聚能射孔完井是通过高速金属射流穿透套管-水泥环-地层,建立井筒与储层间油气流动通道,在油气勘探、开发和增产改造中发挥着临门一脚的关键作用。聚能金属射流以10¹¹Pa量级压力和3000~8000 m/s的速度冲击油气井筒结构和地层,导致井筒结构破环失效和地层压实伤害,影响井筒结构安全和油气井产能。本文围绕着井筒结构完整性评价与储层射孔伤害机理两方面问题,开展了如下工作:1.以鲁卜哈里盆地B区块Sarah层段致密砂泥岩为对象,实验研究了其岩石物理和力学特性,考虑构造应力、热、流体等因素,建立了钻井-固井阶段井筒结构完整性评价力学模型。采用热-流-变形(THM)多物理过程耦合数值分析方法,定量分析了井筒区域地层塑性损伤演化及井筒结构稳定性合理压差界限。2.根据API RP 19B射孔实验标准,研究了不同井筒压力、枪弹参数条件下射孔载荷对固井水泥环冲击伤害。在射孔爆轰波与射流侵彻波叠加作用下,水泥环产生局部塑性剪切损伤和径向断裂。研究表明,爆轰波径向挤压导致的环向相对拉伸形成径向裂纹,对水泥环结构完整性影响显著;增加水泥环厚度和提高材料韧性,可以增强水泥环抗射孔冲击伤害的能力。3.开展了油气井射孔爆炸动力学模型、室内大尺寸射孔效能评价实验和LS-DYNA数值模拟研究,揭示了胜利油田粒间孔隙砂岩射孔伤害机制主要为孔道塑性挤压和扩容剪胀。同时,射孔冲击在孔道内壁形成的剪切摩擦机制,促进了近孔道区域网状微裂缝发育,相应增大了孔隙度。据此建立了由砂岩宏观力学损伤变量表征的孔隙度、渗透率评价公式,为油气井射孔参数优化与伤害评价奠定了基础。4.基于油气井射孔伤害机理认识,数值模拟研究了动态负压形成过程及相关参数的影响。通过在射孔枪(串)结构上增配泄压回流装置,控制回流通道面积、回流速度,实现对动态负压幅值、负压形成时间和动态涌流持续时间3个关键参数的调控,达到了清洁孔道、减轻冲击压实伤害的目的。5.以室内射孔打靶物理实验为基础,井底环境多工况数值模拟为手段,现场应用效果为评价标准,研发了油气井动态负压射孔与工艺参数优化技术,在油田推广应用100余口井,取得了良好的经济效益。