王濱，李軍，柳貢慧，李東傳，盛勇，顏輝

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京 102249；2.北京工業(yè)大學(xué)，北京 100124；3.中國(guó)石油大慶油田采油工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶 163000；4.吉林雙林射孔器材有限責(zé)任公司，吉林吉林 132000）

0 引言

射孔技術(shù)作為壓裂完井的核心環(huán)節(jié)，近年來(lái)發(fā)展迅速，隨著油氣開(kāi)發(fā)向頁(yè)巖氣、致密氣、煤層氣等非常規(guī)油氣擴(kuò)展，射孔在打開(kāi)油套管、連通井筒與地層的同時(shí)，可以控制裂縫走向、促進(jìn)縫網(wǎng)形成、實(shí)現(xiàn)體積壓裂[1-6]，受到研究人員的高度關(guān)注。

進(jìn)行長(zhǎng)直水平井大規(guī)模分段射孔壓裂時(shí)，常用的射孔方式有螺旋射孔、定向射孔和定面射孔，可起到降低起裂壓力、控制主縫形態(tài)有序擴(kuò)展、促進(jìn)縫網(wǎng)形成的作用[7-12]，如采用定面射孔技術(shù)結(jié)合等孔徑深穿透射孔彈可對(duì)壓裂縫高進(jìn)行控制，避免在近井筒區(qū)域過(guò)早穿層；采用定向射孔技術(shù)對(duì)出砂嚴(yán)重的水平井沿應(yīng)力差異最小方向射孔，可改變近井筒地層流體流動(dòng)形態(tài)，使應(yīng)力均勻分布，減輕出砂。綜合以上 3種方法采用多級(jí)復(fù)合射孔技術(shù)可獲得高穿深孔縫，緩解水平井近井筒區(qū)域污染嚴(yán)重以及井筒軌跡偏離儲(chǔ)集層等問(wèn)題。但目前由于射孔時(shí)孔周裂縫物理形態(tài)復(fù)雜、連通形式多樣、形成機(jī)理和擴(kuò)展規(guī)律不明等原因，上述方法普遍存在理論及實(shí)驗(yàn)依據(jù)欠缺、使用效果穩(wěn)定性差、應(yīng)用范圍窄等諸多不足，嚴(yán)重限制了非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層及復(fù)雜常規(guī)油氣儲(chǔ)集層資源的高效穩(wěn)定開(kāi)發(fā)，因此如何通過(guò)優(yōu)化射孔方式及參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)近井筒裂縫的控制，進(jìn)而促進(jìn)壓裂改造效果的提升仍是射孔壓裂領(lǐng)域的重要難題。

本研究首先對(duì)射孔壓裂全過(guò)程進(jìn)行了3階段劃分，并對(duì)各階段裂縫發(fā)育特點(diǎn)進(jìn)行分析，進(jìn)而在常規(guī)射孔方式的基礎(chǔ)上，提出交錯(cuò)定面射孔的概念，然后采用兩種型號(hào)射孔彈設(shè)計(jì)并進(jìn)行大型巖靶射孔實(shí)驗(yàn)，模擬頁(yè)巖中交錯(cuò)定面射孔過(guò)程，對(duì)射孔“瞬間”近井筒裂縫形態(tài)、形成機(jī)理以及不同定面夾角與交錯(cuò)角組合下的擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行研究，最后基于上述研究成果對(duì)近井筒裂縫控制方法進(jìn)行探討。

