水
平井電纜分簇射孔技
術(shù)，是一種單芯電纜
實(shí)現(xiàn)一次下井多次點(diǎn)
火完成橋塞坐封、多
支射孔槍分簇射孔的綜合作業(yè)技術(shù)。
該技術(shù)可與水力壓裂進(jìn)行緊密結(jié)合，
實(shí)現(xiàn)低滲儲層特別是頁巖氣等非常
規(guī)油氣藏的高效開發(fā)。2013 年，設(shè)
立了四川長寧 - 威遠(yuǎn)、 滇黔北昭通、
涪陵焦石壩、延長石油延安 4 個(gè)國
家及頁巖氣示范區(qū)。頁巖氣開發(fā)的
如火如荼，帶動了國內(nèi)水平井分簇
射孔技術(shù)發(fā)展的熱潮。近幾年，水
平井分簇射孔技術(shù)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)
期，大部分測井公司逐步學(xué)習(xí)并掌
握了該技術(shù)，同時(shí)在一些技術(shù)拓展
上進(jìn)行了不少的嘗試。
新射孔技術(shù)的發(fā)展
隨 著 頁 巖 氣 等 非 常 規(guī) 油 氣 資
源 的 開 發(fā) 逐 步 深 入， 近 年 已 經(jīng) 出
現(xiàn) 一 些 井 深 更 深， 軌 跡 更 復(fù) 雜 的
高 難 度 井。 可 以 預(yù) 見， 頁 巖 氣 井
將 出 現(xiàn) 井 溫 高 于 160 ℃， 井 壓 接
近 甚 至 高 于 140MPa， 套 管 小 于
4
1 /
2 ″ 等 各 種 復(fù) 雜 井 況 的 井。 以
分簇射孔管柱中的坐封工具為例，
常用的 BAKER20# 橋塞坐封系統(tǒng)
（圖 1），其外徑 97mm，耐壓等
級 105MPa， 配 套 國 產(chǎn) 火 藥 耐 溫
160℃，當(dāng)井下壓力過大時(shí)，還會明
顯抵消一部分火藥的坐封力，需根
據(jù)不同的施工需求，設(shè)計(jì)研發(fā)出新
的坐封工具與新的火藥，坐封工具
需承受至少 140MPa 井壓，同時(shí)能
不受井液壓力影響， 可靠坐封橋塞。
與此同時(shí)，某區(qū)塊已逐步使用 5″
套管完井，以減小單井的開發(fā)成本；
另一個(gè)區(qū)塊就一些特殊井，提出了
60mm 外徑分簇射孔管柱的需求。
射孔器材均有成熟技術(shù)可選，但坐
封系統(tǒng)還需進(jìn)行更小型化的研制與
應(yīng)用，不止 70mm 型，還有 45mm
型， 以及相應(yīng)的橋塞慢燃火藥設(shè)計(jì)。
針對性更強(qiáng)的等孔徑射孔技
術(shù)。水平井電纜分簇射孔作業(yè)時(shí)，
射孔槍躺在套管內(nèi)，往往與套管中
心偏離，而偏心射孔將導(dǎo)致射孔彈
在套管上形成的孔眼，大小各異，
如常規(guī) 89 槍彈在 5
1 /
2 ″套管內(nèi)，
如果靠邊，其最大孔徑將可能是最
小孔徑的 2 倍。實(shí)際壓裂時(shí)，壓裂
液大多從摩阻小的大孔進(jìn)入地層，
小孔眼的方向，將無法形成有效的
裂縫， 油氣開采的效率得不到保證。
等孔徑射孔技術(shù)通過將射孔整合，
增長射流的擴(kuò)孔段， 即使管柱偏心，
也能保證各向孔眼直徑差異小于
10%，為全方位的壓裂打開地層提
供技術(shù)支撐。
定向射孔技術(shù)。水平井鉆井過
程中由于地層原因，可能出現(xiàn)鉆偏
問題，需要定向射孔，使壓裂縫隙
更準(zhǔn)確的指向目的層位，也有在明
