張昌美李航王春雷程豪彭原平周緒國竇益華

（1.西部鉆探測井公司，新疆克拉瑪依 834000；2.新疆油田開發(fā)公司，新疆克拉瑪依 834000；3.西安石油大學機械工程學院，陜西西安 710065）

新型復合增效FHDP102射孔器研發(fā)及在新疆油田適用性研究

張昌美1李航1王春雷1程豪2彭原平1周緒國1竇益華3

（1.西部鉆探測井公司，新疆克拉瑪依 834000；2.新疆油田開發(fā)公司，新疆克拉瑪依 834000；3.西安石油大學機械工程學院，陜西西安 710065）

新疆油田儲層條件復雜，給射孔完井帶來嚴峻挑戰(zhàn)，也促進了射孔技術(shù)的發(fā)展，提高了采收率，但存在使用盲目和適用性差的問題。本文論述了國內(nèi)外復合增效射孔技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、適用性和優(yōu)缺點，據(jù)此研發(fā)了新型復合增效FHDP102射孔器，其藥柱由彈間和固彈筒外套式復合藥柱組成，后者有效利用了固彈筒和射孔槍內(nèi)壁的間隙，增加了裝藥量，保證復合藥柱不受完井液的影響，性能穩(wěn)定，適當增大射孔孔徑代替泄壓孔，確保了射孔器整體的密封性能。完成采油井和注水井射孔完井136井次，實踐表明，較常規(guī)射孔，主力油層采液強度提高1.97%-873.96%，吸水指數(shù)提高16.00%-156.40%，產(chǎn)液和產(chǎn)油強度平均值提高108.8%和12.2%，高滲裂縫發(fā)育型砂巖油藏中采液和采油強度比常規(guī)射孔井分別提高46%、369.7%，增產(chǎn)效果顯著，但對于超低滲油氣藏，效果不明顯。

復合增效射孔器；研發(fā)；適用性；研究；新疆油田

新疆油田自上世紀90年代中期開始開發(fā)和應用復合增效射孔技術(shù)，先后開發(fā)和引進了單級內(nèi)置式、單級外套式和下掛多級式復合增效射孔技術(shù)，該技術(shù)在新疆油田得到廣泛應用[1]，至此，復合增效射孔技術(shù)的開發(fā)及其適用性研究一直是油田關(guān)注的重點，進行了大量的對比分析與研究[2-3]。本文根據(jù)新疆油田的井身結(jié)構(gòu)和各油氣區(qū)的地質(zhì)物性，同有關(guān)廠家合作，研發(fā)了適用于新疆油田的無泄壓孔FHDP102復合增效射孔器，在實際應用中取得了比較滿意的應用效果。

1 復合增效射孔器結(jié)構(gòu)分析及工作原理

1.1 增效射孔復合藥柱工作原理

復合藥柱（高能藥柱）是將發(fā)射藥或火箭推進劑通過技術(shù)手段進行鈍化和固化處理而成的一種高能固體藥劑。依據(jù)射孔工藝特點和要求，將其制成適用于單級內(nèi)置式、單級外套式（StimGun）和下掛多級式等多種組合形式的高能藥柱，同多種型號的常規(guī)射孔器進行有機結(jié)合，組成不同形式的復合增效射孔器，用于不同地質(zhì)物性條件下的射孔完井工程[4-6]。

1.2 復合增效射孔作業(yè)工藝原理

首先，根據(jù)油氣井工程技術(shù)結(jié)合目的層地質(zhì)物性條件，完成復合增效射孔器選擇和射孔方案設(shè)計；其次，按照設(shè)計方案完成井下作業(yè)條件的準備和復合增效射孔系統(tǒng)的組裝；再次，采用電纜輸送或油管輸送方式，將復合增效射孔系統(tǒng)輸送到井下射孔目的層定位；然后，完成井口安裝和方案設(shè)計要求的井下射孔完井液面的調(diào)整工作；最后，通過電、機械投棒或井口加壓起爆方式，完成射孔。

2 常規(guī)復合增效射孔器結(jié)構(gòu)及性能對比分析

常規(guī)復合增效射孔器在射孔彈前后都預置了泄壓孔，采用密封堵片密封，由于其密封質(zhì)量很難保證，導致現(xiàn)場作業(yè)失敗機率很高。一般按復合藥柱的安裝方式和燃燒級數(shù)可將常規(guī)復合增效射孔器分為單級內(nèi)置式、單級外套式和多級下掛式三種類型。

2.1 內(nèi)置式單級復合增效射孔器

單級內(nèi)置式復合射孔器結(jié)構(gòu)如圖1所示，復合藥柱安裝在射孔彈之間，這種布彈方式優(yōu)點是復合藥柱不受射孔完井液的影響，保持復合藥柱性能的相對穩(wěn)定。但是，受射孔彈間隙的限制，復合藥柱藥量的提高困難。

