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1、,超正压射孔工艺技术,四川石油管理局测井公司 2006年,提 纲,一.简述 二.国外技术现状 三.问题的由来 四.工作原理 五.作业方法 六.施工设计 七.施工效果评价 八.主要特点,射孔作为最主要的完井手段在石油工业中起作重要作用。射孔器的研制已进入了成熟期，但随着发现大型优质油气田可能性的减小，以及投入开发的油气田逐步衰竭，而对石油需求又不断增加，迫使人们研究新工艺、新技术，目前，超正压射孔工艺技术(EOP)已向传统的负压射孔挑战，且已展现出降低开发费用，提高采收率的美好前景。,一、简 述,一、简 述,超正压射孔是当今射孔完井技术的新突破。它不同于早期的正压射孔，不是在泥浆压井状况下射孔从
2、而造成对地层的严重污染，而是在使用酸液、压裂液及其它保护液射孔的同时给地层施加超过地层破裂压力的压力，并维持一段时间，不仅克服了聚能射孔所带来的压实污染，且在加大延伸裂缝的同时还与压裂酸化联作，解决了造缝，解堵、诱喷，防止出砂等一系列问题，大大改善了初始完井效果。 现已在四川、江汉、延长、青海等油田施工百余井次，作业成功率100%。其中在四川天东72井、天东93井、天东5-1井和罗家7井等获得了较高的产量，增产效果明显。,1990年6月，Oxyx能源公司的科技人员发明了超正压射孔法，其研究的最初目的是提高初次完井效率，以便能早投产、早销售。该公司采用这一新技术施工的60多口井取得的巨大成功有力
3、的证明了它的优越性。目前该公司已基本完成了该技术及相关的设计和分析软件，每年施工近200口井。,二、国外技术现状,Marathon公司早在1993年初开始采用超正压增产技术，最初是在公司内部对套管和油管空全部充满带压液体和少量氮气的井进行电缆或油管传送射孔，这种处理方法非常成功，并很快地开展了常规超正压TCP技术，随之超正压射孔技术得到发展。Marathon公司在1995年20%的井上实施了超正压射孔，并预期在1997年使其超正压作业率提高到35%。Marathon用Exce15.0研制了静态正压设计程序，采用了氮气和注入流体的函数方程来计算整个系统压力，氮气的膨胀和高速摩阻的计算程序正在合并
4、到Marathon的GOPHER三维压裂模型中，它可更好地了解已压开裂缝平面的数目，从这里可以看出该技术的成功性。总之，在国外超正压射孔作业在不断增加，至今已经超过1000口超正压射孔作业井，大多数井集中在北美。,对于当今大多数的油井而言，决定其命运的关键时刻(该井能否产油)是靠负压射孔来揭示的。当射孔枪点火发射时，井筒内的压力是低于地层的压力的，这一压力差的存在有助于清洁射孔孔眼，在这个压差的作用下，地层中的流体挤向射孔孔眼、冲刷掉了包在破碎岩石表面的射孔弹的金属碎屑以及被射流带到孔眼里面的砂子和泥岩碎屑，如果这种压力差足够大，地层流体向射孔孔眼中流动将会带走足够多的金属碎屑，从而打开一个地
5、层流体向井筒内流动的贯通良好的自然通道。,三、问题的由来,负压射孔适用于大范围的各种岩性和油藏条件。然而当油藏压力，渗透率和岩石强度减少时，负压射孔的适用性就减少了。该技术的关键诀窍是获得足够的负压力以便产生足够的流体速度来冲刷孔道，但同时又不能太大，以免使射孔孔眼坍塌或是把砂子也压进井筒里。以往的理论研究和应用研究都把重点放在针对各种油藏条件(压力、渗透率和岩石强度)确定最优的负压差。由于有很好的理论支持和很有利的作业效果，负压射孔直到几年以前还占有统治地位。,超正压射孔的先驱者们Oryx公司的John Dess和Pat Handrer，在80年代后期当负压射孔在西德克萨斯州的油田中没能产生
