射孔优化讲义.

射孔优化增产新技术北京信诺尔资源技术有限公司2002年12月16日目录一、射孔参数对油井产能的影响二、单井射孔优化三、射孔调整层间矛盾增产技术四、射孔－压裂整体优化技术五、超正压射孔技术六、射孔对套管的伤害研究七、油层出砂预测模型研究一、射孔参数对单井产能的影响影响参数•射孔完井是最普遍的完井方法•射孔参数：孔深、孔径、孔密、相位、格式压实程度、压实厚度、堵孔率•工程参数：污染程度、污染深度、油井半径套管强度•地质参数：渗透率各向异性、供给半径等影响射孔井产量的因素射孔参数对单井产能影响研究孔深的影响孔密的影响孔径的影响相位及格式的影响污染深度及污染程度的影响压实的影响某油层单井产量随射孔深度变化579111315171921231015202530354045505560射孔深度，厘米吨/日污染程度=0.9污染程度=0.5孔深与污染程度在穿透污染区厚度25厘米前影响最大孔密的影响并不是线性的，压实程度的影响也不是线性的,随孔密的增大影响减小某油层单井产量随孔密变化图101214161820222426515253545孔/米吨/日压实程度=0.8压实程度=0.5孔径变化范围小，影响小02468101214吨/日0.811.21.4孔径（厘米）某油田孔径对油井产量的影响优化图射孔格式的影响相对较小，90度螺旋较好02468101214161820吨/日0相位180度交错90度平面90度螺旋某油井射孔格式对产量的影响优化图部分参数的确定方法射孔参数对单井产能影响研究•孔深：根据岩心靶实验数据及地层参数校正•压实程度：根据APIRP-43试验结果反求•污染程度：实验方法或经验确定•污染深度：根据泥浆性质及储层性质计算LLpLpsaKKrstd(ln)1LBDDAHTDd052.[ln()ln]研究方法射孔参数对单井产能影响研究•产率比：射孔后油井产量与裸眼完井的产量之比•极限产率比是孔密无限大时的射孔产率比，是评价射孔增产潜力的一项重要指标•数学方法：解析模型、有限元与有限差分数值模型•实验方法：电解模型、填砂模型Prln(Re/)ln(Re/))QQRwRwSSSpopdc•国内外射孔物理模拟主要采用电解模型•电解模型的局限性模拟孔眼穿透电介质溶液非多孔介质电模拟难以采集流动图象，对孔眼流动的干扰现象，边底水影响等均束手无策•信诺尔开展了射孔填砂模型实验（2001）模拟孔眼穿透不同渗透率油层利用流量数据、现代图象处理技术来分析射孔参数对产能的影响射孔填砂模型实验射孔填砂模型物理模拟实验装置流程图填砂模型流量不同射孔组合的流动特征120度90度180度不同相位格式，油藏流体向井眼的流动状况目录一、射孔参数对油井产能影响研究二、单井射孔优化三、射孔调整层间矛盾增产技术四、射孔－压裂整体优化技术五、超正压射孔技术六、射孔对套管的伤害研究七、油层出砂预测模型研究二、单井射孔优化•孔密、孔深、射孔方式的优选国外：孔深可大于1米，孔密可达70孔/米国内：孔深最大50厘米（贝雷靶）、孔密40孔/米大庆YD127-2混凝土靶测试穿深可达78厘米•评价储层伤害对释放射孔井产量的影响•预测射孔井产量、确定补孔参数•套损评价大港枣1340井产量预测0246810121416吨/日极限产量裸眼污染后产量压实后产量优化产量试油产量大港枣1340井射孔优化产量预测图表皮系数枣1340井射孔优化表皮系数分析图某油层射孔方式增产效果对比目录一、射孔参数对油井产能影响研究二、单井射孔优化三、射孔调整层间矛盾增产技术四、射孔－压裂整体优化技术五、超正压射孔技术六、射孔对套管的伤害研究七、油层出砂预测模型研究射孔调整层间矛盾的基本原理（射孔调剖）•目前对同井不同渗透层普遍采用单一射孔参数，使得低渗透层采出程度较低•矛盾调节：高渗层调小流体流动相对阻力，低渗层调大流体流动相对阻力，增大孔眼导流能力•高渗层：小孔密，小穿深•低渗层：大孔密，大穿深•适用对象：同井开采渗透率级差大的油层•概念推广：注水井、厚油层层内矛盾通过射孔调节多层渗流阻力，均衡动用各层间非均质性差别较大的油层，提高油藏最终采收率层间非均质性的影响流动早期流动晚期储层渗透性不同射孔参数相同1982年，前苏联格里戈良提出在多油层中，用选择射孔参数的方法控制液体沿某个层的运动，是萌芽。