趙蘇民，趙 侃，朱家玲，張 偉

(1.天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院，天津3002502.天津大學(xué)，天津300192)

射孔完井是目前國內(nèi)外石油井使用最廣泛的一種完井方法[1]。近幾年，隨著廢棄石油井改造為地?zé)峋?，以及直接采用射孔成井技術(shù)的地?zé)峋矎V泛地采用了射孔完井技術(shù)。射孔是溝通產(chǎn)層和井筒的唯一通道，但由于地?zé)醿硬煌谑蛢樱珙w粒大小，分選程度，儲層密實(shí)度均有較大差異，而且不同井別的成井工藝及開采方式和開采量也有很大差別，因此，照搬石油井射孔工藝應(yīng)用到地?zé)峋校瑫斐傻責(zé)峋鏊繙p小，連續(xù)出砂，給地?zé)豳Y源開發(fā)利用帶來不必要的麻煩。通過多年的地?zé)峋淇准夹g(shù)探索及實(shí)踐運(yùn)行，本文針對射孔的主要參數(shù)(孔密、孔徑、相位、射深)組合出發(fā)，來減少射孔后出砂，增大出水量，提高了地?zé)峥辈殚_發(fā)效果，為射孔工藝技術(shù)的發(fā)展及優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。

射孔工藝技術(shù)經(jīng)歷了數(shù)次改進(jìn)和提高，正在走向全方位設(shè)計(jì)、射孔參數(shù)高效優(yōu)化，個性化技術(shù)凸顯、整體提高儲層開發(fā)效果的新技術(shù)階段[2]。但不同的射孔參數(shù)(特別是孔密、孔深、孔徑、鉆井傷害和壓實(shí)傷害參數(shù))組合，對油藏、氣藏和熱儲層的影響都是不一樣的。如果采用合理的射孔工藝和正確的射孔技術(shù)，并高質(zhì)量地完成射孔作業(yè)，就可以使射孔對儲層的傷害降到最小，井底完善程度高，從而獲得預(yù)期的產(chǎn)能。

1 不同射孔參數(shù)(組合)對井產(chǎn)能的影響

1.1 孔徑

射孔孔徑通常在5～31 mm，孔徑的選擇與完井工藝有重要的關(guān)系。防砂完井要求孔徑大，礫石充填的容量大，孔道的流動面積大，減少地?zé)崴鲃拥淖枇退俣?，有利于提高出水量和減少出砂。在其他條件相同的情況下，對常規(guī)完井和增產(chǎn)完井，射孔孔徑越大，生產(chǎn)的產(chǎn)能越大。除射孔彈的結(jié)構(gòu)類型和所裝藥量決定影響孔徑外，影響射孔口徑的因素是射孔槍與套管之間的間隙，當(dāng)射孔槍處于套管的中心位置引爆射孔時，射孔的孔徑最大;而當(dāng)射孔槍靠近套管一邊的位置引爆射孔時，孔徑最小;當(dāng)射孔槍處于套管中心和靠邊之間的位置引爆射孔時，孔徑則介于兩者之間;當(dāng)射孔槍與套管之間的間隙大于射孔槍直徑的30%時，射孔穿深也將大為降低。因此，射孔槍處于井筒中心位置射孔效果最好。

1.2 孔密和相位

在完井作業(yè)中，不同射孔孔密和相位組合的完井質(zhì)量、效果有一定差異。大孔徑和高孔密防砂效果較好;高孔密和深穿透符合常規(guī)完井要求;高孔密和低相位射孔完井技術(shù)則增產(chǎn)效果好?？酌芎拖辔粚ν昃a(chǎn)能的影響是隨著孔密的增大和相位的減小，完井產(chǎn)能增高。研究表明:當(dāng)射孔密度為13孔/m、相位為90°和射孔穿透深度達(dá)152 mm時，在無鉆井液污染和射孔污染的理想條件下，完井產(chǎn)能可達(dá)到裸眼完井的效果，見圖1。

