水平井射孔技術(shù)介紹

水平井射孔技術(shù)介紹一、水平井射孔技術(shù)“水平井射孔技術(shù)”是國(guó)家“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)的配套項(xiàng)目，大慶油田水平井開(kāi)采的主要對(duì)象是低豐度、低滲透、低產(chǎn)的'三低”油層，需要壓裂改造方能投產(chǎn)。當(dāng)水平井的油層膠結(jié)很差或油層需壓裂改造的情況下，在油層套管較低的一側(cè)射孔比較合適，使射孔孔眼在油層水平面的下方，因此，產(chǎn)層流體上行流動(dòng)，避免了油層吐砂及后期開(kāi)采套管沉砂問(wèn)題。另外，還為壓裂提供了沿油層兩側(cè)延伸的水平通道，避免垂向通道可能造成的油層頂?shù)咨w層被壓開(kāi)的問(wèn)題。為此我們開(kāi)發(fā)研制了幾種低邊定向射孔槍。一種是彈架旋轉(zhuǎn)低邊定向射孔槍，它主要由槍體、彈架、配重塊、軸承等組成。由于采用了這種結(jié)構(gòu)，不論射孔槍體隨著水平段井眼如何轉(zhuǎn)動(dòng)，相鄰二個(gè)射孔彈相位均為低邊夾角120°，這樣就達(dá)到了低邊發(fā)射的目的。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，靈活可靠，不受槍身外部環(huán)境的影響，安裝比較容易，起下安全順利，它適合于射孔井段多且井段較短的井。另一種是槍身旋轉(zhuǎn)低邊定向射孔槍，它在井下的管柱組合為：引鞋+射孔槍+傳爆接頭（帶導(dǎo)向塊）+......+壓力起爆器+旋轉(zhuǎn)接頭+油管至井口。在射孔槍組的頂部接一個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭，再在每?jī)芍岄g的傳爆接頭上加工有導(dǎo)向塊，彈架和射孔彈及槍體是相對(duì)固定的。由于射孔槍的形心與重心不重合，產(chǎn)生一個(gè)扭轉(zhuǎn)力矩，在進(jìn)入造斜段后射孔槍便在此力矩作用下，開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，使重心向下、形心在上沿水平段前進(jìn)，以保證射孔彈發(fā)射方向是低于水平面，從而達(dá)到低邊發(fā)射的目的。依據(jù)上面的技術(shù)原理，根據(jù)油田開(kāi)發(fā)的需要，我們還研制成功了水平180°射孔槍，以及三相位水平井射孔槍等，水平井射孔槍已形成系列化。二、復(fù)合射孔技術(shù)復(fù)合射孔工藝技術(shù)是一項(xiàng)集射孔完井與高能氣體壓裂（簡(jiǎn)稱HEGF）于一體的高效完井技術(shù)。它能一次完成射孔和高能氣體壓裂兩道工序，做到在射孔的同時(shí)對(duì)近井地層進(jìn)行氣體壓裂，形成多條微裂縫，并可解除鉆井、固井、射孔等過(guò)程對(duì)地層的污染，從而改善近井地層導(dǎo)流能力，提高射孔完井效果，達(dá)到射孔完井和增產(chǎn)、增注的目的。1、作用機(jī)理由于復(fù)合射孔技術(shù)是聚能射孔與高能氣體壓裂技術(shù)的結(jié)合，因此，有必要介紹高能氣體壓裂的作用機(jī)理。高能氣體壓裂和爆炸壓裂、水力壓裂有著本質(zhì)的不同，對(duì)比其壓裂過(guò)程中的P-t曲線可以清楚地看到這一點(diǎn)，下表列出了三種增產(chǎn)措施的主要參數(shù)。