1 交錯(cuò)定面射孔概念

1.1 射孔壓裂各階段裂縫發(fā)育特點(diǎn)及常規(guī)射孔方式不足

為提出交錯(cuò)定面射孔的概念，首先需要對(duì)射孔壓裂各階段裂縫發(fā)育特點(diǎn)進(jìn)行研究。水平井射孔壓裂過(guò)程可分為 3個(gè)階段：①近井筒裂縫形成階段，射孔時(shí)伴隨孔道形成，孔周發(fā)育的大量微裂縫會(huì)通過(guò)應(yīng)力集中效應(yīng)連通擴(kuò)展，形成復(fù)雜的近井筒孔周裂縫，由于射孔時(shí)高能量會(huì)在短時(shí)間內(nèi)釋放[13-15]，近井筒裂縫的形成主要受射孔方式及參數(shù)決定，地應(yīng)力影響較?。虎趬毫阎髁芽p形成階段[16-17]，射孔結(jié)束后進(jìn)行水力壓裂，近井筒裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展匯聚形成主裂縫，同時(shí)在地應(yīng)力作用下發(fā)生扭曲轉(zhuǎn)向，最終沿著垂直于最小主地應(yīng)力的方向延伸，此階段射孔影響減弱，地應(yīng)力影響增強(qiáng)；③壓裂縫網(wǎng)形成階段[18]，各主裂縫在水力驅(qū)動(dòng)下沿垂直最小主地應(yīng)力的方向擴(kuò)展，同時(shí)受到地層局部地應(yīng)力變化、儲(chǔ)集層非均質(zhì)性、天然裂縫等因素影響，不斷發(fā)生分叉、轉(zhuǎn)向、交會(huì)行為，最終形成復(fù)雜縫網(wǎng)，此階段射孔影響最弱。所以，第 1階段近井筒裂縫形態(tài)和擴(kuò)展規(guī)律對(duì)壓裂主縫的形成與擴(kuò)展影響重大，為了增加泄油面積及避免壓裂主縫過(guò)早交叉串通等問(wèn)題，近井筒裂縫在垂直于井筒軸線且均勻分布在井筒四周的情況下，可以在第2和第3階段壓裂時(shí)快速連通匯聚成垂直井筒軸線的橫切主縫并均勻擴(kuò)展，從而減緩近井筒效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)“控近擴(kuò)遠(yuǎn)”。

目前常規(guī)射孔方式（如螺旋、定向、定面射孔等）難以滿足以上要求，主要原因在于采用螺旋射孔時(shí)，各射孔相對(duì)孤立，孔周微裂縫形成和擴(kuò)展隨機(jī)性強(qiáng)，彼此之間連通性差，難以形成形態(tài)及擴(kuò)展方向可控的近井筒裂縫；采用定向射孔時(shí)，隨著射孔方位角變化，射孔穿深波動(dòng)劇烈，孔周微裂縫及近井筒裂縫多平行于井筒軸線方向，難以形成橫切主縫；采用定面射孔時(shí)，同一定面內(nèi)射孔聯(lián)系緊密，易形成局部扇形近井筒橫切裂縫面，但不同扇形橫切裂縫面間連通擴(kuò)展隨機(jī)性強(qiáng)，難以進(jìn)行有效控制，壓裂時(shí)常出現(xiàn)主縫擴(kuò)展失控等現(xiàn)象。

1.2 交錯(cuò)定面射孔

為實(shí)現(xiàn)對(duì)近井筒裂縫的有效人工控制，加強(qiáng)各射孔之間的聯(lián)系，促使孔周微裂縫有序連通擴(kuò)展，提出了一種新的射孔概念：交錯(cuò)定面射孔（見(jiàn)圖1）。其中定面夾角表示同一定面內(nèi)相鄰兩發(fā)射孔彈之間的角度，類似于螺旋射孔中的相位角；定面交錯(cuò)角為相鄰定面首發(fā)射孔彈之間的角度。交錯(cuò)定面射孔在常規(guī)定面射孔基礎(chǔ)上引入了定面交錯(cuò)角，使 3發(fā)射孔所構(gòu)成的相鄰定面形成交錯(cuò)，既可以保證常規(guī)定面射孔中同一定面內(nèi)射孔聯(lián)系緊密、孔周微裂縫易連通的優(yōu)勢(shì)，又可增強(qiáng)相鄰定面間射孔的聯(lián)系，促使孔周微裂縫在定面間連通，有利于形成有序連通擴(kuò)展的近井筒裂縫。

