張昌美李航王春雷程豪彭原平周緒國(guó)竇益華

（1.西部鉆探測(cè)井公司，新疆克拉瑪依 834000；2.新疆油田開發(fā)公司，新疆克拉瑪依 834000；3.西安石油大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，陜西西安 710065）

新型復(fù)合增效FHDP102射孔器研發(fā)及在新疆油田適用性研究

張昌美1李航1王春雷1程豪2彭原平1周緒國(guó)1竇益華3

（1.西部鉆探測(cè)井公司，新疆克拉瑪依 834000；2.新疆油田開發(fā)公司，新疆克拉瑪依 834000；3.西安石油大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，陜西西安 710065）

新疆油田儲(chǔ)層條件復(fù)雜，給射孔完井帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，也促進(jìn)了射孔技術(shù)的發(fā)展，提高了采收率，但存在使用盲目和適用性差的問題。本文論述了國(guó)內(nèi)外復(fù)合增效射孔技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、適用性和優(yōu)缺點(diǎn)，據(jù)此研發(fā)了新型復(fù)合增效FHDP102射孔器，其藥柱由彈間和固彈筒外套式復(fù)合藥柱組成，后者有效利用了固彈筒和射孔槍內(nèi)壁的間隙，增加了裝藥量，保證復(fù)合藥柱不受完井液的影響，性能穩(wěn)定，適當(dāng)增大射孔孔徑代替泄壓孔，確保了射孔器整體的密封性能。完成采油井和注水井射孔完井136井次，實(shí)踐表明，較常規(guī)射孔，主力油層采液強(qiáng)度提高1.97%-873.96%，吸水指數(shù)提高16.00%-156.40%，產(chǎn)液和產(chǎn)油強(qiáng)度平均值提高108.8%和12.2%，高滲裂縫發(fā)育型砂巖油藏中采液和采油強(qiáng)度比常規(guī)射孔井分別提高46%、369.7%，增產(chǎn)效果顯著，但對(duì)于超低滲油氣藏，效果不明顯。

復(fù)合增效射孔器；研發(fā)；適用性；研究；新疆油田

新疆油田自上世紀(jì)90年代中期開始開發(fā)和應(yīng)用復(fù)合增效射孔技術(shù)，先后開發(fā)和引進(jìn)了單級(jí)內(nèi)置式、單級(jí)外套式和下掛多級(jí)式復(fù)合增效射孔技術(shù)，該技術(shù)在新疆油田得到廣泛應(yīng)用[1]，至此，復(fù)合增效射孔技術(shù)的開發(fā)及其適用性研究一直是油田關(guān)注的重點(diǎn)，進(jìn)行了大量的對(duì)比分析與研究[2-3]。本文根據(jù)新疆油田的井身結(jié)構(gòu)和各油氣區(qū)的地質(zhì)物性，同有關(guān)廠家合作，研發(fā)了適用于新疆油田的無(wú)泄壓孔FHDP102復(fù)合增效射孔器，在實(shí)際應(yīng)用中取得了比較滿意的應(yīng)用效果。

1 復(fù)合增效射孔器結(jié)構(gòu)分析及工作原理

1.1 增效射孔復(fù)合藥柱工作原理

復(fù)合藥柱（高能藥柱）是將發(fā)射藥或火箭推進(jìn)劑通過技術(shù)手段進(jìn)行鈍化和固化處理而成的一種高能固體藥劑。依據(jù)射孔工藝特點(diǎn)和要求，將其制成適用于單級(jí)內(nèi)置式、單級(jí)外套式（StimGun）和下掛多級(jí)式等多種組合形式的高能藥柱，同多種型號(hào)的常規(guī)射孔器進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，組成不同形式的復(fù)合增效射孔器，用于不同地質(zhì)物性條件下的射孔完井工程[4-6]。

1.2 復(fù)合增效射孔作業(yè)工藝原理

首先，根據(jù)油氣井工程技術(shù)結(jié)合目的層地質(zhì)物性條件，完成復(fù)合增效射孔器選擇和射孔方案設(shè)計(jì)；其次，按照設(shè)計(jì)方案完成井下作業(yè)條件的準(zhǔn)備和復(fù)合增效射孔系統(tǒng)的組裝；再次，采用電纜輸送或油管輸送方式，將復(fù)合增效射孔系統(tǒng)輸送到井下射孔目的層定位；然后，完成井口安裝和方案設(shè)計(jì)要求的井下射孔完井液面的調(diào)整工作；最后，通過電、機(jī)械投棒或井口加壓起爆方式，完成射孔。