6、好的结果时，开始研究正压射孔。Oryx公司的人员发现了其它人有时也观察到的问题：同样是正确地应用负压射孔，在几乎同样的油藏条件和作业条件下却有不同的效果。如果油藏压力小或都已经衰竭，那么负压差可能就不足以清洁射孔孔眼。同样地，渗透率如果小，地层液体也许流动得不够快以至不能清洁射孔孔眼。而且，如果岩石强度小，能有效清洁射孔孔眼的负压差也许就会超过岩石的破裂极限从而使地层坍塌。这就需要进一步的疏通以便保护油井。,根据奥里克斯能源公司的研究表明，在其采用负压射孔完井研究显示结果非常不一致，通过几口井的压力恢复解释可以看出其表皮系数小的-1.0，高的可达+50，平均效率不到25%，也就是4口井中不到一
7、口井有效果。因此奥里克斯能源公司在1990年开始了对负压射孔达不到预期效果进行研究，研究结果表明采用超正压射孔作业和多种增产措施配套使用能解决负压射孔不能取得预期效果的问题，大大改善了初始完井效果。如今奥里克斯能源公司采用超正压射孔的16口井中有14口井的表皮系为负值，平均表皮系数为-2.0，因而超正压射孔技术获得了成功。美国奥里克斯(Oryx)能源公司应用超高压射孔技术使油井获得了比油管传输负压射孔更好的性能，向作为目前石油工业常规标准的负压射孔技术提出挑战。,经研究表明，该技术里有两大优点： 能增大延长地层裂缝的形成(裂缝一般可延长到45米)，改善流动通道，提高产井产能。 可与地层酸化，树
8、脂充填等作业同时进行，对增加油气产量，防止地层出砂方面效果更加明显。,射孔时射流产生一个约3万MPa的压力，该压力大大超过所在岩石的应力和强度，结果形成孔眼和孔道，射流穿透岩石时在射孔遂道壁上产生一个很高的聚应力，该应力释放时对孔道壁产生压力并形成裂缝。超正压射孔是在形成裂缝的同时立即施加一个压力到射孔时产生的裂缝上，此裂缝会增大延长，这将在地层与井筒间提供一个更有效的流动通道。,四、工作原理,射孔时形成的裂缝不稳定，在负压条件下射孔形成的裂缝会很快闭合，结果导致射孔孔道部分或全部坍塌。虽然射孔后进行增产措施形成的高速流体在渗入地层时能刻蚀裂缝面，但效果不甚理想，而超正压射孔是利用氮气加压，随
9、着射孔枪的发射，射孔枪上部的液体在上部气体的快速膨胀作用下高速挤进射孔孔眼，由于液体几乎是不可压缩的，它就像楔子一样激发裂缝，使液体对地层产生冲刷并使得裂缝的张开维持一段时间，在大多数EOP作业中，这个冲刷被定时到气体到达射孔孔眼时停止，因为气体很快就会渗透到地层中。,超正压射孔裂缝,普通水力压裂裂缝,五、作业方法,加压方法采用氮气、液柱或氮气与液柱相结合的方法获得地层破裂压力。 可与酸化、树脂或砂充填等作业同时进行，对增加油气产量，防止地层出砂方面效果更加明显，提高射孔效率，减少额外的增产措施。,大多数EOP作业都以同样的程序进行。首先，将射孔枪下到目标深度，接着在射孔枪的上部注入少量的液体
10、(可以是盐水、原油、压裂液、酸或者含有支撑的液体根据井的情况选择)，在这些液体上部的全部或大部分井筒空间中注入压缩气体，通常是氮气之后给气体加压力，使它就象被压缩的弹簧一样，有些时候还在这个气体柱上面再注入液体以进一步增加压力，由于被压缩气体其表面张力很大，这样在小直径的油管中就形成了一个液气界面从而阻止液体驱赶气体。因为施工的井口压力高，通常选取在高压状态下容易操作的油管输送射孔代替电缆输送射孔。,具体操作方法,随着射孔枪的引爆，射孔枪上部的液体在上部气体的快速膨胀作用下以很高的速度挤入射孔孔眼，由于液体几乎是不可压缩的它就像楔子一样激发裂缝，从而使井筒的有效直径增加，液体的侵蚀作用和它所携
11、带的支撑剂将对地层产生冲刷、造成稳定的流体流动通道。在大多数EOP作业中，这个冲刷作用被定时到气体到达射孔孔眼时就停止，因为气体将会很快地渗透进地层中。有些操作者在对井筒空间大的井作业时，在气体进入地层后继续加压，气体就像研磨剂一样冲蚀射孔孔眼。不论是在气体一到达射孔孔眼就停止加压的情况下还是在继续加压的情况下，压力越大，气体体积越大(弹簧越大)，所造成的裂缝也就越大。,在EOP作业时，在射孔孔眼处产生的压力必须足够大，以便克服下达两个障碍： 超过当地的岩石的最小破裂应力； 压碎孔眼中存在的非渗透性的残留物。这些残留物常常是导致传统的压裂射孔孔眼和洗井作业失败的原因。,设计操作压力的主要约束条
