国外超正压射孔技术的发展（论文） .pdf

王献波 国外超正压射孔技术的发展 1 7 国外超正压射孔技术的发展 摘要在射孔过程中或射孔后应用足以 使地层产生破裂的超正压技术 目前超正压 作业主要集中在北美 主要作业公司有a r c o m a r a t h o n 哈里伯顿等 在应用 理论 研究方面取得较大的发展 从超正压射孔技 术的提出 机理 发展状况 应用以及经济 效益等方面介绍了国外超正压射孔技术的发 展情况 主题词超正压射孔射孔效率破裂 应用 一 超正压射孔的提出 自1 9 7 0 年开始采用油管输送式射孔以来 由 于负压射孔借助于储层力 解决了大部分井射孔完 井效率不高的问题 一般认为负压射孔是石油工业 标准的射孑l 方法 但对于负压射孔的效率和效益问 题 人们始终在关注着并进行了一些专门的研究 o r y x 能源公司的研究发现 应用负压射孔获得的 作业效果很不一致 对几口井的压力恢复分析显示 井的表皮系数变化范围为一0 1 5 0 这说明射孔 的效率变化范围高至1 2 0 低到5 平均效率 低于2 5 o r y x 公司的研究人员在1 9 9 0 年开始对 超正压射孔进行研究 主要目的是改善o r y x 公司 井的初始完井效率 从而获得较高的利润 他们对 5 0 多口井进行了超正压射孔和冲洗增产处理 对 其中1 6 口井进行了井底压力恢复分析 发现8 8 的井都为负表皮 完井表皮系数的平均值为一2 0 这说明超正压增产方法获得了巨大的成功 研究人 员认为新的超正压射孔增产方法将使射孔工业出现 一个转折 二 超正压射孔的机理 超高压射孔法将射孔与压裂 及酸化 处理 相结合 可以使用现行的任何一种射孑l 器给地层射 孑l 由于大部分爆炸碎屑残留在枪身内 所以最好 采用空心钢管枪身 在射孔之前 井筒高压流体的压力已作用在井 编译 王献波 大庆试油试采分公司研究所 审校 胡淑娟 大庆油田有限责任公司设计院 筒上 产生了至少高达地层破裂压力的井底压力 典型的压力梯度为1 1 1 3 1 b i n 2 f t 2 4 8 8 1 0 2 9 4 1x1 0 2 m p a m 比较理想的是 最 小压力梯度应提供超过相应的全部主要地下岩石应 力的破裂压力 通常大约为1 4 1 b i n 2 f t 3 1 6 7 1 0 也m p a m 压力借助液体 气体或液气混合物而传播 在 液柱的上部还有一个气柱 用于为了达到所需要的 压力梯度提供附加的储能压力 射孔时 被压缩气 体的势能转化为动能 作用于地层 使井下泵速达 到单靠井口压力通常无法获得的高速度 当流体的高泵排量超过了孔眼的容流能力时 孔眼疏通 再泵人附加的气体或液体使孔眼疏通情 况更加良好 在有些情况下 在孔眼疏通过程中还 带出了小型 表皮压裂 从这些附加的泵人作业 中 还可以获得关于产能预测和确定是否采取进一 步压裂 及酸化 措施的有用资料 最后被泵入 储层的流体还有助于提高储层产出流体 油或气 的相对相渗透率 这种超高压射孔法也可应用于已有t l i t i 是的井作 孔眼疏通 它要求在油管内或封隔器上端装置某种 类型的易卸盘或一次性桥塞 o r y x 发现这种超高 压射孔法 及超高压冲洗法 是用于压裂 及酸 化 之前的一种极好的孔眼疏通方法 三 超正压射孔的技术现状 1 超正压射孔的发展历程 到目前为止 国外已有许多国家和公司进行了 超高压作业 并不断改进此项技术 1 高能量快速过压射孔孔道扩展技术 r o p e a r c o 公司使用的技术被称为快速过压射孔孔 道扩展技术 r o p e 称为高能量r o p e 该技术 改进了以前的超高压方法 它在作业中不使用一部 分液柱 而使用1 0 0 的氮气 从而增大流体速度 和冲洗能量 这些高能量 连同增大的氮气体积 很大程度上减小了近井筒的压力损失 孔道中高压 氮气的膨胀增大了沿裂缝面的侵蚀速度 使压力损 万方数据 1 8 国外油田工程第2 0 卷第6 期 2 0 0 4 6 失减小 通过计算 预测如果使用1 0 0 的氮气 初始速度要比使用常规3 3 氮气增加一个数量级 初始能量将增长四个数量级 2 带有t c p 支撑剂携带器的超正压射孔 系统 m a r a t h o n 公司在1 9 9 3 年初开始使用超高压增 产技术 公司的工程人员发现进入宽度较小裂缝的 