復(fù)雜儲(chǔ)層射孔工藝技術(shù)

摘 要:本文闡述了適應(yīng)復(fù)雜滲儲(chǔ)層的深穿透射孔技術(shù)、多脈沖復(fù)合射孔技術(shù)以及負(fù)壓射孔工藝和定方位射孔工藝的特點(diǎn)及優(yōu)越性。從射孔器裝配結(jié)構(gòu)到射孔彈設(shè)計(jì)優(yōu)化等方面進(jìn)行研究改進(jìn)，解決了射孔彈裝配后穿透深度降低的問(wèn)題，使射孔孔道在低滲儲(chǔ)層有效長(zhǎng)度增加;在復(fù)合射孔基礎(chǔ)上增加二級(jí)火藥，使火藥燃燒產(chǎn)生的壓力峰值時(shí)間延長(zhǎng)，增強(qiáng)了對(duì)射孔孔道氣體壓裂效果;采用合理的負(fù)壓差，依靠?jī)?chǔ)層能量進(jìn)行返排沖洗孔道，將孔道內(nèi)殘?jiān)鼛С?，達(dá)到降低射孔孔道污染的目的;針對(duì)壓裂儲(chǔ)層進(jìn)行定方位射孔，使射孔孔道與最大主應(yīng)力方向一致，從而降低啟動(dòng)壓力和施工壓力，消除了扭曲摩阻的影響，達(dá)到提高壓裂效果的目的。深穿透射孔技術(shù)、多脈沖復(fù)合射孔技術(shù)、負(fù)壓射孔工藝、定方位射孔工藝的廣泛應(yīng)用，為提高復(fù)雜儲(chǔ)層采收率提供了技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞:深穿透射孔 多脈沖射孔 負(fù)壓射孔 定方位射孔

中圖分類號(hào):TE3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)04(b)-0114-02

1 前言

套管射孔完井中，射孔孔道的有效性是影響油氣井產(chǎn)能的只要因素之一。射孔爆轟波速度7000～8000m/s，產(chǎn)生2000～5000℃高溫、幾千到幾萬(wàn)兆帕高壓的沖擊波，使藥罩形成速度達(dá)1000m/s以上的金屬射流，其前端頭部速度可達(dá)6500m/s以上，這股高速射流在遇到障礙物時(shí)，產(chǎn)生約30000MPa的壓力。巖石受到高溫、高壓射流沖擊變形、破碎和壓實(shí)，在射孔孔道的周圍就會(huì)形一個(gè)壓實(shí)損害帶。實(shí)驗(yàn)室研究認(rèn)為這一壓實(shí)損害帶厚約0.64～1.27cm，滲透率為原始滲透率的20%左右。低滲透儲(chǔ)層射孔孔眼的滲透率變得更低，因此，改善射孔孔道，是提高油氣井產(chǎn)能的必要手段之一。有的低滲儲(chǔ)層須經(jīng)壓裂改造方能建產(chǎn)，但部分井存在啟動(dòng)壓力和施工壓力高、加砂濃度低、生產(chǎn)周期短，甚至出現(xiàn)脫砂等壓裂失敗的現(xiàn)象[5]，因此，在壓裂改造中與射孔工藝結(jié)合在一起，是提高壓裂效果的有效措施。

2 深穿透射孔技術(shù)

GB/T20488-2006《油氣井聚能射孔器材性能試驗(yàn)方法》和GB/T20489-2006《油氣井聚能射孔器材通用技術(shù)條件》中，102型以下規(guī)格射孔彈打靶炸高40mm，127型以上規(guī)格射孔彈打靶炸高60mm，從而忽略了射孔彈裝配后實(shí)際穿深指標(biāo)的檢驗(yàn)，射孔彈在裝槍條件下無(wú)法達(dá)到要求炸高，穿深普遍下降了20%～27%。實(shí)踐證明，在沒(méi)有穿透污染帶的情況下，射孔穿深是影響油氣井產(chǎn)能最主要的因素，只有穿透深度達(dá)到污染深度的1.5～2倍以上時(shí)，油氣井才有較好的產(chǎn)率比，因此，勝利測(cè)井公司進(jìn)行了深穿透射孔技術(shù)研究，大幅度提高了射孔器穿透深度。

