自清潔射孔技術(shù)在渤海油田的應(yīng)用

張藝耀，李 進(jìn)，馮 碩，孫帥帥，譚紹栩

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司，天津 300459)①

隨著油田的不斷開發(fā)，因注采不平衡等因素，渤海油田部分區(qū)塊沙河街組常壓儲(chǔ)層壓力虧空較為嚴(yán)重。渤海油田沙河街組常壓儲(chǔ)層通常采用常規(guī)射孔彈，使用平衡射孔、負(fù)壓返涌的射孔方式進(jìn)行射孔作業(yè)[1-5]。常規(guī)射孔彈最初采用銅板罩，穿深淺還有杵堵問題，后來采用金屬合金粉末罩，增加了混凝土靶穿深性能，追求穿深的同時(shí)孔道也變得細(xì)長，并且射流侵徹形成孔道時(shí)會(huì)破碎和壓實(shí)周圍的巖石，產(chǎn)生厚約0.64～1.27 cm的壓實(shí)帶，導(dǎo)致滲透率下降到原始滲透率的7%～20%，并且部分巖石碎屑和金屬粉末會(huì)殘留在射孔形成的孔道內(nèi)，增大了地層流體流向井筒的流動(dòng)阻力，影響了油井產(chǎn)出效果[6-8]。儲(chǔ)層壓力的虧空直接影響了射孔時(shí)的負(fù)壓放噴對孔道的清潔效果，降低了對壓實(shí)帶的破壞、對孔道的清洗及孔道碎屑的排出；降低了孔道的滲透率，增加了表皮系數(shù)，影響油井射孔后的產(chǎn)能。為了更好地降低表皮系數(shù)，最大程度釋放油藏產(chǎn)能，針對儲(chǔ)層壓力虧空嚴(yán)重的油井，采用自清潔射孔技術(shù)。該技術(shù)可有效清潔射孔孔道，從而改善導(dǎo)流能力。

1 自清潔射孔技術(shù)

1.1 自清潔射孔彈結(jié)構(gòu)

自清潔射孔彈由殼體、炸藥、含能材料和金屬藥型罩組成，如圖1所示。和常規(guī)射孔彈相比，自清潔射孔彈主要是通過在常規(guī)射孔彈彈藥中添加一種類似反應(yīng)破片的含能材料，在射孔過程中既能保證足夠的射孔深度，又能達(dá)到消除污染的目的。

1—?dú)んw；2—炸藥；3—含能材料；4—金屬藥型罩。

1.2 自清潔射孔原理

常規(guī)射孔彈射孔會(huì)在孔道周圍形成一定厚度的壓實(shí)帶，并不可避免地留下一些射流殘?bào)w，射孔壓實(shí)帶和射流殘?bào)w的存在會(huì)降低孔道的滲透率，如圖2所示。

圖2 常規(guī)射孔彈孔道效果示意

自清潔射孔彈通過在金屬藥型罩內(nèi)加入特殊的含能材料，射孔過程中，金屬組合和含能材料隨著射孔彈產(chǎn)生的射流進(jìn)入射孔孔道內(nèi)，含能材料在極短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的反應(yīng)，釋放的能量使孔道內(nèi)的壓力升高，產(chǎn)生反向的涌流流入井筒，清潔孔道的壓實(shí)帶。含能材料反應(yīng)產(chǎn)生的大量氣體和熱量改善壓實(shí)帶滲流特性，并將孔道內(nèi)脫落的巖石碎屑和金屬粉末從整個(gè)孔道清除，并且在孔道末端產(chǎn)生裂縫。以此優(yōu)化流通通道，實(shí)現(xiàn)清潔孔道、提高導(dǎo)流能力的目標(biāo)[9-10]，如圖3所示。

圖3 自清潔射孔彈孔道改善效果示意

1.3 貝雷砂巖靶流量測試試驗(yàn)

