射孔优化设计技术

《射孔优化设计原理》天津塘沽2015年1月18日汇报提纲四、射孔参数优化方法一、射孔优化设计问题二、射孔工艺及其优选三、射孔液及其优选五、射孔优化设计软件实现射孔完井是目前国内外使用最广泛的完井方法利用火工器材或者其它能源的能量射开套管、水泥环和地层，沟通油、气流通道的井下作业就叫射孔一、射孔设计优化问题最早的采油方式是裸眼采油或者是筛管采油，随着固井工艺的产生，发展了射孔采油工艺。从1932年开始在油气田的勘探开发中应用射孔工艺以来，射孔弹由最初的子弹式发展成为目前广泛使用的聚能射孔弹。射孔弹分为深穿透和大孔径两大类，能满足常温到高温地层的完井射孔需要。射孔历史和现状在射孔完井的油气井中，射孔孔眼是沟通产层和井筒的唯一通道。如果采用恰当的射孔工艺和正确的射孔设计，就可以使射孔对产层的伤害最小，完善系数高，从而获得理想的产能。一、射孔设计优化问题污染带射孔优化问题•射孔工艺选择合理•射孔液与地层和流体配伍•工程安全（孔密/孔径）•穿透污染带（孔深）•射孔污染最小化（负压）•防砂汇报提纲四、射孔参数优化方法一、射孔优化设计问题二、射孔工艺及其优选三、射孔液及其优选五、射孔优化设计软件实现电缆传输射孔油管传输射孔（TCPTCP/DST）过油管射孔二、射孔工艺及其优选射孔工艺正压射孔：用高密度的射孔液使液柱压力大于地层压力负压射孔：用低密度射孔业或掏空液柱使井筒或者管柱压力小于地层压力复合射孔定向射孔水平井射孔…...射孔新工艺应当根据油藏和流体性质、地层伤害情况、套管程序和油田生产条件，选择恰当的射孔工艺射孔工艺电缆传输射孔工艺（WireLinePerforating)电缆传输正压射孔工艺在油井压井后，装好井口防喷设备，用电缆下入射孔枪，通过在电缆上的校深仪器（CCL或者CCL/GR）测量出定位对比曲线，调整射孔枪深度对准射孔层位，在正压差下对油气层层位射孔，然后取出射孔枪，下油管并装好井口，进行替喷以使油气井投产。电缆传输负压射孔工艺这种工艺基本上与电缆正压射孔相同，只是将井筒掏空或者降低井筒的液体比重，在负压差下对油气层射孔，这种方法主要用于中、低渗油藏。该工艺具有负压清洗孔眼的优点，但对于油气层厚的井需要多次下射孔枪射孔，不能保持必要的负压。采用该工艺射孔，在井口必须安装高压防喷设备才能施工。射孔工艺二、射孔工艺及其优选优点：射孔定位快捷、准确；电雷管引爆可靠性强；作业简便快捷，一次下井可进行多层射孔。缺点：一般情况是正压射孔，容易对地层造成污染，影响产能；对地层压力掌握不准时，射孔后容易产生井喷；受电缆输送能力或者防喷管长度的限制，下枪的长度有限；容易受外界因素干扰或错误操作而发生爆炸。射孔工艺射孔工艺二、射孔工艺及其优选油管传输射孔工艺是利用油管（钻杆）连接射孔枪下到油层部位射孔，管下部连接有封隔器、带孔管和引爆系统，油管内只有部分液柱形成射孔负压。通过地面投棒引爆、压力引爆、压差式引爆或电缆湿式接头引爆等多种方式使射孔弹引爆一次全部射完油气层。油管传输射孔（TCP）射孔工艺射孔工艺二、射孔工艺及其优选油管输送射孔的优缺点：优点：可与DST进行联作；输送能力强，一次下井可射孔数百米；能根据油气层岩性特点，设计负压值；射孔后可释放射孔枪；能在大斜度井和水平井中进行作业。缺点：返工时间长，对火工器材要求耐温高。射孔工艺射孔工艺二、射孔工艺及其优选过油管射孔器可以用电缆输送，也可以用连续油管输送电缆过油管射孔是在下完生产管柱，安装好井口采油树及生产系统，封隔器后，在井口采油树上安装防喷管和电缆密封装置，用电缆从油管内入射孔枪对油层进行射孔。过油管射孔的定位同电缆射孔一样，以射孔段顶部的套管短节作为射孔校深点，完井管柱的底端必须在射孔段顶部套管上方，根据不同的井况采用不同的射孔器。过油管射孔由于受完井油管内径和井下工具尺寸的限制，只能用小直径射孔枪和小药量的射孔弹或则无枪身射孔器射孔，为了满足孔径和穿深的要求，往往使用无枪身射孔器。