榮學藝 (大慶油田有限責任公司試油試采分公司)

國外新型射孔技術(shù)
——復合水動力射孔

榮學藝 (大慶油田有限責任公司試油試采分公司)

復合水動力射孔技術(shù)是用非爆炸的方式打開油氣層的一種新的射孔方法。射孔器一次下井,可同時完成射孔、沖洗、抽汲和注酸多項作業(yè)。運用該技術(shù)能夠更深穿透近井壓實帶,增大壓實帶的滲透率,并且對套管和水泥環(huán)損害更小,是一種高性價比的完井及油層改造措施。介紹了俄羅斯NEKKO公司的復合水動力射孔技術(shù)的工作原理、技術(shù)特點、適用范圍和應用情況,通過射后效果與聚能射孔的對比分析,證明該射孔工藝具有較強的技術(shù)優(yōu)勢和較好的推廣價值。

復合水動力射孔 割縫 沖洗壓裂 水力連通

1 前言

隨著油田的不斷開發(fā),油水井近井地帶的地層性質(zhì)不斷變化,造成油氣壓力下降和污染堵塞等問題,阻礙了油氣水的流動,導致產(chǎn)量下降。為此,國內(nèi)外各石油服務企業(yè)和研究機構(gòu)不斷研究和發(fā)展新的射孔完井工藝。俄羅斯NEKKO公司于2003年將復合水動力射孔工藝推向技術(shù)服務市場。經(jīng)過幾年的實踐和不斷改進,NEKKO公司已開發(fā)出能適用于多種套管尺寸和多種井況的系列射孔器,具備了很強的服務能力。幾年來,該項工藝技術(shù)在俄羅斯境內(nèi)的多個油田進行了應用,取得了不錯的效果。

2 復合水動力射孔器結(jié)構(gòu)與技術(shù)原理

射孔器主要由兩個圓盤形銑刀、水力噴射嘴和液體循環(huán)孔組成。銑刀在液壓作用下,可在套管上形成割縫。從水力噴射嘴噴出的液體可對射開井段進行沖洗。儀器表面專用的液體循環(huán)孔,用以向地層注入液體,并可作為采液通道,射孔器結(jié)構(gòu)見圖1、圖2。

為完成復合水動力射孔,需配備修井隊,包括配套設備和泵車等加壓設備。用油管將射孔器下至預定位置,并進行深度校正。通過加壓設備向油管內(nèi)加壓1 MPa,射孔器進入工作狀態(tài),銑刀從射孔器內(nèi)推出,貼到套管壁上。帶有射孔器的油管沿射孔井段進行上下往返運動,逐漸提高油管內(nèi)壓,銑刀就會在套管上割出縱向割縫。

與其他相似技術(shù)的區(qū)別在于,油管與射孔器沿射孔井段上下往返運動期間,銑刀的側(cè)表面會對割縫邊緣進行特別的處理,避免割縫閉合,達到高質(zhì)量打開套管的目的。通過射孔器的水力噴射嘴,施加15～30 MPa的高壓,對水泥環(huán)和圍巖進行清洗,在近井地層形成超過0.5 m深的孔洞,孔洞深度要視地層的地質(zhì)特性而定。

圖3 割縫的套管 (外視圖)

該射孔器可根據(jù)需要,按預定角度在套管上進行縱向割縫,精確度較高。在射孔井段上可以割開4條預設角度的縱向割縫。割縫效果見圖3、圖4和圖5。

3 復合水動力射孔器的相關(guān)技術(shù)參數(shù)

相關(guān)技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 復合水動力射孔器主要技術(shù)參數(shù)

4 復合水動力射孔的優(yōu)點

4.1 對套管和水泥環(huán)的破壞作用小

復合水動力射孔不會對套管和水泥環(huán)造成大的沖擊作用,可保持射孔層段上下套管外水泥環(huán)的完整性,避免發(fā)生串槽等情況。這種特性可最大程度地保證井身安全,“外科手術(shù)”般地打開固井質(zhì)量較差的井段和近油水界面地帶地層,可防止過早地進行井下維護作業(yè)。

4.2 對地層進行沖洗作用

利用射孔器上的水力噴射嘴,透過套管上的割縫,在高壓作用下沖洗水泥環(huán)和圍巖,沖洗孔洞深度超過0.5 m,在一定程度上改善近井地層的滲透性。水力沖洗可以對鉆井泥漿污染帶、水泥、瀝青-石蠟沉積物等進行清洗,解除污染,降低表皮系數(shù)。沖洗孔洞的液體可以是工業(yè)水、油、酸液或表面活性劑。除此以外,還可以通過射孔器上部的液體循環(huán)孔進行抽汲作業(yè),或通過水力噴射嘴向地層注入化學藥劑,進行酸化作業(yè),對污染嚴重的地層解堵。

4.3 最大程度打開套管

復合水動力射孔器可在套管上形成縫寬10～12 mm的成對縱向割縫,每1m長度割縫的面積為240 cm2,相當于孔徑為10 mm的305發(fā)聚能射孔彈的打開面積。在射孔層位的割縫數(shù)量可以是2～4條,割縫可向各個方向延展,最大程度地覆蓋產(chǎn)液通道、裂縫和油層排油區(qū)域。一次打開厚度最大為30 m。

4.4 與地層連通性好

在套管上形成成對割縫,并沖洗近井地層,是目前已知的打開地層的最好的射孔方式之一。同時,也為進一步采取增產(chǎn)措施創(chuàng)造了有利條件。

4.5 可在水平井和大斜度井上進行作業(yè)