貝雷砂巖靶流量測試對比試驗(yàn)如圖4、表1所示。與普通深穿透射孔彈相比，自清潔射孔彈依靠專有的藥型罩技術(shù)，射孔孔容增加110.9 %，流量增加17 %，射孔孔道清潔，末端有明顯裂縫。

圖4 貝雷砂巖靶流量測試試驗(yàn)

表1 貝雷砂巖靶流量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.4 API混凝土靶射孔參數(shù)對比試驗(yàn)

模擬裝127型射孔槍混凝土靶試驗(yàn)條件，采用常規(guī)SDP45HMX39-3型超深穿透射孔彈和SDPR45HMX39-1型自清潔超深穿透射孔彈進(jìn)行API混凝土靶試驗(yàn)，對比2種射孔彈穿深、孔徑及射孔彈起爆后產(chǎn)生的碎屑，如表2～3所示。

表2 API混凝土靶對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 自清潔與常規(guī)超深穿透射孔彈起爆后產(chǎn)生碎屑量

由表2～3可知，自清潔高溫超深穿透射孔彈與常規(guī)高溫超深穿透射孔彈相比，套管平均穿孔孔徑、射孔槍平均穿孔孔徑同比提高11.3%和14.15%，自清潔射孔彈較常規(guī)超深穿透射孔彈起爆后產(chǎn)生的碎屑大幅降低。

1.5 自清潔射孔技術(shù)特點(diǎn)

自清潔射孔技術(shù)可實(shí)現(xiàn)在射孔孔道形成后的極短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓氣體，將孔道壓出若干微裂縫，并使孔道內(nèi)的氣流反向噴向井筒，優(yōu)化了流動(dòng)通道，實(shí)現(xiàn)射孔過程中對孔道的高度清潔，從而改善導(dǎo)流能力。

1) 孔道壓裂及清潔效果較常規(guī)射孔彈更好。含能材料的全部能量直接作用在射孔孔道內(nèi)部，產(chǎn)生壓裂、沖刷和反涌作用，能量集中，壓裂和清潔效果好。

2) 孔道滲流面積更大。自清潔射孔彈的穿孔深度與同型號(hào)普通射孔彈相當(dāng)，但有效穿深(無射流殘?bào)w堵塞部分的深度)和孔道直徑增大，相應(yīng)孔容、孔內(nèi)滲流面積增加，有利于提高孔眼流動(dòng)效率。對于生產(chǎn)井可降低生產(chǎn)壓差，減少出砂。

3) 組裝程序與常規(guī)彈相同。由于自清潔射孔彈僅是在其內(nèi)部加入了特殊材料，其外形與普通射孔彈相同，使用裝配與普通射孔彈毫無差別，所以其操作簡便，使用范圍不會(huì)受到限制，作業(yè)成本也不會(huì)增加。

4) 安全性高。含能材料是隨聚能射流進(jìn)入射孔孔道后才釋放能量，不會(huì)對射孔槍和套管等造成傷害，不會(huì)增加射孔作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，且射孔槍外表面及套管內(nèi)壁毛刺高度大幅降低，射孔槍提升難度降低，大幅降低了遇卡事故的發(fā)生概率，提升了作業(yè)的安全系數(shù)。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

M井和K井為渤海灣南部X油田沙河街常壓井，該油田壓力系數(shù)1.01，溫度梯度為3.26 ℃/100m，屬正常壓力和溫度系統(tǒng)。該油田自投產(chǎn)以來，因注采不平衡等因素，沙河街儲(chǔ)層壓力出現(xiàn)了不同程度的衰減。M井是一口沙河街組采油井，井深3 316 m，射孔段3 081.3～3 247.6 m，采用平衡射孔負(fù)壓返涌+優(yōu)質(zhì)篩管簡易防砂工藝，共4層防砂段，采用Y分生產(chǎn)管柱生產(chǎn)，初期配產(chǎn)60 m3/d。K井是一口沙河街組先期排液注水井，井深3 339 m，射孔段2 925.1～3 225.9 m，采用平衡射孔負(fù)壓返涌+177.8 mm(7英寸)分層封隔器工藝，共4層，采用Y分生產(chǎn)管柱生產(chǎn)，初期配產(chǎn)46 m3/d。