连续油管传输可用于大斜度井和水平井，校深方法可使用内存式GR仪器来进行深度校正。射孔工艺过油管传输射孔射孔工艺二、射孔工艺及其优选过油管射孔优缺点优点：能形成负压或平衡压力射孔，对油气层损害小；射孔作业安全，适用于高压油气井；射孔后能马上进行生产。缺点：射孔枪和射孔弹尺寸受油管内径限制，穿深度浅，对油气井产量有一定影响；射孔枪与套管之间间隙大，影响射孔孔径和穿深；每次下井射孔枪长度受防喷管长度限制；无枪身射孔弹夹射孔后容易变形，对起出电缆有一定影响。电缆输送使用电雷管起爆，连续油管输送采用压力点火头起爆（即撞击引爆）。射孔工艺二、射孔工艺及其优选工艺优选考虑因素二、射孔工艺及其优选1）地层性质射孔方案设计时要考虑的地层性质，主要包括岩性（砂岩、石灰岩、白云岩）、深度、孔隙流体（气、油、水）和压力。如果要预测射孔弹所产生的穿透深度，则必须首先掌握地层的声速、体积密度和抗压强度。其它需要收集的信息包括：地层是否有裂缝存在；是否含有泥质条带；是否是重复完井的地层；在邻近井中是否有相同的完井地层；如果有，地层的性质怎样；完井的对象是什么；井的状态如何；所用的射孔设备和技术怎样；效果如何等。这些关于地层的信息有助于选择射孔枪、射孔弹和压力设备。2）井的状态地层性质和完井类型决定着射孔过程中孔眼的几何因素，而井的状态通常决定着射孔枪的尺寸和类型。在射孔中必须考虑的井眼的状态包括井眼管材的条件、尺寸、规格、管道中的障碍物、井眼的倾斜、固井质量和流体类型等。工艺优选的原则二、射孔工艺及其优选（1）对井斜不超过20°、地层压力较低、无负压射孔要求、井身规则无变形、无油帽、原油粘度低、清水或压井液粘度低、射孔段小的井，可选用电缆输送射孔工艺；对井斜不超过20°、地层压力高、无负压射孔要求、井身规则无变形、无油帽、原油粘度低、清水或压井液粘度低的井，可选用电缆输送密闭式射孔工艺；（2）对井斜大于20°、地层压力高或不清楚、原油粘度较高、需进行负压或超正压射孔的井，应选用油管输送射孔工艺；在井斜不大于35°时，可选用机械投棒起爆方式的起爆装置；当井斜大于35°时，应选择压力起爆方式的起爆装置；（3）当井内有泥浆、稠油时，应选择密闭式起爆装置加开孔器的组合管柱进行油管输送射孔；（4）当井内有油管，因某些原因不宜起出而又需要射孔时，可选择电缆输送张开式过油管射孔工艺或电缆输送无枪身过油管射孔工艺；（5）在井内射孔段以上套管有变形，但变形处最小直径大于80mm时，可选择电缆输送张开式过油管射孔工艺。汇报提纲四、射孔参数优化方法一、射孔优化设计问题二、射孔工艺及其优选三、射孔液及其优选五、射孔优化设计软件实现射孔液三、射孔液及其优选射孔施工过程中采用的工作液称为射孔液，它是完井液中的一种。由于射孔孔眼穿入油层一定深度，有时它的不利影响甚至比钻井液的影响更为严重射孔液对油气层的伤害主要体现在射孔液固相颗粒的伤害、射孔液虑失造成的伤害和射孔液速敏伤害三个方面因此，要保证最佳的射孔效果，就必须研究出适合于油气层及流体特性的优质射孔液1）密度可调节：为在套管枪射孔时有效地控制井喷，射孔液的密度必须适合油气层压力，既不能过大也不能过小，过大易压死油井，过小易发生井喷。2）腐蚀性小：要求射孔液减少对套管的腐蚀，同时也要避免产生不溶物，防止不溶物进入射孔孔道，对产层造成损害。3）高温下性能稳定：采用聚合物配置的射孔液，要求在高温下聚合物不降解而保持性能稳定；对盐水配置的射孔液，要防止随温度的变化而产生结晶。4）无固相：防止堵塞孔道。5）低滤失：减少进入储层的液体，降低对油层的损害。6）成本低、配置方便。