為了表達(dá)簡(jiǎn)潔、便于理解，圖1將同一定面內(nèi) 3發(fā)射孔彈布置在同一個(gè)平面上，與實(shí)際操作不完全相符。實(shí)際布孔時(shí)，同一定面內(nèi) 3發(fā)射孔彈在射孔槍中從上到下連續(xù)布置，若將垂直于井筒的平面看作基準(zhǔn)面，則從上到下第1發(fā)射孔彈孔道向下傾斜10°～13°，與基準(zhǔn)面夾角為 10°～13°；第 2發(fā)射孔彈孔道垂直于井筒，與基準(zhǔn)面夾角為0°；第3發(fā)射孔彈孔道向上傾斜10°～13°，與基準(zhǔn)面夾角為10～13°，3發(fā)射孔彈孔道近似構(gòu)成一個(gè)平面。

2 交錯(cuò)定面射孔打靶實(shí)驗(yàn)

為進(jìn)一步探究交錯(cuò)定面射孔近井筒裂縫形態(tài)、形成機(jī)理和擴(kuò)展規(guī)律，設(shè)計(jì)了大型射孔打靶實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)圖2），采用兩種型號(hào)射孔彈在 4塊巖靶上進(jìn)行射孔，模擬交錯(cuò)定面射孔過(guò)程，射孔結(jié)束后劈開(kāi)靶體，對(duì)射孔孔道和近井筒裂縫進(jìn)行觀測(cè)。

圖1 交錯(cuò)定面射孔方式及參數(shù)示意圖

圖2 交錯(cuò)定面射孔打靶實(shí)驗(yàn)裝置示意圖及射孔后靶體照片

兩種射孔彈采用油田常用的吉林雙林射孔彈廠生產(chǎn)的深穿透DP44RDX38-1射孔彈和大孔徑GH46RDX43-1射孔彈，深穿透射孔彈孔徑小穿深大，大孔徑射孔彈孔徑大穿深小，射孔效果區(qū)別明顯，其中深穿透射孔彈標(biāo)準(zhǔn)靶孔徑約11 mm、穿深約1.5 m，大孔徑射孔彈標(biāo)準(zhǔn)靶孔徑約20 mm、穿深約0.8 m。

4塊巖靶編號(hào)為115#—118#，由水灰砂比為0.52∶1.00∶2.50的水泥砂漿澆筑而成，整體均質(zhì)，由于實(shí)驗(yàn)條件所限，巖靶中未設(shè)置天然裂縫和層理面，巖靶均為高1.4 m、直徑2.5 m的圓柱體，有效射孔段長(zhǎng)1 m。靶體中心預(yù)留套管，套管外徑為 139.7 mm，壁厚 9.7 mm，射孔槍在套管中居中放置，套管外壁直接和靶體相連。4塊巖靶單軸抗壓強(qiáng)度為35.2～37.6 MPa，彈性模量為39.5～41.7 GPa，泊松比為0.29～0.31，與頁(yè)巖力學(xué)性質(zhì)相近，可用來(lái)近似模擬1 000～3 000 m垂深的頁(yè)巖。

