肖 波 ,孫龍波,劉賢玉,鄧華根,謝茂成

(1.中海石油(中國(guó))有限公司海南分公司,?？?570100;2.中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司,廣東 湛江 524057;3.海油發(fā)展(澄邁)能源技術(shù)有限公司海南分公司,?？?570100)

文昌某油氣田平均孔隙度為6.4%～15.5%,平均滲透率為0.27～22.33 mD,儲(chǔ)層物性差,屬于中低孔、中低滲-特低滲儲(chǔ)層。射孔技術(shù)溝通儲(chǔ)層與生產(chǎn)通道,是該油氣田釋放產(chǎn)能的有效途徑,但氣藏埋藏深達(dá)4 000 m、井底最高溫度達(dá)160 ℃,射孔火工品選擇受限,下井器材的耐溫性能,特別是下井火工品必須符合高溫標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際高溫高壓井協(xié)會(huì)對(duì)于井底溫度大于150 ℃、井底壓力高于70 MPa稱(chēng)為高溫高壓井,井底溫度大于175 ℃、井底壓力大于105 MPa為超高溫高壓井[1],目前耐熱型炸藥主要有六硝基茋(HNS)、二苦氨基二硝基吡啶(PYX)、2,6—二氨基-3,5-二硝基吡-1-氧化物(LLM-105)等,均可耐溫175 ℃以上[2-7],選擇耐溫效果好、穿孔性能佳的火工品對(duì)射孔的安全性和可靠性以及高溫高壓乃至超高溫高壓油氣藏的開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。

目前對(duì)于射孔彈打靶測(cè)試主要為地面常溫常壓下模擬測(cè)試[8-9],與井下實(shí)際的溫度壓力條件有著較大差異,無(wú)法真實(shí)反映射孔彈在井下實(shí)際工況下的射孔效果[10],為此,通過(guò)在220 ℃下,保溫2 h,壓力20 MPa條件下開(kāi)展射孔彈模擬裝槍穿柱狀A(yù)PI混凝土靶的性能實(shí)驗(yàn),優(yōu)選出符合地層超高溫環(huán)境的射孔彈彈型及藥劑,從而指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn),最終達(dá)到提高油氣產(chǎn)量的目的,這對(duì)于后續(xù)超高溫井射孔方案的制定和實(shí)施具有十分重要的意義。

1 射孔彈打靶實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1、圖2所示,通過(guò)超高溫射孔實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn),超高溫雷管、超高溫傳爆管、超高溫導(dǎo)爆索均由正規(guī)廠(chǎng)家生產(chǎn)制造,耐溫指標(biāo)均為220 ℃/48 h,滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求。

注:1-槍壁厚;2-炸高;3-固定桿;4-調(diào)節(jié)環(huán);5-導(dǎo)爆索;6-彈座;7-壓盤(pán);8-射孔彈。

注:1-試驗(yàn)射孔器;2-柱狀A(yù)PI混凝土靶。

實(shí)驗(yàn)前將模擬射孔槍、射孔彈彈座、超高溫射孔彈、超高溫導(dǎo)爆索、超高溫雷管等部件按照要求進(jìn)行裝配,其中射孔模擬槍身厚度為5 mm,模擬φ139.7 mm套管厚度為7.72 mm,φ177.8 mm套管厚度為11.51 mm,套管之間的間隙可由壓盤(pán)與靶套之間的墊片進(jìn)行調(diào)整。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

1)射孔彈。實(shí)驗(yàn)選用了89型、127型射孔彈,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中槍內(nèi)炸高根據(jù)廠(chǎng)家射孔彈裝槍計(jì)算確定,同種類(lèi)型的射孔槍采用相同的套管間隙,射孔彈參數(shù)及裝槍用炸高,如表1所示[10]。超高溫射孔藥劑選用目前最常用的PYX、HNS以及LLM-105,彈藥基本參數(shù)如表2所示,其中PYX與LLM-105藥劑溫度特性較為接近,HNS藥劑的溫度特性較低[11-14]。

表1 射孔彈參數(shù)及裝槍炸高

表2 彈藥基本參數(shù)

2)柱狀混凝土靶。依據(jù)API-RP-19B標(biāo)準(zhǔn)[15]制作柱狀混凝土靶,靶齡34 d,抗壓強(qiáng)度45.2 MPa,射孔實(shí)驗(yàn)前通過(guò)回彈儀、超聲波混凝土檢測(cè)儀監(jiān)測(cè)混凝土靶的強(qiáng)度,判斷其是否符合實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)過(guò)程主要包括模擬射孔器裝配、下入高溫高壓模擬井、加溫加壓、保溫、加壓起爆、降溫降壓、升井拆靶等步驟。射孔器下到模擬井后,通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)模擬井進(jìn)行加溫,當(dāng)溫度超過(guò)100 ℃后模擬井內(nèi)逐步產(chǎn)生壓力,此后壓力隨著溫度的上升而逐步達(dá)到10 MPa左右,當(dāng)溫度達(dá)到220 ℃后進(jìn)行2 h的保溫,保溫2 h后將模擬井內(nèi)壓力升至20 MPa時(shí)點(diǎn)火起爆,隨后開(kāi)始進(jìn)行泄壓降溫直至100 ℃以下。當(dāng)模擬井內(nèi)的溫度下降到100 ℃以下時(shí)將射孔器從模擬井內(nèi)取出,然后將射孔器與測(cè)試靶拆開(kāi)運(yùn)輸?shù)綔y(cè)量場(chǎng)地,最后將測(cè)試靶的靶套拆除。拆除靶套之后,將測(cè)試靶沿裂縫刨開(kāi)進(jìn)行穿孔深度和套管穿孔孔徑測(cè)量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 89型超高溫射孔彈性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)

