摘要：油田开发后期的致密油、薄油层、需要进行分段压裂的常规油藏及非常规油气藏，定射角、定方位射孔改变了传统的螺旋排列的射孔方式，使射孔弹按照簇的方式排列，射孔后垂直井筒截面上射流孔形成预应力，射孔孔眼平面与井筒形成特定角度、特定方位的效果，从而提高压裂效果和单井产量，并逐渐在水平井多级射孔施工中得以应用。
关键词：定射角；定方位；多级射孔；定向井；破裂压力
引言
近年来，随着国内外页岩气、煤层气以及特低渗透致密油气藏开发的不断深入，通过改良与体积压裂优化设计紧密相关的射孔技术，使油气井获得更高的产能和采收率，是当今射孔技术的主要研究方向。
射孔后同一平面内多孔眼的应力相互叠加，更利于裂缝的扩展和连通。孔眼根部起裂的裂缝更宽，裂缝通道也更光滑，更利于压裂施工和控制裂缝方向。页岩气水平井多级定射角、定方位射孔工艺作为提高压裂效果和多级射孔单井产量的特殊设计要求，在压裂及多级射孔设计中被逐渐重视并提出。该工艺改变了传统的螺旋排列的射孔方式，使射孔弹按照簇的方式排列，射孔后垂直井筒截面上射流孔形成预应力，射孔孔眼平面与井筒形成特定角度、特定方位的效果，使后续的压裂裂缝能沿着预订的方向扩展，满足压裂设计中特殊布孔要求，达到增产的目的。
1 原理及关键技术
定向原理依靠模拟软件找寻装满弹及其他附属物后弹架实际物理重心，如依靠自身重量无法进行定向，则配置内或外配重完成重心设定，在静止状态下进行自定向，按照地质设计要求的射角和方位设计匹配于多级射孔工具串的定射角、定方位射孔器：通过轴承结构使射孔器的弹架可在射孔枪身内自由转动，根据射孔弹的重心、布弹分布匹配外配重或内配重，使射孔器在静止时，弹架在重力作用下旋转，对准指定的角度和方位，通过射孔器的触点连接设计与多级射孔工具串匹配，实现多级定射角、定方位射孔。
在工程安全方面，这种定方位定射孔角的射孔方式，不会垂直向下射孔，避免了射孔后枪身的毛刺与套管内壁的射孔毛刺相互接触，减小了射孔枪被卡、被挂的机率，提高了工程安全性。
1.1 定射角要求
常规射孔采用基本90°直角射穿，定射角则发射角度与射孔器之间有一定夹角，考虑到现场使用可能射角较多，设计复杂，则在弹架设计时考虑到以下五种因素。
（1）弹架强度-完整性
（2）射角可调-精准性
（3）定向要求-匹配性
（4）穿深分析-效率性
（5）最大孔密-可行性
1.2 弹架强度
弹架是支撑体，在负重到一定重量后，其强度是必须考虑的因素，采用在弹孔的上、下两侧开有方孔，方孔长度适配弹体，且每个弹孔装1个弹套和辅助补心完成定向匹配，尽量程度上保证最大钢构强度。
1.3 定射角调校
加工等长调校弹架后，利用射角调整工具，主要参考射孔弹总重量以及横向、纵向偏心重力分量和内外剩余空间等因素制作模拟弹和附件，计算出合理的配重摆放位置及考虑纵向平衡点，此处忽略导爆索、雷管以及弹架内其他多级射孔所需配件，在满足射孔定向精度同时，用顶丝将发射角固死。
1.4 穿深分析
改变发射角后，主要影响穿透枪体和套管的距离，根据厂家打靶提供的试验数据，列举10°、20°、30°、40°不同射角枪内炸高和枪外间隙对穿深的影响，得出射角角度的增加，枪内炸高和枪外间隙随之增加，提高了射孔弹穿深。
常规装弹的102弹的炸高约15mm，当发射角为30度时，炸高增加到约40mm，按照上图炸高与穿深的对比关系，射孔穿深提高了约60%。
2 技术创新特点
2.1 内、外偏心配重及轴承结构设计
采用定位盘结构，由凹面触点、弹簧、轴承及绝缘组件组成。凹面触点与枪间接头金属触杆可靠接触，弹簧与接头对接时保证可靠的信号传递，轴承结构可以满足定向射孔枪弹架在内部自由旋转，通过内、外偏心配重保证定向的准确性。
2.2 与多级射孔工艺的结合使用
为了能够将定射角、定方位射孔工艺与多级射孔工艺的结合使用，设计了专用枪间接头：接头两端均采用触点连接方式与射孔枪两端定位盘实现触点连接，保证枪体在自身配重的作用下自由旋转；在弹架上设计有雷管仓，在定位盘内部实现雷管、直通线触点连接。满足分簇功能 在射孔弹架轴承中心上配接中间插头触点，形成固定的轴向旋转触点，利用定位盘组件，保证射孔器材转动过程中、静止状态下，每簇枪的检测、点火信号能够正常传递，而且射孔后，枪间接头能够保证下簇枪密封，不影响上簇枪点火，定向射孔器配套电子选发，需要将电子选发模块和雷管一起封装在射孔枪内，随弹架一起转动，且接地可靠，保证电子模块正常通讯寻址以及点火可靠性，将弹架进行改良，设计专用雷管仓及地线固定槽。
2.3 施工关键点
（1）弹架轴承、配重块的检查：检查轴承能否自由转动，配重块能否起到定位作用。
（2）雷管、点火线、直通线的连接：检查连接触点是否接触良好，直通线整体通断；检查雷管在定位盘内的接线无误。
（3）专用枪间接头的装配：保证枪间接头触点与射孔枪定位盘接触良好。
（4）射孔枪串的整体连接与测量：地面通讯检查电子选发模块及整体线路无故障。
2.4 预估风险及处理方法
（1）预估风险：井下定位盘结构触针结构出现通断、绝缘问题导致无法通讯。
（2）处理方法：工具串入井前进行整体通讯检测；井下出现通讯错误通过活动井下工具串尝试使触针结构接通，无效则起出工具串进行补孔。
3 现场应用
2018年03月-04月于中石化东北局吉林省松原油气田北201-22HF、北201-24HF两口井的泵送桥塞多级射孔联作施工中成功应用，在北201-22HF井实现了单向布孔、夹角45°三排布弹、北偏东80°的定射角射孔，在北201-24HF井实现了0°、60°、300°等变密度的定方位射孔，两口井多级定射角、定方位射孔工艺的成功应用获得了东北局甲方的好评。
4 结论
定射角、定方位射孔应用以来，其能够提高压裂效果和单井产量，特别适用于油田开发后期的致密油、薄油层、需要进行分段压裂的常规油藏及非常规油气藏，得到了各工区甲方的广泛认可，并逐渐在水平井多级射孔施工中得以应用。
本项目将多级射孔工艺与定射角、定方位射孔器结合，在北201-22HF井和北201-24HF井成功应用并创产值120余万元，得到了显著的经济社会效益，同时该工艺的成功应用丰富了多级射孔技术服务内容，使其进一步向着多元化方向发展。
论文作者:盛江飞,张俊鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
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