2.1 技術(shù)特點(diǎn)

a.改變射孔彈結(jié)構(gòu)，提高了射孔彈固有炸高，從而使射孔彈穿深指標(biāo)提高了12～17%。

b.改進(jìn)射孔器裝配結(jié)構(gòu)，使射流形成更好的侵徹姿態(tài)，從而使射孔器穿深指標(biāo)提高14～21%左右。

c.聚能罩采用重金屬、小錐角、變壁厚技術(shù)，增加了射流的速度和速度梯度，使射流得到充分拉伸，提高了破甲能力，有效的提高了穿深。

2.2 深穿透射孔器技術(shù)指標(biāo)

2.3 應(yīng)用情況

應(yīng)用于鹽222、濱古27、豐深3、車664、埕北326、南堡208、南堡23-斜2228、南堡23-斜2540、南堡21-斜2438、梨深1、腰深1、雙深1等內(nèi)外部市場(chǎng)井的射孔施工，見(jiàn)到了良好的效果。其中北方勘探局的梨深1井采用127型深穿透射孔技術(shù)，達(dá)到日產(chǎn)6萬(wàn)方天然氣的產(chǎn)能，腰深1井采用102型深穿透射孔技術(shù)，6mm油嘴放噴，獲11萬(wàn)方產(chǎn)能，日無(wú)阻流量30萬(wàn)方。

3 多脈沖復(fù)合射孔技術(shù)

該技術(shù)將聚能射孔和高能氣體壓裂技術(shù)融為一體，將多級(jí)火藥裝藥合理組合，利用炸藥的微秒級(jí)爆速和火藥的毫秒級(jí)燃速差，形成多級(jí)脈沖復(fù)合射孔壓裂技術(shù)，實(shí)現(xiàn)先射孔后氣體壓裂，對(duì)射孔孔道產(chǎn)生機(jī)械作用，使射孔壓實(shí)帶產(chǎn)生微裂縫，改善近井區(qū)域的地層導(dǎo)流能力，達(dá)到增產(chǎn)增注的目的。

3.1 多脈沖復(fù)合射孔技術(shù)特點(diǎn)

可形成2種以上不同峰值壓力的脈沖，作用時(shí)間大于1000毫秒，延長(zhǎng)作用時(shí)間，增加壓裂效果。

3.2 多脈沖復(fù)合射孔技術(shù)應(yīng)用

3.2.1 老17-斜10井

老17-斜10井位于沾化凹陷埕東斷層下降盤北部老17塊，射孔井段2872m-2892m，孔隙度12.7%，滲透率116.6×10-3μm2。初期產(chǎn)液61.4t，油58t，含水5%。

3.2.2 樁59-斜30井

本井位于沾化凹陷五號(hào)樁披覆構(gòu)造樁59塊南構(gòu)造高部位，射孔井段3728m-3718m，孔隙度15.65%，滲透率65.2×10-3μm2。初期產(chǎn)液42t，油28t。

3.2.3 樁941-斜4井

樁941-斜4井位于沾化凹陷孤北洼陷低隆起帶樁941塊構(gòu)造腰部位，射孔井段3424.4m-3429.4m，孔隙度14.2%，滲透率7.5×10-3μm2。初期產(chǎn)液14.8t，油8t。

多級(jí)脈沖射孔技術(shù)將射孔與高能氣體壓裂結(jié)合，在滲透率7.5-907.8×10-3μm2的生產(chǎn)井中進(jìn)行了13下井試驗(yàn)，為油田的增油上產(chǎn)提供了一種新的射孔方法。

4 負(fù)壓射孔工藝

射孔是利用聚能原理擠壓套管、水泥環(huán)和目的層形成射孔孔道，因此在巖層孔道周圍必然會(huì)形成一定的壓實(shí)帶，同時(shí)射孔孔道內(nèi)射孔彈殘?jiān)拇嬖谶M(jìn)一步降低了射孔孔道的滲透性。由于這些原因，帶來(lái)流體流動(dòng)的負(fù)面作用，要想提高射孔效果，主要問(wèn)題就是減小這一負(fù)面作用:緩解射孔壓實(shí)帶、清除射孔彈殘?jiān)?。?fù)壓射孔技術(shù)是在射孔前建立一個(gè)低于目的層壓力的井筒靜壓力，依靠目的層流體的能量使射孔孔眼發(fā)生反向泄流，緩解射孔壓實(shí)帶，同時(shí)沖刷射孔孔道，帶出射孔彈殘?jiān)亩玫角鍧嵉纳淇卓椎?，緩解射孔傷害、提高產(chǎn)能。

