定射角射孔工藝在大位移定向井中的應用與實踐

司海媛 （大慶油田有限責任公司第一采油廠）

大慶油田已進入高含水、高采出程度開發階段，整體上油層動用程度高，但在斷層附近由于開發井點少，再加上斷層的遮擋，油層動用程度較低，剩余油較多。因此，對斷層附近剩余油富集的部位需采用大位移定向井進行挖潛，大位移井是側深和垂深比大于或等于2 的井，其主要用于開發地面條件很差、鉆直井和一般定向井不經濟區域。目前，傳統的大位移井射孔器的射流方向都垂直于槍體，對于大位移定向井射孔施工時，射流方向無法與儲層平行，尤其是對于薄層井施工時，極易發生穿層，影響了射孔施工效果[1-4]。為提高射流的有效率，通過研制定射角射孔器[5]，設計工藝管柱結構，實現了平行儲層射孔，提高了復合射孔有效率，最大程度地保證了油田開發效果。

1 定射角射孔區域概要

1.1 區域基本概況及構造特征

薩中112#斷層研究區位于薩中開發區背斜中部偏北位置，包括北一區斷西、北一區斷東、中區西部和中區東部四個區塊的部分區域，含油面積為3.76 km2。區域內發育斷層全部為正斷層，斷層走向以北西向為主，斷層傾向以北東向和南西向為主。斷層發育規模不等、深淺不一，存有較大差異，其中99+112#大斷層在葡一組頂面平面延伸達到4 863 m、最大垂向斷距高達142 m，基本控制了此區域的構造格局。該區地勢東西兩側較平坦，中部受斷層影響起伏較大，地層傾角最大為8.13°，最小為0.20°，平均為2.50°。

1.2 儲層特征

1） 儲層發育狀況。112#斷層區域薩葡油層分為58 個沉積單元（不包含薩零組）；高臺子油層最深鉆遇到高Ⅳ12，分為86 個沉積單元。薩葡沉積單元的河道砂及表內油層的鉆遇率大于高臺子沉積單元。斷層區油層平均鉆遇砂巖厚度為186.3 m，有效厚度為81.8m。此次開采層位為薩Ⅲ和高Ⅰ、高Ⅱ、高Ⅲ和高Ⅳ油層組，分為99 個沉積單元，合計砂巖厚度為111.9 m，有效厚度為42.0 m。

2）儲層物性特征。薩爾圖油層含油飽和度為72.8%，空氣滲透率為1.12 μm2，孔隙度為27.6%；北一區斷東高臺子油層原始含油飽和度為59.5%，空氣滲透率為0.400 μm2，孔隙度為26.0%。

3）油水分布狀況。薩中開發區為背斜構造砂巖油藏，具有統一的油水界面，底水、邊水不活躍。

4）溫度、壓力特征。薩中開發區薩爾圖油層溫度為42.4 ℃，原始地層壓力為10.29 MPa，油層原始壓力系數為 1.07， 巖石壓縮系數為8.9×10-4MPa-1；高臺子油層溫度為50 ℃，原始地層壓力為11.51 MPa，油層原始壓力系數為1.07，巖石壓縮系數為8.0×10-4MPa-1。

1.3 區塊布井情況

在薩中開發區112#斷層區域共部署距離斷層50 m 平行斷層面鉆井的大角度定向井7 口，其中上盤3 口、下盤4 口，全部為采油井，開采層位為高臺子油層和薩三組油層。7 口井共控制儲量為105.24×104t，建成產能為1.26×104t。112#斷層區大角度液井分布情況統計見表1。

表1 112#斷層區大角度井分布情況統計Tab.1 Distribution situation statistics of large angle wells in 112# fault block

1.4 區塊開發簡介

112#斷層區于1960 年投入開發，開發先后部署了7 套井網，即基礎井網、一次加密調整井網、二次加密調整井網、三次加密調整井網、高臺子油層井網、葡一組油層聚驅井網和二類油層聚驅井網。研究區目前共有生產井數414 口，平均井網密度達到每平方千米110.1 口。112#斷層區各套井網基本情況統計見表2。

