定射角射孔工藝在大位移定向井中的應(yīng)用與實(shí)踐

司海媛 （大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠）

大慶油田已進(jìn)入高含水、高采出程度開發(fā)階段，整體上油層動用程度高，但在斷層附近由于開發(fā)井點(diǎn)少，再加上斷層的遮擋，油層動用程度較低，剩余油較多。因此，對斷層附近剩余油富集的部位需采用大位移定向井進(jìn)行挖潛，大位移井是側(cè)深和垂深比大于或等于2 的井，其主要用于開發(fā)地面條件很差、鉆直井和一般定向井不經(jīng)濟(jì)區(qū)域。目前，傳統(tǒng)的大位移井射孔器的射流方向都垂直于槍體，對于大位移定向井射孔施工時，射流方向無法與儲層平行，尤其是對于薄層井施工時，極易發(fā)生穿層，影響了射孔施工效果[1-4]。為提高射流的有效率，通過研制定射角射孔器[5]，設(shè)計工藝管柱結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了平行儲層射孔，提高了復(fù)合射孔有效率，最大程度地保證了油田開發(fā)效果。

1 定射角射孔區(qū)域概要

1.1 區(qū)域基本概況及構(gòu)造特征

薩中112#斷層研究區(qū)位于薩中開發(fā)區(qū)背斜中部偏北位置，包括北一區(qū)斷西、北一區(qū)斷東、中區(qū)西部和中區(qū)東部四個區(qū)塊的部分區(qū)域，含油面積為3.76 km2。區(qū)域內(nèi)發(fā)育斷層全部為正斷層，斷層走向以北西向?yàn)橹?，斷層傾向以北東向和南西向?yàn)橹?。斷層發(fā)育規(guī)模不等、深淺不一，存有較大差異，其中99+112#大斷層在葡一組頂面平面延伸達(dá)到4 863 m、最大垂向斷距高達(dá)142 m，基本控制了此區(qū)域的構(gòu)造格局。該區(qū)地勢東西兩側(cè)較平坦，中部受斷層影響起伏較大，地層傾角最大為8.13°，最小為0.20°，平均為2.50°。

1.2 儲層特征

1） 儲層發(fā)育狀況。112#斷層區(qū)域薩葡油層分為58 個沉積單元（不包含薩零組）；高臺子油層最深鉆遇到高Ⅳ12，分為86 個沉積單元。薩葡沉積單元的河道砂及表內(nèi)油層的鉆遇率大于高臺子沉積單元。斷層區(qū)油層平均鉆遇砂巖厚度為186.3 m，有效厚度為81.8m。此次開采層位為薩Ⅲ和高Ⅰ、高Ⅱ、高Ⅲ和高Ⅳ油層組，分為99 個沉積單元，合計砂巖厚度為111.9 m，有效厚度為42.0 m。

2）儲層物性特征。薩爾圖油層含油飽和度為72.8%，空氣滲透率為1.12 μm2，孔隙度為27.6%；北一區(qū)斷東高臺子油層原始含油飽和度為59.5%，空氣滲透率為0.400 μm2，孔隙度為26.0%。

3）油水分布狀況。薩中開發(fā)區(qū)為背斜構(gòu)造砂巖油藏，具有統(tǒng)一的油水界面，底水、邊水不活躍。

4）溫度、壓力特征。薩中開發(fā)區(qū)薩爾圖油層溫度為42.4 ℃，原始地層壓力為10.29 MPa，油層原始壓力系數(shù)為 1.07， 巖石壓縮系數(shù)為8.9×10-4MPa-1；高臺子油層溫度為50 ℃，原始地層壓力為11.51 MPa，油層原始壓力系數(shù)為1.07，巖石壓縮系數(shù)為8.0×10-4MPa-1。