射孔液优选原则三、射孔液及其优选射孔液总的要求是保证与油层岩石和流体配伍，优选射孔液要考虑的主要因素是地层的敏感性类型，地层敏感性类型可以根据测井资料求取1）无固相清洁盐水射孔液：由各种盐类及清洁淡水加入适当添加剂配制而成，不适用裂缝地层、渗透率较高且速敏效应严重的油层2）聚合物射孔液：在无固相清洁盐水射孔液的基础上，根据需要添加不同性能的高分子聚合物配制而成，适用于可能产生严重漏失（裂缝）或滤失（高渗透）及射孔压差较大、速敏较严重的油层3）油基射孔液：是以油包水型乳状液或直接采用原油或者柴油加入一定量的添加剂作为射孔液，该体系可以避免油层的水敏作用4）酸基射孔液：由醋酸或稀盐酸加入适合不同要求的添加剂配制而成，酸敏矿物较多的油层要慎用5）乳化液射孔液：采用表面活性剂将水包柴油形成乳状液密度约为0.89g/cm3作为射孔液。耐温高，从射孔开始到投产不再使水基射孔液与油层接触，减少伤害汇报提纲四、射孔参数优化方法一、射孔优化设计问题二、射孔工艺及其优选三、射孔液及其优选五、射孔优化设计软件实现四、射孔参数优化方法射孔参数优化的核心在保证工程安全的前提下，考虑防砂，最大限度地释放地层的能量，使地层通过孔眼向井筒的流动效率最大化wewfirrPPkhqln)(21)(ln)(22srrPPkhqwewfisrrrrqqPRwewelnln12•孔密•孔径•相位角•格式•压差四、射孔参数优化方法射孔参数优化的核心在保证工程安全的前提下，考虑防砂，最大限度地释放地层的能量，使地层通过孔眼向井筒的流动效率最大化•工程安全——套管抗挤毁压力•孔眼深度——穿透污染带深度•孔眼污染——负压差降低孔眼污染•防砂——负压差不能太大确定枪弹组合及射孔参数确定正压/负压以及负压大小产率比和产量预测产能最大化射孔优化设计流程射孔方式及负压设计（考虑出砂）射孔弹穿深/孔径校正套管损害评价产能及表皮系数指标预测产能最大化射孔优化设计方案射孔弹和孔密优化产率比和表皮敏感分析选取多种射孔弹污染深度根据套管尺寸和污染深度计算结果，选择穿深大于污染深度的多个射孔弹作为优化设计的开始。选择多种射孔弹，进行孔深/孔径校正和套管损害评价，在保证工程安全的条件下，确定每种射孔弹可以允许的最大安全孔密。在孔深/孔径校正的基础上，计算每种射孔弹在不同孔密时对应的产率比和表皮系数。根据不同射孔弹在不同孔密情况下的产率比和表皮系数，选择产率比最大的射孔弹作为优化设计的射孔弹，并依据该射孔弹对应的最大安全孔密上限，确定所选射孔弹的最大孔密。根据射孔设计优化选择的射孔弹和孔密，预测射孔后的产率比、产量和表皮系数，综合考虑储集层的孔渗性以及井下设备的承压能力，进负压设计，并依据储层敏感指数优选射孔液，选择射孔方式，形成最终的射孔方案。优化流程四、射孔参数优化方法套管尺寸收集了射孔优化设计所需的后台数据库中343种套管23种枪型37种射孔弹后台数据库技术参数四、射孔参数优化方法优化实施的射孔器材条件优化实施的射孔器材条件市场提供的射孔弹参数分布情况表参数区间值分布情况孔径(mm)8.64-20.078.64-12mm之间23个12.19-20.07mm之间6个孔密(孔/m)16-3916-20孔/m之间14个30-39孔/m之间15个孔深(mm)380-980.4380-700mm之间16个724.9-980.4mm之间13个相位角45°-135°45°9个60°9个90°3个135°8个四、射孔参数优化方法污染深度计算dwwLw1ln2ln}2LBrrArHTr式中：Ld—污染深度，cm；rw—油井半径，cm；B—结构系数（=1.291）；A—0.06476，回归常数；△—钻井液密度与地层压力系数之差；H—井深，m；T—钻井液浸泡时间，h；rL—钻井液失水，ml；k—渗透率（径向），10-3μm2；—孔隙度，%；△P—钻井压差，MPa；—钻井液粘度，mPa.s。2dww1.728kTPLrr四、射孔参数优化方法在射孔优化中考虑套管损害评价，我们采用套管抗挤毁压力系数安全值0.95，计算对井中套管，不同射孔弹所对应的极限孔密，作为孔密的上限约束条件，目的是保证工程的安全。（五）射孔产能优化设计方法研究60°的相位比相同孔密的0°、120°或90°相位角的套管侧向抗挤压强度都高套损评价四、射孔参数优化方法孔