套管井射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)新方法及應(yīng)用

鄧永剛，李進(jìn)，林家昱，唐啟勝，呂廣(.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 30045；.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

射孔的作用是穿透套管和水泥環(huán)，建立油氣生產(chǎn)流通通道，合理的射孔參數(shù)設(shè)計(jì)是解除污染、釋放產(chǎn)能的關(guān)鍵所在[1]。目前，射孔完井作為渤海油田主要完井方式之一，占油井總數(shù)的三分之二。就現(xiàn)有技術(shù)而言，射孔參數(shù)的優(yōu)化校正主要分為兩步：第一步，結(jié)合大慶檢測中心在1987年至1993年期間提出的校正圖版，首先從水泥靶參數(shù)校正到貝雷靶參數(shù)，然后結(jié)合儲(chǔ)層巖石強(qiáng)度和套管布氏硬度完成貝雷靶到實(shí)際地層的射孔參數(shù)校正[2]。隨著渤海油田開發(fā)逐步邁向中深層，該方法已不能滿足深部儲(chǔ)層射孔參數(shù)優(yōu)化校正需求，同時(shí)，該方法過分依賴無應(yīng)力巖石中的強(qiáng)度測試結(jié)果，未合理處理地應(yīng)力的影響[3]。因此，亟需針對(duì)上述難題開展射孔參數(shù)優(yōu)化方法研究，滿足中硬地層射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)需求。

1 射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)新方法

1.1 基于沖擊指示函數(shù)的參數(shù)優(yōu)化校正方法

綜合考慮了巖石抗壓強(qiáng)度、圍壓、孔隙壓力、孔隙度等多種性能參數(shù)，研究建立基于沖擊指示函數(shù)的射孔參數(shù)優(yōu)化校正方法[4]，有效解決了原有優(yōu)化校正方法過分依賴無應(yīng)力巖石中強(qiáng)度測試結(jié)果的缺點(diǎn)，滿足了深穿透射孔彈參數(shù)優(yōu)化校正的需求，具體計(jì)算模型見式(1)～(5)：

式中：DoP為實(shí)際井下的射孔穿深(mm)；DoPeff為地面水泥靶射孔打靶穿深(mm)；φ為孔隙度(%)；a0為射孔彈指數(shù)系數(shù)，一般取值8.0×10-5；為射孔沖擊指示函數(shù)(MPa)；Pp為地層孔隙壓力(MPa)；UCS為單軸抗壓強(qiáng)度(MPa)；Pc為圍壓(MPa)；Peff為沖擊有效應(yīng)力(MPa)。

1.2 射孔套管剩余強(qiáng)度計(jì)算方法

射孔作業(yè)過程中，在穿透套管的同時(shí)，會(huì)對(duì)套管的抗擠壓強(qiáng)度造成影響。為了定量表征這種影響，采用抗擠壓能力降低系數(shù)Kj描述射孔對(duì)套管抗擠壓能力的影響[2]，見式(6)～(8)：

式中：Pcr為無孔套管抗擠毀強(qiáng)度(MPa)；Pcrp為射孔套管抗擠毀強(qiáng)度(MPa)；Kc為套管抗擠毀系數(shù)；PHA為相位(°)；Kj為強(qiáng)度降低系數(shù)；DEN為孔密(孔/m)；Do為套管外徑(m)；rp為孔眼半徑(m)；f為應(yīng)力集中系數(shù)；t為套管壁厚(m)。

1.3 精細(xì)化射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)分析方法

基于射孔參數(shù)優(yōu)化校正新方法、射孔套管剩余強(qiáng)度計(jì)算方法的研究，結(jié)合定向射孔井表皮計(jì)算與參數(shù)敏感性分析，形成一套精細(xì)化射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)分析方法，其流程如圖1所示。