將89型射孔彈在溫度220 ℃、壓力20 MPa的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4所示,同時(shí)用89型 LLM-105射孔彈對(duì)φ177.8 mm套管開(kāi)展射孔實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖3 HNS超高溫射孔彈穿φ139.7 mm套管實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Experimental results of HNS ultra-high temperature perforating bullet penetration φ139.7 mm casing

圖4 LLM-105與PYX超高溫射孔彈穿φ139.7 mm實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Experimental results of LLM-105 and PYX ultra-high temperature perforating bullet penetration φ139.7 mm casing

圖5 LLM-105超高溫射孔彈穿φ177.8mm套管實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Experimental results of LLM-105 ultra-high temperature perforating bomb penetrating φ177.8 mm casing

在220 ℃/2 h,20 MPa條件下, LLM-105裝藥的射孔彈性能優(yōu)于PYX裝藥的射孔彈和HNS裝藥的超高溫射孔彈;89型超高溫射孔彈在同等試驗(yàn)條件下,HNS射孔效果最差,LLM-105射孔彈較國(guó)內(nèi)PYX射孔彈,穿深提高19.2%,孔徑提高33%; 較國(guó)外HNS射孔彈,穿深提高42%,孔徑提高30%,對(duì)比結(jié)果如表3所示。

表3 89型超高溫射孔彈對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 127型超高溫射孔彈性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)

為了進(jìn)一步研究在超高溫條件下LLM-105的穿孔效果,用127型超高溫射孔彈繼續(xù)開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn),射孔彈利用相同的壓制工藝,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 127型超高溫射孔彈穿φ177.8mm套管對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.6 Comparative experiment results of 127 type ultra-high temperature perforating bomb penetrating φ177.8 mm casing

127型超高溫射孔彈在同等試驗(yàn)條件下,LLM-105在裝藥量少的情況下,較PXY射孔彈,穿深提高32.4%,孔徑提高5%,穿孔效果好。LLM-105裝配在127型超高溫射孔彈中相比于89型射孔彈,穿深提升了128%,套管孔徑提高了4.8%,對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 127型超高溫射孔彈對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

射孔效果的好壞很大程度上是根據(jù)彈藥的破甲威力而定的,主要因素為爆壓,其隨著裝藥密度和爆速的平方呈線(xiàn)性增長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用的LLM-105的爆速和密度均最大,在其他條件相同的情況下其穿透性能更強(qiáng),與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致,實(shí)驗(yàn)過(guò)程穩(wěn)定性較好,滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)使用的相關(guān)要求。

3 射孔關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化

為了提高LLM-105裝藥的射孔彈的穿透性能[16-18],以其中一口井A2井為例,井身結(jié)構(gòu)為φ664 mm×252.33 m+φ473.075 mm×340 m+φ339.725 mm×1 800 m+φ244.475 mm×3 978 m。該井目的層位于珠海組,珠海組各段砂巖儲(chǔ)層物性隨埋深增大而變差,均屬于中-低孔、低滲儲(chǔ)層,平均孔隙度為6.4%～15.5%,平均滲透率為0.27～22.33 mD,其中ZH1Ⅴ下氣組屬于中孔、中滲儲(chǔ)層,ZH2Ⅰ、Ⅲ氣組屬于低孔低-中滲儲(chǔ)層,ZH2Ⅶ氣組屬于低孔低滲儲(chǔ)層。結(jié)合地質(zhì)參數(shù),通過(guò)射孔優(yōu)化軟件Wellflo對(duì)射孔參數(shù)進(jìn)行敏感性分析計(jì)算,對(duì)孔密、孔徑等射孔參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,結(jié)果如圖7所示,可以看出,孔密大于30 spm時(shí)對(duì)產(chǎn)能影響較小;穿深大于400 mm時(shí)對(duì)產(chǎn)能影響較小;相位對(duì)產(chǎn)能影響較小,但為了保證射孔后套管保持較高強(qiáng)度,選擇相位45°/135°;孔徑大于等于10 mm時(shí)對(duì)產(chǎn)能影響較小。在現(xiàn)場(chǎng)施工射孔搶裝槍作業(yè)中,根據(jù)地質(zhì)條件模擬結(jié)果,合理調(diào)整孔密、孔徑以及相位等參數(shù),極大地釋放了產(chǎn)能,射孔后A2井產(chǎn)量為配產(chǎn)的2倍。

圖7 A2井射孔參數(shù)優(yōu)選Fig.7 Optimization of perforation parameters in well A2

4 結(jié)論

1)同種條件下,LLM-105裝藥的超高溫射孔彈性能優(yōu)于PXY裝藥和HNS裝藥的超高溫射孔彈;對(duì)于89型射孔彈和127型射孔彈,LLM-105的穿深和套管射孔孔徑都有很大提升,具有優(yōu)良的射孔效果,相較于89型射孔彈,127型射孔彈的穿透效果較好。

2)LLM-105射孔彈具有槍上孔眼小、套管孔徑大的特點(diǎn),這樣在射孔作業(yè)過(guò)程中,過(guò)油面積大,槍內(nèi)碎屑不易從槍眼中出來(lái),不易造成卡槍事故以及減少對(duì)井筒的污染。

3)射孔效果除了與彈藥類(lèi)型有關(guān),還與射孔槍槍型、射孔槍的孔密等相關(guān)因素有關(guān),對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,施工過(guò)程中合理調(diào)整,是提升超高溫低滲儲(chǔ)層射孔完井效果有效途徑,這對(duì)于超高溫低滲油氣藏安全高效的開(kāi)發(fā)具有十分重要的意義。