2 常規(guī)復(fù)合增效射孔器結(jié)構(gòu)及性能對(duì)比分析

常規(guī)復(fù)合增效射孔器在射孔彈前后都預(yù)置了泄壓孔，采用密封堵片密封，由于其密封質(zhì)量很難保證，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)失敗機(jī)率很高。一般按復(fù)合藥柱的安裝方式和燃燒級(jí)數(shù)可將常規(guī)復(fù)合增效射孔器分為單級(jí)內(nèi)置式、單級(jí)外套式和多級(jí)下掛式三種類型。

2.1 內(nèi)置式單級(jí)復(fù)合增效射孔器

單級(jí)內(nèi)置式復(fù)合射孔器結(jié)構(gòu)如圖1所示，復(fù)合藥柱安裝在射孔彈之間，這種布彈方式優(yōu)點(diǎn)是復(fù)合藥柱不受射孔完井液的影響，保持復(fù)合藥柱性能的相對(duì)穩(wěn)定。但是，受射孔彈間隙的限制，復(fù)合藥柱藥量的提高困難。

2.2 單級(jí)外套式復(fù)合增效射孔器（StimGun）

本世紀(jì)初，美國(guó)多家射孔公司分別開發(fā)了StimGun射孔器，該射孔技術(shù)主要包括三個(gè)部分：一是不同復(fù)合藥量的筒式藥柱與各種射孔器組合而成多種型號(hào)的復(fù)合增效射孔器，結(jié)構(gòu)如圖2所示；二是開發(fā)出了模擬設(shè)計(jì)軟件，可根據(jù)油氣井參數(shù)，通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算出復(fù)合增效射孔器在井下作功時(shí)的P-T曲線，并進(jìn)行產(chǎn)量預(yù)測(cè)，從而優(yōu)化選擇合適的復(fù)合增效射孔器和工藝；三是采用高速井下P-T測(cè)試儀測(cè)量射孔器在井下作功時(shí)的壓力變化曲線，以驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型計(jì)算的準(zhǔn)確性，為模擬設(shè)計(jì)軟件的改進(jìn)提供依據(jù)。模擬設(shè)計(jì)軟件能夠進(jìn)行量化計(jì)算[7-8]，使射孔技術(shù)進(jìn)入了數(shù)值量化設(shè)計(jì)的時(shí)代。

圖1 單級(jí)內(nèi)置式復(fù)合射孔器結(jié)構(gòu)圖

圖2 單級(jí)外套式復(fù)合射孔器

其優(yōu)點(diǎn)是增大了復(fù)合藥柱藥量設(shè)計(jì)空間，保證了其作用機(jī)理的的發(fā)揮。其缺點(diǎn)，一是受井徑的制約，大直徑射孔器的使用受到限制；二是在作業(yè)過程中，與井壁之間相互磨擦，容易脫落；三是復(fù)合藥柱置于完井液中，作業(yè)井深和有效性受到很大的影響。

Fmax代表了群體當(dāng)中的最大適應(yīng)度值，F(xiàn)avg代表了群體當(dāng)中的平均適應(yīng)度值。由上式可知，群體最大適應(yīng)度和平均適應(yīng)度差值越大，Pc和Pm的值相應(yīng)會(huì)越小，而K1和K2在這個(gè)過程代表著自適應(yīng)調(diào)節(jié)力度的大小。通過自適應(yīng)參數(shù)算法的引入，在遺傳過程根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整Pm和Pc，遺傳算法將具有更好的靈活性，收斂速度提高，并且陷入局部最優(yōu)解的可能性降低。

2.3 多級(jí)復(fù)合增效射孔器

多級(jí)復(fù)合增效射孔器是將內(nèi)置式復(fù)合藥柱、二級(jí)和三級(jí)復(fù)合藥柱與射孔器集成在一起，在二級(jí)和三級(jí)復(fù)合藥柱中添加了支撐劑，二級(jí)和三級(jí)復(fù)合藥柱掛接在射孔器的底部，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

