射孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計

#r--實際射孔孔眼半徑，mp3）無因次井眼半徑r=r/（L+r）（5—12）wDwpw式中：r--無因次井眼半徑；wDr--實際井眼半徑（用鉆遇油層時的鉆頭半徑），m；wL--射孔孔眼長度，m。p①平面流效應(yīng)表皮系數(shù)S的計算（5－（5－13）S=ln（r/r）Hwwe其中r為有效井筒半徑由下式給出werwe（5rwe（5－14）o是常數(shù)’由表5-1給出。表5-1各種相位下的計算常數(shù)a值0射孔相位（°）a00/3600.2501800.5001200.648900.726600.81345/1350.86030/1500.912表5-2各種相位下的參數(shù)a、a、b和b的值1212射孔相位（°）a1a2b1b20/360-2.0910.04535.13131.8672180-2.0250.09433.03731.8115120-2.0180.06341.61361.777090-1.9050.10381.56741.693560-1.8980.10231.36541.6490

45/135-1.7880.23981.19151.639230/150-1.6700.34601.02431.6300表5-3各種相位下的參數(shù)c和c值12射孔相位（°）c1c20/3600.162.6751800.0264.5321200.00665.320900.00196.155600.00037.50945/1350.0000468.79130/1500.0000089.930②垂向匯聚效應(yīng)表皮S的計算S=10ahb-1rbVDpDa=alogr+a110pD2b=br+b1pD2式中的a「a2、b2由表5-2給出。③井筒效應(yīng)表皮S的計算wbS=cec2rwDwb1其中C］、c2隨相位角而變化由表5-3給出。④射孔傷害區(qū)域的表皮系數(shù)s的計算:（5－15）（5－16）（5（5－15）（5－16）（5－17）（5－18）Spd一1ln（\

r—pdd—（5－19）Kpd5.2.2鉆井傷害區(qū)域?qū)ι淇妆砥さ挠绊懹捎阢@井過程會對油氣井井眼周圍的區(qū)域造成不同程度的傷害，所以我們必須考慮井筒周圍鉆井傷害區(qū)域的影響。首先要確定油井鉆井過程中的污染參數(shù)。污染程度正確性的確定方法應(yīng)該是通過室內(nèi)巖心傷害試驗來加以確定，但是對油田各地層層系的巖心進行這種實驗，工作量及費用是很巨大的，難以真正實現(xiàn)。因此我們從測井等綜合井筒資料入手，綜合評價鉆井過程中對油氣層造成的污染與損害程度，為優(yōu)化射孔提供所需參數(shù)，進行優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)埕島油田所能提供

的現(xiàn)有資料，我們決定利用測井資料評價鉆井對油氣層造成的污染和傷害。①污染半徑的確定rdd/aKTrdd/aKTAP4（1000丿2+1000<1.728dwy?m12-1000\w（5－20）1000式中：AP--鉆井壓差，MPa；dr--井眼半徑，m；wK--徑向滲透率，ym2T--浸泡時間，天；?--孔隙度，小數(shù)；y--泥漿濾液粘度，mPa-s；mr--泥漿濾液浸入半徑，m。dd②鉆井污染程度(k/k)的確定：可以通過室內(nèi)鉆井液污染實驗或通過區(qū)域評價do估算油氣層污染程度。由于實際條件的限制，我們采取比較方便的半定量評價方法來進行計算：對于埕島油田SH201井區(qū)，產(chǎn)層深度小于3000米，評價如下若：則：若：kp/p價如下若：則：若：kp/p]?Ik—0.2037?T0&68dsK/K=0.2~0.35do（5－21）（5－22）IAP/P]?IK—0.185986ds/R]0.111336mfw0.116025]?Iysh?卩10.03>0.06378mfo（5－23）貝I」：K/K=0.4~0.6(5—24)do否則為輕度污染，K/K=0.65~0.8(5—25)do式中：Iap/p]=(p—P)/P，為超平衡壓力系數(shù)；(5—26)dsmssp--鉆井液壓力，Mpa；mp--地層壓力，Mpa；sV--儲層的粘土礦物絕對含量；shR/R--鉆井濾液電阻率與地層水電阻率之比值；mfw

