探讨油井射孔防砂一体化技术应用
[摘 要]针对油井机械防砂在井筒内留有残余物、施工程序复杂、作业成本高和化学防砂存在伤害地层、成功率低、有效期短、成本高等问题，研制开发出将射孔和防砂两个工艺一次施工完成的射孔防砂一体化技术。射孔防砂装置是将射孔弹、防砂材料和助推火药组合而成的特殊装配结构，围绕其安全性形成的一系列配套技术，通过对射孔防砂装置的研制、配套技术的研究以及现场应用，表明该技术设计合理，是一种非常有效的油井射孔防砂方法。
[关键词]油井防砂；射孔装置；射孔防砂；一体化
中图分类号：G633.96 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）13-0265-01
1防砂工艺技术
1.1压裂防砂技术
压裂防砂技术是采用压裂手段将支撑剂挤入地层亏空带，在地层形成一定厚度且具有一定强度和渗透率的人工砂桥。同时地层砂的受力状态也发生了改变，由径向受力改为垂直裂缝方向和沿裂缝方向受力；受力状态发生了变化，渗流条件得到改善，油流的携砂能力降低，油井出砂变少油井产能提高。
1.2机械防砂技术
机械防砂技术分为筛管防砂技术和砾石充填防砂技术。筛管防砂技术是通过管柱上的滤砂网阻挡地层砂进入井筒，从而达到防砂的目的。目前常用的筛管防砂技术有割缝筛管防砂技术、弹性筛管防砂技术、滤网筛管防砂技术、梯缝筛管防砂技术。砾石充填防砂技术是通过充填工具在筛管和井眼所组成的环形空间中充填特定砾石来阻挡地层砂进入井筒。
1.3化学防砂技术
化学防砂技术分为固砂技术和人工井壁防砂技术。固砂技术是通过向地层内注入固砂剂，使地层中游离的砂胶结的更好，从而提高地层砂胶结强度，减少地层砂进入井筒，达到防砂的效果人工井壁防砂技术是将防砂材料泵送到炮孔附近亏空带，充填，堆积，压实后，在地层温度，水以及固化剂的作用下胶结固化成一体，成为人工井壁。人工井壁具有很高的强度，能阻止亏空地带进一步垮塌，从而实现防砂的目的。
1.4排砂技术
排砂技术是以携砂采油为思路，通过将井口附近地带游离出的细粉砂排出后填入胶结砂的方式，实现油层深部防砂，目前常用的排砂技术有水力喷射泵强制排砂技术，地层深部防砂技术，浮环泵技术，长柱塞耐砂泵技术。
2 油井射孔防砂一体化技术
经国内外调研、室内实验、现场试验，研制开发出具有射孔和防砂两种能力的射孔装置，实现了一次作业同时完成射孔和防砂，是油井防砂技术的一次重要突破。该技术在研究了不同领域的理论模型后，建立了适用于该技术的理论模型，并设计出内含小长径比大孔径射孔弹及防砂前仓的射孔防砂装置。经过多次室内实验，确立了防砂材料的材质及结构，前仓位置及结构，助推火药的位置及配比关系，最终确立了射孔防砂装置的整体结构及配套结构。
2.1射孔防砂一体化技术原理
当射孔弹起爆后，形成高温高压的金属射流，一方面该金属射流以极高的速度穿过套管，水泥环在油层中形成不规则的孔道；另一方面由于该金属射流极高的速度，在其所经途径周围形成一个负压区，同时爆轰波引燃助推火药，使前仓内压力急剧升高，将防砂材料从前仓的孔眼中推出，在助推火药的“推”“拉”作用下相互交错、勾结，以团状、絮状固定在地层孔道中，形成防砂遮挡层，完成射孔防砂一体化作业，对井筒不产生任何影响。
2.2参数设计
根据一般油井射孔技术与防砂技术的需求设计油井防砂一体化技术指标有：射孔弹及助推火药发射率100%，射孔孔道中孔眼直径18-20mm以上；射孔孔道中孔眼长度350mm以上；充填防砂材料后孔眼渗透率大于47，防砂粒径大于0.1mm。