1.3 區(qū)塊布井情況

在薩中開發(fā)區(qū)112#斷層區(qū)域共部署距離斷層50 m 平行斷層面鉆井的大角度定向井7 口，其中上盤3 口、下盤4 口，全部為采油井，開采層位為高臺子油層和薩三組油層。7 口井共控制儲量為105.24×104t，建成產(chǎn)能為1.26×104t。112#斷層區(qū)大角度液井分布情況統(tǒng)計見表1。

表1 112#斷層區(qū)大角度井分布情況統(tǒng)計Tab.1 Distribution situation statistics of large angle wells in 112# fault block

1.4 區(qū)塊開發(fā)簡介

112#斷層區(qū)于1960 年投入開發(fā)，開發(fā)先后部署了7 套井網(wǎng)，即基礎(chǔ)井網(wǎng)、一次加密調(diào)整井網(wǎng)、二次加密調(diào)整井網(wǎng)、三次加密調(diào)整井網(wǎng)、高臺子油層井網(wǎng)、葡一組油層聚驅(qū)井網(wǎng)和二類油層聚驅(qū)井網(wǎng)。研究區(qū)目前共有生產(chǎn)井?dāng)?shù)414 口，平均井網(wǎng)密度達(dá)到每平方千米110.1 口。112#斷層區(qū)各套井網(wǎng)基本情況統(tǒng)計見表2。

表2 112#斷層區(qū)各套井網(wǎng)基本情況統(tǒng)計Tab.2 Basic situation statistics of sets of well pattern in 112# fault block

截至2015 年10 月，斷層區(qū)開井為378 口，其中采油井為236 口，平均單井日產(chǎn)液量為62.8 t，日產(chǎn)油量為4.0 t，含水率為93.6%，注水井為142口，平均單井日注水量為116.2 m3。

2 射孔油層保護(hù)要求

薩中開發(fā)區(qū)112#斷層井區(qū)薩爾圖油層沒有儲層敏感性分析資料，借用鄰近區(qū)塊取心井中341-檢7薩二組油層的儲層敏感性評價結(jié)果，即薩爾圖油層為弱酸敏、弱堿敏、中等水敏、中等鹽敏、不速敏油層，高臺子油層沒有儲層敏感性分析資料，但在50 多年的注水開發(fā)中并未出現(xiàn)水敏和鹽敏異常現(xiàn)象。結(jié)合此區(qū)塊實(shí)際情況，鉆井時要密切觀察泥漿漏失情況，嚴(yán)格控制密度和失水量，盡量縮短鉆井時間，確保鉆井安全，并減輕對油層的傷害；井下作業(yè)過程中盡可能采用不壓井工藝，如需壓井，壓井液要嚴(yán)格控制密度；射孔時該井區(qū)7 口大角度定向井采用定射角射孔方式完井，避免射穿油層，造成油層傷害。

3 工藝原理

通過研制定射角射孔器[6]，設(shè)計工藝管柱結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了平行儲層射孔，斜井地層水平井斜角大于或等于20°，利用斜井定方位工藝原理，在偏心重力作用下定射角射孔器自動旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)定方位定射角的目的，斜井地層水平工藝管柱及射孔結(jié)構(gòu)見圖1。直井地層傾斛角小于20°，利用管輸定方位工藝原理，在地面旋轉(zhuǎn)管柱調(diào)整定射角射孔器方位，實(shí)現(xiàn)定方位定射角的目的，直井地層傾斜工藝管柱及射孔結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1 斜井地層水平工藝管柱及射孔結(jié)構(gòu)Fig.1 Horizontal process pipe column and perforating structure of inclined shaft formation

圖2 直井地層水平工藝管柱及射孔結(jié)構(gòu)Fig.2 Horizontal process pipe column and perforating structure of direct shaft formation

采用油管輸送式射孔技術(shù)，其工藝原理是在定方位射孔器和油管之間連接一個與定方位射孔器自身方位標(biāo)志一致的定方位標(biāo)志，管柱下井定深后，將定方位儀器下入油管內(nèi)與該定方位標(biāo)志對接，然后測量其方位，經(jīng)過多次測量和旋轉(zhuǎn)管柱定位。