射孔器逐級(jí)連續(xù)燃燒，在P-T曲線上反映的高壓作用時(shí)間可持續(xù)70～90毫秒，使裂縫長(zhǎng)度得到進(jìn)一步延伸，藥柱中的支撐劑隨著高溫高壓氣體一起進(jìn)入了地層裂縫中，阻止了地層裂縫的閉合，有效地提高了地層的導(dǎo)流能力。但是，由于復(fù)合藥柱置于射孔完井液中，作業(yè)井深、耐溫性能和有效性受到很大影響。

圖3 多級(jí)復(fù)合射孔器

3 新型復(fù)合增效FHDP102射孔器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

FHDP102新型復(fù)合增效射孔器在結(jié)構(gòu)上采用了一種全新的設(shè)計(jì)方式。復(fù)合藥柱由彈間復(fù)合藥柱和固彈筒外套式復(fù)合藥柱兩部分組成，固彈筒外套式復(fù)合藥柱有效利用了固彈筒和射孔槍內(nèi)壁之間的間隙，增加了復(fù)合藥柱的藥量，保證復(fù)合藥柱不受射孔完井液的影響，保證其性能的穩(wěn)定。具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

射孔槍無(wú)泄壓孔，為了使復(fù)合藥柱所產(chǎn)生的高能氣體瞬間泄入槍外，避免炸槍和漲槍，采用適當(dāng)增大射孔孔徑的措施，同時(shí)確保了射孔器整體的密封性能。配套的SDP44RDX38射孔彈經(jīng)打混凝土靶檢測(cè)，孔深為720mm，孔徑為15.5mm。與同類型射孔彈相比，孔徑增加了4.5mm，泄壓面積增大了近1倍。通過地面模擬射孔試驗(yàn)檢測(cè)，射孔槍徑向形變不大于4.5mm，射孔槍身和套管無(wú)裂縫，達(dá)到了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)技術(shù)條件。

圖4 FHDP102新型復(fù)合射孔器內(nèi)結(jié)構(gòu)圖

4 新型復(fù)合增效FHDP102射孔器適用性研究

在新疆油田各作業(yè)區(qū)，使用FHDP102新型復(fù)合增效射孔器，完成采油井和注水井射孔完井136井次，常規(guī)射孔217井次，對(duì)比層231層。按照相同區(qū)塊和同一地質(zhì)特征的地層以及不同地層控制因素等地質(zhì)條件進(jìn)行分類評(píng)價(jià)方法，分采油井和注水井與常規(guī)射孔應(yīng)用效果進(jìn)行了對(duì)比分析。

4.1 主力油層實(shí)施復(fù)合增效射孔前后采液效率和吸水效果對(duì)比分析

分別對(duì)莫北X區(qū)、彩南探井、陸X區(qū)、三臺(tái)探井、火燒山、滴西X區(qū)不同油田的不同油層實(shí)施復(fù)合增效射孔，將其復(fù)合增效射孔后的射孔厚度、初期日產(chǎn)液量、初期日產(chǎn)油量及采液強(qiáng)度與常規(guī)射孔進(jìn)行比較，復(fù)合增效射孔方式下各采油井采液強(qiáng)度提高幅度1.97%-873.96%，詳細(xì)數(shù)據(jù)如表1所示，增產(chǎn)效果顯著。

表1 各油田區(qū)主力油層組FHDP102射孔與常規(guī)射孔采液強(qiáng)度

新型復(fù)合增效射孔完井方式用于沙南和西泉X區(qū)，與常規(guī)射孔的射孔厚度、油壓及日吸水量相比較，F(xiàn)HDP102射孔吸水指數(shù)較常規(guī)射孔提高了16.0-156.4%，注水量明顯增加，詳見表2。

表2 沙南和西泉X區(qū)FHDP102射孔與常規(guī)射孔注水效果對(duì)比表

表3 陸X井區(qū)頭屯河組新型復(fù)合增效射孔與常規(guī)射孔單井生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比表