壳牌公司1997年与挪威科技大学合作研究利用调整射孔参数优化水平井的产液剖面。大庆、石油大学、西南石油学院进行射孔优化研究信诺尔建立系统的射孔增产优化技术、集储层特征分析与射孔优化为一体，调整层间矛盾，提高油藏最终采收率技术与经济可行性井距300米，距井筒0.5米范围的油层阻力通常占整个渗流阻力的26--43%，对完全无污染的油层也至少占20%，通过调节近井地带的流动阻力，可有效地调整产液量井间流动阻力随距井筒距离的变化(井距300米)00.10.20.30.40.50.600.511.522.5距井筒距离(米)占总阻力分额nodamageKd=0.3Kd=0.5Kd=0.7近井阻力调节的潜力调节近井阻力的重要性射孔调剖技术•减弱层间非均质矛盾•动用低渗透层、提高采收率•减弱注入水或聚合物液沿高渗透层窜进•不增加额外工艺投资、达到增产节支•通过新井射孔与老井重复补孔实现•国外孔密：5—70孔/米，穿深：20—120厘米斯伦贝谢99年9月推出PowerJet穿深达1.37米•大庆弹厂射孔枪可实现40孔/米（114DP21枪系列），15－80厘米穿深（YD127-3弹混凝土靶穿深可达800毫米）。•未来深穿透射孔技术进一步发展目前射孔的技术条件优化设计方法•考虑多油层的非均质性、流体性质、井筒摩阻、射孔工艺的实现及套管保护•利用有限元方法建立射孔调剖的渗流模拟数值模型•用水动力学方法建立多层井筒流动模型•开发井筒流动、孔眼流动与油层流动耦合的射孔调剖专用软件•可适用于采油井、注水井、注聚合物井数学模型和数值模型确定单层阻力调节系数确定射孔参数组合的数学模型确定射孔参数组合的数值模型油层性质井筒阻力工艺限制产量规划限制采油井注水井注聚合物井lnRelnReRwSSSSRwSpdcbb单层阻力调节系数•定义：通过射孔调节后的总流动阻力与裸眼无污染的总阻力的比。体现调节阻力程度。•单层的总表皮：射孔节流表皮Sp，作业污染表皮Sd,射孔压实表皮Sc,井筒流动阻力附加表皮Sb。•先计算各单层平均单位厚度裸眼完井阻力作为各层调节目标，并计算各单层阻力调节系数•阻力调节系数大于1，表示射孔后该层的阻力要增大,是相对高渗层；若小于1，表示射孔后阻力减小，达到超完善，是相对低渗层•显然阻力调节系数是射孔参数孔深、孔密、孔径的函数•不能将高渗、高产层孔密设计得太小单层阻力调节系数fLpDnRp(,,)单层调节参数数学模型的确定•核心是建立近井地带渗流阻力与孔深、孔密和孔径的定量关系•据阻力调节系数可确定需要的射孔参数•三维稳定不可压缩流体，符合达西定律•通过孔眼流向井的流量均匀分布到各个孔眼•边界条件为定压条件xkxPxykyPyzkzPz()()()0•数学模型解析解难以求得，但可以获得其数值解，通过有限元法可建立相应的数值模型•有限元可灵活划分孔眼附近的网格，更方便研究不同孔眼参数组合情况下的渗流阻力•有限元法思路是将受孔眼影响的区域离散成大小不等的四面体单元，先计算单元刚度矩阵，然后再合成总体刚度矩阵，进行求解可得到在不同射孔参数下的阻力降低系数。单层调节参数数值模型的建立IkPxkPykPzdvqPdsxyz05222.[()()()]kVDDDDDDDDDDDDDDDDppppSqqqqee()()11121314212223243132333441424344123431234kVKPFe()[]{}{}0SRwQpkhPtln(Re)2泛函为单元刚度矩阵为总体有限元方程射孔后表皮系数工艺设计A、调节孔密B、调节孔深C、同时调节孔密与孔深。