1、TCP 射 孔 工 培 训 教 材前言为了进一步推动海外市场外籍员工培训的标准化和规范化，根据油田公司人事部和市场开发部的相关要求，试油试采分公司组织开展了外籍员工培训教材的编写工作。本教材的使用对象为 TCP 射孔工，教材内容涉及了 TCP 的基础理论和工艺、TCP 现场操作和施工标准等与 TCP 相关的知识。教材本着理论与实践相结合，国内与国外相结合的原则，突出了内容的基础性、注重内容的实用性、体现了内容的科学性和强调了内容的规范性。本教材由王军、马庆华编写，蔡山、金海东、刑国庆和曲立峰审稿。在教材的编写教程中得到了分公司领导，机关部室领导，相关单位领导的关心、指导和帮助，在此表示衷心的感
2、谢。由于编者水平有限，教材中难免有错误之处，恳请大家给予批评指正。王军 马庆华2011 年 1 月目 录第一章 射孔与射孔器 1第一节 射孔与射孔完井 1第二节 聚能射孔 2第三节 聚能射孔器 3第四节 射孔传输方式 5第五节 射孔孔道与地层 6第六节 负压射孔 7第二章 油管输送射孔 9第三章 TCP 器材与工具 11第一节 TCP 设备 11第二节 TCP 火工品 12第三节 TCP 器 材 14第四节 TCP 工具 17第四章 TCP 现场操作 18第一节 TCP 现场操作程序 18第二节 TCP 现场施工文件 19第五章 TCP 标准与安全 21第一节 TCP 现场施工标准 21第二节
3、 TCP 火工品的使用与管理 23第三节 放射性源的使用与管理 24第四节 射孔施工的环境与安全 25参考文献 261第一章 射孔与射孔器每一口下套管完井的油井必须进行射孔，只有通过射孔，地层流体才能从井下流动至地面，或者将流体注入到地层中。特殊设计和制造的聚能射孔弹的可控爆炸穿透套管和水泥环并在地层中形成射孔孔道。一口油井要进行合理的生产或者注入，需要精心设计，提前规划和现场射孔施工，才能形成穿过近井污染带并在地层中延伸足够长的清洁的射孔孔道。第一节 射孔与射孔完井一、射孔一口油井要经过数年的勘探、数月的规划和数周的钻井才能进行生产。但是，油井能够进行生产，最终还要依靠射孔（微秒级）来完成。
4、射孔是将射孔器下入井内，通过地面仪器校深定位并引爆射孔弹，利用射孔弹爆炸产生的高温高压聚能射流穿透套管及水泥环，并到达地层内一定深度，从而在地层与井筒之间形成有效的连通通道。二、射孔完井射孔完井是油田最广泛和最主要的一种完井方法。在射孔完井的油井中，射孔孔道是沟通地层和井筒的唯一通道。如果采用恰当的射孔工艺和正确的射孔设计，就会减少射孔对地层的伤害，提高地层的完善系数，从而使油井达到理想的产能。射孔完井方式最突出的特点是，可以实现选层射孔、分层开发；根据油田开发工程的需要，选用不同射孔器，可实现不同孔径、穿深和相位的射孔服务；射孔完井施工效率高，有利于规模化生产。射孔完井一般包括（并不是必须全
5、部具备）下套管和固井、射孔、增产施工、下油管和安装控制和流动阀。对于永久性完井，在负压射孔后不需要压井就可以立即进行生产。在管输射孔时，射孔器在射孔后留在井筒内。对于临时性完井，在射孔后要进行压井并且在进行永久性完井施工之前回收临时作业管柱。自然完井、增产完井和砂控完井是主要的三种射孔完井方式，不同的完井方式，需要选择相应的射孔工艺。对于自然完井，射孔后直接进行生产，这就需要进行深穿透射孔。对于增产完井，即水力压裂和酸化，射孔孔道之间的夹角对于在油层中产生裂缝和在射孔孔道间形成新的流动通道是非常重要的。对于砾石充填完井，在直径较大的射孔孔道中充填的砾石可以有效地防止疏松的地层出砂，并且可以避免
6、油井在以后的生产期间出现较大的压降。为了满足各种射孔工艺的需要，发展出了多种射孔器和射孔传输系统。要选择最合理的射孔工艺来满足射孔需求，同时也要选择最合适的射孔器材。2第二节 聚能射孔聚能射孔是指利用聚能射孔弹在地层中产生射孔孔道的一种射孔方式。聚能射孔弹爆炸产生的高压、高速金属射流穿过套管和水泥环并侵彻地层岩石，形成射孔孔道。一、聚能效应聚能效应是指炸药爆炸后，爆炸产物在高温高压下基本是沿炸药表面的法线方向向外飞散的。因此，带凹槽的装药在引爆后，在凹槽轴线上会出现一股汇聚的、速度和压力都很高的爆炸产物流，在一定的范围内使炸药爆炸释放出来的能量集中起来。二、聚能射孔弹聚能射孔弹由引爆药，主炸药