4支射孔槍編號(hào)為115#—118#，分別對(duì)應(yīng)115#—118#巖靶，每支槍有效射孔段長(zhǎng)為1 m，均布彈15發(fā)，從上到下設(shè)置5組定面，每組定面由3發(fā)彈組成，依次編號(hào)為 1#—15#射孔；相鄰定面軸向上間距為 200 mm（定面間距為200 mm時(shí)射孔近井筒裂縫擴(kuò)展規(guī)律明顯、彈間干擾小、彈間聯(lián)系密切），所有定面均近似垂直于井筒軸向。115#槍選用大孔徑 GH46RDX43-1射孔彈，定面夾角為60°，從上到下5組定面交錯(cuò)角分別為 30°、60°、90°和 120°；116#槍選用深穿透DP44RDX38-1射孔彈，定面夾角和交錯(cuò)角與115#槍相同；117#槍選用大孔徑GH46RDX43-1射孔彈，定面夾角為90°，從上到下5組定面交錯(cuò)角分別為45°、90°、135°和180°；118#槍選用深穿透DP44RDX38-1射孔彈，定面夾角和交錯(cuò)角與 117#槍相同。實(shí)驗(yàn)后劈開(kāi)靶體，用紅色顏料對(duì)部分孔道進(jìn)行標(biāo)注，用黃色顏料對(duì)部分孔周裂縫進(jìn)行標(biāo)注。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 近井筒裂縫形成機(jī)理

觀測(cè) 115#—118#靶可發(fā)現(xiàn)，射孔彈射入巖石形成孔道的同時(shí)會(huì)生成孔周微裂縫[15]，按照與射孔之間的關(guān)系可將這些微裂縫分為 3種類型：①Ⅰ型微裂縫，即徑向微裂縫（見(jiàn)圖3a—3c），裂縫面沿射孔孔道延伸方向（井筒徑向）擴(kuò)展，射孔孔道對(duì)其具有良好的控制作用。Ⅰ型微裂縫在孔周最為常見(jiàn)，砂巖靶單發(fā)射孔時(shí)會(huì)更加明顯（見(jiàn)圖3c）；②Ⅱ型微裂縫，即斜交微裂縫（見(jiàn)圖3d—3e），裂縫面與射孔孔道延伸方向成角度相交，射孔孔道對(duì)其擴(kuò)展控制作用降低；③Ⅲ型微裂縫，即射孔尖端發(fā)散微裂縫（見(jiàn)圖3f），當(dāng)射孔尖端有杵堵發(fā)生時(shí)生成該類型裂縫，Ⅲ型裂縫出現(xiàn)概率低、規(guī)模小、形態(tài)復(fù)雜、沒(méi)有規(guī)律，故未作示意圖。本研究中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型微裂縫有別于斷裂力學(xué)中定義的Ⅰ型張開(kāi)裂縫、Ⅱ型剪切裂縫和Ⅲ型撕開(kāi)裂縫。

圖3 孔周Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型微裂縫示意圖

這 3種微裂縫相互連通可形成形態(tài)復(fù)雜的近井筒裂縫及縫網(wǎng)，如圖4所示：①當(dāng)孔周Ⅰ型微裂縫相互連通時(shí)，會(huì)形成Ⅰ-Ⅰ型平整裂縫，此時(shí)射孔孔道間相互作用強(qiáng)，射孔孔道對(duì)縫面擴(kuò)展控制能力較強(qiáng)；②當(dāng)孔周Ⅰ型與Ⅱ型微裂縫連通時(shí)，會(huì)形成Ⅰ-Ⅱ型扭曲裂縫，此時(shí)射孔孔道間相互作用減弱，射孔孔道對(duì)縫面擴(kuò)展控制能力降低；③當(dāng)孔周Ⅱ型與Ⅱ型微裂縫連通時(shí)，會(huì)形成與射孔孔道成角度斜交的Ⅱ-Ⅱ型裂縫，此時(shí)射孔孔道間相互作用最弱，射孔孔道對(duì)縫面擴(kuò)展控制能力快速下降；④當(dāng)多個(gè)Ⅰ-Ⅰ、Ⅰ-Ⅱ和Ⅱ-Ⅱ型裂縫共存時(shí)，會(huì)形成復(fù)雜的近井筒裂縫網(wǎng)。由于Ⅲ型微裂縫出現(xiàn)頻率低規(guī)模小，因此不作研究。