大注入量 因颗粒对裂缝面的侵蚀作用可以提高近 井筒地层的传导率 他们相信含有支撑剂或具有侵 蚀性颗粒的高能量液流能增强对地层的腐蚀或支撑 作用 注人一根或两根油管体积氮气的同时 立刻 泵人2 0 0 0 1 b 的砂子 表皮系数能从平均一0 5 减少 到一2 5 另外 工程人员还认为如果在冲洗液中 加入支撑剂 能最大程度发挥支撑剂的优势 因此 工程人员研制开发了t c p 支撑剂携带器系统 带有支撑剂携带器的油管输送式射孔系统在引 爆时释放支撑剂和其他颗粒 将这些物质注入生产 层段 在过压压力值和注入量都为最大时 通过对 地层的侵蚀和支撑作用提高近井筒的导流能力 该 系统与超正压射孔技术联合应用 在各种不同类型 的应用中都获得了很大的成功 这些应用包括提高 井底压力低的 高渗透率 地层的流体流人性能 提高由于泥浆和水泥浆滤液侵入造成的近井筒损害 地层以及存在下伏水地层的流体流人性能等等 2 对超正压射孔的理论研究 目前在国外超正压已有上千口井的成功实践 而且理论方面的研究也较多 路易斯安那西南大学 的a g h a l a m b o r 和哈里伯顿公司的m a s a d i 等人以 有限元法为基础推导出的数学模型 可以模拟超正 压射孔技术的过程和以后的影响 斯伦贝谢公司的 lp e d o e a n 等人开发了对超正压射孔的裂缝延伸进 行模拟的模型 该模型使用了有关的线性弹性破裂 机理和拟静态近似值 考虑了地层应力状态和通过 裂缝壁的渗漏损失 油管中气体和液体摩擦产生的 损失以及井中液柱的重量等等 此模型可以解决均 质地层上相等长度的多裂缝延伸情况 裂缝中的压 裂液为紊流或层流时的情况 把模型预测的结果与 现场结果进行了比较 该模型取得与现场测量非常 一致的结果 通过敏感分析确定了一些参数 如地 层应力 井口压力 气体体积 地层渗透率以及裂 缝数对裂缝延伸的作用 这些都是超正压作业能否 成功的一些关键参数 通过此模型了解这些参数的 影响 对今后超正压作业的发展大有益处 3 超正压射孔系统已成系列化 超正压射孔技术已形成一系列包括p e r f s t i m p o w e rp e r f 以及p e r f c o n 在内的配套齐全的工艺 技术 p e r f s t i m 系统在射孔枪上部设置一段小体积的 无损害性的液体 一般不多于9 1 4 m 液柱 然后 用氮气进行加压 如果需要 可在氮气柱上部再加 一段液体 产生一个超正压条件 当射孔枪点火 时 压力驱动流体尖峰以9 0 0 m s 的速度 每分钟 2 2 m 3 s 的量进入射孔孔道 压实带被清除 产生 小裂缝 提高了初始产量和处理结果 p o w e rp e r f 系统把过压射孔的优点与机械 冲刷射孔孔道的优点结合在一起 使用一个携带铝 土矿冲刷制剂的工具 该工具装有穿孑l 弹 与射孔 枪同时点火 把冲刷制剂释放到液流中 当制剂以 高速度和高流量携带进入射孔孔道和地层时 产生 冲刷作用 p e f f c o n 系统利用超正压技术进行射孔的同时 注入固砂树脂 树脂被驱动进入射孔孔道周围的地 层 然后泵人使树脂变成塑性的催化剂 使砂子固 结 保持能够进行生产的渗透率 p e r f c o n 服务已 经证明其在控制已有射孔孔道产砂问题方面非常 有效 四 超正压射孔的应用 1 预压裂评价 超正压射孔方法可以很好地替代在射孔后 进 行压裂处理前的水力疏通 破裂的联合作业 在加 拿大 t c p 支撑剂携带器系统至少有2 0 次应用是 作为预水力压裂评价技术 在很多致密地层的作业 中 负压射孔由于钻井泥浆和水泥浆滤液侵入地层 造成的损害 无法产生足够的地层流体流入 以致 于不能对大型的压裂增产方法进行适当的设计 而 超正压射孔技术产生的裂缝能成功地通过损害区 为地层流体流人提供一个通道 另外超正压射孔方 法作为预压裂评价技术还可大大降低压裂时的破裂 压力 如果效果达到最好 可以提高地层流体的产 出率 改变或取消进一步的增产处理 这说明超高 压射孔方法除了可以提高产量以外 还可以节约费 用 2 在存在损害地层中的应用 由于钻井引起表皮损害 在初始完井时要对这 些损害进行处理 提高近井筒地层的导流能力时 使用正压射孔和冲洗是最好的方法 例如 在加拿 万方数据 王献波 国外超正压射孔技术的发展 1 9 