【编者按】 马石油本次多层管柱射孔系统性试验，为我国海上油气开发带来重要启示。当前渤海、南海众多老井存在封隔器上部浅层边际储层，采用水泥封隔器、连续油管不动管柱工艺动用潜力巨大。该研究证实，多层管柱+水泥环工况下通用射孔模拟软件预测结果显著偏乐观，小直径射孔弹极易射不穿多层屏障，管柱偏心会进一步加剧射孔失效风险。

国内同类完井设计应当规避单一依靠数值模拟的做法，加快搭建复合管柱结构、模拟井下应力条件的改良型API RP 19B射孔试验平台，形成本土化试验数据库。将室内实测数据纳入射孔弹选型规范，优先选用大装药量超深穿透射孔弹，配套磁定向、优化射孔密度，同时推动新型射孔器材攻关，降低老井补孔、夹层动用的完井低效风险，提升海上边际储量动用效益。

马来西亚国家石油公司（马石油，Petronas）这份案例研究，系统开展不同管柱、储层条件下射孔弹综合测试评价，以此提升复杂井下工况的油气产能。

油气井射孔工具可在生产油管上形成孔眼，使天然气与凝析油得以流通

射孔孔道形态对井产能至关重要。传统上，行业采用基于API RP 19B第I部分标准的商用模拟软件预测井下工况；目前业界越来越多地采用第II部分试验数据，以此获取可靠性更高的模拟结果。长期以来，对于依靠第I、II部分标准模拟难以得出可靠结论的复杂非常规工况，业内倾向采用改良型第II部分试验方案。

该作业者拥有大量海上水泥封隔器完井井，需实施过油管射孔，射孔弹需要穿透多层管柱与水泥环。这类井多用于浅层目的层，开展修井作业成本高昂。但此类施工故障频发。

深入调研证实，射孔效果不理想是众多油井产能偏低的主要原因。适用于3.5英寸及更小尺寸油管的小直径射孔弹，必须穿透两层钢材和水泥环，极易造成高表皮系数，部分工况下甚至无法建立储层连通通道。

为解决该难题，案例中的作业者马石油（Petronas）在专业试验场地开展改良版API RP 19B第II部分试验，还原现场井下完井结构、储层物性以及聚能射孔弹类型。项目针对多种管柱组合与储层条件，共计完成10组射孔弹评价。试验所得数据极具参考价值，现已纳入企业射孔枪选型准则，助力提升后续完井成功率。这项开创性研究，也是业内首次针对此类复杂井下结构开展聚能射孔弹性能全面评估。

背景

马来西亚海上多数碎屑岩储层为砂泥岩互层地层，通常采用双管柱完井工艺。即便采用双管柱结构，位于生产封隔器上部、规模较小的浅层储层往往无法同步投产。这类储量规模较小的层位实施完整修井作业经济性较差，因此需要采用水泥封隔器技术实现储量动用。该无钻机作业方案借助连续油管在环空注入水泥封堵层，后续可通过现有油管实施过油管射孔。

过去15年间，该作业者开展了大量此类施工作业，但超70%的井投产效果不及预期，其中30%的井完全无产能产出。作业者2024年开展的研究明确三大主要影响因素：地下地质条件不确定性；现场施工执行质量；射孔作业效果。尽管全新作业流程提升了地质预判与施工可靠性，但在水泥封隔器完井结构下实现优质射孔仍存在突出技术难题。

有效射孔孔道需要穿透钻井损害带（穿透深度大于6英寸），同时形成足够大的入孔孔径，降低流体流动压降。

常规井中，大尺寸油管输送射孔枪易于获得长射孔孔道；但水泥封隔器完井受限于狭小内径，只能选用小型射孔弹，难以穿透多层管柱结构。

长期以来，该复杂结构下的射孔效果预测难度较大。依托API RP 19B第I、II部分试验数据的商用模拟软件，针对此类工况的预测结果往往偏乐观。

针对上述技术局限，项目规划开展改良版API RP 19B第II部分射孔试验：在模拟井下应力条件、多层管柱组合工况下采用真实岩样开展测试，获取贴近现场的实测数据。本案例研究详细阐述作业者如何依托专项试验优化射孔枪选型，提升多层管柱水泥封隔器完井工艺的作业成功率。

试验装置与试验流程

API RP 19B标准目前尚未针对多层管柱体系制定专项试验规范（该标准正在修订，拟新增多层管柱试验流程），为此作业者与服务商依据标准第II、IV部分通用建议，联合制定改良试验方案。整套试验主要分为五大步骤。

步骤 1：确定试验参数与射孔弹型号

研究团队梳理历史作业数据，确定具备代表性的试验基准条件。历史施工普遍采用1 9⁄16英寸、2英寸、2⅜英寸射孔枪，配套3½ 英寸×9⅝ 英寸管柱组合。试验统一关键参数：储层岩石单轴抗压强度3000～5000psi，储层压力1500psi，上覆岩层压力5000psi，井筒压力1200psi。

本次试验新增偏心距参数，模拟海上定向井中油管在套管内偏心布置的普遍工况。依靠该装置，团队可分析增厚水泥环对射孔穿透深度带来的影响。作业者筛选10种射孔弹型号，每种射孔弹开展 2 次射击试验保障结果可复现，共计20组试验。