卩?卩--鉆井液濾液和原油在儲層條件下的粘度積，其中卩和卩的單mfomfo位均為mPa-s°上述評判方程K/K可根據(jù)產(chǎn)層敏感度指標確定：doa、粘土絕對含量v<7%;shb、粘土中蒙脫石或伊/蒙混層的相對含量<io%；c、鉆井液的pH值小于9；d、地層水中的Ca2+、Mg2+含量占地層水總礦化度的百分含量<8%°若產(chǎn)層的條件有兩個或兩個以上滿足上述條件，取上限(低傷害)，否則取下限(高傷害)。對于射孔孔眼的長度沒有延伸到超過鉆井傷害區(qū)域的射孔，用如下的表達式(5.27)對射孔表皮系數(shù)進行修正一1ln+IK一1ln+IKddrrw丿kKdd丿(S+S)px(5－27)式中：S'--修正的射孔表皮系數(shù)，無量綱；pK--地層傷害帶的滲透率，卩m2；ddr--地層傷害帶的半徑，m；ddS--當射孔孔眼終止于地層損害帶內(nèi)部時由邊界效應(yīng)引起的擬表皮系數(shù)x由表5-4給出。一般情況下，當r>1.5(r+L)時忽略不計。dwp表5-4參數(shù)S的值xr/(ey+L)wpSx18.00.00010.0-0.0012.0-0.0021.5-0.0241.2-0.085對于孔眼長度穿過地層傷害區(qū)域的射孔，由以下式子修正油井的半徑和孔道長度：(5－(5－28)L'=L-[1-(dd)]Lppkdd

dd(5dd(5－29)式中：L'--修正的射孔孔道長度，r'--修正的井眼半徑，用L'和用L'和r'代替L和r來確定S^pwpwwbpd5.2.3井斜表皮系數(shù)利用Cinco-L等人提出的井斜表皮系數(shù)5?計算如下:SGd〔G')—曠2.06〔G')SGd〔G')—曠2.06〔G')―d1.856rh)-log—ID(41丿156丿101100丿rh):KH(5－30)式中：htDG'=tan-1d'Kv(5－31)K|—taiGd

丿(5－32)h--無量綱地層厚度，無量綱；tDG--井斜（總井斜或井斜角，真地層傾角，即井筒產(chǎn)生的與生產(chǎn)層虛d正交所形成的角），（°）；G'--調(diào)整井斜，（°）。dS=1.35!rh'—S=1.35!rh'—10.825V1z1、IKJF+70.49+0.1lnrh-Ik]lnhiHbf\ht11ilK\<p丿1V丿-V*V丿5.2.4局部射開地層的表皮系數(shù)ln(rwc)-1.95(5－33)式中：(rwc)exprz式中：(rwc)exprz0.2126fIht、+2.753丿，（y>0時）(5－34)當：0<z/h<0.5時，用上述方程；當z/h>0.5時，用（1-z/h）代替mtmtmtz/h。mtr一校正的井筒半徑，m，y=0時，r=rwcwcwy--砂巖頂部與頂部射開層段之間的距離，m；z=y+（h/2）（5—35）mph--射開層段的油層厚度，m。p5.2.5礫石充填完井的特有表皮系數(shù)S的計算g圖5-3顯示了理想的射孔礫石充填構(gòu)形。地層中通常沒有打開的射孔孔道但有粗糙的球型體，球型體內(nèi)礫石取代了地層砂。從油藏邊界到井筒的壓力降是一個來自井筒附近區(qū)域收斂流動的壓力降（圖5-3中的△ph--射開層段的油層厚度，m。p5.2.5礫石充填完井的特有表皮系數(shù)S的計算g圖5-3顯示了理想的射孔礫石充填構(gòu)形。地層中通常沒有打開的射孔孔道但有粗糙的球型體，球型體內(nèi)礫石取代了地層砂。從油藏邊界到井筒的壓力降是一個來自井筒附近區(qū)域收斂流動的壓力降（圖5-3中的△p1）套管和尾管穿過孔道的壓力降（圖5-3中的△p2）。AP的計算如下：1和一個通過水泥、式中：AP=0.00689>5Vq+Dq21ooAP--油藏中的壓力降，MPa1（5－36）其中141.2卩BrC=[ln（0.472f）+S]3281Khrtw（5－37）式中：S=S+S+Scdbfcdh總的地層厚度，mtK-地層滲透率屮m2；（5－38）S--表皮系數(shù)；r--泄油半徑，em；油井半徑，m；-原油粘度，mPa-s；-原油體積系數(shù)，無量綱。D=1.7673x式中：h2.3x10-14B2D=1.7673x式中：h2.3x10-14B2pooh2p-射開厚度，m；B（1-ddrrwdd11）+B（

