非常規(guī)儲層定面射孔技術(shù)研究與應(yīng)用

董淑高

摘要：開發(fā)了針對非常規(guī)儲層完井的定面、定向射孔工藝技術(shù)，分析了其技術(shù)原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、參數(shù)優(yōu)化及應(yīng)用特點。研究了定面、定向射孔對水力壓裂的影響。技術(shù)成果在非常規(guī)水平井中進行了實驗應(yīng)用，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：定面、定向射孔技術(shù);非常規(guī)儲層;水力壓裂

1引言

目前，非常規(guī)水平井普遍采用六相位螺旋射孔，一方面，在最大主應(yīng)力方向上有效孔眼數(shù)量較少，壓裂彎曲摩阻比較大，增加了壓裂施工難度。另一方面，若儲層附近存在斷層，或井眼軌跡偏離主力產(chǎn)層，壓裂導(dǎo)致部分縫網(wǎng)偏離主產(chǎn)層或與斷層連接，影響壓裂效果和效率。基于以上問題，斯倫貝謝開發(fā)了31/2、4in和5in等一系列定面、定向射孔器，在水力壓裂中取得良好效果。

2定面射孔技術(shù)

2.1定面射孔技術(shù)原理

巖石是典型的脆性材料，孔邊應(yīng)力（σ）遠大于無孔的應(yīng)力，孔眼周圍呈現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，如圖1所示。當(dāng)巖石載荷增加時，應(yīng)力集中處首先達到巖石破裂的強度極限并產(chǎn)生裂縫。應(yīng)力集中大小和作用范圍與孔徑和相位有關(guān)，同一平面內(nèi)多孔眼的應(yīng)力相互疊加，更利于裂縫擴展和連通。孔眼根部起裂的裂縫更寬，裂縫通道更光滑，更利于壓裂施工和控制裂縫方向。

利用有限元分析軟件，在加載30MPa條件下，數(shù)值模擬孔眼周圍地層應(yīng)力的分布矢量圖，從圖2可以看出定面射孔的孔眼可形成更寬的應(yīng)力分布面，增加縫網(wǎng)完善程度，常規(guī)射孔孔眼的應(yīng)力分布是獨立的，無法形成應(yīng)力分布面。

定面射孔后在垂直于井筒平面上形成多個孔眼，通過孔眼間相互作用，改變地應(yīng)力分布，產(chǎn)生沿井筒橫向的應(yīng)力集中，控制裂縫沿井筒橫向擴展，降低地層破裂壓力，避免段與段之間裂縫交叉串通，同時在射孔平面內(nèi)形成較大波及面的人工裂縫，提高縫網(wǎng)系統(tǒng)完善程度和壓裂效果。

2.2定面射孔器設(shè)計

定面射孔器優(yōu)化設(shè)計中須根據(jù)油氣藏物性，綜合考慮臨孔夾角、射孔彈組數(shù)、射孔相位、彈間干擾等因素，確保射孔彈穿過水泥環(huán)進入儲層后形成定面的孔眼。試驗表明，普通射孔彈在斜向侵徹過程中能量損耗較大，穿孔指標(biāo)低。因此，對射孔彈內(nèi)腔和藥型罩結(jié)構(gòu)、藥型罩成分配比進行優(yōu)化，設(shè)計出了超深穿透射孔彈，降低了炸高變化對穿深的影響，減小斜向穿深能量損耗，確保了穿孔指標(biāo)。

綜合考慮定面射孔槍承載高壓及射孔爆轟影響，對其材質(zhì)和結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，選用35CRMn。管材作為定面射孔槍主材，增加盲孔面積和改變盲孔角度，保證射流能夠?qū)?zhǔn)盲孔中心位置，以降低射流對槍體影響。

2.3定面射孔性能試驗

采用51/2in/12.34mm試驗套管，外澆注240mm厚水泥環(huán)成型，表層采用外徑635mm，lOmm厚的外層套管加固。定面射孔器置于試驗套管內(nèi)，如圖3所示。射孔槍外徑89mm，射孔彈臨孔夾角600，四方位定面布孔，試驗如圖4所示。

試驗結(jié)果表明：定面射孔彈發(fā)射率100%，槍身最大漲徑92.5mm，試驗后外層套管孔眼定面效果良好，試驗套管內(nèi)毛刺高度2.3mm，總體達到設(shè)計要求。

3結(jié)論

①開發(fā)的非常規(guī)水平井定面、定向射孔器安全性和可靠性達到了設(shè)計要求;②定面射孔能夠降低壓裂破裂壓力，避免壓裂串層，提高壓裂效果;③定向射孔能夠控制裂縫方向，實現(xiàn)壓裂改造針對性。

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