根據(jù)作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，TCP射孔的射孔槍外徑與套管內(nèi)徑的間距為25.4 mm(1英寸)最理想，此時(shí)槍的對中效果較好，且能充分發(fā)揮聚能射孔彈的聚能效果，但同時(shí)考慮負(fù)壓作用產(chǎn)生的地層砂返吐可能造成的槍身砂卡，177.8 mm(7英寸)尾管選用114.3 mm(4英寸)射孔槍。射孔彈的選擇要考慮到射孔槍的尺寸和井底溫度以及射孔彈在井下停留的時(shí)間，選用HMX射孔彈可以滿足射孔槍下到井底后，各項(xiàng)作業(yè)以及其它復(fù)雜情況所造成的時(shí)間附加量。射孔孔徑的選擇與完井工藝有重要的關(guān)系，防砂完井要求大孔徑，孔道的流動(dòng)面積大，減少油氣流動(dòng)的阻力和速度，有利于提高產(chǎn)能和減少出砂。射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)是為了獲得最高的油氣井產(chǎn)能。根據(jù)油氣層的巖性結(jié)構(gòu)特性和流體類型特點(diǎn)，結(jié)合鉆井污染程度、可供選擇的射孔器材類型和不同條件下射孔參數(shù)對產(chǎn)能的影響程度，優(yōu)化組合射孔參數(shù)使油氣井獲得最高產(chǎn)能[11-15]。

沙三段的定向井均為177.8 mm(7英寸)套管完井，因此全部采用114.3 mm(4英寸)射孔槍，相應(yīng)射孔參數(shù)對產(chǎn)能比的影響如圖5。對于致密儲(chǔ)層，射孔穿深對產(chǎn)能的影響最大，表現(xiàn)出穿深的重要性。

圖5 沙河街組儲(chǔ)層射孔參數(shù)敏感性分析

綜合完井工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)X油田射孔參數(shù)如表4所示。該要求為最低要求，在滿足要求的基礎(chǔ)上，盡量選擇深穿透射孔彈。

表4 沙河街組射孔設(shè)計(jì)參數(shù)

為此，M井和K井選用SDPR45HMX39-3型自清潔射孔彈型，穿深1 503.7 mm、 孔徑12.2 mm，如表5所示。

表5 射孔器材參數(shù)

通過M井和K井近1 a平均產(chǎn)油量分析，發(fā)現(xiàn)較之前相同油田層位的井產(chǎn)油量有明顯改善，在地層壓力虧空情況下，平均超出配產(chǎn)1.13倍，日增產(chǎn)原油119.32 m3，如圖6所示。

圖6 產(chǎn)油量對比

3 結(jié)論

1) 自清潔射孔技術(shù)有效解決了由于地層壓力的衰竭，負(fù)壓射孔時(shí)難以達(dá)到理想的放噴效果，造成對壓實(shí)帶破壞不徹底、孔道中的碎屑排除困難、流體流動(dòng)效果不理想的問題，改善了導(dǎo)流能力，增產(chǎn)效果顯著。

2) 自清潔射孔技術(shù)在渤海油田2口井的成功應(yīng)用，為渤海油田沙河街常壓儲(chǔ)層后續(xù)的射孔作業(yè)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)儲(chǔ)備。

3) 建議針對渤海油田沙河街組虧空嚴(yán)重的儲(chǔ)層采用自清潔射孔技術(shù)進(jìn)行射孔作業(yè)，同時(shí)采用動(dòng)態(tài)負(fù)壓射孔等技術(shù)來優(yōu)化流通通道，提高油井產(chǎn)能。