匀的压裂翼，最大限度地提高压裂岩石体积、砂下入，最终提高油井产能。此外，越来越多的用户希望确定射孔系统的方向，以便射孔弹瞄准首选的裂缝面。

3发展方向

通过以上几家国际一流油服公司，我们可以看出未来模块化射孔枪的发展趋势，甚至是未来射孔技术的一个发展方向。新型模块化射孔系统有如下特点。

3.1更稳的可靠性

对于常规的射孔枪而言，一旦引爆失败，则必须上提管柱重新引爆，不仅浪费作业时间，同时具有极大的风险。模块化系统采用专有的电气弹道传输系统，无需在现场布线，避免了人为施工导致的失误，并可以根据客户需求在射孔管柱内安装多个射孔枪。一旦某个枪引爆失败，可以迅速跳过坏枪，引爆其它射孔枪，确保射孔成功，提高了射孔效率和可靠性。

3.2更优的安全性

模块化射孔系统严格执行了美国石油学会的安全规范，确保了操作的安全、高效。系统采用与地面的双向通信方式，确保更安全的触发。只有在接收到来自地面控制的指定信号后，电流才会通到井下起爆器。不采用机械式触发程序，而采用电气弹道传输系统，在引爆前确保电流已经通到整个管柱，不需要再单个连接射孔枪。

3.3更好地高效性

通过采用模块化电子技术，预建组件和专有的电弹道传输机制，模块化射孔系统可以快速方便地入井和出井。由于节省了手动布线和移动部件的组装时间，大大降低了钻机的非生产时效，节约了时间了成本。

4结论

（1）集成模块化分簇射孔系统将选址开关和雷管设计成一体结构，利用软触点接触、弹架传导，无需另外接线，简化了组装射孔器的环节，平均时效提高66%。

（2）集成模块化分簇射孔系统导电性、绝缘性良好，实现装配完全不需要穿导线，提高了枪串绝缘性能和施工安全性。

（3）触点式可选发数码雷管通过设计优化，其抗震性能优良，可以降低冲击，稳定实现各项功能。

作者简介：王慧君，女，198208，在大庆油田有限责任公司试油试采分公司工程技术大队，从事信息调研工作，邮编：163000

参考文献:

1.陈锋等，“油气井射孔技术现状及发展探析”，2021年第1期

2.陈瑞，“集成模块化分簇射孔系统研制”，《国外测井技术》2021年第4期

3.“Well Integrity: Hydraulic Fracture Program Performance Assessments”，Hart Energy 2020年5月

4.G. Roberts等，“A Novel Hydraulic Fracture Evaluation Method Using Downhole Video Images to Analyse Perforation Erosion”，SPE-191466-18IHFT-MS

5.“VELOCITY Perforating System”,哈里伯顿公司网站

6.“Fractal Flex Multistage Perforating System”,斯伦贝谢公司网站