油气井射孔技术探究

发表时间:2017/3/16   来源:《科技中国》2017年1期   作者:刘武明 曾艳琳 刘惠平 陆恒
[导读] 射孔技术是油气井完井工程中的重要环节并在最近几年获得了巨大发展,极大的促进了油气井的增产。

重庆科技学院 401331   重庆科技学院 401331   孝感市应城古楼小学432400 江汉油田钻井二公司433123
                          司树杰     重庆科技学院401331
【摘要】:射孔技术是油气井完井工程中的重要环节并在最近几年获得了巨大发展,极大的促进了油气井的增产。国内外射孔技术大致分为以下几方面:①高效射孔完井技术,如聚能射孔技术,为了最大程度的沟通油气生产通道、提高产能,该射孔技术逐渐向大药量、超深穿透,多级火药装药气体压裂增效等方向发展;②可以保护油气层、完善和提高射孔完井效果射孔工艺技术,如负压射孔工艺技术、动态负压射孔工艺技术、超正压射孔工艺技术、定方位射孔工艺技术等;③可以提高作业效率一体化组合作业工艺,包括提高测试资料真实性的射孔与测试联作工艺、射孔与酸化、射孔与压裂等措施联作工艺等,如 DST(油气井中途测试)联作工艺、负压射孔测试工艺等;④可以提高作业安全性和效果的管柱安全性设计、施工优化设计、智能定向射孔、射孔施工过程监测和诊断等;⑤可以恢复油气井产能、延长使用寿命的增产措施,如射爆联作增产技术和爆燃压裂增产技术等。
射孔技术及工艺的不断丰富和发展,改变了单纯依靠射孔器简单打开油套管的油气田开发模式,不断充实着射孔技术和工艺在油田开发中的作用。

【关键词】:射孔技术

        射孔技术是油气井完井工程中的重要环节,以下为目前国内外主流的射孔技术及其研究。
        1 负压及动态负压射孔技术
        负压和动态负压射孔技术是通过在井筒中制造负压,射孔时利用负压形成的地层与井筒间的压力差产生快速的冲击回流,冲洗孔道附近地层和孔道内的堵塞物,清洁油流通道,使近井带地层的渗流特性更接近于原始地层,是一项较好的射孔增产工艺技术。近几年在国内得到了极大发展,目前国内成熟的负压射孔工艺是利用管内封隔器将射孔层段隔离,然后在油管内按要求形成负压,通过压力起爆方式使油管与封隔器以下套管环空沟通,在射孔段形成负压,继而引爆射孔枪实现负压射孔。
        2 深穿透聚能射孔技术
        原始射孔技术是采用子弹式射孔作为穿透套管及水泥环、构成目的层至套管连接孔道的手段,但这种射孔方式的穿深有限,经常无法形成有效的孔眼,所以聚能射孔得到迅速发展。聚能射孔利用聚能效应,具有优异的穿孔破岩作用,提高了射孔穿深。
        随着油田开发对射孔要求的提高,国内外都进行了对超深穿透聚能射孔技术的研究。射孔弹的穿深获得极大提高,我国四川射孔弹厂研制的型号为SDP48HMX39-1 的射孔弹,其混凝土靶平均穿深指标也已达到 1 538 mm,基本达到国际领先水平。目前国内外射孔弹平均穿深总体提高了近 1倍以上。
        3 定向射孔技术
        定向射孔是利用定向仪器或定向装置从而实现对射孔方向的控制,以达到优化射孔方案、提高开发的效果。定向射孔技术主要有直井定向射孔和水平井定向射孔。
        直井定向射孔主要是利用陀螺仪测定井下射孔方位角,实现对射孔方向的控制。