2.2 單級外套式復合增效射孔器（StimGun）

本世紀初，美國多家射孔公司分別開發(fā)了StimGun射孔器，該射孔技術(shù)主要包括三個部分：一是不同復合藥量的筒式藥柱與各種射孔器組合而成多種型號的復合增效射孔器，結(jié)構(gòu)如圖2所示；二是開發(fā)出了模擬設(shè)計軟件，可根據(jù)油氣井參數(shù)，通過數(shù)學模型計算出復合增效射孔器在井下作功時的P-T曲線，并進行產(chǎn)量預測，從而優(yōu)化選擇合適的復合增效射孔器和工藝；三是采用高速井下P-T測試儀測量射孔器在井下作功時的壓力變化曲線，以驗證數(shù)學模型計算的準確性，為模擬設(shè)計軟件的改進提供依據(jù)。模擬設(shè)計軟件能夠進行量化計算[7-8]，使射孔技術(shù)進入了數(shù)值量化設(shè)計的時代。

圖1 單級內(nèi)置式復合射孔器結(jié)構(gòu)圖

圖2 單級外套式復合射孔器

其優(yōu)點是增大了復合藥柱藥量設(shè)計空間，保證了其作用機理的的發(fā)揮。其缺點，一是受井徑的制約，大直徑射孔器的使用受到限制；二是在作業(yè)過程中，與井壁之間相互磨擦，容易脫落；三是復合藥柱置于完井液中，作業(yè)井深和有效性受到很大的影響。

Fmax代表了群體當中的最大適應度值，F(xiàn)avg代表了群體當中的平均適應度值。由上式可知，群體最大適應度和平均適應度差值越大，Pc和Pm的值相應會越小，而K1和K2在這個過程代表著自適應調(diào)節(jié)力度的大小。通過自適應參數(shù)算法的引入，在遺傳過程根據(jù)實際情況及時調(diào)整Pm和Pc，遺傳算法將具有更好的靈活性，收斂速度提高，并且陷入局部最優(yōu)解的可能性降低。

2.3 多級復合增效射孔器

多級復合增效射孔器是將內(nèi)置式復合藥柱、二級和三級復合藥柱與射孔器集成在一起，在二級和三級復合藥柱中添加了支撐劑，二級和三級復合藥柱掛接在射孔器的底部，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

射孔器逐級連續(xù)燃燒，在P-T曲線上反映的高壓作用時間可持續(xù)70～90毫秒，使裂縫長度得到進一步延伸，藥柱中的支撐劑隨著高溫高壓氣體一起進入了地層裂縫中，阻止了地層裂縫的閉合，有效地提高了地層的導流能力。但是，由于復合藥柱置于射孔完井液中，作業(yè)井深、耐溫性能和有效性受到很大影響。

圖3 多級復合射孔器

3 新型復合增效FHDP102射孔器結(jié)構(gòu)設(shè)計

FHDP102新型復合增效射孔器在結(jié)構(gòu)上采用了一種全新的設(shè)計方式。復合藥柱由彈間復合藥柱和固彈筒外套式復合藥柱兩部分組成，固彈筒外套式復合藥柱有效利用了固彈筒和射孔槍內(nèi)壁之間的間隙，增加了復合藥柱的藥量，保證復合藥柱不受射孔完井液的影響，保證其性能的穩(wěn)定。具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

射孔槍無泄壓孔，為了使復合藥柱所產(chǎn)生的高能氣體瞬間泄入槍外，避免炸槍和漲槍，采用適當增大射孔孔徑的措施，同時確保了射孔器整體的密封性能。配套的SDP44RDX38射孔彈經(jīng)打混凝土靶檢測，孔深為720mm，孔徑為15.5mm。與同類型射孔彈相比，孔徑增加了4.5mm，泄壓面積增大了近1倍。通過地面模擬射孔試驗檢測，射孔槍徑向形變不大于4.5mm，射孔槍身和套管無裂縫，達到了行業(yè)標準中的相關(guān)技術(shù)條件。

圖4 FHDP102新型復合射孔器內(nèi)結(jié)構(gòu)圖

4 新型復合增效FHDP102射孔器適用性研究

在新疆油田各作業(yè)區(qū)，使用FHDP102新型復合增效射孔器，完成采油井和注水井射孔完井136井次，常規(guī)射孔217井次，對比層231層。按照相同區(qū)塊和同一地質(zhì)特征的地層以及不同地層控制因素等地質(zhì)條件進行分類評價方法，分采油井和注水井與常規(guī)射孔應用效果進行了對比分析。

