非常規(guī)油氣井多級(jí)射孔參數(shù)優(yōu)化淺析

李智

摘要：非常規(guī)油氣井多級(jí)射孔主要采用水平井電纜輸送和泵送橋塞-多級(jí)射孔聯(lián)作技術(shù)，如何優(yōu)化各項(xiàng)射孔參數(shù)為實(shí)際施工提供有利技術(shù)保障和指導(dǎo)將是十分必要的。在現(xiàn)場(chǎng)電纜輸送水力泵送施工方面，對(duì)橋塞-多級(jí)射孔聯(lián)作管柱進(jìn)行受力分析，通過(guò)計(jì)算從而優(yōu)化聯(lián)作管柱重量和水力泵送參數(shù)，對(duì)施工時(shí)方便聯(lián)作管柱順利下入防噴管和管柱順利泵送到目的層，防止電纜事故發(fā)生，提供技術(shù)依據(jù)和部分指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：多級(jí)射孔;射孔參數(shù);泵送橋賽射孔聯(lián)作

1引言

本文從實(shí)際運(yùn)用和原理分析出發(fā)，從優(yōu)選射孔基本參數(shù)和優(yōu)化橋塞射孔聯(lián)作電纜泵送施工技術(shù)兩個(gè)方面對(duì)該技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析與討論。

2.射孔基本參數(shù)優(yōu)化

2.1原理

多級(jí)射孔的實(shí)現(xiàn)方式是以“先分段再分簇，每次一段，一段多簇”的特殊方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。采用這種施工方法在“整體體積改造，多級(jí)分段壓裂”技術(shù)的要求而產(chǎn)生的，“整體體積改造，多級(jí)分段壓裂”的原理是先依據(jù)儲(chǔ)層巖性物性參數(shù)先對(duì)水平井目的層先劃分層段，再依據(jù)壓裂難易度，造縫效果對(duì)每層段“分簇”，即壓裂液注入甜點(diǎn)。

2.2 射孔簇長(zhǎng)簇間距的設(shè)計(jì)

江漢油田區(qū)塊幾口井的多級(jí)射孔施工中，射孔簇長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為0.5m，0.75m、1m或1.5m等，其中主要為1m，在實(shí)際施工中針對(duì)泥質(zhì)含量高、致密脆性差和壓裂效果不好的層段適當(dāng)提高簇長(zhǎng)到1.5m甚至2m，最終大大降低施工起裂壓力和壓裂壓力波動(dòng)。一些井開(kāi)始設(shè)計(jì)簇間距不均勻分布在20～30m范圍內(nèi)，實(shí)際施工時(shí)平均簇間距不到20m，且擴(kuò)大了差異化，實(shí)際效果十分理想。

2.3射孔孔密與相位角的設(shè)計(jì)，射孔彈的選擇

2.3.1孔密設(shè)計(jì)

實(shí)際施工中，由于井徑尺寸對(duì)射孔槍身外徑的限制，過(guò)大的孔密會(huì)增加彈間干擾降低射孔效果，同時(shí)高孔密會(huì)使套管應(yīng)力明顯改變，強(qiáng)度變差，這在非常規(guī)油氣井多級(jí)壓裂的大泵速，高井壓條件下就會(huì)顯得更加危險(xiǎn)，所以實(shí)際施工時(shí)需要綜合考慮槍身直徑的限制，參考?jí)毫言O(shè)計(jì)選擇合適的射孔孔密，盡可能大的增加簇段的泄流能力和通過(guò)效率，所以研制小槍身彈間低干擾的高孔密射孔方式將多級(jí)射孔一個(gè)很好的努力方向。

2.2相位角的設(shè)計(jì)

在壓裂施工中，設(shè)計(jì)合適相位角利于降低起裂壓力，同時(shí)也方便在壓裂時(shí)易于產(chǎn)生和溝通復(fù)雜裂縫帶。據(jù)巖石彈塑性力學(xué)分析，裂縫的產(chǎn)生總是沿著最小主應(yīng)力平面，那么孔眼方向沿著最小主應(yīng)力平面將是最佳孔眼方向，此時(shí)順著此孔向起裂最易，裂縫的擴(kuò)展和延伸也會(huì)容易的多。

所以一個(gè)十分好做法就是先精確確定目的層主應(yīng)力大小和方向，然后選擇射孔相位沿著巖石最小主引力方向及方位，這要求采用定方位射孔技術(shù)，但是目前該技術(shù)國(guó)內(nèi)應(yīng)用不廣泛，。常用的做法都是在井筒圓周上采均勻螺旋布孔的方式以減小套管破壞應(yīng)力。依據(jù)測(cè)試和實(shí)踐數(shù)據(jù)，當(dāng)不考慮射孔方位角的情況下，采用60°或120°相位角是最有可能控制地層最大起裂壓力，其中60°相位可以使單位簇長(zhǎng)總孔數(shù)增加，增加泵入量、減低孔眼摩阻，所以現(xiàn)在水平井射孔壓裂施工多選擇60°相位角，另外可以預(yù)見(jiàn)的是在泵送橋塞-多級(jí)射孔聯(lián)作中采用定向射孔將會(huì)對(duì)提高射孔和壓裂效果有很大幫助。