通過對(duì)兩種射孔方式下陸X井區(qū)頭屯河同井組開發(fā)井單井生產(chǎn)數(shù)據(jù)，見表3。對(duì)比分析得出：復(fù)合增效射孔井比常規(guī)射孔井砂層厚度小20.5%的前提下，復(fù)合增效射孔井平均單井產(chǎn)液強(qiáng)度提高了108.8%，平均單井產(chǎn)油強(qiáng)度提高了12.2%。

4.2 FHDP102在中高滲裂縫發(fā)育型砂巖油藏中的應(yīng)用

火燒山油田H含油層系位于二疊系平地泉組中下部，孔隙度、有效滲透率分別為28.7%、139.210-3m2，儲(chǔ)層中以中、細(xì)砂巖含油性最好，其次為粉砂巖。儲(chǔ)層內(nèi)裂縫發(fā)育，以高角度（大于80°）直劈縫為主，裂縫的發(fā)育與巖性有關(guān)[5]。

HX井H1/4層位采用新型復(fù)合增效射孔技術(shù)完井5井次，投產(chǎn)后自噴效果數(shù)據(jù)見表4。由表4可知，單井日產(chǎn)液11.4m3/d、日產(chǎn)油11.4t/d，采液強(qiáng)度1.583m3/d·m、采油強(qiáng)度1.583t/d·m，在油層厚度較小的情況下，采液強(qiáng)度、采油強(qiáng)度比常規(guī)射孔井分別提高了46%、369.7%。

表4 HX井復(fù)合增效射孔試油自噴效果數(shù)據(jù)表

3-6 HX井區(qū)采用不同射孔完井方式投產(chǎn)，其生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)如表5所示，采用常規(guī)射孔完井，產(chǎn)液強(qiáng)度最高1.457m3/d·m，最低0.521m3/d·m，產(chǎn)油強(qiáng)度最高0.554t/d·m，最低0.106t/d·m，平均產(chǎn)液、產(chǎn)油強(qiáng)度1.084m3/d·m和0.337t/d·m。采用FHDP102復(fù)合增效射孔，其產(chǎn)液和產(chǎn)油強(qiáng)度均為1.583m3/d·m和1.583t/d· m，較常規(guī)射孔完井平均值分別提高了46.0%和369.7%。由此表明，F(xiàn)HDP102復(fù)合增效射孔穿深較長(zhǎng)，射孔后產(chǎn)生的均勻網(wǎng)狀裂縫能有效溝通油層與裂縫的滲流通道，增產(chǎn)效果顯著。

表5 HX井區(qū)采用不同射孔完井方式動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)比表

4 結(jié)論及建議

FHDP102新型復(fù)合增效射孔器，采用增大射孔孔徑方式代替泄壓孔，避免了射孔槍身強(qiáng)度削弱，確保了復(fù)合藥柱不受射孔完井液的影響，保證其性能的穩(wěn)定，提高了射孔器本體的安全性能。將FHDP102新型復(fù)合增效射孔器用于新疆油田射孔完井作業(yè)，并與常規(guī)射孔進(jìn)行對(duì)比分析，得到如下結(jié)論：

（1）FHDP102新型復(fù)合增效射孔可降低注水壓力，降低對(duì)地層壓力系統(tǒng)的破壞和對(duì)井筒注水設(shè)施的損害。（2）地層吸水指數(shù)提高16.0～156.4%，吸水效果大幅度增加，有效增大了地層的注水輻射面積，提高注水驅(qū)替效果。（3）在一般中低滲儲(chǔ)層，使用復(fù)合增效射孔增加了井筒與地層之間的滲流能力，提高產(chǎn)液強(qiáng)度提高達(dá)108.8%，產(chǎn)油強(qiáng)度提高12.2%。（4）裂縫發(fā)育型中孔中滲儲(chǔ)層采用復(fù)合增效射孔后，其采液強(qiáng)度、產(chǎn)油強(qiáng)度分別提高了46.8%和369.7%，說明近井地帶裂縫之間的溝通效果顯著。

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張昌美，男，工程師，西部鉆探測(cè)井公司副經(jīng)理，長(zhǎng)期從事測(cè)井、射孔方面的技術(shù)和管理工作。

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1003-5168(2014)04-0102-03