4.1 主力油層實施復合增效射孔前后采液效率和吸水效果對比分析

分別對莫北X區(qū)、彩南探井、陸X區(qū)、三臺探井、火燒山、滴西X區(qū)不同油田的不同油層實施復合增效射孔，將其復合增效射孔后的射孔厚度、初期日產(chǎn)液量、初期日產(chǎn)油量及采液強度與常規(guī)射孔進行比較，復合增效射孔方式下各采油井采液強度提高幅度1.97%-873.96%，詳細數(shù)據(jù)如表1所示，增產(chǎn)效果顯著。

表1 各油田區(qū)主力油層組FHDP102射孔與常規(guī)射孔采液強度

新型復合增效射孔完井方式用于沙南和西泉X區(qū)，與常規(guī)射孔的射孔厚度、油壓及日吸水量相比較，F(xiàn)HDP102射孔吸水指數(shù)較常規(guī)射孔提高了16.0-156.4%，注水量明顯增加，詳見表2。

表2 沙南和西泉X區(qū)FHDP102射孔與常規(guī)射孔注水效果對比表

表3 陸X井區(qū)頭屯河組新型復合增效射孔與常規(guī)射孔單井生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比表

通過對兩種射孔方式下陸X井區(qū)頭屯河同井組開發(fā)井單井生產(chǎn)數(shù)據(jù)，見表3。對比分析得出：復合增效射孔井比常規(guī)射孔井砂層厚度小20.5%的前提下，復合增效射孔井平均單井產(chǎn)液強度提高了108.8%，平均單井產(chǎn)油強度提高了12.2%。

4.2 FHDP102在中高滲裂縫發(fā)育型砂巖油藏中的應用

火燒山油田H含油層系位于二疊系平地泉組中下部，孔隙度、有效滲透率分別為28.7%、139.210-3m2，儲層中以中、細砂巖含油性最好，其次為粉砂巖。儲層內(nèi)裂縫發(fā)育，以高角度（大于80°）直劈縫為主，裂縫的發(fā)育與巖性有關(guān)[5]。

HX井H1/4層位采用新型復合增效射孔技術(shù)完井5井次，投產(chǎn)后自噴效果數(shù)據(jù)見表4。由表4可知，單井日產(chǎn)液11.4m3/d、日產(chǎn)油11.4t/d，采液強度1.583m3/d·m、采油強度1.583t/d·m，在油層厚度較小的情況下，采液強度、采油強度比常規(guī)射孔井分別提高了46%、369.7%。

表4 HX井復合增效射孔試油自噴效果數(shù)據(jù)表

3-6 HX井區(qū)采用不同射孔完井方式投產(chǎn)，其生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)如表5所示，采用常規(guī)射孔完井，產(chǎn)液強度最高1.457m3/d·m，最低0.521m3/d·m，產(chǎn)油強度最高0.554t/d·m，最低0.106t/d·m，平均產(chǎn)液、產(chǎn)油強度1.084m3/d·m和0.337t/d·m。采用FHDP102復合增效射孔，其產(chǎn)液和產(chǎn)油強度均為1.583m3/d·m和1.583t/d· m，較常規(guī)射孔完井平均值分別提高了46.0%和369.7%。由此表明，F(xiàn)HDP102復合增效射孔穿深較長，射孔后產(chǎn)生的均勻網(wǎng)狀裂縫能有效溝通油層與裂縫的滲流通道，增產(chǎn)效果顯著。

表5 HX井區(qū)采用不同射孔完井方式動態(tài)數(shù)據(jù)對比表

4 結(jié)論及建議

FHDP102新型復合增效射孔器，采用增大射孔孔徑方式代替泄壓孔，避免了射孔槍身強度削弱，確保了復合藥柱不受射孔完井液的影響，保證其性能的穩(wěn)定，提高了射孔器本體的安全性能。將FHDP102新型復合增效射孔器用于新疆油田射孔完井作業(yè)，并與常規(guī)射孔進行對比分析，得到如下結(jié)論：

（1）FHDP102新型復合增效射孔可降低注水壓力，降低對地層壓力系統(tǒng)的破壞和對井筒注水設(shè)施的損害。（2）地層吸水指數(shù)提高16.0～156.4%，吸水效果大幅度增加，有效增大了地層的注水輻射面積，提高注水驅(qū)替效果。（3）在一般中低滲儲層，使用復合增效射孔增加了井筒與地層之間的滲流能力，提高產(chǎn)液強度提高達108.8%，產(chǎn)油強度提高12.2%。（4）裂縫發(fā)育型中孔中滲儲層采用復合增效射孔后，其采液強度、產(chǎn)油強度分別提高了46.8%和369.7%，說明近井地帶裂縫之間的溝通效果顯著。

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張昌美，男，工程師，西部鉆探測井公司副經(jīng)理，長期從事測井、射孔方面的技術(shù)和管理工作。

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1003-5168(2014)04-0102-03