在射孔層段井身有一定斜度（需不低于20°）的條件下，彈架在射孔槍內(nèi)靈活自由旋轉(zhuǎn)；在配重塊的作用下，彈架將始終保持在指定方位，實(shí)現(xiàn)定向。施工結(jié)構(gòu)包括：定射角射孔器、自旋轉(zhuǎn)開孔起爆裝置、定位油管和尾聲彈等[7]，射孔器構(gòu)成見圖3。

圖3 射孔器構(gòu)成Fig.3 Perforator structure

4 工藝應(yīng)用

1）工藝的確定。大慶油田采油一廠薩中開發(fā)區(qū)112#斷層附近，共設(shè)計了7 口井，其中3 口井設(shè)計在112#斷層下盤，4 口井設(shè)計在112#斷層上盤。目前，常用的完井方式有射孔完井和射孔后壓裂完井兩種完井方式，該設(shè)計井區(qū)油層物性較好（0.400 μm2＜滲透率＜1.12 μm2），通過西南石油學(xué)院射孔軟件預(yù)測，射孔完井就能達(dá)到油藏產(chǎn)能要求。大角度定向井射孔完井主要采用復(fù)合射孔和定射角射孔兩種射孔工藝，常規(guī)射孔工藝因射孔方向與井筒垂直導(dǎo)致部分子彈射入夾層，而定射角射孔工藝通過調(diào)整射角，確保射孔方向與油層平行，確保子彈全部射入夾層，從而達(dá)到最佳射孔效果[8-11]。定射角射孔與常規(guī)射孔工藝對比見圖4。

圖4 定射角射孔與常規(guī)射孔工藝對比Fig.4 Comparison between fixed shooting angle perforation and conventional perforation technology

2）射孔槍彈的確定。目前，定射角射孔工藝均采用?102 mm 射孔密度為13 孔/m 射孔器，配套DP44RDX-5、SDP45RDX-1 射孔彈。根據(jù)采油一廠北一二排西3 口井定射角射孔投產(chǎn)效果和薩中開發(fā)區(qū)98#斷層區(qū)7 口大角度定向井定射角射孔投產(chǎn)效果，同時綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益等因素，設(shè)計此方案井射孔槍彈組合選用YD-102+ DP44RDX-5 的槍彈組合，定射角配套槍彈相關(guān)參數(shù)見表3。

表3 定射角配套槍彈相關(guān)參數(shù)Tab.3 Related parameters of matching bullets with fixed shooting angle

3）射孔輸送方式的確定。針對大位移定向井井斜角分布在33.58°～50.66°，設(shè)計油管輸送射孔可以滿足大角度定向井射孔施工的需要，7 口井選用油管輸送射孔。

4）射孔參數(shù)的確定。射孔優(yōu)化設(shè)計軟件模擬結(jié)果表明，90°相位角布孔油井產(chǎn)能最高，60°和120°次之，0°相位角布孔產(chǎn)能最低， 產(chǎn)率比隨孔深相位變化關(guān)系曲線見圖5；布孔格式方面螺旋布孔比平面布孔產(chǎn)能高；射孔密度受定射角工藝布彈影響，每米最多可布13 孔，產(chǎn)率比隨孔深射孔密度變化關(guān)系曲線見圖6。

圖5 產(chǎn)率比隨孔深相位變化關(guān)系曲線Fig.5 Yield ratio curve with phase change of pore depth

圖6 產(chǎn)率比隨孔深射孔密度變化關(guān)系曲線Fig.6 Yield ratio curve with changes in pore depth and density

綜合上述分析，以射孔后油井最高產(chǎn)能為目標(biāo)，兼顧射孔技術(shù)現(xiàn)狀與費(fèi)用，優(yōu)化射孔參數(shù)結(jié)果為：射孔密度為13 孔/m，相位角為90°，布孔格式為螺旋布孔。