7、，药型罩和外壳四部分组成。聚能射孔弹由钢质或铝质的外壳包覆内部的炸药，前端是内凹的半球型或锥型的金属药型罩。导爆索将主炸药引爆后，药型罩被挤毁形成金属射流。图1-1为聚能射孔弹的结构示意图。图1-1 聚能射孔弹示意图聚能射孔弹具有将炸药爆炸产生的能量瞬时释放的特性，聚能射孔弹利用聚能效应产生的高压、高速金属射流形成射孔孔道。主炸药和药型罩的形状决定了金属射流的形状和聚能射孔弹的性能。在射孔的瞬间，导爆索爆炸产生的爆轰波引爆了聚能射孔弹内的引爆药和主炸药，在到达药型罩的顶点的时候，其产生的球形爆轰波可以达到 7.5106 psi 的压力和约 3104ft/sec 的速度。外壳受压膨胀破碎，药型罩
8、被挤毁并在其轴线方向上形成高速的金属射流。在高压、高速金属射流前进的路径上，套管，水泥环和地层岩石发生塑性变形，从而形成了射孔孔道。图 1-2 聚能射孔弹爆炸过程示意图从图 1-2 中可以看到，在 0sec 时，是聚射孔弹的初始状态。锥形炸药的体积在开口处最小，在顶部最大。这种形状炸药的优点是，当爆轰波震面向前传播时，爆炸的强度变小，在药型罩底部附近的壳体的崩溃速度较小。图中后 3 张照片显示，随着爆轰波震面的传播，药型罩沿射孔弹轴线方向形成了金属射流。在 16.6sec 时，金属射流完全形成，速度可以达到 21300ft/sec。3第三节 聚能射孔器一、射孔器下套管完井的油气井需要进行射孔才
9、能进行生产，射孔器是完成射孔施工的器材。射孔器是由射孔弹、固定器件和附件构成，射孔器的尺寸和规格非常广泛。射孔器的外径由井筒条件来决定。当然，地面设备也会限制和影响射孔器的外径。目前，射孔器有两种常见的分类，即无枪身射孔器和有枪身射孔器。它们可以应用于以下两种射孔施工：一是过油管射孔，即射孔器要穿过生产或测试管柱，进入到直径较大的套管中；二是套管射孔，即直径较大的射孔器直接在套管中进行射孔施工。二、无枪身聚能射孔器无枪身聚能射孔器由聚能射孔弹、弹架及爆炸部件构成。聚能射孔弹装配在弹架上，外部有防水外壳。无枪身聚能射孔器下入井内时，聚能射孔弹、导爆索等均浸没在井内的液体中，直接承受井内的温度和压
10、力。无枪身聚能射孔器最主要是在过油管射孔施工中应用，与有枪身聚能射孔器相比，当使用相同直径的聚能射孔弹时，无枪身聚能射孔器的性能要优越。无枪身聚能射孔器主要通过电缆或者是钢丝传输至井下实现过油管射孔施工。在施工中，由于聚能射孔弹、导爆索等均浸没在井内的液体中，直接承受井内的温度和压力，所以聚能射孔弹外面有耐压外壳。在射孔后，无枪身聚能射孔器在井下的射孔碎屑较多。图 1-3 无枪身聚能射孔器示意图。图 1-3 无枪身聚能射孔器示意图三、有枪身聚能射孔有枪身聚能射孔器由弹架，聚能射孔弹，导爆索和传爆管组成，是最为广泛使用的射孔器。聚能射孔弹装配在耐压、密闭的钢管内部。根据不同尺寸的油管和套管，可以
11、选择不同外径的有枪身射孔器。图 1-4 为有枪身聚能射孔器示意图。有枪身聚能射孔器通过电缆、油管或者是连续油管传输至井下来完成射孔施工。由于射孔弹和导爆索等均装配在射孔枪内部，所以射孔后产生的射孔残留物均留在射孔枪内部。4由于有枪身聚能射孔器枪身的外径可以达到 2.88in 或者更大，所以其内部可以装配大直径聚能射孔弹、可以优化射孔相位、增加射孔孔密，因此有枪身聚能射孔器比无枪身聚能射孔器的性能要优越。如果要求射孔后无碎屑，并且在严苛的井下环境中工作，要选择油管输送式有枪身射孔器，而不能使用无枪身射孔器。图 1-4 有枪身聚能射孔器示意图5第四节 射孔传输方式将射孔器传输至井下主要有四种方式，
12、分别是电缆输送、油管输送、连续油管输送和钢丝输送等方式。要根据施工要求和井筒条件来选择相应的射孔传输方式。一、电缆输送射孔电缆输送射孔是指使用电缆作业设备将射孔器传输至井下，并完成射孔作业施工。电缆输送射孔是应用最为广泛的射孔传输方式，具有实时深度控制的优点。电缆输送射孔既可以应用于套管射孔施工，也可以完成过油管射孔施工。电缆输送射孔适用于绝大多数射孔器，比如钢带式过油管射孔器、套管射孔器，盲孔式射孔器、枢轴式过油管射孔器，Enerjet 过油管射孔器、管输射孔器和定向射孔器等。电缆作业设备也可以应用于坐封桥塞和封隔器施工、油管切割作业，投、捞棒作业等多种爆炸作业施工。二、油管输送射孔油管输送