圖1 射孔穿深、孔密與相位對產(chǎn)能影響圖

一般將孔密超過20孔/m的射孔稱為高密度射孔，采用高密度射孔可以極大地彌補(bǔ)孔深不足造成的儲層生產(chǎn)能力下降的問題。高孔密射孔決不是射孔彈數(shù)量的簡單疊加，從射孔彈爆轟的角度講，它解決了射孔彈爆炸時的彈間干擾問題，是射孔技術(shù)進(jìn)步的具體體現(xiàn)。

采用高孔密射孔的意義主要體現(xiàn)在以下幾方面:

(1)由于提高孔眼深度意謂著需要增加射孔彈的裝藥量，而裝藥量的增加又需要增加射孔槍的尺寸。顯然，因受到實(shí)際井眼尺寸的限制，裝藥量的增加是十分有限。因此，在有限的井眼尺寸條件下，高孔密射孔是提高射孔流動效率、確保射孔質(zhì)量的一項(xiàng)有效手段。

(2)在滲透率各向異性及含有頁巖夾層的儲層中，孔密的增加對生產(chǎn)能力的提高十分有利，其影響甚至超過射孔穿深。影響程度如下圖2所示。

(3)對于裂縫型(尤其是水平裂縫)儲層，提高射孔孔密有利于增加射孔孔道與儲層內(nèi)裂縫聯(lián)通的機(jī)率，縮小孔眼與裂縫間的平均距離。

由此可見，高孔密是各種完井方法都要求的重要條件。

射孔相位的選擇不僅對完井工藝方法和產(chǎn)能有影響，而且對套管射孔后的強(qiáng)度也有影響。射孔相位為135°或45°時套管強(qiáng)度保持在較高的比值范圍內(nèi)，達(dá)原套管強(qiáng)度的80%以上，這對地?zé)峋纳a(chǎn)壽命有重要影響。

選擇適當(dāng)?shù)南辔唤强梢蕴岣呱淇淄昃漠a(chǎn)能，在均質(zhì)地層，90°相位角最佳，在非均質(zhì)嚴(yán)重地層，120°相位最佳，在疏松砂巖60°相位最佳，同時60°相位也是維持套管強(qiáng)度的最佳相位。

1.3 射孔穿透深度

射孔穿透深度是射孔孔道的長度，穿透深度一般在146～813 mm的范圍內(nèi)。不同完井工藝方法和地層物性對射孔穿透深度的要求不同。常規(guī)完井和嚴(yán)重污染的地層要求深穿透，高滲透地層、裂縫性地層和鉆井液污染程度大的地層，也要求深穿透射孔，使井筒與高滲透地層、裂縫性地層之間建立暢通的流動通道，減小阻力，提高產(chǎn)能。

射孔穿深與產(chǎn)能的關(guān)系見圖2。

圖2 射孔穿深與產(chǎn)能關(guān)系圖

具體實(shí)施方式:

不同地層物性類型和完井工藝方式對射孔的孔徑、孔密、相位和孔深的要求不同。根據(jù)實(shí)際地層物性和完井工藝要求，優(yōu)選出合理的孔徑、孔密、相位和孔深等參數(shù)組合。如表1所示，疏松砂層的防砂完井，射孔參數(shù)的選擇一般首先考慮孔徑，其次是孔密，再者是相位，最后是孔深。

1.4 孔深與孔密

孔深與孔密的組合對儲層產(chǎn)能也有一定影響。如圖3所示，油井產(chǎn)能比隨著孔深、孔密的增加而增加，但提高幅度逐漸減小，即靠增加孔深、孔密提高產(chǎn)能有一個限度。從經(jīng)濟(jì)角度講，孔深在達(dá)到800 mm以前，孔密在達(dá)到24孔/m以前，增加孔深、孔密的效果比較明顯。目前我國射孔彈混凝土靶穿深最大在1080 mm左右(折算貝雷靶穿深大約750 mm)，但對于中低滲透儲層，射孔彈砂巖穿透深在500 mm左右，孔密也多在16～20孔/m，發(fā)展深穿孔射孔彈和高孔密射孔工藝，仍有很大的潛力，特別是不同槍型的深穿透和高孔密射孔槍系列化和國外差距還很大。當(dāng)然，在實(shí)踐中應(yīng)綜合考慮成本、對套管破壞、工藝和井下情況等約束性條件，科學(xué)地選擇孔深和孔密。

