于開勛

(大慶油田有限責(zé)任公司試油試采分公司, 黑龍江 大慶 163412)

0 引 言

三射流匯聚射孔方法通過引爆一組上中下3個(gè)射流共面匯聚的射孔彈,上部和下部射孔彈產(chǎn)生的射流以一定角度在地層交匯,地層穿孔后釋放2發(fā)射孔彈間的地應(yīng)力,而位于中間位置的射孔彈,延遲引爆,穿過地層應(yīng)力減小的區(qū)域,射流由于受這一有利因素的影響,穿深大于普通射孔穿深,且3個(gè)射孔孔道的射孔壓實(shí)帶相互被破壞[1],提高了射孔孔道的導(dǎo)流面積和導(dǎo)流能力。

本文對(duì)三射流射孔技術(shù)的原理、特點(diǎn)進(jìn)行了闡述;對(duì)三射流射孔器的結(jié)構(gòu)研制及試驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)行了分析[2]?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明該項(xiàng)技術(shù)能夠提高注入井的注入效果和采出井的采液強(qiáng)度,效果顯著?？偨Y(jié)了該項(xiàng)技術(shù)的試驗(yàn)結(jié)論和適用條件,提出了今后的發(fā)展方向。

1 技術(shù)原理及特點(diǎn)

1.1 技術(shù)原理

三射流射孔技術(shù)[3](見圖1)通過引爆一組3個(gè)共面匯聚的射孔彈,上部和下部射孔彈產(chǎn)生的射流以一定角度在地層內(nèi)匯聚,產(chǎn)生一個(gè)范圍大大縮小的壓實(shí)帶。壓實(shí)帶由一些單獨(dú)的射流產(chǎn)生,會(huì)大大阻礙流動(dòng)性能。位于中間位置的射孔彈稍稍延遲引爆,地層被中部射流穿透,該地層為應(yīng)力減小的區(qū)域,射流穿過污染帶后匯聚,產(chǎn)生一組射孔孔道,射流由于受這一應(yīng)力因素影響,提高了穿深和流動(dòng)性能,可有效提高新井完井和補(bǔ)孔老井的產(chǎn)能。

圖1 三射流射孔技術(shù)原理示意圖

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

(1) 三射流射孔技術(shù)使用常規(guī)射孔彈,操作方式與常規(guī)射孔方法相同。

(2) 由于三射流產(chǎn)生的孔道直徑大而長(zhǎng),并且一定程度上解除了孔道壓實(shí),因此配合動(dòng)態(tài)負(fù)壓射孔清潔孔道更為容易。

(3) 射孔彈在套管上產(chǎn)生與常規(guī)射孔彈相同的入口孔徑,對(duì)套管強(qiáng)度無(wú)影響。

(4) 適用于直井、斜井及水平井等。

2 三射流射孔器設(shè)計(jì)及研制

2.1 精確延時(shí)起爆設(shè)計(jì)

三射流射孔的技術(shù)關(guān)鍵是嚴(yán)格控制中間主射孔彈與上下2個(gè)輔射孔彈的起爆時(shí)間差。為了達(dá)到精準(zhǔn)控制,在考慮導(dǎo)爆索長(zhǎng)度影響起爆時(shí)間的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)研制了起爆延時(shí)體。起爆延時(shí)體是用來(lái)有效控制射孔彈組中間射流的形成時(shí)間,由鎖緊套、延時(shí)管等結(jié)構(gòu)組成。結(jié)合導(dǎo)爆索傳爆速度、射孔彈間距、延時(shí)管藥量等主要影響因素,經(jīng)多次試驗(yàn)檢測(cè),將中間射流延時(shí)時(shí)間精確控制在微秒級(jí)。脈沖X光試驗(yàn)檢測(cè)表明,起爆延時(shí)體能夠有效控制中間射孔彈射流形成時(shí)間,避免了彈間干擾、射孔彈殉爆等問題,實(shí)現(xiàn)了中間射孔彈的精確延時(shí)起爆。

2.2 射流匯聚角度設(shè)計(jì)