步骤 2：试验前模拟分析

开展实体试验前，先进行试样试验，初步掌握射孔弹穿透多层管柱的性能特征。同时，利用商用模拟软件对全部试验工况开展数值模拟，获取井下理论工作指标，建立基准用以对比模拟预测结果与实测结果。模拟主要结论如下：

1.2英寸、6.5克射孔弹：预测射孔孔道长度12～15英寸；

2.2⅜英寸、11克射孔弹：预测射孔孔道长度约18英寸；

3.1 9⁄16英寸、3.5克射孔弹：预测射孔孔道长度约5英寸；

4.偏心影响：模拟结果显示，油管偏心位置对岩石穿透深度影响微弱；

5.射孔弹类型：同等装药量下，超深穿透射孔弹（UDP）与活性衬套射孔弹的穿透深度预测值无明显差异。

步骤 3：改良型试验装置搭建

试验装置按照水泥封隔器完井复杂结构一比一复刻。聚能射流需要依次穿透油管钢板、第一层水泥环（油管-套管环空）、套管钢板、第二层水泥环（套管-井眼环空），最终射入岩心试样。

岩心放置于压力容器内的弹性衬套中，用以维持上覆压力与孔隙压力；射孔弹一侧施加井筒压力（图2）。

步骤 4：试样与岩心制备

采用AISI 4140钢板模拟L80钢级油管与套管，配套专用工装，分别构建居中和偏心两种水泥环结构。选取Trebgaster砂岩与Bentheimer砂岩作为靶岩，模拟单轴抗压强度3000～5000psi的储层。岩心经清洗、烘箱烘干、真空饱和处理后，采用划痕法测定单轴抗压强度，保障岩心物性均一。与此同时，水泥试样养护最长达3周，使其强度匹配现场2000～3000psi的水泥环条件，并通过抗压破碎试验验证水泥单轴抗压强度。

步骤 5：试验实施

试验在改良型第IV部分标准压力容器内开展，实时传感器持续采集上覆压力、孔隙压力与井筒压力。每套试验装置完整复刻多层管柱完井结构，包含射孔枪凹槽以及环空水泥层。起爆完成后拆解装置，将岩心沿轴向对半剖开，按照API RP 19B第II部分规范开展检测，精准测量各界面处的射孔穿透深度与入孔形态。

主要研究结论与技术建议

本次试验项目针对复杂多层管柱工况下的射孔性能获得了经室内试验验证的独有认知。下文详述核心结论以及配套技术建议。

射孔模拟软件预测偏差问题

试验结果表明，行业通用模拟软件会大幅高估多层管柱完井条件下的射孔孔道长度。全部20组射击试验的实测穿透深度均显著低于模拟计算值，偏差幅度达到60%~100%。1 9/16英寸射孔弹以及偏心工况下的射孔弹完全无法贯穿抵达岩心。规格更大的11克射孔弹预测偏差相对最小，但实测穿透效果依然较模拟值低 60%。

依据本次试验结论，该作业者现已明确要求：水泥封隔器作业的射孔枪选型、表皮系数计算必须参考改良版API RP 19B第II部分实测数据，不能仅依靠模拟软件结果。后续方案设计需引入大于50%的风险修正系数，保障产能预测贴合现场实际。

小型射孔弹作业性能不足

试验证实，1 9/16英寸射孔弹不适用于多层管柱完井工况。尽管模拟软件预测其可实现5英寸穿透深度，但所有试验工况中，射流均在套管位置终止，无法到达岩心。基于该结论，作业者已停止在水泥封隔器作业中使用1 9/16英寸射孔弹；针对小尺寸管柱工况，需另行评估条式射孔枪、分段式射孔枪方案。

活性衬套射孔弹与超深穿透射孔弹对比

活性衬套射孔弹设计初衷为实现射孔孔道自清洁，但在多层管柱结构中，其性能相比超深穿透射孔弹低50%以上，该结论仍有待进一步研究论证。

分析认为，本次试验所用射孔弹配置的轻质活性衬套形成的射流稳定性较差，难以穿透多层同心管柱结构。因此在获取更多试验数据前，作业者在水泥封隔器射孔作业中将优先选用常规超深穿透射孔弹。

管柱偏心带来的影响

油管偏心会造成局部水泥环增厚，持续衰减聚能射流能量。偏心工况试验中，仅有11克超深穿透射孔弹能够成功穿透到达岩心；活性衬套射孔弹以及小型射孔弹全部失效。现有模拟软件无法预判偏心条件下射孔弹的性能差异。作业者现推荐选用11克及以上规格射孔弹；若预判存在管柱偏心风险，可配套磁定向工艺并提高射孔密度，保障有效建立储层连通。

多层管柱射孔推荐射孔弹型号

试验表明，2⅜英寸、11克超深穿透射孔弹综合性能最优，可形成长度超过6英寸的射孔孔道。针对2⅞英寸小型完井管柱（无法下入11克射孔枪），新型2英寸、8克超深穿透射孔弹性能优于以往常用的6.5克射孔弹。依托本次试验成果，作业者规定所有水泥封隔器及同类完井作业，均需采用上述大规格射孔弹。

本次业内首创的试验研究，依托室内试验获得多层管柱工况下射孔性能可靠结论，解决了复杂结构条件下模拟软件预测失真、射孔弹选型不合理等难题。相关研究成果现已纳入作业者射孔枪选型与方案设计规范。作业者后续计划对低效井实施补孔作业，联合设备厂商研发专用射孔枪系统，并拓展试验范围，开展其他复杂工况条件下的射孔评价研究。