確地層最大應(yīng)力方向時(shí)，通過定向
射孔為壓裂打開地層做更好的準(zhǔn)備。
水平井定向分簇射孔器材（圖 2）
利用自重定向原理，彈架內(nèi)增加偏
心配重配以滾珠軸承的方式，使射
孔器材的重心始終偏于一邊，根據(jù)
生產(chǎn)需要布置射孔彈射流發(fā)射方向，
導(dǎo)爆索采用外繞彈架方式與槍管保
持合理間隙，在水平井中無論射孔
槍管如何轉(zhuǎn)動， 射孔定向始終不變。
需要注意的是，這種重力定向的方
式，在直井段下入時(shí)，彈架將會產(chǎn)
生較高速的頻繁旋轉(zhuǎn)，彈架與槍管
的余量需留足。另外，為盡量不影
響射孔彈射流，可根據(jù)仿真計(jì)算設(shè)
計(jì)強(qiáng)度合理的環(huán)形削弱槽，取代盲
孔，確保耐壓合格的同時(shí)，穿深、
毛刺高度都滿足分簇射孔施工需求。
而由于這種重力定向的特點(diǎn)，其井
下實(shí)際射孔方向無法在電纜射孔槍
串上判斷，也無法在同一管柱上兩
個(gè)射孔槍之間分析對比，需要設(shè)計(jì)
新的裝置，來驗(yàn)證定向分簇射孔的
結(jié)果。
定面射孔技術(shù)。定面射孔技術(shù)
是采用特殊的布彈方式（現(xiàn)一般采
用三個(gè)射孔彈一組），能在垂直于
套管軸向同一橫截面的內(nèi)壁圓周上形成多個(gè)射孔孔眼，改變井筒內(nèi)同
一橫截面的地應(yīng)力分布，誘導(dǎo)壓裂
裂縫在射孔孔眼的應(yīng)力集中帶生成，
從而有效控制水力壓裂裂縫走向沿
著井筒徑向擴(kuò)展，達(dá)到較好改造效
果的射孔技術(shù)。
三射流射孔技術(shù)。將三射流射
孔技術(shù)與壓裂酸化聯(lián)作。該技術(shù)采
用一組三個(gè)共面聚焦的射孔彈，上
部和下部的射孔彈正常發(fā)射，疏松
底層后，中間位置的射孔彈微秒級
延后發(fā)射，產(chǎn)生更大的穿深，更大
的孔道容積（圖 3）。同時(shí)可以推測，
其共面聚焦、延后射孔的特質(zhì)，將
在降低巖層的破裂壓力上有更好的
效果。
預(yù)壓裂復(fù)合射孔。復(fù)合射孔技
術(shù)作為一種高效的高能氣體壓裂方
式，近年被廣泛應(yīng)用于油管與電纜
傳輸射孔中，其在射孔器內(nèi)、外放
置一些高分子化合物，在射孔后，
釋放大量氣體，形成高溫高壓，壓
裂地層。一直以來，在低滲儲層的
壓裂改造上，復(fù)合射孔與水力壓裂
是分開進(jìn)行的，前者一次下管柱即
可完成射孔壓裂，壓裂時(shí)長極短，
應(yīng)力分散，造縫效果為徑向多條裂
縫體系；后者需提出電纜管柱，壓
裂時(shí)長長，可根據(jù)地震波實(shí)時(shí)監(jiān)測
針對性壓裂造縫， 并用支撐劑填充。
已有公司提出并嘗試將復(fù)合射孔應(yīng)
用于水力壓裂前，通過調(diào)整復(fù)合藥
柱的藥量、性質(zhì)等，使其產(chǎn)生的瞬
時(shí)高壓作為水力壓裂的一種預(yù)處理。
該技術(shù)如果應(yīng)用于分簇射孔，推薦
使用內(nèi)置式復(fù)合射孔，因?yàn)閮?nèi)置式
復(fù)合射孔升壓速率高，沖量大，對
地層機(jī)械作用效果明顯。雖說作用
時(shí)間短，產(chǎn)生的裂縫長度有限，至
少可把壓實(shí)帶破壞掉，只要把壓實(shí)
帶破壞掉， 又可進(jìn)入地層一定深度，
