PFGun脈沖爆燃射孔聯(lián)作工藝在注水井的應(yīng)用

謝明召, 扈勇, 汪長栓, 王寶興, 賀紅民, 左東星

(1.北方斯倫貝謝油田技術(shù)(西安)有限公司, 陜西 西安 710065; 2.中國石油集團(tuán)測井有限公司, 陜西 西安 710077)

0 引 言

低滲透率油藏開發(fā)中通過注水保持地層壓力,補(bǔ)充地層能量,對改善油氣開發(fā)狀況,實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)起到了重要作用[1-4]。長慶油田注水井完井工藝采用的是先射孔、后高能氣體壓裂。高能氣體壓裂施工所使用的傳統(tǒng)壓裂彈其殼體、中心管和端蓋等難燃性結(jié)構(gòu)部件在施工結(jié)束后會形成落物掉入井中,帶來事故隱患和影響后續(xù)作業(yè)[5]。針對注水井完井施工中高能氣體壓裂的缺陷開發(fā)了PFGun脈沖爆燃壓裂射孔聯(lián)作工藝技術(shù),一趟施工完成射孔和高能氣體壓裂作業(yè)。PFGun脈沖爆燃壓裂技術(shù)施工工藝簡便,成本低,作業(yè)后井下無落物。該工藝應(yīng)用于長慶油田注水井完井施工[6-7],已完成了49口井的現(xiàn)場試驗,取得了較好的效果。

1 PFGun脈沖爆燃壓裂裝置

PFGun脈沖爆燃壓裂裝置以固體火藥為能源,利用線形裝藥爆炸后產(chǎn)生的爆轟波引燃多級火藥裝藥,產(chǎn)生快慢燃燒反應(yīng)形成多級壓力脈沖穿過壓裂槍的泄壓孔對射孔孔眼周邊地層沖擊加載,從而在井筒周圍油氣層形成多條輻射狀裂縫,達(dá)到提高地層滲透率、增加油氣泄油面積的目的?；鹚幯b藥為2級裝藥結(jié)構(gòu),第1級裝藥為快速火藥,第2級裝藥為慢速火藥;快、慢藥量按1∶1配置,交替安裝。結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 PFGun脈沖爆燃壓裂裝置技術(shù)指標(biāo)

圖1 PFGun脈沖爆燃壓裂裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2 PropFrac壓裂模擬軟件

PropFrac軟件是應(yīng)用于PFGun脈沖爆燃壓裂施工的模擬軟件,軟件根據(jù)施工井類型和特點優(yōu)選壓裂裝藥參數(shù),評估施工方案。在軟件中輸入地層參數(shù)、井筒參數(shù)、射孔參數(shù),經(jīng)過數(shù)值模擬計算,輸出施工設(shè)計;模擬計算高能氣體壓裂施工過程的安全性、井筒實時壓力變化和裂縫情況,評估施工效果。

3 PFGun脈沖爆燃射孔聯(lián)作工藝

PFGun脈沖爆燃射孔聯(lián)作工藝在一趟管柱中將射孔槍和脈沖爆燃壓裂槍組合,利用炸藥爆轟和火藥燃燒的時間差,點火起爆后先射孔形成孔道,火藥燃燒產(chǎn)生高溫高壓氣體通過孔道進(jìn)入地層壓裂。管串結(jié)構(gòu)為射孔槍和壓裂槍單元式組合。傳輸方式為電纜傳輸或油管傳輸;起爆方式為電起爆、撞擊起爆或壓力起爆。工作流程見圖2。

圖2 工作流程框圖

長慶油田因其地理條件和儲層的特性,注水井完井施工長期采取電纜傳輸射孔+高能氣體壓裂。這種完井方式具有施工簡便、成本低的優(yōu)勢,但是使用的傳統(tǒng)壓裂彈的殼體、中心管和端蓋等難燃性結(jié)構(gòu)部件會掉入井筒,可能造成堵井事故。PFGun脈沖爆燃壓裂射孔聯(lián)作的施工工藝不但解決了使用傳統(tǒng)壓裂彈會造成井下落物的缺陷,一趟施工中完成了射孔和高能氣體壓裂,提高了作業(yè)效率。