在油气田开发过程中,储集层及其最大主应力方向常常与水平方向存在一定的夹角 α1和α2,利用陀螺仪定向后调整枪内射孔弹夹角或转动射孔管柱,使射孔方向指向主应力方向,从而使射流更易破碎储集层岩体,以便在后期的压裂增产改造过程中减小储集层破裂压力,降低压裂实施难度,改善射孔效果,增加储集层有效泄流面积以获得更高产能。
        4 复合射孔技术
        复合射孔是在聚能射孔基础上,将复合推进剂引入到射孔枪内作为二次能量。在聚能射孔弹射孔形成孔道的同时,复合推进剂被激发,在枪内产生高温高压气体,通过枪身泄压孔释放并进入射孔孔道,对地层进行气体压裂,形成孔缝结合型的深穿透。经验表明复合射孔可使单井产能提高 1 倍以上。近几年通过系统的基础理论研究及测试技术研究、枪身材料及承压能力研究以及火药装药结构、火药燃气控制技术的研究,由原来枪内装一级火药的装药结构发展为枪内装二、三级火药,大幅度提高了复合射孔能力,模拟打靶试验的压裂裂缝长度增加近 1 倍。同时,以延迟点火技术、速燃控制技术为基础发展起来的多级脉冲复合射孔技术已经开始应用于油气田开发,通过控制多级火药燃爆做功时间进一步提高了射孔效果。迄今为止,复合射孔已经形成了内置式、下挂式等多种装药结构形式及深穿透、大孔径、高孔密等多种产品系列,以及与完井工艺配套的全通径射孔与酸化压裂联作、水平井等复合射孔联作工艺技术。
        5 全通径射孔技术与泵送射孔与桥塞联作技术
        全通径射孔技术是采用油管将特制的全通径射孔器和配套的井下工具连在一起下入,并由校深短接定位,输送至目的射孔层后,起爆器点火,全通径射孔枪内射孔弹爆炸,残渣会自动落入井底或口袋枪中,射孔管串内形成与油管相当的通径,不需提管柱或丢枪作业就可顺利开展后续测井、酸化压裂、地层测试等作业,避免了多次作业对井下参数的影响,测试数据更能体现储集层的原始物性,使油层评价更为准确。
        在水平井压裂工艺上,由于受井筒、地质条件和压裂设备水平的限制,须采用分段射孔和压裂才能实现储集层的最大开发效率。而传统油管输送水平井射孔工艺很难实现多段射孔和压裂。泵送射孔与桥塞联作工艺采用电缆输送方式,每段压裂只需一次电缆下桥塞并完成多次射孔,降低了作业时间和作业成本。
        6 定面射孔技术
        压裂裂缝的走向垂直于井筒轴向并沿井筒径向扩展才能获得最佳的缝网系统。国内外常规的射孔器为 60°相位螺旋布孔,此方式不能有效引导裂缝走向,压裂裂缝只能沿垂直于天然最小主应力的方向扩展,不能控制裂缝走向,在分段压裂中极有可能造成段与段之间压裂裂缝的交叉串通,影响压裂效果。定面射孔技术改变了常规螺旋布弹方式,采用特制超大孔径射孔弹及特殊布弹方式,射孔枪分簇布弹,射孔方向形成一个扇面。射孔后,在垂直于套管轴向同一横截面的套管内壁上形成多个孔眼,扇形应力集中面与常规射孔的应力集中点相比,有助于破碎岩层,从而降低储集层破裂难度。压裂时,裂缝沿着较易破裂应力集中面向井筒径向扩展,实现近井地带裂缝走向可控,避免段与段之间压裂裂缝的交叉串通,提高缝网系统的完善程度。
        结语
        目前油气田开发不断向页岩气、煤层气等非常规油气以及边缘的薄差层、边底水区块转移,未来射孔技术的发展更关注与油藏地质和完井工艺、完井工具的紧密结合。对于开采难度大的非常规油气,油气井需要采用水力压裂才能获得产能。对于斜井(包括大斜度井)、丛式井、水平井等特殊结构井,有效控制裂缝走向,完善缝网系统是决定单井油气产能的关键。对于这些油气井,射孔研究方向是:①在井壁上获得最大的流通泄流面积;②减小储集层破裂压力,降低水力压裂难度; ③科学引导压裂裂缝延伸方向、完善缝网系统。以定面射孔、定射角射孔、定方位射孔为基础,实现 3 项射孔技术的优势互补和有机集合,形成完善的“3D”射孔技术及其配套工艺,将成为非常规油气藏和特殊结构井开发的新思路。
        随着国内外油气藏开发类型的不断丰富,油田开发难度不断增大,射孔技术已经逐渐由一种单一的完井方法逐渐成为油气藏开发过程中的重要环节。在保护储集层,提高产能和作业效率,改善非常规油气田开发效果,恢复老油田产能、延长油田开采寿命,最大化挖潜剩余油,提高油田最终采收率等方面发挥着越来越重要的作用。随着未来油气开发领域的不断开拓,射孔技术将会面临更多、更复杂的问题,射孔技术的发展之路也会更加广阔。

 

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