給水力壓裂提供了良好基礎(chǔ)。
變孔密射孔技術(shù)。目前國內(nèi)水
平井的分簇射孔設(shè)計(jì)，多是采用均
分層段進(jìn)行開采，以得到最大的油
氣采收率。但也需要注意，井筒存
在一定的壓降，為了得到最佳的產(chǎn)
量或得到均勻流入剖面，對水平井
筒中的孔眼分布進(jìn)行優(yōu)化時(shí)很有必
要。進(jìn)一步說，射孔器的孔密一直
以來是射孔打開地層的關(guān)鍵參數(shù)，
在常規(guī)井中，孔密、相位就直接反
映了油氣通道的分布。然而，水平
井電纜分簇射孔中，分層、分簇的
分段射孔方式結(jié)合每簇射孔段短至
1~2m，孔密作為水平井分簇射孔開
發(fā)的關(guān)鍵參數(shù)已經(jīng)“名不副實(shí)”，
全井筒的分段位置以及布孔數(shù)更能
反饋地層的產(chǎn)出通道情況。
更智能化的技術(shù)
井 下 電 纜 爬 行 器。 目 前， 國
內(nèi)幾乎全部的水平井的電纜分簇射
孔施工解決水平井段電纜無法下入
問題時(shí)，選擇了泵液輸送管柱，為
此研究出成熟的泵送設(shè)計(jì)系統(tǒng)。但
隨著一些區(qū)塊開發(fā)井井深的增加，
泵送將直接導(dǎo)致井口壓力超過了
120MPa，給帶壓作業(yè)帶來不少風(fēng)
險(xiǎn)，少數(shù)公司已開始嘗試使用電纜
爬行器（圖 4）進(jìn)行分簇射孔作業(yè)
管柱的輸送，并完成了一些特殊水
平井的補(bǔ)射孔作業(yè)，取得了一定的
成功。該技術(shù)使用扶正器、棘輪與
電機(jī)等協(xié)同作業(yè)，通過電纜供電實(shí)
現(xiàn)主動爬行。該技術(shù)如果能提高其
自身的抗射孔沖擊性能、對井筒的
適應(yīng)性兩個(gè)方面，會有更廣泛的應(yīng)
用。
井下電纜張力計(jì)。由于防噴系
統(tǒng)和井斜的影響，目前使用的井口
電纜張力計(jì)無法測量電纜馬龍頭處
的實(shí)際張力；而測井使用的井下電
纜張力計(jì)則由于電路與抗震等原因
無法直接應(yīng)用于分簇射孔技術(shù)。在
水平井電纜分簇射孔作業(yè)中，無論
是泵送還是爬行器輸送，電纜頭弱
點(diǎn)處的受力都是施工的關(guān)鍵控制點(diǎn)。
為此，已有一些公司在開展應(yīng)用于
分簇射孔的井下電纜張力計(jì)（圖 5）
研發(fā)工作。該技術(shù)通過單芯電纜供
電，張力傳感器與磁線圈實(shí)時(shí)測量
張力與 CCL 信號，編碼上傳到地面
系統(tǒng)，地面系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并生
成張力曲線與校深曲線，從而實(shí)現(xiàn)
實(shí)時(shí)向操作人員顯示電纜馬龍頭處
的張力值與校深信號。井下電纜張
力計(jì)的存在，可以測量泵送管柱受
力情況，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的控制泵送或
爬行器輸送，同時(shí)還能分析意外遇
卡時(shí)的管柱受力情況。電子選發(fā)點(diǎn)
火系統(tǒng)控制點(diǎn)火后，立即切換到井
下電纜張力計(jì)上，還可用于準(zhǔn)確判
定橋塞坐封丟手。
可選發(fā)數(shù)碼電雷管。分簇射孔
最大的特點(diǎn)之一就是單芯電纜一次