研究表明，在各項(xiàng)異性不嚴(yán)重時(0.5≤Kr/Kb≤1.0)，若無法穿透傷害區(qū)，則孔深比孔密更重要，此時宜采用深穿透、中孔密(16孔/m左右)。若地層傷害區(qū)淺可以保證穿透，則孔密比孔深更重要，此時應(yīng)采用高孔密(22孔/m以上)。

2 廢棄石油井改造為地?zé)峋?/h2>

2.1 改造的意義

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，大慶油田現(xiàn)有8萬多口石油井，勝利油田現(xiàn)有6萬多口石油井，遼河油田現(xiàn)有9千多口石油井，全國現(xiàn)有石油井164076口。因地質(zhì)報廢或因油氣采量逐年下降且不具備利用價值的石油井統(tǒng)稱為廢棄石油井，全國廢棄石油井有52500口，約占32%。這些廢棄石油井多無人管理遭到傷害，或因周邊市政工程建設(shè)施工而永久覆蓋在建筑物下，造成國有資產(chǎn)的浪費(fèi)。

有條件地將廢棄石油井轉(zhuǎn)化為地?zé)峋幸韵聝?yōu)勢:

(1)地質(zhì)條件具備，由于報廢石油井上部熱儲層資料已經(jīng)全部掌握，選擇適宜儲層打開即可開發(fā)地?zé)豳Y源。該項(xiàng)工程即節(jié)省鉆探費(fèi)用，使報廢石油井變廢為寶，又降低地質(zhì)勘查風(fēng)險，避免了鑿“干眼”井的情況出現(xiàn)。

(2)工程條件具備，擴(kuò)孔、起撥套管和射孔是廢棄石油井改造的主要工程，技術(shù)比較成熟。

(3)經(jīng)濟(jì)效益好，和新開鑿地?zé)峋啾龋∪チ算@井費(fèi)、管材費(fèi)，還節(jié)省較多的修路費(fèi)、占地費(fèi)，有些井的通電問題也已解決，這些費(fèi)用通常占到施工總費(fèi)用的相當(dāng)大一部分。據(jù)估算，一般改造一口廢棄石油井的費(fèi)用只占到新打一口地?zé)峋M(fèi)用的l/3～1/2左右。

(4)社會效益好，再次發(fā)揮廢棄油井的作用，提升寶貴的國有資產(chǎn)價值，部分解決后油田時代發(fā)展去向等嚴(yán)峻問題。

2.2 射孔參數(shù)組合

根據(jù)射孔成井理論及多年廢棄石油井改造、地?zé)崾┕ど淇壮删?jīng)驗(yàn)，總結(jié)出地?zé)嵘淇壮删Ｓ玫纳淇灼飨盗幸姳?，不同完井工藝方式和不同類型儲層射孔參數(shù)組合的選擇，見表2和表3。

表1 地?zé)嵘淇壮删Ｓ蒙淇灼鱗3]

表2 完井工藝方式對射孔參數(shù)的選擇①

表3 儲層類型對射孔參數(shù)的選擇

2.3 廢棄石油井改造步驟

以天津塘沽區(qū)某廢棄石油井為例。該井深3301.5m，表層套管Ф339.7 mm底為204.5m，全程固井;技術(shù)套管Ф244.5 mm底為2248.61m，水泥上返至474m;Ф215.9 mm底為3301.5m，全程固井。改造步驟如下:

(1)通井換漿。采用Ф215.9 mm3A通至原人工井底，確定Ф244.5 mm套管實(shí)際深度，將井內(nèi)泥漿用清水換出。

(2)制作人工井底。將鉆頭下至2 200m，向井內(nèi)注入10m3水泥漿，水泥漿密度1.75g/cm3，采用R32.5普通硅酸鹽水泥，候凝48小時后下鉆探人工井底的深度。人工井底深度必須大于2 150m，如小于2 150m，應(yīng)用鉆頭鉆掉部分水泥塞以滿足射孔要求。

(3)測井。進(jìn)行磁性定位及聲幅測井，以確定石油井的水泥膠結(jié)情況、水泥返高及檢查每根套管下深。進(jìn)行GR測井，明確含水層具體位置。

(4)割管。為了保證泵室管為Ф339.7 mm表層套管，需將0～180m的Ф244.5 mm套管割斷并取出。采用Ф244.5 mm水力割刀對Ф244.5 mm套管在180m處割取。

(5)固井。Ф244.5 mm套管割出后進(jìn)行水泥固井，將Ф 339.7 mm套管與Ф244.5 mm套管重疊部位進(jìn)行封固。

(6)射孔。根據(jù)測井解釋成果，采用有線射孔方式，將館陶組底礫巖6層總厚95.1m射開，射孔方案見表4。

表4 某廢棄石油井射孔方案

(7)探砂面沖砂。下入Ф127 mm鉆桿探砂。如砂面小于2 150m，進(jìn)行沖砂。

(8)下入過濾器。①過濾器直徑為177.8 mm，壁厚為8.05 mm，鋼級J55的石油套管，管體打 Ф12 mm孔，孔隙率12%～14%，外纏普通碳絲鍍鋅篩網(wǎng)，并進(jìn)行塑噴防腐，篩網(wǎng)斷面為梯形斷面，纏絲間距0.7～1.0 mm，過濾器有效長度95.1m。沉淀管不少于10m。

過濾器有效部分要對準(zhǔn)射孔井段部位，在過濾器底部、中部、上部加裝Ф177.8 mm套管扶正器各一組，在過濾器頂部加裝止水器2組。

(9)洗井、抽水。將Ф127 mm鉆桿下入400m進(jìn)行氣舉洗井，水清砂凈后再下入深井泵進(jìn)行抽水，并進(jìn)行非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，延續(xù)時間不少于7000 min，測出該井的實(shí)際出水量、動水位、靜水位及水溫，達(dá)到要求后，完井[4]。

3 結(jié)語

國內(nèi)廢棄石油井改造為地?zé)峋加谏鲜兰o(jì)90年代的大慶、遼河油田的基地建設(shè)中。現(xiàn)在我國廢棄石油井超過一萬口，做好廢棄石油井改造是后油田時代的新能源革命。改造廢棄石油井除選擇改造層外，射孔成井的參數(shù)組合是一項(xiàng)關(guān)系到地?zé)峋a(chǎn)能的重要技術(shù)，一般地大孔徑和高孔密防砂效果較好;高孔密和低相位射孔完井技術(shù)則增產(chǎn)效果好;儲層傷害區(qū)較大時，孔深重要性大于孔密;儲層傷害區(qū)較小時，則孔密比孔深更重要。

[1]趙恒，曾永清，段永剛.國內(nèi)主要射孔技術(shù)介紹[J].天然氣勘探與開發(fā)，30(2):70

[2]劉方玉，鄭長建，蔡山.不斷發(fā)展完善的射孔技術(shù)[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，28(5):223－224

[3]陳家猛，魏光輝，張維山.高孔密射孔技術(shù)在大港油田的應(yīng)用及效果分析[J].測井與射孔，2005(1):58 －59

[4]高亮，楊玉新.天津市塘沽區(qū)東沽宏苑小區(qū)石油廢棄井地?zé)衢_發(fā)報告[R]，天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院.2009