摘要：文章将基于油气工程的井下复合射孔器的工作机理，根据内置式复合射孔和外挂射孔两种完井工艺的压力数据展开对应的技术分析和研究，通过对测试数据的记录和显示来复合射孔的井下动压作用特性，从而了解如何提高射孔器的设计水平，加强射孔过程的技术质量。
关键词：井下射孔;复合射孔;测试技术
0 引言
复合射孔是指通过射孔器以及高能气体压裂技术对需要开采的油气工程的地层进行复合作用，使油气层中的地层流体可以进入到油气井内，复合射孔由于效率高，常常被应用到完井工序中，不过，由于复合射孔的射孔机理复杂，在整个过程中会被众多的因素影响到射孔结果，仅仅只是微秒或者毫秒的范围，都可能使复合射孔的压力变化超过100MPa，同时，由于射孔器的作业过程都是发生在几千米深的油气井下，所以研究起来就显得十分困难。因为井下裂缝长度已经超出了直接测量的技术范畴，所以想要研究井下复合射孔过程中的推进剂燃烧情况和地层开裂情况，压力-时间曲线是当前直接且也是唯一可用的表征量。而要分析井下复合射孔的射孔完井效果，就需要基于油气井的油气层特性展开分析，以此了解复合射孔的完井效果，并制定合理的施工工艺，加强复合射孔技术的技术质量。
1 工作原理
复合射孔是一种机理复杂的射孔技术，它以高能气体压裂技术对需要开采的油气工程的地层进行复合作用，因此需要使用火药来制造出高压气体，这样就能对油气井的井下岩石进行作用，实现压裂增产，然后沿射孔的孔眼压裂多个径向裂缝，依靠这些裂缝对更多的天然裂缝进行贯通和连接。在复合射孔过程中高能气体的压裂过程是从高压气源的活跃开始进行，这个过程会一直持续到油气层的宏观裂缝产生。一般来说，油气井的井内具有压力驱动材料，这些压力驱动材料在宏观裂缝的产生过程中会引导几个机制出现同步反应，比如当高压气源开始活跃时井眼便会出现塑形和变形，而井眼的动态应力波也会向外进行传播，液体或者气体会向油气井附近的地层和孔隙侵入。伴随井眼压力的持续增加，油气井所有已经出现的表面裂隙都会在压力作用下发生破裂，同时开始延长。复合射孔之所以使用气体是因为气体相较于液体来说，其粘度更低，渗入地层的速度更快，所以当油气井的裂隙裂开的时候，就会开始吸收气体，气体依靠比液体更低的粘度和更快的渗透速度进入到地层中促使裂缝快速扩展，这个扩展会直到高能气体的压力降低时才停止。高能气体压力一般维持在30~120MPa间，具体的多与少由复合射孔时使用的工具决定，火药产生压力后，压力脉冲的持续时间在1ms~1s内，根据压力上升时间的快慢，井下会产生“楔劈效应”，或者是一条较短的，类似水力压裂的裂缝。
综上可以看出，决定复合射孔成效的影响因素有压力、加速度、温度的变化这几个，如果能够在复合射孔过程中记录下这些要素的具体数据，就能分析技术成效，并针对其缺陷进行改进，加强复合射孔技术的射孔效果，当前行业中多使用井下多参数记录仪对复合射孔在射孔/压裂过程产生的压力、速度、温度进行测试和进路，通过测试这些数据，便能对为射孔工艺提供重要技术支撑。
2 实测数据的分析
复合射孔分为内置式复合射孔和外挂式射孔两种，所以数据曲线也同样分为内置式复合射孔曲线和外挂式射孔曲线。先看内置式复合射孔曲线，内置式复合射孔器的工作方式是通过射孔弹间加装增效火药的药饼，然后在工作的时候射孔弹，这样在爆炸时就会制造出飞片、冲击波和高温点燃火药，迅速爆燃。这里选择复合射孔器的外径为102mm，射孔井深为1100m，地层为低渗砂岩构造，油气井的井内液体全部为清水，射孔加装的增效火药药饼为双铅-II，直径和厚度分别为49mm和10mm，装药总重量1.4kg，按照内置式射孔的要求安放在各射孔弹之间，采取直井电缆来输送射孔，射孔的厚度为2.5m。16发射孔弹/m，射孔弹类型为DP44RDX-3，套管钢级J-55，规格设置为139.7mm，套管的壁厚为7.72mm。