大阿尔伯塔省西北部的b e l l o y 砂岩井 该井钻于 1 9 9 4 年6 月 产量从1 0 5 b b l d 下降到4 5 b b l d 并 且在不断下降 对该井进行压力恢复分析显示表皮 系数为 3 3 0 油的相对渗透率为3 1 4 9 m d 没有产量增加的迹象 服务公司应用t c p 支撑剂 携带器系统进行了超正压射孔补孔作业 产量从 3 0 b b l d 增加到1 5 0 b b l d 接着进行分析 发现它 的表皮系数为负值 该井周围三口邻井的渗透率比 它高2 3 倍 油层厚度是其2 倍 但产量与用 t c p 支撑剂携带器系统重新增产处理后的产量相 似 3 在附近有水或气的地层上的应用 在附近有底水或上覆气而不可能进行压裂处理 的井上应用 这种作业在加拿大进行了多次试验 均获得成功 油井8 5 的时间都产出了预想的油 气 不含或含少量邻层水 五 超正压射孔的经济效益 超正压射孔的经济效益尚未确定 与常规完井 进行逐项的对比非常困难 用e o p 与单独的负压 射孔进行对比 还是用e o p 与射孔和水力压裂联 合作业进行对比 后者可能更为合理一些 在实际 情况下 e o p 不能完全替代水力压裂 例如m a r a t h o n 公司要对三分之一进行e o p 作业的井进行压 裂作业 m a r a t h o n 发现e o p 作业的时间平均要增 加一天 但能提前1 3 天开始生产 一些作业人员把e o p 作为可以节省水力压裂 费用的方法来使用 因为e o p 可以最大程度减小 近井筒弯曲 由此减少了水力压裂的费用 另外 e o p 还可以作为一种能获得早期高流量低成本的 方法 e o p 最大的优点是它可以放入更多的砂子 防止在下面的压裂作业中出现近井筒脱砂 e o p 的费用也有很大不同 这要由是否能获 得压缩氮气来决定 如果氮气比较容易得到 油套 管能承受e o p 压力 那么使用t c p 枪一般的完井 作业 e o p 的费用只稍稍高于小型的水力压裂 如果氮气不太容易得到 e o p 的费用要比常规完 井高两倍 由于e o p 井初期产量较高 所以能较 快地收回投资 六 结论 超正压射孔是一种可以在射孔过程中或射孔后 使用的完井技术 但它不能完全代替负压射孔 当 油藏压力足够高 作业没有什么特殊限制时 应当 使用负压射孔 超正压射孔是负压射孔的一种补充 措施 该技术主要适用于以下几方面 l 近井简地层污染严重 常规射孔无法穿过 污染带 2 当地层条件差 压力低 负压无效时 3 提供一种基质酸化技术 4 预水力压裂处理 使地层破裂 5 增加与天然裂缝的连通 收稿日期2 0 0 4 0 2 0 6 上接第1 4 页 实验室测定方法进行了比较 为了说明低含水率条件下测试的绝对误差绘制 了柱状图 结果表明8 8 1 的测试点 h o i l 方法 测试值减去实验室取样测试值 都在 0 1 的误 差范围内 9 4 5 的点在 0 2 范围内 平均值 为0 0 6 9 标准偏差为0 1 1 8 j u s e p i n 装置的工程师们曾观察到 分析仪具 有的零校准功能简化了零刻度调节过程 新型测试 系统特殊的操作模式 即具有信号激励放大功能 可使其用于较大刻度范围的测试 因此可提高测试 精度 六 结论 绢f 匕 p d v s a 公司认为 应用h o i l 系统进行含水 率测试可提高高含水率和低含水率测试的效能 该 项技术的应用表明 测试能够满足i s o3 1 7 1 标准 对输油管道原油含水率持续 稳定 快速测试的工 艺要求 而且还可达到令人满意的输油监测精度及 提高脱水处理后原油的质量 根据对现场应用结果的严格评价 该项技术的 用户可达到精确的杉油计量 有效地实现采油作 业的自动化 提高油藏管理水平 降低人工取样费 用和减少修井作业费用 资料来源于美国 w o r l do i l 2 0 0 3 年9 月 收稿日期2 0 0 3 1 0 1 6 万方数据 国外超正压射孔技术的发展国外超正压射孔技术的发展 作者 王献波 胡淑娟 作者单位 王献波 大庆试油试采分公司研究所 胡淑娟 大庆油田有限责任公司设计院 刊名 国外油田工程 英文刊名 foreign oilfield engineering 年 卷 期 2004 20 6 被引用次数 5次