（1） 造縫作用氣體發(fā)生器在目的層段引燃后，迅速產(chǎn)生高溫、高壓氣體，對(duì)井壁形成脈沖加載，井眼周?chē)貙拥膸r石被壓縮，當(dāng)井筒內(nèi)壓力超過(guò)對(duì)應(yīng)加載速率下巖石的破裂壓力時(shí)，即在井眼周?chē)纬啥鄺l徑向裂縫。（2） 裂縫的延伸達(dá)到峰值壓力后，發(fā)生器產(chǎn)生的大量燃?xì)饫^續(xù)釋放，當(dāng)進(jìn)入裂縫的燃?xì)庠诹芽p面上形成的壓力超過(guò)裂縫的延伸壓力時(shí)，裂縫得以向前擴(kuò)展。與此同時(shí)，井筒內(nèi)的壓力不斷下降，至D點(diǎn)時(shí)，井筒內(nèi)的壓力與地層壓力達(dá)到平衡，裂縫延伸終止。（3） 裂縫的支撐及閉合水力壓裂是采用支撐劑支撐形成的裂縫。而HEGF無(wú)支撐劑，卻能長(zhǎng)期保持較高的裂縫導(dǎo)流能力，其原因在于HEGF是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，在一定的加載速率沖擊載荷作用下，形成的多條徑向裂縫具有一定的隨機(jī)性，裂縫面不再垂直于最小主應(yīng)力的方向。由于地應(yīng)力產(chǎn)生的剪切應(yīng)力作用于這些裂縫面上而產(chǎn)生偏軸效應(yīng)，使裂縫面之間發(fā)生微小的錯(cuò)位，從而使裂縫不易閉合。機(jī)械作用高能火藥燃燒產(chǎn)生大量高溫高壓氣體通過(guò)射孔孔眼進(jìn)入地層，對(duì)地層形成脈沖加載。當(dāng)井筒內(nèi)壓力大于巖石破裂壓力時(shí)，就會(huì)在井筒周?chē)a(chǎn)層中形成多條徑向裂縫。由于壓力上升快，所生成的裂縫不受最小地層主應(yīng)力控制，裂縫延伸方向剪切應(yīng)力分量使裂縫產(chǎn)生微錯(cuò)動(dòng)，這樣裂縫就不致于完全閉合。反洗作用當(dāng)火藥燃燒完畢后，井筒內(nèi)壓力下降，壓入地層中的氣體和一些液體會(huì)返流進(jìn)井筒，攜帶出一些巖石碎屑等堵塞物，從而達(dá)到清洗裂縫和射孔孔道作用。熱力學(xué)作用復(fù)合射孔后，目的層段附近溫度一般能達(dá)到300°C左右，可維持2小時(shí)以上，然后逐漸降低。火藥燃燒所產(chǎn)生的熱量經(jīng)射孔孔眼裂縫表面?zhèn)鬟f給地層流體和巖石，溶解了石蠟、膠質(zhì)、瀝青和其它固相沉積物，降低近井區(qū)域地層內(nèi)原油粘度。化學(xué)作用火藥燃燒后產(chǎn)生一定量的CO2、CO、NO和HCL氣體，NO和HCL溶于水生成腐蝕性較強(qiáng)的酸液，對(duì)油層能起到一定程度的酸化解堵作用。2、 工藝類(lèi)型及特點(diǎn)目前，針對(duì)不同的井況和地層條件，已形成系列化的復(fù)合射孔器及施工工藝。復(fù)合射孔器有下掛式、內(nèi)置式、外套式和二次增效復(fù)合射孔器以及適合于小井眼井的小直徑復(fù)合射孔器。下掛式復(fù)合射孔工藝技術(shù)該技術(shù)的基本原理是在射孔槍下部加裝高能氣體壓力發(fā)生器，通過(guò)射孔器引爆點(diǎn)燃火藥，實(shí)現(xiàn)先射孔后氣體壓裂的目的。該技術(shù)的特點(diǎn)為：通過(guò)改變裝藥量、火藥性能、火藥裝配結(jié)構(gòu)、液柱壓擋高度等參數(shù)可實(shí)現(xiàn)不同P-T過(guò)程。從而達(dá)到對(duì)不同井況及地層條件設(shè)計(jì)不同P-T過(guò)程。內(nèi)置式復(fù)合射孔工藝技術(shù)該項(xiàng)工藝技術(shù)是將火藥放在特制的射孔器內(nèi)，通過(guò)射孔器起爆引燃火藥?