三射流射孔技術(shù)研究與應(yīng)用

于開勛

(大慶油田有限責(zé)任公司試油試采分公司, 黑龍江 大慶 163412)

0 引 言

三射流匯聚射孔方法通過引爆一組上中下3個射流共面匯聚的射孔彈,上部和下部射孔彈產(chǎn)生的射流以一定角度在地層交匯,地層穿孔后釋放2發(fā)射孔彈間的地應(yīng)力,而位于中間位置的射孔彈,延遲引爆,穿過地層應(yīng)力減小的區(qū)域,射流由于受這一有利因素的影響,穿深大于普通射孔穿深,且3個射孔孔道的射孔壓實(shí)帶相互被破壞[1],提高了射孔孔道的導(dǎo)流面積和導(dǎo)流能力。

本文對三射流射孔技術(shù)的原理、特點(diǎn)進(jìn)行了闡述;對三射流射孔器的結(jié)構(gòu)研制及試驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)行了分析[2]?，F(xiàn)場應(yīng)用證明該項(xiàng)技術(shù)能夠提高注入井的注入效果和采出井的采液強(qiáng)度,效果顯著?？偨Y(jié)了該項(xiàng)技術(shù)的試驗(yàn)結(jié)論和適用條件,提出了今后的發(fā)展方向。

1 技術(shù)原理及特點(diǎn)

1.1 技術(shù)原理

三射流射孔技術(shù)[3](見圖1)通過引爆一組3個共面匯聚的射孔彈,上部和下部射孔彈產(chǎn)生的射流以一定角度在地層內(nèi)匯聚,產(chǎn)生一個范圍大大縮小的壓實(shí)帶。壓實(shí)帶由一些單獨(dú)的射流產(chǎn)生,會大大阻礙流動性能。位于中間位置的射孔彈稍稍延遲引爆,地層被中部射流穿透,該地層為應(yīng)力減小的區(qū)域,射流穿過污染帶后匯聚,產(chǎn)生一組射孔孔道,射流由于受這一應(yīng)力因素影響,提高了穿深和流動性能,可有效提高新井完井和補(bǔ)孔老井的產(chǎn)能。

圖1 三射流射孔技術(shù)原理示意圖

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

(1) 三射流射孔技術(shù)使用常規(guī)射孔彈,操作方式與常規(guī)射孔方法相同。

(2) 由于三射流產(chǎn)生的孔道直徑大而長,并且一定程度上解除了孔道壓實(shí),因此配合動態(tài)負(fù)壓射孔清潔孔道更為容易。

(3) 射孔彈在套管上產(chǎn)生與常規(guī)射孔彈相同的入口孔徑,對套管強(qiáng)度無影響。

(4) 適用于直井、斜井及水平井等。

2 三射流射孔器設(shè)計及研制

2.1 精確延時起爆設(shè)計

三射流射孔的技術(shù)關(guān)鍵是嚴(yán)格控制中間主射孔彈與上下2個輔射孔彈的起爆時間差。為了達(dá)到精準(zhǔn)控制,在考慮導(dǎo)爆索長度影響起爆時間的基礎(chǔ)上,設(shè)計研制了起爆延時體。起爆延時體是用來有效控制射孔彈組中間射流的形成時間,由鎖緊套、延時管等結(jié)構(gòu)組成。結(jié)合導(dǎo)爆索傳爆速度、射孔彈間距、延時管藥量等主要影響因素,經(jīng)多次試驗(yàn)檢測,將中間射流延時時間精確控制在微秒級。脈沖X光試驗(yàn)檢測表明,起爆延時體能夠有效控制中間射孔彈射流形成時間,避免了彈間干擾、射孔彈殉爆等問題,實(shí)現(xiàn)了中間射孔彈的精確延時起爆。