frdd1）

re（5－39）rdd井筒周圍傷害區(qū)域半徑，m；B=3.281x2.33x10ioCoOOK>1.201ddddB=3.281x2.33x1010（1000K）-門01（5－40）m-1；（5－41）K--鉆井傷害區(qū)域的滲透率，卩m2；ddK--地層滲透率，卩m2。

圖5-3圖5-3理想的礫石充填示意圖AP的計算可以由下式確定：2+0.6220x9.1x10-13卩B2LgoL卩BqAP+0.6220x9.1x10-13卩B2Lgo2KAgt（5－42）式中：AP--射孔孔道中的壓力降，MPa；2A--孔道總的橫截面積，m2；tK--孔道材料的滲透率，卩m2；gL--孔道長度，m，（注意，與在孔道中的壓力損失相比，在礫石充填中p和篩管中的壓力損失可忽略不計）。q-單個射孔孔道的流量，甘d；o1.47x107（5－43）（5－44）0=3.281x了v（5－43）（5－44）g〈000K人55g從油藏到井筒的總壓降是AP與AP之和。12表皮系數(shù)S由下式確定：gKhS=6.6604x104AP-g2141.2qB卩ooo

式中：射孔孔眼中的壓力降，MPa；2q--單個射孔孔眼的流量，八d；oh--射孔間的間距，m；K--地層滲透率，卩m2；S--由射孔孔道引起的表皮系數(shù)，無量綱。g表皮系數(shù)的達西和非達西成分可分別由以上方程確定。礫石充填的表皮系數(shù)可加到其他表皮系數(shù)的成分中來獲得完井表皮系數(shù)的復(fù)合值。5.2.6總的表皮系數(shù)s的計算t我們首先要確定校正系數(shù)丫，當丫確定以后，就可以用前面所述的計算總的表皮系數(shù)的公式來計算了。丫的值決定于鉆井傷害區(qū)域的半徑與地層各向異性的比值。下面我們用一套簡單而精確的方法來計算丫值。fh)(\rfh)(\r0.33(\r—p0.66-0.62~dd+1.12~dd~10lr丿hhlw丿lp丿lp丿0.33=log(5－45)(5－46)(5－47)當r<0.13h/rddpw或h>0.85h時y=1.0；pt或者如果求得的y小于1.0,那么將其設(shè)為1.0。如果射開層段不是從生產(chǎn)層的頂部開始，那么上述方程變?yōu)椋簂og(h)—log(h)—p10rlrw丿0.33r0.66一0.62ddchlp丿0.33r+1.12~ddchlp丿(5－48)式中：r=r=是各相異性有關(guān)的鉆井傷害區(qū)域半徑，皿；ddcddrw當y>0.05/h時，用方程(5—45),當y<0.05/h時，使用方程(5—48)。tt對于各向異性的地層，需要進行附加的修正：(5—49)h't(5—50)