4 現(xiàn)場應(yīng)用舉例

×91-261井是長慶油田的1口注水井,完鉆井深1 305 m,層位長63,孔隙度15%,滲透率1.8×10-3μm2,套管規(guī)格5.5 in*非法定計量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同,壁厚7.72 mm。為達(dá)到配注條件,要求對1 245.1～1 262.4 m段層位進(jìn)行射孔和高能氣體壓裂施工。施工方案設(shè)計采用電纜傳輸?shù)腜FGun脈沖爆燃壓裂射孔聯(lián)作施工工藝,施工管串結(jié)構(gòu)見圖3。射孔槍下掛壓裂槍,單趟施工射孔槍長度3 m,壓裂槍長度1.5 m;射孔槍為常規(guī)102型,16孔/m;射孔彈DP44RDX38-3;壓裂槍PFGun89型;每米裝藥量3.6 kg。

圖3 電纜傳輸PFGun脈沖爆燃壓裂射孔聯(lián)作施工管串示意圖

圖4 模擬計算結(jié)果

模擬計算使用PropFrac軟件,模擬計算了施工時井下壓力、火藥燃燒和裂縫情況、評價施工安全性和作業(yè)效果(見圖4)。依據(jù)設(shè)計的施工方案模擬計算,火藥燃燒峰值壓力39.3 MPa,低于套管的耐壓指標(biāo),所設(shè)計的方案安全性合格;火藥燃燒時間1 314.5 ms,裂縫長度2.37 m,寬度1.4 mm。

現(xiàn)場施工為保證處理效果,壓擋液應(yīng)滿至井口;使用具有防跳槽功能的天滑輪,井口采取電纜固定措施;為防止卡井,避免使用快接魚雷。該井處理層段長度17.3 m,PFGun脈沖爆燃壓裂射孔聯(lián)作施工6趟,工藝成功率100%。

應(yīng)用效果及分析:2015年7月25日PFGun脈沖爆燃壓裂射孔聯(lián)作施工后擠活性水35 m3投注,油壓12.2 MPa,套壓12.1 MPa,日注水29 m3,達(dá)到配注要求。后續(xù),電纜傳輸PFGun脈沖爆燃壓裂射孔聯(lián)作工藝在長慶油田注水井新井完井中已完成49口井的現(xiàn)場應(yīng)用,工藝成功率100%,施工有效率95%以上。表2為部分施工井的應(yīng)用效果統(tǒng)計。

表2 PFGun脈沖爆燃壓裂射孔聯(lián)作部分施工效果

在PFGun脈沖爆燃壓裂射孔聯(lián)作施工的同時選取了×91-261井和×157-261井的鄰井×91-263井和×157-262井共2口注水井,采用先射孔后高能氣體壓裂的工藝完井。對這4口井的施工過程和應(yīng)用效果進(jìn)行了對比(見表3)。

表3中,采用PFGun脈沖爆燃壓裂射孔聯(lián)作工藝完井的×91-261井與采用先射孔后高能氣體壓裂工藝完井的×91-263井相比,作業(yè)時間減少2 h,油壓、套壓及日注水量相當(dāng);×157-261井與×157-262井相比,作業(yè)時間減少2 h,油壓、套壓及日注水量相當(dāng)。施工器材作業(yè)后全部起出,井下無落物。

表3 PFGun脈沖爆燃壓裂射孔聯(lián)作施工及應(yīng)用效果對比

5 結(jié)論與認(rèn)識

(1) 電纜傳輸PFGun脈沖爆燃壓裂射孔聯(lián)作工藝解決了傳統(tǒng)高能氣體壓裂帶來井下落物的弊端,一趟施工中完成射孔和爆燃壓裂,施工工藝簡便、效率高,作業(yè)效果好。

(2) 使用PropFrac軟件可以模擬火藥工作過程和作用效果,保障施工安全。

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