2.2 射流匯聚角度設(shè)計

最佳匯聚夾角為上下2個輔射孔孔道尖部接近,但不相交,保證2發(fā)射孔彈的射流能量在地層內(nèi)不發(fā)生碰撞損失,并保證3個射流在同一平面內(nèi)。根據(jù)選用射孔彈的穿孔深度L,合理設(shè)計上、下2發(fā)彈的射流夾角α(見圖2),經(jīng)試驗(yàn)研究和理論計算,根據(jù)不同射孔彈型的穿深性能,設(shè)計了多個不同的匯聚角度。最終確定了與射孔器相適應(yīng)的射孔彈組最佳匯聚方式,有效避免了因射流交叉聚焦改變射流形態(tài)造成的能量損失和射流過于發(fā)散造成主射流孔道周圍壓實(shí)帶不夠疏松的情況發(fā)生,確保了三射流共面匯聚不匯聚的射孔效果。

圖2 組合式三射流射孔匯聚

2.3 三射流射孔器結(jié)構(gòu)設(shè)計

三射流射孔器由射孔槍身、內(nèi)置式彈夾、彈架、導(dǎo)爆索、輔助射孔彈1、輔助射孔彈2和主射孔彈等組成(見圖3)。由于三射流射孔的特殊布彈方式,造成射孔器局部應(yīng)力釋放較為集中。為了降低三射流射孔器對套管的損傷,三射流射孔器設(shè)計為5個相位,相位角為72°～144°,5組/m,3發(fā)/組,孔密為15孔/m。這種結(jié)構(gòu)能夠使彈組布局合理,能量釋放充分,有效降低套管損害。

圖3 三射流射孔器組成部件

3 地面試驗(yàn)檢測

3.1 貝雷砂巖靶地面測試

把貝雷砂巖靶巖心通過膠筒密封隔離與水泥封固在一個承壓的金屬容器內(nèi),把封固好的巖心固定在流體分配器上,流體分配器在測試中提供孔隙壓力和入口流動,巖心頂部覆蓋模擬套管和水泥環(huán)的組件,三射流射孔器裝置位于模擬井筒室內(nèi),井筒室提供井筒壓力,在射孔后,其為流體流出口。在引爆射孔彈后,井筒和孔隙壓力通過套管和水泥環(huán),利用液壓連通,這可以模擬生產(chǎn)或注入的過程(見圖4)。

圖4 三射流射孔器砂巖靶測試裝置

測試采用的貝雷砂巖巖心直徑230 mm、長度610 mm,用石油溶劑油作為流動介質(zhì)。測試所使用的貝雷砂巖平均孔隙度為19.6%,平均滲透率為103.6 mD*非法定計量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同。

在相同測試條件下,進(jìn)行了常規(guī)三發(fā)射孔彈同向和2種具有一定入射夾角的三射流射孔,2種具有一定入射夾角的射孔經(jīng)過測試都顯示穿深、孔道體積和流動性能增加。測量的穿深增加為12.6%,流動性能增加15%(見表1)。從剖開的巖心射孔孔道可以看出,射流在進(jìn)入巖心4 in*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m, 下同(102 mm)的位置開始匯聚,這說明中間射流穿透已被沖擊的區(qū)域時,孔道周圍的壓實(shí)帶被清除。

表1 測試結(jié)果

3.2 混凝土靶地面檢測

針對三射流射孔技術(shù)的特點(diǎn),對其進(jìn)行地面混凝土靶檢測試驗(yàn),以驗(yàn)證其是否能達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),為進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)提供依據(jù)。

檢測試驗(yàn)采用直徑為3 m的混凝土靶,檢測射孔器采用1 m槍身,15發(fā)射孔彈,每3發(fā)為1組,主射流射孔彈常規(guī)穿深為860 mm,上下輔射流射孔彈常規(guī)穿深為620 mm。

檢測結(jié)果為主孔道平均穿深為1 022 mm,上下2個輔孔道平均穿深為611 mm,主孔道平均孔徑為11.2 mm,輔孔道平均孔徑為14.2 mm,槍身無裂紋,無脫落。

經(jīng)過混凝土靶射孔檢測試驗(yàn),射孔后的槍身各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。3個射流形成孔道達(dá)到技術(shù)要求。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 采出井應(yīng)用效果