在开始测试时，将井下多参数记录仪安装在射孔器的底部，在起爆之后，爆炸会产生气体，气体则会在射孔器中发生反射，然后渐渐形成平衡，这样就形成了初始的压力环境，射孔弹的爆炸产物会点燃火药，火药在燃烧过程中则会制造出很多的高能气体，原来的压力环境中，压力会迅速升高，同时火药的燃烧速度会和压力升高保持指数关系一起上涨，最终，高压气体会在t1时刻冲出射孔器，因为油气井下都是清水，空间中没有什么自由体积，所以当高压气体冲出射孔器后还会上升，并最终在60μs的时候达到峰值压力的90%，不过，从记录仪传回的数据来看，虽然此时的气体压力在快速上升，但射孔器实际输出气体量却没有现象中那么高。而当爆炸压力已经到峰值的时候，高能气体会促使环空压力跟着提升。根据记录仪的数据曲线显示，在8ms时刻，井下的压力达到峰值约61MPa。地层的压裂则和压力保持正比关系，压力越高，压裂越开。在火药燃烧的同时，高能气体还会大量涌入地层，然后压力便开始降低，等到t2时刻，因为岩层在高压力的影响作用下出现了大裂缝，压力也会产生较大的突降。火药的爆燃将于t3时结束，从井下多参数记录仪记录的数据看，整个压力脉冲的持续时间有10ms，然后在液柱受推力的影响下气体热传导温度开始降低，体积发生膨胀，压力也停止上升，然后慢慢变为一个降低的趋势。相比内置式复合射孔作业方式，外挂式复合射孔的应用较少，这里以辽河某井89外挂射孔的实测压力曲线作为参考数据，其情况如图1所示。
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从压力曲线表来看，外挂射孔能分成四个阶段，以t1为主的第1个阶段，以t2为主的第2阶段，以t3为主的第3阶段和t3以后的阶段，t1时是指向窄脉冲，射孔弹爆炸让气体压力的峰值达到了62.6MPa，但压力持续时间不高，从图1来看，整个时间只有0.176ms，即表示这个压力过程是由高压气体的影响作用所造成。而到了t2时刻t1的脉冲已经结束，初始压力不高，这时的火药和射孔已经分离，压裂火药是单独点火，所以火药燃烧和压力建立的过程比之第1阶段就缓慢了许多。到了t3，井下的裂缝已经形成并在继续扩展，压力突降出现，而在t3以后的第4个阶段，高压气体又开始膨胀。综合来看，从第一个脉冲到第二个压力脉冲之间，有1.5ms的间隔时间，而压裂压力的峰值则为40MPa，外挂式射孔过程中使用的增效火药药饼的燃烧膨胀时间有30ms。
综上，在采取复合射孔对油气井的底层进行压裂作用时，输送方式并不会影响到压力的变化速度，即无论用哪种输送方式压力的变化速度都不会太快，当射孔压裂工具已经输送到储层时，需要进行施工校对，定位误差保持在10cm的范围中。火炸药在起爆后便会出现高能气体，同时制造出井内压力，压力的上升时间取决于井下环境，如果存在液体上升时间就会缩短，反之则会延长。压力的增长会随着爆燃过程一直积聚，最终超过地层的岩石破裂压力，从而形成裂缝，高能气体也会浸入裂缝，对裂缝逐渐加载，在楔劈效应下，裂缝会根据地应力方向进行向前延伸作用。压裂一直持续，则井下的自由体积也会跟着变大，最终使高能气体被大量泄放掉，产生压力突降，之后便因为楔劈效应的减弱而逐渐平衡，裂缝的破裂也会随之慢下来。
3 结语
综合而言，复合射孔技术的效能和火药药饼的爆燃有关，如果复合射孔过程中能对燃速不同的多级火药进行设计，则可调整射孔过程中的压力上升时间，这样就可以对油气井的地层制造出压力大、时间长的压裂。
当前因为油气井复合射孔技术的机理过于复杂，且油气井的环境恶劣，相关的理论研究并不深入。因此需要对该技术进行全面且细致的测试与研究，同时根据复合式射孔技术的应用实例建立复合射孔的模型，以不断强化油气井复合射孔的技术设计和应用。——论文作者：荆楠男