2 實(shí)例應(yīng)用分析

2.1 A3井射孔復(fù)雜問題分析

該井于2016年1月21日投產(chǎn)以來，產(chǎn)量極低，幾乎無產(chǎn)量。隨后，進(jìn)行酸化增產(chǎn)作業(yè)，增產(chǎn)后日產(chǎn)液40.7 m3/d，日產(chǎn)油39.3 m3/d，該井基礎(chǔ)參數(shù)如表1所示。

圖1 精細(xì)化射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)分析方法

通過對(duì)該井實(shí)際鉆井作業(yè)對(duì)儲(chǔ)層的污染情況分析發(fā)現(xiàn)，校正后的井下實(shí)際穿深和污染深度相差非常近，該井最初設(shè)計(jì)射孔彈在實(shí)際井下工況下未穿透污染帶的可能性極大。

2.2 K油田沙三段儲(chǔ)層射孔分析

開發(fā)層位是沙三段，儲(chǔ)層壓力30.6 MPa，儲(chǔ)層溫度111.6 ℃，滲透率178 mD，孔隙度20%，屬于中孔中滲儲(chǔ)層，設(shè)計(jì)射孔參數(shù)如表2所示。

表1 A3井基礎(chǔ)參數(shù)

表2 K油田沙三段射孔參數(shù)

上述射孔方案存在問題如下：參數(shù)范圍太寬泛，不聚焦，現(xiàn)場操作射孔彈選型難度大，參數(shù)低線，滿足的射孔彈太多，無法選擇最優(yōu)射孔彈。調(diào)研統(tǒng)計(jì)了K油田沙三段儲(chǔ)層相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，優(yōu)化、分析沙三段儲(chǔ)層射孔方案，如表3所示。

對(duì)K油田沙三段儲(chǔ)層進(jìn)行射孔參數(shù)敏感性分析，設(shè)計(jì)參數(shù)條件下的產(chǎn)能比較低，介于0.5～0.7之間，該射孔參數(shù)設(shè)計(jì)不能很好地釋放儲(chǔ)層產(chǎn)能。從射孔敏感性分析可得出規(guī)律：射孔參數(shù)中穿深對(duì)于產(chǎn)能比的影響更為敏感，其次為孔密和孔徑。因此，對(duì)于K油田沙三段儲(chǔ)層更適合選擇深穿透射孔彈，有利于釋放儲(chǔ)層產(chǎn)能。結(jié)合敏感性分析結(jié)果，當(dāng)穿深≥1 000 mm，方能使得產(chǎn)能比達(dá)到0.9以上；當(dāng)穿深≥1 400 mm時(shí)，產(chǎn)能比能達(dá)到1.0以上。結(jié)合對(duì)射孔穿深的校正分析，在井下實(shí)際穿深到達(dá)1 000 mm時(shí)，對(duì)于K油田沙三段儲(chǔ)層而言，要求地面水泥靶射孔打靶穿深至少在1 330 m以上。因此，解釋了該井射孔方案變更設(shè)計(jì)的原因和合理性，分析結(jié)果和現(xiàn)場實(shí)際射孔彈變更方案十分吻合，如表4所示。

表3 K油田沙三段A6井基礎(chǔ)參數(shù)

表4 K油田沙三段儲(chǔ)層變更后射孔參數(shù)設(shè)計(jì)

3 結(jié)語

基于射孔參數(shù)校正新方法、套管剩余強(qiáng)度計(jì)算方法的研究，形成精細(xì)化射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)分析方法，解決了深部儲(chǔ)層射孔參數(shù)校正難題和射孔方案優(yōu)化問題。該套方法分析A3井射孔復(fù)雜問題、K油田沙三段儲(chǔ)層射孔方案優(yōu)化，分析結(jié)論和實(shí)際生產(chǎn)結(jié)論一致，很好地驗(yàn)證了該套方法的合理性和正確性。應(yīng)用分析表明，該方法可有效滿足渤海中硬儲(chǔ)層射孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)細(xì)化和優(yōu)化射孔參數(shù)及方案，提高套管射孔井產(chǎn)能具有重要意義。