4.1 負(fù)壓射孔工藝特點(diǎn)

a.隔離式負(fù)壓射孔工藝應(yīng)用于井斜小于35°的井施工，采用在封隔器下方設(shè)置隔離短接，實(shí)現(xiàn)射孔前環(huán)空與輸送管柱內(nèi)的隔離，依靠撞擊破碎隔離盤，實(shí)現(xiàn)輸送管柱內(nèi)部與儲(chǔ)層的溝通，形成負(fù)壓。

b.壓力式負(fù)壓射孔工藝應(yīng)用于井斜大于35°的井施工，采用在封隔器下方設(shè)置壓力開(kāi)孔裝置的方法，實(shí)現(xiàn)射孔前環(huán)空與輸送管柱內(nèi)的隔離，依靠環(huán)空加壓，打開(kāi)壓力開(kāi)孔裝置，形成負(fù)壓。

c.采用自動(dòng)灌水技術(shù)，根據(jù)需要設(shè)計(jì)自動(dòng)灌水閥的閥值，當(dāng)輸送管柱下到設(shè)計(jì)深度時(shí)，灌水閥自動(dòng)關(guān)閉，使輸送管柱內(nèi)保持設(shè)計(jì)的液面高度，控制負(fù)壓的大小。

d. 綜合減震技術(shù)，縱向、徑向減震相結(jié)合，消除了射孔瞬間產(chǎn)生的震動(dòng)對(duì)封隔器的影響，使射孔器居中，套管孔眼分布均勻。

e.負(fù)壓值控制準(zhǔn)確，可根據(jù)儲(chǔ)層特性進(jìn)行調(diào)節(jié)，有效地實(shí)現(xiàn)了對(duì)套管的保護(hù)。

f.可實(shí)現(xiàn)直接放噴求產(chǎn)、與泵抽聯(lián)合作業(yè)，還可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層的測(cè)試。

4.2 負(fù)壓射孔工藝應(yīng)用

已完成50余口井的應(yīng)用，在推廣應(yīng)用取得了良好的效果，80%以上的井達(dá)到或超過(guò)預(yù)定產(chǎn)量(如表3)。

油管輸送負(fù)壓射孔工藝先進(jìn)、設(shè)計(jì)合理、操作方便，解決了施工中存在的技術(shù)難題，解決了常規(guī)方法工藝復(fù)雜、周期長(zhǎng)、成本高、局限性大的問(wèn)題，達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平。施工費(fèi)用不及國(guó)外價(jià)格的十分之一，打破了國(guó)外公司長(zhǎng)期壟斷該工藝的局面。

5 定方位射孔工藝

為了提高有效孔眼的分布率、控制裂縫方向、減少壓裂彎曲摩阻、降低啟動(dòng)壓力，保證深層低孔滲壓裂改造措施的順利實(shí)施，以及更好的溝通天然裂縫，采用定方位射孔工藝是最優(yōu)的選擇。

5.1 射孔孔眼與壓裂改造的關(guān)系

從巖石力學(xué)原理上講，壓裂裂縫沿最大水平應(yīng)力(SH)方向傳播。當(dāng)射孔孔眼與最大應(yīng)力不一致時(shí)，裂縫從孔道底部或套管和水泥環(huán)的頂端傳播，在地層中又與PFP一致。重新改變方向會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的近井眼流動(dòng)路徑，包括多個(gè)裂縫形成點(diǎn)，某些裂縫可能延伸更遠(yuǎn)，裂縫翼彎曲或與井眼和孔眼方向很不一致等。常規(guī)射孔器相位90°四方位螺旋布孔，產(chǎn)生的孔眼方向是不確定的。在與最小水平應(yīng)力(Sh)垂直的方向上進(jìn)行定向射孔，對(duì)于優(yōu)化增產(chǎn)作業(yè)和定向壓裂作業(yè)而言十分重要。60°六方位螺旋布孔，產(chǎn)生的孔眼方向也是是不確定的，但較90°四方位螺旋布孔，產(chǎn)生的孔眼方向與最大地層主應(yīng)力方向重合或接近的幾率大得多。180°兩方位交錯(cuò)布孔，使射孔孔眼對(duì)應(yīng)主應(yīng)力方向，壓裂過(guò)程中產(chǎn)生的裂縫直接延射孔孔眼方向延伸，降低壓裂摩阻，同時(shí)降低啟動(dòng)壓力，提高加砂濃度，增強(qiáng)壓裂效果。