表2 112#斷層區各套井網基本情況統計Tab.2 Basic situation statistics of sets of well pattern in 112# fault block

截至2015 年10 月，斷層區開井為378 口，其中采油井為236 口，平均單井日產液量為62.8 t，日產油量為4.0 t，含水率為93.6%，注水井為142口，平均單井日注水量為116.2 m3。

2 射孔油層保護要求

薩中開發區112#斷層井區薩爾圖油層沒有儲層敏感性分析資料，借用鄰近區塊取心井中341-檢7薩二組油層的儲層敏感性評價結果，即薩爾圖油層為弱酸敏、弱堿敏、中等水敏、中等鹽敏、不速敏油層，高臺子油層沒有儲層敏感性分析資料，但在50 多年的注水開發中并未出現水敏和鹽敏異常現象。結合此區塊實際情況，鉆井時要密切觀察泥漿漏失情況，嚴格控制密度和失水量，盡量縮短鉆井時間，確保鉆井安全，并減輕對油層的傷害；井下作業過程中盡可能采用不壓井工藝，如需壓井，壓井液要嚴格控制密度；射孔時該井區7 口大角度定向井采用定射角射孔方式完井，避免射穿油層，造成油層傷害。

3 工藝原理

通過研制定射角射孔器[6]，設計工藝管柱結構，實現了平行儲層射孔，斜井地層水平井斜角大于或等于20°，利用斜井定方位工藝原理，在偏心重力作用下定射角射孔器自動旋轉，實現定方位定射角的目的，斜井地層水平工藝管柱及射孔結構見圖1。直井地層傾斛角小于20°，利用管輸定方位工藝原理，在地面旋轉管柱調整定射角射孔器方位，實現定方位定射角的目的，直井地層傾斜工藝管柱及射孔結構見圖2。

圖1 斜井地層水平工藝管柱及射孔結構Fig.1 Horizontal process pipe column and perforating structure of inclined shaft formation

圖2 直井地層水平工藝管柱及射孔結構Fig.2 Horizontal process pipe column and perforating structure of direct shaft formation

采用油管輸送式射孔技術，其工藝原理是在定方位射孔器和油管之間連接一個與定方位射孔器自身方位標志一致的定方位標志，管柱下井定深后，將定方位儀器下入油管內與該定方位標志對接，然后測量其方位，經過多次測量和旋轉管柱定位。

在射孔層段井身有一定斜度（需不低于20°）的條件下，彈架在射孔槍內靈活自由旋轉；在配重塊的作用下，彈架將始終保持在指定方位，實現定向。施工結構包括：定射角射孔器、自旋轉開孔起爆裝置、定位油管和尾聲彈等[7]，射孔器構成見圖3。

圖3 射孔器構成Fig.3 Perforator structure

4 工藝應用

1）工藝的確定。大慶油田采油一廠薩中開發區112#斷層附近，共設計了7 口井，其中3 口井設計在112#斷層下盤，4 口井設計在112#斷層上盤。目前，常用的完井方式有射孔完井和射孔后壓裂完井兩種完井方式，該設計井區油層物性較好（0.400 μm2＜滲透率＜1.12 μm2），通過西南石油學院射孔軟件預測，射孔完井就能達到油藏產能要求。大角度定向井射孔完井主要采用復合射孔和定射角射孔兩種射孔工藝，常規射孔工藝因射孔方向與井筒垂直導致部分子彈射入夾層，而定射角射孔工藝通過調整射角，確保射孔方向與油層平行，確保子彈全部射入夾層，從而達到最佳射孔效果[8-11]。定射角射孔與常規射孔工藝對比見圖4。

圖4 定射角射孔與常規射孔工藝對比Fig.4 Comparison between fixed shooting angle perforation and conventional perforation technology