2.3射孔彈的選擇

決定射孔彈的選擇的主要因素是穿孔孔徑和穿孔深度。較大的孔徑會(huì)極大的降低壓裂孔眼摩阻對(duì)有利于壓裂液和支撐劑的泵入和對(duì)提高單孔流量增加壓裂效果有著非常重用的作用，而較深的射孔深度利于壓裂時(shí)網(wǎng)狀縫的溝通，所以實(shí)際施工中我們就要參照井徑對(duì)槍身直徑的限制，盡量選用孔徑和穿深都比較大的射孔彈（目前大多數(shù)非常規(guī)井目的層為51/2英寸套管完井，選擇89槍較合適），

3.射孔管柱電纜泵送參數(shù)優(yōu)化

3.1技術(shù)難點(diǎn)

目前非常規(guī)油氣井水平多級(jí)分段射孔主要采用水力泵送配合電纜輸送多級(jí)射孔橋塞聯(lián)作管柱的技術(shù)，其有著施工速度快，運(yùn)行成本低，井況適應(yīng)性強(qiáng)等其他連續(xù)油管輸送和爬行器推送等方法不可取代的優(yōu)點(diǎn)。但是在江漢油田完成的幾口多級(jí)射孔-橋塞聯(lián)作管柱泵送施工中，出現(xiàn)過(guò)工具串在井口難以順利的下入，水平段泵送階段多次出現(xiàn)不能順利推進(jìn)而反復(fù)嘗試泵排量等問(wèn)題，極大的影響了施工進(jìn)度。由這些實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，本文簡(jiǎn)單從管串重量和泵送參數(shù)優(yōu)化對(duì)該技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析。

3.2優(yōu)化管柱重量設(shè)計(jì)

進(jìn)行水力泵送橋塞射孔工具串時(shí)由于上層壓裂后會(huì)殘存壓力，此時(shí)井口有較高的關(guān)井壓力，在進(jìn)行密閉壓力條件下施工時(shí)，聯(lián)作管柱下放時(shí)會(huì)有很大的軸向阻力。所以必須設(shè)計(jì)合適的管柱重量克服軸向阻力以便工具串順利下入井中，重量不夠時(shí)需配置合適的加重桿。

我們可依此計(jì)算出實(shí)際施工所需的最小工具串重量，選擇配接或不配接加重桿和配接多重的加重桿。例如我們依據(jù)總質(zhì)量約為350Kg，總長(zhǎng)度約12米，平均外徑在89mm的8mm電纜輸送的常用工具穿串為考察對(duì)象，可算出其在大約46MPa以下井口密閉壓力內(nèi)都能順利自由下入，而當(dāng)配備50Kg加重桿時(shí)便能適應(yīng)55MPa井口密閉壓力的情況，而當(dāng)井口壓力達(dá)到75MPa級(jí)別時(shí)至少配備約165Kg的加重桿才能順利下入井中。

3.3泵送參數(shù)的設(shè)定

在對(duì)聯(lián)作管串進(jìn)行水力泵送的時(shí)候，為了保持管串以期望的速度下放，同時(shí)又防止因電纜頭受力過(guò)大或過(guò)小發(fā)生電纜纏繞或電纜頭脫落事故，就要綜合考慮井眼環(huán)境和管柱受力情況，以定量確定合適的井口排量，為順利完成工具串的下放提供技術(shù)指導(dǎo)，保證施工順利按時(shí)的完成。

實(shí)際施工中在控制井口壓力、電纜張力和測(cè)速的情況下選擇合適泵排量。常用泵測(cè)速為20m/min左右，垂深不超過(guò)3000m的水平井泵送時(shí)，在控制井底電纜頭張力在額定張力80%以?xún)?nèi)（一般不超過(guò)0.8t），井口的排量約為從0.3m3/min-2.5m3/min之間緩慢遞增，推薦最大排量不應(yīng)超過(guò)2m3/min，實(shí)際操作排量可因井口壓力突變或井下異常而做實(shí)際調(diào)整。

4.總結(jié)

針對(duì)電纜水力泵送施工，我們可以采用更大直徑的防噴管和承載力更強(qiáng)的粗直徑電纜，優(yōu)化工具串工具串結(jié)構(gòu)以增加水流推力受力面，安裝滾輪減小滑動(dòng)摩擦，合理設(shè)計(jì)前期工序，降低殘留井口壓力等來(lái)優(yōu)化該施工技術(shù)，保障施工安全性和高效性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳奇等 ??增產(chǎn)改造理念的重大變革 體積改造技術(shù)概論，天然氣工業(yè)，2011.31（4）：7～12