以某油田區(qū)塊的18口生產(chǎn)井試驗(yàn)應(yīng)用情況為例,該區(qū)塊平均滲透率在400 mD以上,為中滲透率地層,油層深度976.3～1 180 m,地層壓力15～21 MPa,以薩二組、薩三組、葡Ⅰ4～高Ⅰ4+5油層為主要目的層。該區(qū)塊的投產(chǎn)數(shù)據(jù)分析表明,與常規(guī)射孔技術(shù)相比,在中滲透率地層應(yīng)用三射流射孔技術(shù),平均采液強(qiáng)度提高12%,取得了較好的增產(chǎn)效果(見表2)。

以某油田區(qū)塊的2口生產(chǎn)井試驗(yàn)應(yīng)用情況為例,該區(qū)塊平均滲透率在680 mD以上,為高滲透率地層,油層深度989.5～1 162.3 m,地層壓力15～2 MPa,以薩二組、薩三組、葡Ⅰ4～高Ⅰ4油層為主要目的層。該區(qū)塊的投產(chǎn)數(shù)據(jù)收集分析表明,與常規(guī)射孔技術(shù)相比,在高滲透率地層應(yīng)用三射流射孔技術(shù),平均采液強(qiáng)度提高15%以上,取得了較好的增產(chǎn)效果(見表3)。

4.2 注入井應(yīng)用效果

以某油田區(qū)塊的5口生產(chǎn)井試驗(yàn)應(yīng)用情況為例,該區(qū)塊平均滲透率在410 mD以上,為中滲透率地層,油層深度992.6～1 251.5 m,地層壓力15～20 MPa,以薩二組、薩三組、葡Ⅰ4～高Ⅰ4+5層為主要目的層。收集分析該區(qū)塊的投產(chǎn)數(shù)據(jù)表明:與常規(guī)射孔技術(shù)相比,在中滲透率地層應(yīng)用三射流射孔技術(shù),平均注入強(qiáng)度提高14.5%,見到了較好的增注效果(見表4)。

以某油田區(qū)塊的4口生產(chǎn)井試驗(yàn)應(yīng)用情況為例,該區(qū)塊平均滲透率在680 mD以上,為高滲透率地層,油層深度990.2～1 155.5 m,地層壓力15～21 MPa,以薩二組、薩三組、葡Ⅰ4～高Ⅰ4層為主要目的層。該區(qū)塊的投產(chǎn)數(shù)據(jù)分析表明,與常規(guī)射孔技術(shù)相比,在高滲透率地層應(yīng)用三射流射孔技術(shù),平均注入強(qiáng)度提高17%以上,取得了較好的增注效果(見表5)。

表2 應(yīng)用效果對比表A(空氣滲透率407 mD)

表3 應(yīng)用效果對比表B(空氣滲透率681.3 mD)

表4 應(yīng)用效果對比表C(空氣滲透率419 mD)

表5 應(yīng)用效果對比表D(空氣滲透率681.3 mD)

5 結(jié) 論

(1) 通過對三射流射孔技術(shù)的室內(nèi)試驗(yàn)檢測,三射流穿過污染帶后聚焦,產(chǎn)生一組射孔孔道,與常規(guī)射孔技術(shù)相比,穿深增加26%、孔道體積增加32%,流動效率增加15%。

(2) 通過對三射流射孔技術(shù)的地面模擬檢測,3個射流形成孔道達(dá)到技術(shù)要求,槍身各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),保證了射孔施工的安全性。

(3) 對三射流射孔技術(shù)應(yīng)用效果跟蹤,試驗(yàn)井與同區(qū)塊同地質(zhì)條件的常規(guī)射孔井進(jìn)行對比,在中滲透率地層平均采液強(qiáng)度提高12%;在高滲透率地層平均采液強(qiáng)度提高15%以上;在中滲透率地層平均注入強(qiáng)度提高14.5%;在高滲透率地層平均注入強(qiáng)度提高17%以上,取得了較好的增產(chǎn)增注效果。

參考文獻(xiàn):

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