13、射孔是指使用油管将射孔器传输至井下，并完成射孔作业施工。油管输送射孔一次下井可以射开较长的射孔层段，最长可以达到 8000ft(2440m)，油管输送射孔在大斜度井和水平井射孔施工中具有无可比拟的优势。油管输送射孔可以使用大直径射孔器，也可以实现高负压值射孔。油管输送射孔与 DST 测试联作施工时，可以轻松控制井内液体流动。油管输送射孔可以实现不压井作业，也可以在射孔后直接进行永久性完井。三、连续油管输送射孔 连续油管输送射孔是指使用连续油管设备将射孔器传输至井下，并完成射孔作业施工。与其它射孔传输方式相比具有更大的灵活性和更广泛的适用性。由于连续油管具有较高的强度和柔韧性，因此连续油管输送射
14、孔在大斜度井和水平井射孔施工或者射孔枪串较长时具有突出的优势。在射孔后，通过连续油管设备特有的压控技术可以在丢枪或者起枪操作时实现不压井作业。四、钢丝输送射孔钢丝输送射孔是指使用钢丝作业设备将射孔器传输至井下，并完成射孔作业施工。使用钢丝作业设备可以完成射孔施工，坐封桥塞、封隔器和水泥塞，油管切割作业等。钢丝作业施工效率高，压控设备简单。钢丝作业设备突出的优点是其体积小，节约井场和钻台空间，重量轻，易于装卸和运输。6第五节 射孔孔道与地层井筒和油层的连通性是影响油井收益的主要因素。射孔是在油层和井筒之间建立流动通道使地层流体流动到地面的唯一方法。射孔在地层中产生了流体流动的通道，同时也对地层产
15、生了影响。射孔的几何参数决定了地层流体的流动效率。四个关键参数是：孔密，相位，穿深和孔径。决定油井产能的因素是：压实带的尺寸，射孔孔道是否穿过污染带，压实带的渗透率以及射孔孔道的清洁程度。图1-5为射孔几何参数示意图。图1-5 射孔几何参数示意图对于射孔完井来说，地层流体的流动效率主要取决于如何根据地层特性来选择合适的射孔工艺，这取决于以下两个主要参数：1、地层与井筒之间合适的压差（通常为负压，即在射孔时，井筒压力小于地层压力） 。2、射孔器的类型。与之相关的参数有穿深、相位、孔密和孔径。对于不同的完井类型，上述射孔参数之间的重要程度和相关性也是变化的。在表 1-1 中，给出了在三种射孔完井类
16、型中四个主要射孔几何参数的重要性，1 代表最重要，4 代表最不重要。根据不同情况，选择合适的射孔参数是射孔优化设计基础。当地层中存在天然裂缝时，由于相位可以提高射孔孔道与裂缝的连通性，所以射孔相位的重要性比射孔孔密要大一些。表 1-1 射孔参数与射孔完井类型对照表7第六节 负压射孔射孔产生的冲击波和高压在地层中使岩石破碎，破坏了岩石矿物颗粒胶结并使粘土脱粘。聚能射孔产生的金属射流在射孔孔道周围产生了压实带，降低了地层原始渗透率，并使岩石的孔隙度减小。显微照片显示了聚能射孔对地层造成的损害。图1-6中，左图是射孔压实带岩石的照片，显示有微裂缝的存在。右图是原始地层岩石的照片。图1-6 射孔压实带
17、与原始地层的岩石切片显微照片射孔工艺设计需要重点考虑的一个关键因素是选择负压射孔工艺还是正压射孔工艺。正压射孔是指射孔时井筒内液体压力大于地层压力。正压射孔后，井内液体立即进入射孔孔道。因此，要选择能够防止射孔孔道堵塞的无固相完井液。只有当油井开始生产时，才会发生反冲洗作用。正压射孔的优点是薄层射孔的作业时间短，与过油管负压射孔相比，可以选择大直径射孔弹和高孔密射孔器。要根据经济效益和产量来选择正压射孔或者是负压射孔。如果地层压力足够高，井内流体能够自然流动到地面，应当选择负压射孔工艺。负压射孔工艺获得广泛认可的原因是其可以提供清洁的射孔孔道获得更高的产量更多尺寸的射孔器可以选择，负压射孔可以大幅度提高油井的产能。图 1-7 是三种射孔孔道的示意图：流动前的正压射孔示意图、正压射孔后的流动示意图和负压射孔示意图。第一图说明：射孔后，没有流体流动时，射孔孔道堵塞，岩石碎块和射孔弹碎屑堵塞射孔孔道。第二图说明：流体的流动带走了绝大部分碎屑，但是，存在射孔弹射流产生的压实带，其渗透率较低。第三图说明：在射孔时，由于负压值的存在，产生冲击回流，带走压实带内的岩石碎屑和射孔孔道内的射孔弹碎屑。图 1-7 三种射孔孔道的示意图