h't將修正后的h'和h'替換方程（5.2）到（5.5）中的h和h進行計算。ptpt對于非均質(zhì)的地層，還要修正射孔孔眼半徑：rr=（十）（1*k/k）（5—51）pe2VH將修正后的有效射孔孔眼半徑代替以上各式中的r進行計算。p5.2.7射孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計計算產(chǎn)能比是射孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的目標函數(shù)，在以上將總的完井表皮系數(shù)計算出來的基礎(chǔ)上，根據(jù)（5—4）式，即可將給定的井的產(chǎn)能比計算出來，產(chǎn)能比的大小表示了給定井在一定的射孔完井條件下的完善程度。PRI=lnr/rPRI=ewlnr/r)+Sewt在一口給定的油井進行射孔之前，對數(shù)據(jù)庫中的所有的射孔彈進行計算，然后根據(jù)產(chǎn)能比的大小進行排序，產(chǎn)能比最大的射孔彈為最優(yōu)。因此可以根據(jù)程序優(yōu)化計算出來的結(jié)果來使用射孔彈，使油井的能量得以最大程度的發(fā)揮。5.3套管強度的校核射孔作業(yè)過程是影響套管抗擠壓強度的重要因素，在對射孔套管抗擠壓的理論和實驗研究的基礎(chǔ)上，引入一個抗擠壓能力降低系數(shù)Kj來描述射孔對套管抗擠壓能力的影響，表達式如下：1=1+1=1+KcP=P-Kcrpcrc(5—52)K=1—Kjc(5—53)2000r-fp360x1000—2000r-fPHA-DENp一90一8r〔8r丫-PHA_p-+sinD—t0V(D0-t；（5—54）式中：P--射孔套管的抗擠毀壓力，MPa；crpP--無孔套管的抗擠毀壓力，MPa；crK--射孔套管抗擠毀能力系數(shù)；cK--強度降低系數(shù)；PHA--相位，角度(0相位時取PHA=360°)；DEN--孔密，孔/米；r--射孔孔眼半徑，m；pD--套管外徑，m；0t--套管壁厚，m；廠-孔邊應(yīng)力集中系數(shù)，對J-55套管，f=1.7對N-80取f=1.48。研究表明：孔密、孔徑、相位、套管初始橢圓度、套管材質(zhì)和壁厚都對k值j有影響。對同類型的套管，在保證k「>0.95或k<0.05的前提下認為是安全的。j因此在對射孔參數(shù)進行了優(yōu)化選擇了之后，將選用的射孔彈的各個參數(shù)和油井所用套管的參數(shù)輸入程序，利用以上方法可以對套管的強度進行校核，以防止使用了不合適的射孔參數(shù)對套管造成嚴重損害而導致油井的破壞。5.4射孔負壓設(shè)計負壓射孔時，在負壓射孔的瞬間，由于負壓差的存在，可使地層流體產(chǎn)生一個反向回流，沖洗射孔孔眼，避免孔眼堵塞和射孔液對儲層的損害。因此負壓射孔是一種保護儲層、提高產(chǎn)能的射孔方法。負壓射孔的效果已被現(xiàn)場實踐和室內(nèi)實驗所證實。但負壓過大會引起地層出砂并損害套管，負壓值過低又不能起到負壓作用。因此必須對射孔負壓值進行合理的設(shè)計。目前國內(nèi)外公認的確定最小有效負壓值的方法有以下幾種：5.4.1美國巖心公司計算公式InCo.2AP)=5.471-0.3668In(1000K)(5-55)p式中：AP--負壓差值，MPa；pK--油層滲透率，卩m2；5.4.2美國Conoco公司計算公式Ap=0.8xAp+0.2xAp(5—56)recminman由地層滲透率確定最小有效負壓差A(yù)p：minAp=17.240/K0.3(5－57)minmaxAp由鄰近泥巖聲波時差確定：max若DT>300卩s/masAp=24.132—0.03993DT（5—58）maxas若DT<300卩s/masAp=井下管柱和水泥環(huán)的最大安全壓力（MPa）。max以上各式中：Ap最大允許負壓差，MPa；maxAp--最小有效負壓差，MPa；minAp--合理負壓差，MPa。