最佳匯聚夾角為上下2個(gè)輔射孔孔道尖部接近,但不相交,保證2發(fā)射孔彈的射流能量在地層內(nèi)不發(fā)生碰撞損失,并保證3個(gè)射流在同一平面內(nèi)。根據(jù)選用射孔彈的穿孔深度L,合理設(shè)計(jì)上、下2發(fā)彈的射流夾角α(見圖2),經(jīng)試驗(yàn)研究和理論計(jì)算,根據(jù)不同射孔彈型的穿深性能,設(shè)計(jì)了多個(gè)不同的匯聚角度。最終確定了與射孔器相適應(yīng)的射孔彈組最佳匯聚方式,有效避免了因射流交叉聚焦改變射流形態(tài)造成的能量損失和射流過于發(fā)散造成主射流孔道周圍壓實(shí)帶不夠疏松的情況發(fā)生,確保了三射流共面匯聚不匯聚的射孔效果。

圖2 組合式三射流射孔匯聚

2.3 三射流射孔器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

三射流射孔器由射孔槍身、內(nèi)置式彈夾、彈架、導(dǎo)爆索、輔助射孔彈1、輔助射孔彈2和主射孔彈等組成(見圖3)。由于三射流射孔的特殊布彈方式,造成射孔器局部應(yīng)力釋放較為集中。為了降低三射流射孔器對(duì)套管的損傷,三射流射孔器設(shè)計(jì)為5個(gè)相位,相位角為72°～144°,5組/m,3發(fā)/組,孔密為15孔/m。這種結(jié)構(gòu)能夠使彈組布局合理,能量釋放充分,有效降低套管損害。

圖3 三射流射孔器組成部件

3 地面試驗(yàn)檢測(cè)

3.1 貝雷砂巖靶地面測(cè)試

把貝雷砂巖靶巖心通過膠筒密封隔離與水泥封固在一個(gè)承壓的金屬容器內(nèi),把封固好的巖心固定在流體分配器上,流體分配器在測(cè)試中提供孔隙壓力和入口流動(dòng),巖心頂部覆蓋模擬套管和水泥環(huán)的組件,三射流射孔器裝置位于模擬井筒室內(nèi),井筒室提供井筒壓力,在射孔后,其為流體流出口。在引爆射孔彈后,井筒和孔隙壓力通過套管和水泥環(huán),利用液壓連通,這可以模擬生產(chǎn)或注入的過程(見圖4)。

圖4 三射流射孔器砂巖靶測(cè)試裝置

測(cè)試采用的貝雷砂巖巖心直徑230 mm、長(zhǎng)度610 mm,用石油溶劑油作為流動(dòng)介質(zhì)。測(cè)試所使用的貝雷砂巖平均孔隙度為19.6%,平均滲透率為103.6 mD*非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同。

在相同測(cè)試條件下,進(jìn)行了常規(guī)三發(fā)射孔彈同向和2種具有一定入射夾角的三射流射孔,2種具有一定入射夾角的射孔經(jīng)過測(cè)試都顯示穿深、孔道體積和流動(dòng)性能增加。測(cè)量的穿深增加為12.6%,流動(dòng)性能增加15%(見表1)。從剖開的巖心射孔孔道可以看出,射流在進(jìn)入巖心4 in*非法定計(jì)量單位,1 ft=12 in=0.304 8 m, 下同(102 mm)的位置開始匯聚,這說明中間射流穿透已被沖擊的區(qū)域時(shí),孔道周圍的壓實(shí)帶被清除。

表1 測(cè)試結(jié)果

3.2 混凝土靶地面檢測(cè)

針對(duì)三射流射孔技術(shù)的特點(diǎn),對(duì)其進(jìn)行地面混凝土靶檢測(cè)試驗(yàn),以驗(yàn)證其是否能達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),為進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)提供依據(jù)。

檢測(cè)試驗(yàn)采用直徑為3 m的混凝土靶,檢測(cè)射孔器采用1 m槍身,15發(fā)射孔彈,每3發(fā)為1組,主射流射孔彈常規(guī)穿深為860 mm,上下輔射流射孔彈常規(guī)穿深為620 mm。

檢測(cè)結(jié)果為主孔道平均穿深為1 022 mm,上下2個(gè)輔孔道平均穿深為611 mm,主孔道平均孔徑為11.2 mm,輔孔道平均孔徑為14.2 mm,槍身無(wú)裂紋,無(wú)脫落。

經(jīng)過混凝土靶射孔檢測(cè)試驗(yàn),射孔后的槍身各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。3個(gè)射流形成孔道達(dá)到技術(shù)要求。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4.1 采出井應(yīng)用效果