低渗层高渗层同时调整孔深、孔密剖面模型封闭隔层供液供液低渗层高渗层调整孔深剖面模型封闭隔层供液低渗层高渗层调整孔密剖面模型封闭隔层供液低渗层高渗层封闭隔层供液多层笼统射孔剖面模型供液供液目录一、射孔参数对油井产能影响研究二、单井射孔优化三、射孔调整层间矛盾增产技术四、射孔－压裂整体优化技术五、超正压射孔技术六、射孔对套管的伤害研究七、油层出砂预测模型研究四、射孔－压裂整体改造技术目的：扩展射孔孔道,使其在岩层中形成裂缝,对射孔造成的污染和压实层进行有效的剥离,从而改善射孔效率和渗透率，达到增产节支效果优化内容：A压裂井的射孔弹优化以降低射孔成本B射孔相位格式与裂缝方位的优化以提高产量或注入量C高能气体压裂复合射孔工艺参数的优化优化研究方法：将射孔有限元模型与压裂分析模型结合起来研究地应力条件下射孔、人工裂缝、天然裂缝的相互渗流影响高能气体压裂复合射孔•工艺原理利用射孔弹爆轰的一次能量实现射孔利用高能材料爆燃的二次能量压裂•技术关键：在保证一定穿深的前提下,使用大孔径射孔弹和高孔密射孔枪设计科学合理的装药•国外新动向：将深穿透聚能射孔与压裂有机结合实现超穿深、增加渗流能力工艺设计•大孔径射孔压裂•高孔密射孔压裂•高穿深射孔压裂•美国和前苏联等国规定或强调,高能气体压裂对射孔的要求是:孔密应保证在每米30～40孔;射孔孔径应保证在12mm以上,最好为16mm;射孔深度应越深越好,但应不低于400～500mm复合射孔压裂装置的结构配置•89枪配89弹102弹•102枪配102弹127弹•127枪配127弹•井的套管质量和固井质量良好。•射孔层距水层5ｍ以上。•射孔层深度500～4000ｍ。•探井中,经过预测具有一定产能、地层可能被污染的储层。•生产油井中,岩石胶结较好的层。选井选层应考虑的因素目录一、射孔参数对油井产能影响研究二、单井射孔优化三、射孔调整层间矛盾增产技术四、射孔－压裂整体优化技术五、超正压射孔技术六、射孔对套管的伤害研究七、油层出砂预测模型研究五、超正压射孔新技术负压射孔的局限•目前为保护油层普遍应用负压射孔即利用负压差将孔眼堵塞、破碎物排出•负压射孔的局限A若油藏压力降低或已衰竭则难以满足清洁孔眼的负压差B油层渗透率或岩石强度低使最低负压差伤害储层或套管C解堵增产幅度有限超正压射孔的原理超正压射孔新技术•Oryx，Arco，马拉松公司在90年代提出•基本定义利用井眼压力远大于油层产生裂缝所需的压力进行射孔•优点形成孔眼同时造成沿孔眼分布的裂缝大幅度提高储层渗流能力提高井产量、增加可采储量超正压射孔的工艺超正压射孔新技术•将射孔枪下至目的层深度•在射孔枪顶部油管中灌注盐水等液柱•在该液柱上部注入氮等压缩气体•引爆射孔枪•气体快速膨胀使下部液体进入孔眼并诱发裂缝实用范围与效果超正压射孔新技术•渗透率小于10毫达西的低渗透油气藏•低压油气藏或压力衰揭的老油田•需在多层产生裂缝而加砂压裂受限制时•储层可动粘土含量高，不宜进行其它储层改造措施时•到1999年为止，世界上进行的超正压作业绝大部分在北美•一般比常规方法完井产量增加20%--100%•费用没有明显增加，经济效益好潜在意义超正压射孔新技术•开发表外低渗与低压储层•降低增产成本•进行超正压射孔技术的调研与参数优化研究已经开始•根据现场需要信诺尔可进行超正压射孔的实用性及选井研究、协助工艺设计目录一、射孔参数对油井产能影响研究二、单井射孔优化三、射孔调整层间矛盾增产技术四、射孔－压裂整体优化技术五、超正压射孔技术六、射孔对套管的伤害研究七、油层出砂预测模型研究六、射孔对套管的伤害研究•射孔后套管抗挤压能力降低，国内抗挤压强度降低系数为0.95，国际普遍采用0.9394•通过室内模拟实验与有限元数值模拟模型研究高孔密对套管的损害•国内普遍小于20孔/米，主要担心套管的损害•N-80和P-110射孔套管与未射孔套管相比