5.2 定方位射孔工藝應(yīng)用

5.2.1 樊170超高溫深穿透定向射孔施工

樊170井位于濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷博興洼陷北部樊170斷塊，斷塊局部構(gòu)造的較高位，是油氣富集的有利區(qū)塊。09年3月24日，順利完成了樊170井超高溫深穿透定方位射孔施工，該井射孔井段3820m～3805m，井溫163℃，采用102槍/102超高溫深穿透彈，88°方位角定向射孔，經(jīng)過(guò)精細(xì)的施工準(zhǔn)備、現(xiàn)場(chǎng)檢查、器材連接、深度校正、方位測(cè)量和方為調(diào)整等工作，共計(jì)進(jìn)行了7次方位調(diào)整，25次方位測(cè)量，最終定位角267.79°，定位誤差0.21°，定位精度99.9%。后繼進(jìn)行了儲(chǔ)層測(cè)試二開(kāi)折算產(chǎn)油0.23m3/d。

2009年6月12日，進(jìn)行了樊170井的壓裂，破裂壓力60MPa，施工壓力42-49MPa，停泵壓力51MPa，排量5m3/min，加砂量3.7m3/m。壓裂后日產(chǎn)液9m3/d，油5m3/d。該井已轉(zhuǎn)產(chǎn)。

樊家地區(qū)鄰井樊143和樊176井壓裂施工情況對(duì)比(如表4):

5.2.2 義283井超高溫深穿透定方位射孔

義283井位于濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化凹陷渤南洼陷義107井區(qū)鼻狀構(gòu)造帶義283構(gòu)造較高部位，09年7月5日，順利完成了義283井超高溫深穿透定方位射孔施工，該層射孔井段3962m～3957m，井溫168℃，采用102槍/102超高溫深穿透彈，近東西向定向射孔。射孔后測(cè)試二開(kāi)折算油、氣、水共計(jì)0.32m3/d。

2009年8月6日，進(jìn)行了義283井的壓裂，破裂壓力60MPa，施工壓力40～64MPa，停泵壓力36MPa，排量5m3/min，加砂量4.5m3/m。

壓裂改造后，8月10日至17日排液65.5m3/d，油20.25m3/d。8月18日至今抽吸，現(xiàn)產(chǎn)液6.71m3/d，產(chǎn)油3.79m3/d(如表5)。

通過(guò)深穿透定方位射孔技術(shù)的應(yīng)用，減少裂縫扭曲效應(yīng)，降低壓裂破裂壓力和施工壓裂，提高壓裂效率，并完成了科研成果的初步轉(zhuǎn)化，為深部低孔滲高溫儲(chǔ)層壓裂改造提供了技術(shù)支持。

6 結(jié)語(yǔ)

射孔作為勘探開(kāi)發(fā)的“臨門一腳”，應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)層特性，選擇合理的射孔工藝技術(shù)，是提高低孔滲儲(chǔ)層采收率的關(guān)鍵技術(shù)之一。

(1)針對(duì)儲(chǔ)層污染問(wèn)題，采用深穿透射孔技術(shù)，提高射孔穿透深度，確保穿透污染帶，達(dá)到提高射孔效能的目的。

(2)針對(duì)微裂縫或裂縫性發(fā)育的儲(chǔ)層特點(diǎn)，使射孔孔道盡可能多的溝通裂縫，深穿透射孔技術(shù)配合負(fù)壓射孔工藝，清潔射孔孔道，達(dá)到提高低孔滲儲(chǔ)層產(chǎn)率比的目的。

(3)針對(duì)低孔滲壓裂改造儲(chǔ)層，將深穿透射孔技術(shù)與定方位射孔工藝結(jié)合，使射孔孔眼方向與壓裂裂縫方向一致，達(dá)到提高壓裂效果的目的。

參考文獻(xiàn)

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