以某油田區(qū)塊的18口生產(chǎn)井試驗(yàn)應(yīng)用情況為例,該區(qū)塊平均滲透率在400 mD以上,為中滲透率地層,油層深度976.3～1 180 m,地層壓力15～21 MPa,以薩二組、薩三組、葡Ⅰ4～高Ⅰ4+5油層為主要目的層。該區(qū)塊的投產(chǎn)數(shù)據(jù)分析表明,與常規(guī)射孔技術(shù)相比,在中滲透率地層應(yīng)用三射流射孔技術(shù),平均采液強(qiáng)度提高12%,取得了較好的增產(chǎn)效果(見表2)。

以某油田區(qū)塊的2口生產(chǎn)井試驗(yàn)應(yīng)用情況為例,該區(qū)塊平均滲透率在680 mD以上,為高滲透率地層,油層深度989.5～1 162.3 m,地層壓力15～2 MPa,以薩二組、薩三組、葡Ⅰ4～高Ⅰ4油層為主要目的層。該區(qū)塊的投產(chǎn)數(shù)據(jù)收集分析表明,與常規(guī)射孔技術(shù)相比,在高滲透率地層應(yīng)用三射流射孔技術(shù),平均采液強(qiáng)度提高15%以上,取得了較好的增產(chǎn)效果(見表3)。

4.2 注入井應(yīng)用效果

以某油田區(qū)塊的5口生產(chǎn)井試驗(yàn)應(yīng)用情況為例,該區(qū)塊平均滲透率在410 mD以上,為中滲透率地層,油層深度992.6～1 251.5 m,地層壓力15～20 MPa,以薩二組、薩三組、葡Ⅰ4～高Ⅰ4+5層為主要目的層。收集分析該區(qū)塊的投產(chǎn)數(shù)據(jù)表明:與常規(guī)射孔技術(shù)相比,在中滲透率地層應(yīng)用三射流射孔技術(shù),平均注入強(qiáng)度提高14.5%,見到了較好的增注效果(見表4)。

以某油田區(qū)塊的4口生產(chǎn)井試驗(yàn)應(yīng)用情況為例,該區(qū)塊平均滲透率在680 mD以上,為高滲透率地層,油層深度990.2～1 155.5 m,地層壓力15～21 MPa,以薩二組、薩三組、葡Ⅰ4～高Ⅰ4層為主要目的層。該區(qū)塊的投產(chǎn)數(shù)據(jù)分析表明,與常規(guī)射孔技術(shù)相比,在高滲透率地層應(yīng)用三射流射孔技術(shù),平均注入強(qiáng)度提高17%以上,取得了較好的增注效果(見表5)。

表2 應(yīng)用效果對(duì)比表A(空氣滲透率407 mD)

表3 應(yīng)用效果對(duì)比表B(空氣滲透率681.3 mD)

表4 應(yīng)用效果對(duì)比表C(空氣滲透率419 mD)

表5 應(yīng)用效果對(duì)比表D(空氣滲透率681.3 mD)

5 結(jié) 論

(1) 通過對(duì)三射流射孔技術(shù)的室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè),三射流穿過污染帶后聚焦,產(chǎn)生一組射孔孔道,與常規(guī)射孔技術(shù)相比,穿深增加26%、孔道體積增加32%,流動(dòng)效率增加15%。

(2) 通過對(duì)三射流射孔技術(shù)的地面模擬檢測(cè),3個(gè)射流形成孔道達(dá)到技術(shù)要求,槍身各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),保證了射孔施工的安全性。

(3) 對(duì)三射流射孔技術(shù)應(yīng)用效果跟蹤,試驗(yàn)井與同區(qū)塊同地質(zhì)條件的常規(guī)射孔井進(jìn)行對(duì)比,在中滲透率地層平均采液強(qiáng)度提高12%;在高滲透率地層平均采液強(qiáng)度提高15%以上;在中滲透率地層平均注入強(qiáng)度提高14.5%;在高滲透率地層平均注入強(qiáng)度提高17%以上,取得了較好的增產(chǎn)增注效果。

參考文獻(xiàn):

[1] 李東傳, 唐國(guó)海. 射孔壓實(shí)帶研究 [J]. 石油勘探與開發(fā), 2000, 27(5): 112-114.

[2] 黃正祥, 陳惠武. 串聯(lián)隨進(jìn)射孔彈隨進(jìn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究 [J]. 爆破器材, 2004, 33(6): 33-34.

[3] Nicholas Herdry, Martin S Scott, Gustav A Carvajal, et al. A New Multi-jet Gun Improves Well Production in the North Sea: Triple Jet Perforating System [C]∥SPE137310, 2010-10-05.