圖4 近井筒Ⅰ-Ⅰ、Ⅰ-Ⅱ、Ⅱ-Ⅱ型裂縫及裂縫網(wǎng)示意圖

3.2 近井筒裂縫擴(kuò)展規(guī)律

3.2.1 深穿透射孔彈近井筒裂縫擴(kuò)展規(guī)律

深穿透 DP44RDX38-1射孔彈藥型罩開(kāi)口錐角較小，形成的高能金屬液流細(xì)長(zhǎng)，能量釋放相對(duì)集中，使各射孔孔道形成時(shí)孔周以發(fā)育Ⅰ型微裂縫為主，Ⅱ型微裂縫發(fā)育較少，孔道普遍完整，很少發(fā)生折斷，套管周圍井壁巖石基本完好。當(dāng)定面夾角為60°、定面交錯(cuò)角為30°時(shí)（見(jiàn)圖5a—圖5c），同一定面內(nèi)的3個(gè)射孔在環(huán)向上連通性較差，彼此之間相互獨(dú)立，而相鄰定面間鄰相位上的兩個(gè)射孔會(huì)通過(guò)Ⅰ-Ⅰ型裂縫面連通，當(dāng)多個(gè)Ⅰ-Ⅰ型裂縫同時(shí)存在時(shí)則形成近似垂直井筒軸線的菱形橫切裂縫，該菱形橫切裂縫沿著孔道延伸方向向巖石深部擴(kuò)展，此過(guò)程中Ⅰ-Ⅰ型裂縫幾乎不發(fā)生扭曲，Ⅰ-Ⅱ型裂縫很少出現(xiàn)（未在圖中標(biāo)識(shí)）。

隨著定面交錯(cuò)角增大為 60°、90°和 120°，相鄰定面間同相位或鄰相位射孔孔道之間的Ⅰ-Ⅰ型裂縫逐漸減少，在平行或近似平行于井筒軸線的方向進(jìn)一步向前擴(kuò)展，部分Ⅰ-Ⅰ型裂縫面會(huì)扭曲變形為Ⅰ-Ⅱ型裂縫面，或被孔周Ⅱ型微裂縫連通形成的Ⅱ-Ⅱ型裂縫所折斷，導(dǎo)致射孔孔道逐漸失去對(duì)近井筒裂縫的控制，擴(kuò)展方向更加隨機(jī)，難以形成垂直于井筒的橫切裂縫（見(jiàn)圖5d—圖5f）。

圖5 116#頁(yè)巖靶近井筒裂縫擴(kuò)展形態(tài)（定面夾角60°，深穿透射孔彈）

定面夾角為 90°，定面交錯(cuò)角分別為 45°、90°、135°、180°時(shí)，射孔孔道間空間距離變大，使得同一定面內(nèi)3個(gè)射孔在環(huán)向上基本不再出現(xiàn)Ⅰ-Ⅰ型裂縫，相鄰定面間同相位及鄰相位射孔間的Ⅰ-Ⅰ型裂縫也大量減少，而不相鄰定面間同相位及鄰相位上射孔則開(kāi)始形成平行或近似平行于井筒軸線的橫跨多定面的Ⅰ-Ⅰ型裂縫（見(jiàn)圖6）。