2.3射孔防砂装置
射孔防砂装置是油井射孔防砂一体化技术的关键部分，由于装置内空间有限，而射孔弹影响着射孔孔道的穿深，前仓影响着防砂材料的装填量因此射孔弹及前仓空间的分配影响着该技术的效果。同时，能否成功将由助推火药燃烧形成的气流携带的防砂材料，牢固的固定在射孔后地层中形成的射孔孔道，是射孔防砂一体化技术成败的重要一环。这需要通过对防砂材料，支撑剂以及助推火药的选择配比来完成，且应保证在施工完成后，防砂材料在射孔孔道中的分布没有堆积和间断。本装置可以根据不同地层的地质情况设计防砂材料的充填量、密度、强度和位置等。
3配套技术
在射孔防砂一体化技术的现场施工中，在分析存在的安全隐患后，为保证技术实施的安全性及成功率，研究出了配套的密闭式起爆器，长延时尾声弹和射孔起爆安全装置。
密闭式起爆器连接在油管的下端，并随油管一并放入井下套管内，从而使油管与套管之间不相连通，油套环空中的杂质不能进入油管内，有效保证了该密闭式双发火防砂起爆器上方油管的清洁，使自井口投入的撞击棒可顺利进入上接头的通孔内而触发外管内的击针，从而避免起爆器不起爆导致射孔装置不射孔的情况。
长延时尾声弹连接在射孔防砂装置的最下端，仅能在射孔防砂裝置全部发射后才会被激发激发后，经过60s左右的延时，长延时尾声弹爆炸并产生振动波，施工人员可以通过地面仪器，检测到2次振动波以确认射孔防砂装置的发射率。
射孔起爆安全装置连接在起爆器与射孔防砂装置之间，用来避免防砂装置下井过程中由于操作不当造成的误射。起爆安全装置中的防爆活塞只有在井下一定液压下才能打开传爆通路，这样就消除了下井过程中安全隐患，同时又不影响其在井下的传爆功能。
4射孔防砂技术发展方向
油井射孔防砂一体化技术在油田防砂技术方面已经取得了显著的成绩，但在现今科技发展日新月异的背景下，仍需不断完善，根据现场应用过程中出现的不足并综合多方面的考虑提出以下发展方向：
1）水平井射孔防砂一体化技术。水平井作为开发薄层油藏的新方法，能达到提高油井产量的目的。目前所采用的水平井砾石充填防砂技术工艺复杂，成本较高，且存在一定风险，水平井射孔防一体化砂技术如能解决竖直方向射孔孔道防砂材料充填量的问题，便能以施工简便、成本低廉成为一种替代技术。
2）射孔测试一体化技术。将射孔装置与测试仪器连接在一套管柱上，通过一次下井作业，完成射孔和测试两种功能。可在射孔后第一时间获得最真实的地层温度，压力，渗透率等多项参数。
3）油管传输多层射孔分级起爆技术。在油田某些区块，存在着相邻两个射孔层段距离过长的问题。可采取多级起爆的方式，在第一级投棒起爆后释放次级投棒，既可以避免重复作业，又不会影响试油的结果，成本低，施工周期短，具有推广应用的前景。
4）射孔抽油一体化技术。将射孔装置连接在抽油泵的下端，在射孔完成后直接产，这样既可以避免井喷，又可以避免对地层的污染，还可以降低作业费用，满足现在油田开发的需求。
5结论
油井射孔防砂一体化技术达到了射孔技术与防砂技术的完美结合，根据不同地质条件设计使用不同类型的射孔装置，施工完成后井筒内没有多余管柱，有利于后续作业，目前射孔防砂一体化技术已在多个油田普遍推广，从应用效果来看，得到了广泛好评，是出砂油田高效开发的有效途径之一。
参考文献
[1]汪旭光.爆破手册[M].北京冶金工业出版社.2010.WANG X G.Blasting manual[M].Beijing：Metallur-gicalIndustyPress，2010.