下入管柱，實(shí)現(xiàn)多次點(diǎn)火射孔。國
內(nèi)現(xiàn)有的兩種控制方法——正負(fù)電
交替點(diǎn)火系統(tǒng)與電子選發(fā)點(diǎn)火系統(tǒng)，
均需使用直流電雷管來配合作為射
孔彈與導(dǎo)爆索的起爆點(diǎn)。直流無起爆藥的 EBW（爆炸橋起爆系統(tǒng)）與
EFI（爆炸箔起爆系統(tǒng)）均由于成本
問題未得到大范圍應(yīng)用，目前使用
的均為直流大電阻電雷管?？蛇x發(fā)
數(shù)碼電雷管（圖 6），通過將電子
選發(fā)模塊集成到電雷管內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，
并增加控制電路的安全設(shè)計(jì)，可以
大大提高電雷管的固有安全性。這
種集成設(shè)計(jì)帶來的是新的雷管壓藥
設(shè)計(jì)，新的封裝工藝。其另一個(gè)顯
著的優(yōu)點(diǎn)是大大簡化了分簇射孔管
柱的接線環(huán)節(jié)，提高了作業(yè)的可靠
性。可選發(fā)電雷管設(shè)計(jì)需要三根腳
線，一根接上一級射孔槍主線（白
色），一根接下一級射孔槍主線（藍(lán)
色），一根接地線（黑色）。
井下電控坐封工具?；鹚幾?/div>
橋塞的優(yōu)勢是坐封工具結(jié)構(gòu)簡單，
坐封能量高且集中，可靠性較高，
但該技術(shù)也在大量使用中暴露出一
些缺點(diǎn)?；鹚師o法檢測每發(fā)狀態(tài)，
需要對生產(chǎn)工藝進(jìn)行十分嚴(yán)格的控
制才能保證坐封成功率；火藥的材
料性質(zhì)為復(fù)雜的高分子材料，燃燒
后的殘?jiān)c泄壓時(shí)排出的氣體有悖
于油氣開發(fā)過程中日益嚴(yán)格的環(huán)保
需求。研究和使用以無刷電機(jī)或電
磁閥等電控裝置為源動力的橋塞坐
封技術(shù)，則可以解決這些問題。通
圖 7 電機(jī)—液控的智能坐封工具
P+E
過電路與結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，將能夠
發(fā)展出一種可自檢狀態(tài)、可反饋?zhàn)?/div>
封結(jié)果、可自動復(fù)位無需每次保養(yǎng)
的環(huán)保型智能坐封工具（圖 7）。
目前，國內(nèi)水平井電纜分簇射
孔技術(shù)已經(jīng)朝著更全面、更高效、
更智能的方向發(fā)展。更全面是指分
簇射孔技術(shù)能力的全面。高難度復(fù)
雜井的相關(guān)技術(shù)，需要艱難攻關(guān)，
高溫高壓不止對機(jī)械結(jié)構(gòu)提出新的
要求，還對火工品與電子產(chǎn)品作出
了諸多限制。更高效是射孔設(shè)計(jì)能
更高效地解放地層。在射孔需要為
壓裂酸化服務(wù)的當(dāng)前背景下，降低
破裂壓力將是一個(gè)研究重點(diǎn)，但也
要注意， 射孔作為壓裂的第一向?qū)В?/div>
射孔方向、 孔密的選擇將尤為關(guān)鍵，
可以就此進(jìn)行更多的優(yōu)化研究。智
能化將使分簇射孔施工過程高度可
預(yù)見、高度可視、高度可控，這些
在目前水平井電纜分簇射孔施工中
是十分欠缺的。
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