3.2.2 大孔徑射孔彈近井筒裂縫擴(kuò)展規(guī)律

大孔徑 GH46RDX43-1射孔彈由于炸藥量增加，藥型罩開(kāi)口錐角增大，使得形成的高能金屬液流短粗，能量釋放相對(duì)發(fā)散。定面夾角為 60°，定面交錯(cuò)角為30°和 60°時(shí)，射孔孔道空間距離較近，使得各孔道形成時(shí)呈現(xiàn)出炸碎現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)中的明顯表征為射孔孔道被折斷、穿深減小，孔道周圍存在扭曲裂縫，套管周圍井壁巖石破碎嚴(yán)重，靶體出現(xiàn)大規(guī)模碎裂。這些現(xiàn)象說(shuō)明在孔道的形成及延伸過(guò)程中，孔周發(fā)育大量Ⅰ型和Ⅱ型微裂縫，部分Ⅰ、Ⅱ型微裂縫會(huì)向巖石深部隨機(jī)擴(kuò)展，導(dǎo)致孔道折斷、裂縫扭曲，另一部分Ⅰ、Ⅱ型微裂縫則會(huì)相互連通形成Ⅰ-Ⅰ、Ⅰ-Ⅱ和Ⅱ-Ⅱ型裂縫，最終三者共存形成孔周裂縫網(wǎng)，使靶體發(fā)生碎裂（見(jiàn)圖7a—圖7c）。個(gè)別射孔孔道發(fā)育Ⅲ型微裂縫，進(jìn)一步加劇了近井筒裂縫網(wǎng)的復(fù)雜性。

圖6 118#頁(yè)巖靶近井筒裂縫擴(kuò)展形態(tài)（定面夾角90°，深穿透射孔彈）

隨著定面交錯(cuò)角增大為90°和120°，各孔道炸碎現(xiàn)象減弱，有形態(tài)完好的孔道出現(xiàn)，說(shuō)明孔周Ⅱ型微裂縫減少。同時(shí)相鄰定面射孔有較為完整的與射孔孔道延伸方向重合或近似重合的Ⅰ-Ⅰ型裂縫出現(xiàn)，部分Ⅰ-Ⅰ型裂縫相互連通形成近似垂直于井筒軸線的橫切裂縫，但很快發(fā)生扭曲演變?yōu)棰?Ⅱ型裂縫（見(jiàn)圖7d—圖7f）。

定面夾角增大為90°，射孔孔道空間距離增大，獨(dú)立性增強(qiáng)，孔周同時(shí)發(fā)育Ⅰ、Ⅱ型微裂縫并隨機(jī)擴(kuò)展，當(dāng)交錯(cuò)角為45°和90°時(shí)，相鄰兩組定面鄰相位射孔孔道會(huì)通過(guò)Ⅰ-Ⅰ型裂縫連通，裂縫沿著孔道延伸方向擴(kuò)展，并與孔周Ⅱ型微裂縫連通逐漸演變成Ⅰ-Ⅱ型裂縫，最終以隨機(jī)發(fā)散狀向巖石深部擴(kuò)展（見(jiàn)圖8a—圖8c）。

如圖8d—圖8f所示，定面交錯(cuò)角增大為 135°和180°時(shí)，射孔孔道獨(dú)立性進(jìn)一步增強(qiáng)，大部分射孔之間不再相互連通，孔周Ⅰ型和Ⅱ型微裂縫發(fā)育擴(kuò)展更加隨機(jī)發(fā)散，個(gè)別射孔孔道間出現(xiàn)少量小型平行裂縫，近井筒裂縫更加扭曲，一些孔道被孔周Ⅱ型微裂縫所折斷。

3.2.3 不同定面夾角和交錯(cuò)角組合下近井筒裂縫擴(kuò)展規(guī)律

綜合分析圖5—圖8，對(duì)兩種型號(hào)射孔彈采用不同定面夾角和交錯(cuò)角組合時(shí)近井筒裂縫擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行總結(jié)。采用深穿透 DP44RDX38-1射孔彈：①定面夾角60°、交錯(cuò)角為 30°時(shí)，形成垂直井筒軸向的菱形橫切裂縫；②定面夾角60°、交錯(cuò)角為60°時(shí)，相鄰定面的射孔形成平行井筒軸向的小型平行裂縫；③定面夾角60°、交錯(cuò)角為90°或120°時(shí)，射孔能量釋放更加發(fā)散，孔周出現(xiàn)隨機(jī)發(fā)散裂縫，少部分射孔孔道通過(guò)Ⅰ-Ⅱ型裂縫連通，此時(shí)類似螺旋射孔；④定面夾角90°，交錯(cuò)角為 45°、90°、135°、180°時(shí)，非相鄰定面射孔間形成平行井筒軸向的大型平行裂縫，類似于定向射孔，用圖9表示5組定面的擴(kuò)展規(guī)律。