；鹚幦紵a(chǎn)生的的氣體通過(guò)射孔孔眼或預(yù)制泄壓孔排出。該技術(shù)的特點(diǎn)為：壓力上升速度快，峰值壓力高，用藥量較少。外套式復(fù)合射孔工藝技術(shù)該項(xiàng)工藝技術(shù)是將筒狀火藥套在射孔槍外部，通過(guò)射流及沖擊波引燃火藥。二次增效復(fù)合射孔工藝技術(shù)該技術(shù)是將內(nèi)置式或外套式復(fù)合射孔器與下掛式復(fù)合射孔器相結(jié)合，內(nèi)置式或外套式復(fù)合射孔器對(duì)地層作用后，通過(guò)分體式復(fù)合射孔器對(duì)地層進(jìn)行二次加載，延長(zhǎng)作用時(shí)間，提高作用效果。3、 技術(shù)指標(biāo)與適用范圍技術(shù)指標(biāo)耐溫：100C，150耐壓：50MPa，60MPa復(fù)合射孔器外徑(mm)：60、73、83、89、102、108適用范圍儲(chǔ)層物性較差的井層；儲(chǔ)層具有一定的產(chǎn)能，受污染較嚴(yán)重的井層；需水力壓裂的井，先進(jìn)行復(fù)合射孔可達(dá)到復(fù)合壓裂的效果，較單純水力壓裂效果要更好。4、對(duì)套管和水泥環(huán)影響為檢驗(yàn)復(fù)合射孔技術(shù)對(duì)套管和水泥環(huán)的影響，我們做了理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。通過(guò)理論計(jì)算確定了合理的用藥量，保證在壓開(kāi)地層的同時(shí)對(duì)套管和水泥環(huán)不造成破壞。先后在30口井上進(jìn)行了井徑和聲變測(cè)井，通過(guò)測(cè)井結(jié)果對(duì)比，壓裂井段最大漲大3.0mm，水泥環(huán)膠結(jié)略有變化，但影響不大。5、應(yīng)用效果通過(guò)近千口井的應(yīng)用表明采用復(fù)合射孔完井方式比單獨(dú)射孔完井方式:油井采液強(qiáng)度是其1.4-3.7倍；注水井注水強(qiáng)度是其1.3-4.5倍，見(jiàn)到了較好增產(chǎn)、增注效果。據(jù)國(guó)內(nèi)、外資料調(diào)研及實(shí)際考察，目前我們的復(fù)合射孔技術(shù)從整體技術(shù)及推廣規(guī)模上達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。三、油管輸送射孔與下泵聯(lián)作技術(shù)為了防止在電纜射孔施工過(guò)程中井噴、壓井以及后續(xù)生產(chǎn)管柱下井作業(yè)過(guò)程對(duì)油層或地面造成污染，通過(guò)分析油管輸送射孔及抽油井和注水井的管柱結(jié)構(gòu)及工藝原理，我公司研究開(kāi)發(fā)了油管輸送射孔與生產(chǎn)管柱聯(lián)作技術(shù)。1、 工藝流程將射孔槍組裝后，與生產(chǎn)管柱（采油管柱或注水管柱）連接，用油管把射孔槍（防倒扣射孔槍及防倒扣射孔槍中接）和生產(chǎn)管柱及相關(guān)工具下入井中，測(cè)Y曲線，確定標(biāo)志層，調(diào)整管柱定位后，用環(huán)空加壓方式起爆點(diǎn)火，進(jìn)行射孔，射孔后不用起管柱，直接進(jìn)行投產(chǎn)。2、 技術(shù)特點(diǎn)可避免起下作業(yè)過(guò)程中的地面污染和處理費(fèi)用，且可減少一次起下作業(yè)；可避免射孔時(shí)井噴壓井對(duì)油層