rec在以上的公式中，根據(jù)埕島油田SH201井區(qū)的情況計算之后確定合理的射孔負壓差。5.5射孔液的優(yōu)選建議射孔液優(yōu)選，首先要對地層巖心進行分析評價，以確定出地層潛在的傷害因素。優(yōu)選出預(yù)防這些傷害的各種化學試劑，確定出合理的用量及配方。射孔液優(yōu)選過程如下：利用敏感性評價流動實驗可對各種粘土穩(wěn)定劑進行優(yōu)選，在根據(jù)工程及經(jīng)濟的要求優(yōu)選出與之配伍的增粘劑、降濾失劑、防腐劑、加重劑等進行科學調(diào)配，即可確定最佳的射孔液配方，進行現(xiàn)場配置及施工。射孔液應(yīng)具備以下性質(zhì)：（1）密度射孔液的密度根據(jù)射孔負壓值和井深來確定。（2）腐蝕性根據(jù)套管材料，要求射孔液應(yīng)對套管、油管的腐蝕性要小，同時不溶物要少以防止進入射孔孔道對產(chǎn)層造成危害。（3）高溫下性能穩(wěn)定要防止聚合物射孔液在高溫下降解和高密度鹽水液在井下結(jié)晶。（4）無固相固相含量應(yīng)小于2mg/l，顆粒直徑小于2ixm。5）低濾失進入儲層的液體越少則射孔對地層的傷害越小，因此要求射孔液具有低濾失的特性。5.6射孔優(yōu)化設(shè)計計算結(jié)果分析5.6.1射孔深度與油井產(chǎn)能之間的關(guān)系以下是使用本軟件根據(jù)埕島油田SH201井和SH2井的油井資料，將射孔孔道深度作為變量，將油井產(chǎn)能比作為目標函數(shù)進行計算的結(jié)果。從兩個圖中我們可以看出，油井的產(chǎn)能比隨著射孔孔道深度的增加而增大，但是產(chǎn)能比的增大趨勢逐漸變緩，即當孔深增加到一定值時，產(chǎn)能比不會有太大的增加。100.8埕島油田SH201井射孔孔深和產(chǎn)能比的關(guān)系1.20.20.30.40.50.60.70.8孔深（m）比能100.8埕島油田SH201井射孔孔深和產(chǎn)能比的關(guān)系1.20.20.30.40.50.60.70.8孔深（m）比能0-6產(chǎn)0.40.236孔/米32孔/米28孔/米16孔/米24孔/米20孔/米圖5-13埕島油田SH201井射孔孔深和產(chǎn)能比的關(guān)系1.210.8比能1.210.8比能0.6產(chǎn)0.40.20亠一*一36孔/米-"-32孔/米T~28孔/米7一24孔/米20孔/米16孔/米11SH2井射孔孔深和產(chǎn)能比之間關(guān)系0.20.40.6孔深(m)0.8圖5-14埕島油田SH2井射孔孔深和產(chǎn)能比的關(guān)系5.6.2射孔孔徑與油井產(chǎn)能之間的關(guān)系一般來講，射孔孔徑對油井產(chǎn)能的影響沒有射孔孔道深度大，但根據(jù)埕島油田的油井地質(zhì)資料，地層膠結(jié)疏松，而且屬于稠油，較易出砂。因此，射孔孔徑對油井產(chǎn)能的影響還是比較大的，隨著射孔孔徑的增加，油井的產(chǎn)能都在不斷的增加，只是增加到一定程度之后，其增加的幅度逐漸變小。SH201井射孔孔徑和產(chǎn)能比的關(guān)系比能產(chǎn)圖SH201井射孔孔徑和產(chǎn)能比的關(guān)系比能產(chǎn)圖5-15埕島油田SH201井射孔孔徑和產(chǎn)能比的關(guān)系SH2井射孔孔徑和產(chǎn)能比的關(guān)系比能產(chǎn)SH2井射孔孔徑和產(chǎn)能比的關(guān)系比能產(chǎn)射孔孔徑(mm)圖5-16埕島油田SH2井射孔孔徑和產(chǎn)能比的關(guān)系5.6.3射孔孔密與油井產(chǎn)能之間的關(guān)系從以上幾個關(guān)系圖中我們還可以看出，它們的共同趨勢是隨著射孔密度的增加，油井的產(chǎn)能比也在不斷的增加，但其產(chǎn)能比增加的趨勢逐漸變緩。從射孔孔道深度和油井產(chǎn)能之間的關(guān)系圖中我們還可以看出，當孔密增加到一定值，而且射孔孔道深度也增加到一定值