采用大孔徑 GH46RDX43-1射孔彈射孔：①定面夾角60°，交錯(cuò)角為30°、60°時(shí)，形成近井筒裂縫網(wǎng)，近井筒區(qū)域巖石在射孔彈爆轟時(shí)被炸碎；②定面夾角60°，交錯(cuò)角為 90°、120°，以及定面夾角 90°，交錯(cuò)角為 45°、90°時(shí)，出現(xiàn)垂直井筒的小型橫切裂縫，但很快發(fā)生扭曲變形；③定面夾角90°，交錯(cuò)角為135°、180°時(shí)，射孔彼此獨(dú)立，射孔能量釋放更加發(fā)散，出現(xiàn)少量小型平行裂縫，類似螺旋射孔（見(jiàn)圖10）。

圖7 115#頁(yè)巖靶近井筒裂縫擴(kuò)展形態(tài)（定面夾角60°，大孔徑射孔彈）

圖8 117#頁(yè)巖靶近井筒裂縫擴(kuò)展形態(tài)（定面夾角90°，大孔徑射孔彈）

圖9 不同定面夾角和交錯(cuò)角組合時(shí)深穿透射孔彈近井筒裂縫擴(kuò)展規(guī)律

圖10 不同定面夾角和交錯(cuò)角組合時(shí)大孔徑射孔彈近井筒裂縫擴(kuò)展規(guī)律

4 近井筒裂縫人工控制方法

4.1 近井筒裂縫人工控制原理

對(duì)于不同型號(hào)射孔彈，改變定面夾角和交錯(cuò)角組合時(shí)，近井筒裂縫呈現(xiàn)出特定的形態(tài)和擴(kuò)展規(guī)律，對(duì)后續(xù)壓裂改造產(chǎn)生重大影響。對(duì)于不同特點(diǎn)的非常規(guī)油氣儲(chǔ)集層，可嘗試采用交錯(cuò)定面射孔方式，優(yōu)選射孔彈型號(hào)以及定面夾角和交錯(cuò)角組合以形成所需的近井筒裂縫，從而最大限度影響并控制后續(xù)壓裂主縫的形成與擴(kuò)展，更好地進(jìn)行壓裂改造。

4.2 近井筒裂縫人工控制方法

①促進(jìn)形成近井筒360°橫切裂縫。對(duì)于地質(zhì)條件良好、傾角變化較小、厚度較大的頁(yè)巖儲(chǔ)集層，垂向上井筒軸線一般穿過(guò)儲(chǔ)集層中部，通常需要形成垂直井筒軸向的橫切主縫，從而減緩近井筒效應(yīng)，控近擴(kuò)遠(yuǎn)。采用深穿透射孔DP44RDX38-1射孔彈，取定面夾角60°、交錯(cuò)角30°，各定面采用螺旋單向環(huán)繞井筒排布方法，可實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)（見(jiàn)圖11），射孔爆轟時(shí)近井筒附近相鄰定面間會(huì)通過(guò)菱形橫切裂縫連通并環(huán)繞井筒一周，在后續(xù)壓裂時(shí)近井筒 360°橫切裂縫更易擴(kuò)展發(fā)育成環(huán)繞井筒的大型橫切主縫。