12、件 临近井地层的破裂压力 封隔器、油管和套管的许用压差值 射孔器系统的许用抗压值 井口装置和地面设备的压力等级,六、施工设计,设计压力越高越好，但通常受管材、井口等因素限制。 用气量大于50000CF(1400m3)增加传递到岩石的能量。 随气泵入液体到地层，目的是利用压缩气体的能量，持续大能量施加到岩石上。 使用60、90、120射孔枪，以保证射孔孔道与最佳裂缝面(PEP)对准。 射孔孔径和相位比穿深相对更重要。,施工经验数据,适合于中深井的酸液+氮气混注管柱,张6井,典型施工管柱,天东93井,适用于深井的纯酸液（丢枪）管柱,地层破裂压力P地层=(71MPa),施工计算方法（以张6井为例）
13、预设起爆压力P爆=19*3.67*.94 =66MPa 射孔段酸液柱压力P酸下 =1655*1.09*10-3*9.8 =17.7MPa 氮气柱压力PN2=0.25*1150*9.8*10-3 =2.8MPa (当压力为25Mpa,温度80oC时, 氮气密度约为0.25g/cm3) 起爆时氮气所受压力=P爆-P酸下-PN2 =66-17.7-2.8 =45MPa 起爆时氮气柱高度HN2=1150*25/45 =638m 井口段酸液柱高度H酸上=1150-638 =512m 井口段酸液柱压力P酸上=512*1.09*10-3*9.8 =5.4MPa 起爆时井口加压P井口=46-5.4=41MPa
14、,主要施工步骤（以天东93井为例）,（1）施工准备：通井、洗井、试压。装配射孔枪。 （2）下射孔管串，定位短节以下油管及工具要求丈量准确。 （3）电测定位。 （4）调整入井管串深度，安装井口、连接地面管线。 （5）正低替酸液，计量16.73(油管容积)酸液。 （6）用酸液继续加压,大排量加压,启动封隔器。 （7）用酸液继续加压，约70起爆(加套管平衡压力)。 （8）起爆后出现压降，提高排量挤酸。 （9）以下参照压裂酸化正常步骤进行施工。 （10）投球憋压丢枪。,天东93井超正压射孔施工曲线,起爆,利用五百梯构造长兴组、石炭系地层的天东93井、天东88井和天东72邻近井的测井资料进行处理，得到各
15、井的储层参数，并对各参数做归一化处理，获得测井预报产能。 下表给出了超正压射孔井与常规射孔后酸化井实际产能的对比，以及单井实际产能与预报产能的对比。,七、施工效果评价,超正压射孔在五百梯构造石炭系、长兴组产能分析,天东72井、天东88井超正压射孔后产能与测井预报的结果很接近，达到了最大限度的发掘储层产能的目的；天东93井超正压射孔产能远大于测井预报结果，说明超正压射孔后可能沟通了离井壁较远处的裂缝和细微孔洞，增加了储层产能，这与超正压射孔的造缝机理相符。,不仅在常规井中作业，还在高硫化氢井中作业。 有加压和井口释放投棒两种起爆方式。 有N2加压，N酸（压裂液），液柱酸（压裂液）三种加压方法。
16、不仅有可取式管柱，还有永久式完井丢枪管柱。 与大型酸化联作以外，还与加砂压裂联作。有两种压裂方式，一种是超正压射孔的同时进行加砂压裂，一种是自带携砂器。 能与大型酸化、测试三项工艺联合作业。 有专门对老井进行超正压施工的起爆开孔装置。,八、主要特点,降低作业压力，减少作业成本，提高了作业的安全性。 使经营者在地层伤害风险最小的情况下，迅速评价新旧储层。 提高有生产潜力的增产措施效率，以获得较好的经济效益。 提高射孔完井效率，减小额外的增产措施。 缩短油气产品的上市时间，加速资金周转。 增强了针对生产储层设计有效增产措施的能力，避免了盲目性。,优势,谢谢大家！,四川石油管理局测井公司 HTTP: /WWW.SLCCNPC.COM 电话:023-67352033 地址：重庆市江北区大庆村400号 邮编：400021,