5）負(fù)壓工藝及合理負(fù)壓值的確定。負(fù)壓射孔可使地層流體產(chǎn)生一個反向回流，沖洗射孔孔眼，可有效解決孔眼附近壓實(shí)帶的問題，更好地保護(hù)儲層，對提高單井采液強(qiáng)度和注水強(qiáng)度具有一定的作用。

同時考慮此方案7 口井均采用射孔完井，無法用壓裂來解除孔眼附近壓實(shí)帶，因此設(shè)計采用動態(tài)負(fù)壓射孔工藝。

薩中開發(fā)區(qū)112#斷層區(qū)原始地層壓力為10.29～11.51 MPa，滲透率為0.4～1.12 μm2。根據(jù)西南石油學(xué)院射孔軟件合理負(fù)壓值的計算結(jié)果，預(yù)測負(fù)壓值為3 ～5 MPa。

6）射孔液的選擇。從油層保護(hù)角度出發(fā)，設(shè)計射孔方式完井的油井選用與儲層流體配伍，對儲層傷害較小的優(yōu)質(zhì)射孔保護(hù)液，要求達(dá)到的性能指標(biāo)（表4）。

表4 射孔液要求達(dá)到的性能指標(biāo)要求Tab.4 Performance index requirements of perforating fluid

7）射孔工藝設(shè)計結(jié)果。 油井射孔方案設(shè)計結(jié)果見表5。

表5 油井射孔方案設(shè)計結(jié)果Tab.5 Design results of perforating scheme in oil well

5 應(yīng)用效果

在北一二排西高臺子油層的3 口定向井上開始試驗(yàn)定射角射孔工藝，結(jié)果表明，定射角射孔與常規(guī)射孔相比，平均單井產(chǎn)液強(qiáng)度提高0.21 m3/d·m，增幅達(dá)22.8%，該工藝在大角度定向井上具有較好的適應(yīng)性。大角度定向井投產(chǎn)后效果見表6。

表6 大角度定向井投產(chǎn)后效果Tab.6 Effect of large-angle directional well after putting into production

應(yīng)用定射角射孔工藝，112#斷層7 口大角度定向井投產(chǎn)后平均單井日產(chǎn)液量為48 t，日產(chǎn)油量為12.6 t，含水率為64.67%，對比普通射孔單井日增液量為17.6 t，日增油量為4.2 t，7 口井年增油量為1 533 t，單井噸液耗電由4.22 kWh 降低至3.99 kWh，噸油耗電由17.84 kWh 降低至15.28 kWh，年節(jié)電約2.56× 104kWh， 約3.15 tce。 創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益546.05 萬元。同時，考慮定射角射孔工藝與復(fù)合射孔工藝相比，每米射孔費(fèi)用降低1 280 元，單井平均射孔厚度按20 m 計算，7 口井累計節(jié)約射孔費(fèi)用17.92 萬元，降低射孔費(fèi)用達(dá)11.9%。

6 結(jié)論

對于大位移定向井射孔施工，通過研制定射角射孔器，設(shè)計工藝管柱結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了平行儲層射孔，提高了復(fù)合射孔有效率。定射角射孔時，采用動態(tài)負(fù)壓射孔工藝，負(fù)壓射孔可使地層流體產(chǎn)生一個反向回流，沖洗射孔孔眼，可有效解決孔眼附近壓實(shí)帶的問題，更好地保護(hù)儲層，對提高單井采液強(qiáng)度和注水強(qiáng)度具有一定的作用。射孔過程采用管輸送，可以滿足大角度定向井射孔施工的需要，安全可靠性高，在大角度定向井上具有較好的適應(yīng)性，最大程度地保證油田開發(fā)效果。同時，考慮定射角射孔工藝與復(fù)合射孔工藝相比，每米射孔費(fèi)用降低1 280 元，降低射孔費(fèi)用達(dá)11.9%，可在大角度定向井上推廣應(yīng)用。在該工藝的應(yīng)用下，單井每年可節(jié)電2.56×104kWh，約3.15 tce，實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約，有效地增加了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。