②促進(jìn)形成近井筒定向橫切裂縫。對(duì)于地質(zhì)條件特殊、傾角變化較大或有特殊工程需求的頁(yè)巖儲(chǔ)集層，井筒軸線有時(shí)會(huì)從儲(chǔ)集層上方或下方穿過(guò)，通常需要裂縫偏向儲(chǔ)集層一側(cè)發(fā)育，從而最大限度利用水力能量，提高產(chǎn)能。此時(shí)采用深穿透射孔DP44RDX38-1射孔彈，取定面夾角60°、交錯(cuò)角30°，各定面采用連續(xù)“之”字形在井筒一側(cè)雙向排布，可實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)（見(jiàn)圖12），射孔爆轟時(shí)近井筒附近相鄰定面間會(huì)通過(guò)菱形橫切裂縫連通并在井筒一側(cè)按照“之”字形發(fā)生扭轉(zhuǎn)，形成近井筒定向橫切裂縫，在后續(xù)壓裂時(shí)易擴(kuò)展發(fā)育成偏向井筒一側(cè)且控制一定周向角度的大型橫切主縫。

圖11 定面螺旋單向布孔及主縫發(fā)育示意圖

③促進(jìn)形成近井筒多向橫切裂縫。井筒軸線通常難以準(zhǔn)確貫穿地質(zhì)條件復(fù)雜、傾角變化劇烈的頁(yè)巖儲(chǔ)集層，常偏向于儲(chǔ)集層一側(cè)或穿出，這種情況下需要主縫擴(kuò)展方向能“緊跟”儲(chǔ)集層位置。此時(shí)采用深穿透射孔DP44RDX38-1射孔彈，取定面夾角60°、交錯(cuò)角30°，各定面根據(jù)儲(chǔ)集層位置混合采用螺旋單向和連續(xù)“之”字形雙向排布方法，可實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)（見(jiàn)圖13）。

圖12 “之”字形井筒一側(cè)雙向布孔及主縫發(fā)育示意圖

圖13 混合布孔及主縫發(fā)育示意圖

④促進(jìn)形成近井筒縫網(wǎng)。對(duì)于薄差層、含邊底水油氣層、稠油油層和出砂油氣層等復(fù)雜儲(chǔ)集層，通常需要通過(guò)射孔直接在井壁上獲取更大的過(guò)流面積，降低儲(chǔ)集層破裂壓力，形成近井筒縫網(wǎng)系統(tǒng)。此時(shí)采用大孔徑GH46RDX43-1射孔彈，取定面夾角60°、交錯(cuò)角30°，各定面采用螺旋單向環(huán)繞井筒排布方法，可達(dá)到該效果。該射孔參數(shù)下由于射孔彈距離較近，能量釋放集中，孔周巖石會(huì)在射孔爆轟時(shí)發(fā)生碎裂，從而直接形成近井筒縫網(wǎng)。

5 結(jié)論

通過(guò)在常規(guī)定面射孔基礎(chǔ)上引入定面交錯(cuò)角這一射孔參數(shù)，使相鄰 3發(fā)射孔所構(gòu)成的定面形成交錯(cuò)，同一定面內(nèi)及相鄰定面間射孔均聯(lián)系更加緊密，射孔孔道間相互作用更強(qiáng)，易形成連通裂縫并有序擴(kuò)展。

交錯(cuò)定面射孔時(shí)孔周發(fā)育 3種微裂縫，分別是Ⅰ型徑向微裂縫、Ⅱ型斜交微裂縫和Ⅲ型射孔尖端發(fā)散微裂縫，這 3種微裂縫相互連通會(huì)形成形態(tài)復(fù)雜的近井筒裂縫。由于不同型號(hào)射孔彈采用不同定面夾角和交錯(cuò)角組合射孔時(shí)，近井筒裂縫形態(tài)和擴(kuò)展規(guī)律不同，根據(jù)油氣藏特點(diǎn)調(diào)整射孔彈型號(hào)及定面夾角和交錯(cuò)角組合，定面按照一定方式排布，可人工促進(jìn)形成所需的近井筒裂縫，從而增強(qiáng)了對(duì)近井筒裂縫形態(tài)及擴(kuò)展的控制能力，有利于進(jìn)一步壓裂時(shí)獲得所需的壓裂主縫。