該射孔器有不同的外徑,適用于水平井、大斜度井和開窗側(cè)鉆井。

4.6 安全進行水力壓裂

壓裂前使用該方法射孔,可建立理想的井與地層之間的水力連通。

◇有效降低擠入支撐劑時地層界面的水力抵抗力;

◇向地層擠入各種粒級的支撐劑時,避免發(fā)生“砂堵”;

◇為擠入大粒級或高濃度支撐劑創(chuàng)造條件;

◇保證高速擠入支撐劑;

◇可在水平井和大斜度井上完成壓裂;

◇可在大修后完成水力壓裂;

◇由于割縫可按預定方向進行取向,保證了水力壓裂的方向性。

5 應用范圍

復合水動力射孔可滿足多種需求,應用于多種井況:大修井、水泥環(huán)受損或固井質(zhì)量差的井、油氣層距底水較近的井、準備進行水力壓裂的井、注水井、側(cè)鉆井和水平井、聚能射孔后補孔井、產(chǎn)量驟減的油井、稠油井、高含石蠟井;擠水泥前的射孔、廢液回注井射孔、氣井射孔。

6 應用實例

復合水動力射孔技術(shù)多應用于準備進行水力壓裂 的 井 。包 括 Т о м с к н е ф т ь、Т Н К- Н и ж н е в а р т о в ск、Л У К О Й Л、 К о г а л ы м н е ф т е г а з、 Л а н г е п а с н е ф т е г а з、П о к а ч е в н е ф т е г а з和 Н о я б р ь с к н е ф т е г а з在內(nèi)的多家油氣公司已進行了250多次復合水動力射孔。在向地層擠入支撐劑時,沒有一次出現(xiàn)“砂堵”,有效率100%。

Т о м с к н е ф т ь公司的油田從 2005 年開始使用這項工藝技術(shù),總的工作量超過120井次。其中,大部分是在注水井的注水層位上進行的,效果持續(xù)時間平均為6個月。該射孔方法高質(zhì)量地打開地層,可以保證井與地層之間形成良好的水力連通,使射孔井的吸收能力提高大約3～4倍 (圖6)。

圖 6 Т о м с к н е ф т ь公司 314 井 U1 層復合水動力射孔效果

7 復合水動力射孔與聚能射孔的比較

兩者相比較,聚能射孔的優(yōu)勢是可用電纜傳輸進行射孔,節(jié)省時間。聚能射孔的缺點是打開面積和滲流面積較小,造成在使用大粒度支撐劑進行水力壓裂時,不能保證以高濃度、高速度擠入支撐劑,以及射孔時,對生產(chǎn)套管產(chǎn)生較大的沖擊力,可能會造成竄槽。

7.1 射孔參數(shù)對比

表2是復合水動力射孔與聚能射孔的主要參數(shù)對比。

表2 復合水動力射孔與聚能射孔參數(shù)對比

7.2 射孔形成的產(chǎn)液通道對比

與聚能射孔相比較而言,復合水動力射孔后油井與地層的水力連通性更好,對水泥環(huán)沒有造成傷害。

7.3 水力壓裂后的效果對比

水力壓裂的效果取決于很多因素,其中之一就是油井與地層的初始水力連通程度。油井與近井地層的初始水力連通越好,水力泵的啟動壓力就越小。

在水力壓裂前進行聚能射孔,有以下的特點:

◇用大孔徑射孔彈在生產(chǎn)套管上射孔,孔徑較大,但穿深有限,與地層的連通性較差;

◇用深穿透射孔彈,可獲得理想的穿深,但孔徑較小;

◇用常規(guī)射孔彈射孔,只適合于小粒度支撐劑和高滲透率儲層。

2006 年 , К о г а л ы м н е ф т е г а з 公 司 分 別 在Т е в л и н о - Р у с с к и н с к о е м е с т о р о ж д е н и е 和В а т ь е г а н с к о ем е с т о р о ж д е н и е油田的 124 口井和 48口井上進行了實驗,跟蹤了油層水力壓裂前射孔對地質(zhì)工藝措施效果的影響指數(shù),監(jiān)測了聚能射孔和復合水動力射孔用于水力壓裂前的應用情況。

Т е в л и н о-Р у с с к и н с к о е м е с т о р о ж д е н и е油 田 壓裂前進行復合水動力射孔的油井,壓裂后產(chǎn)液量和產(chǎn)油量都有提高,單井平均增產(chǎn)12.6 t/d;用聚能射孔后進行壓裂,平均單井增產(chǎn)8.11 t/d,與前者相比,少了近二分之一。用復合水動力射孔后壓裂的效果持續(xù)時間也比聚能射孔的更長。

分析顯示 , 在 В а т ь е г а н с к о ем е с т о р о ж д е н и е油田使用復合水動力射孔后進行水力壓裂,平均單井產(chǎn)量增加20 t/d,用聚能射孔后壓裂,平均單井產(chǎn)量增加10.5 t/d,前者較之后者提高了將近1倍[1]。

[1]Э д у а р д Т о п о р к о в. Н о в а ц и о н н а я т е х н о л о г и я-к о м п л е к с н а яп л а с т и ч е с к а яп е р ф о р а ц и я[J/OL].(2007-06-18)[2010-05-25].http://www.oil-info.ru/content/view/181/51/.

[2]袁小平,孫德海,等.水力噴砂割縫射孔技術(shù)在油田開發(fā)中的應用[J].內(nèi)江科技,2004,3:36.

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.12.009

2010-06-20)