2）射孔槍彈的確定。目前，定射角射孔工藝均采用?102 mm 射孔密度為13 孔/m 射孔器，配套DP44RDX-5、SDP45RDX-1 射孔彈。根據采油一廠北一二排西3 口井定射角射孔投產效果和薩中開發區98#斷層區7 口大角度定向井定射角射孔投產效果，同時綜合考慮經濟效益等因素，設計此方案井射孔槍彈組合選用YD-102+ DP44RDX-5 的槍彈組合，定射角配套槍彈相關參數見表3。

表3 定射角配套槍彈相關參數Tab.3 Related parameters of matching bullets with fixed shooting angle

3）射孔輸送方式的確定。針對大位移定向井井斜角分布在33.58°～50.66°，設計油管輸送射孔可以滿足大角度定向井射孔施工的需要，7 口井選用油管輸送射孔。

4）射孔參數的確定。射孔優化設計軟件模擬結果表明，90°相位角布孔油井產能最高，60°和120°次之，0°相位角布孔產能最低， 產率比隨孔深相位變化關系曲線見圖5；布孔格式方面螺旋布孔比平面布孔產能高；射孔密度受定射角工藝布彈影響，每米最多可布13 孔，產率比隨孔深射孔密度變化關系曲線見圖6。

圖5 產率比隨孔深相位變化關系曲線Fig.5 Yield ratio curve with phase change of pore depth

圖6 產率比隨孔深射孔密度變化關系曲線Fig.6 Yield ratio curve with changes in pore depth and density

綜合上述分析，以射孔后油井最高產能為目標，兼顧射孔技術現狀與費用，優化射孔參數結果為：射孔密度為13 孔/m，相位角為90°，布孔格式為螺旋布孔。

5）負壓工藝及合理負壓值的確定。負壓射孔可使地層流體產生一個反向回流，沖洗射孔孔眼，可有效解決孔眼附近壓實帶的問題，更好地保護儲層，對提高單井采液強度和注水強度具有一定的作用。

同時考慮此方案7 口井均采用射孔完井，無法用壓裂來解除孔眼附近壓實帶，因此設計采用動態負壓射孔工藝。

薩中開發區112#斷層區原始地層壓力為10.29～11.51 MPa，滲透率為0.4～1.12 μm2。根據西南石油學院射孔軟件合理負壓值的計算結果，預測負壓值為3 ～5 MPa。

6）射孔液的選擇。從油層保護角度出發，設計射孔方式完井的油井選用與儲層流體配伍，對儲層傷害較小的優質射孔保護液，要求達到的性能指標（表4）。

表4 射孔液要求達到的性能指標要求Tab.4 Performance index requirements of perforating fluid

7）射孔工藝設計結果。 油井射孔方案設計結果見表5。

表5 油井射孔方案設計結果Tab.5 Design results of perforating scheme in oil well

5 應用效果

在北一二排西高臺子油層的3 口定向井上開始試驗定射角射孔工藝，結果表明，定射角射孔與常規射孔相比，平均單井產液強度提高0.21 m3/d·m，增幅達22.8%，該工藝在大角度定向井上具有較好的適應性。大角度定向井投產后效果見表6。

表6 大角度定向井投產后效果Tab.6 Effect of large-angle directional well after putting into production

應用定射角射孔工藝，112#斷層7 口大角度定向井投產后平均單井日產液量為48 t，日產油量為12.6 t，含水率為64.67%，對比普通射孔單井日增液量為17.6 t，日增油量為4.2 t，7 口井年增油量為1 533 t，單井噸液耗電由4.22 kWh 降低至3.99 kWh，噸油耗電由17.84 kWh 降低至15.28 kWh，年節電約2.56× 104kWh， 約3.15 tce。 創造經濟效益546.05 萬元。同時，考慮定射角射孔工藝與復合射孔工藝相比，每米射孔費用降低1 280 元，單井平均射孔厚度按20 m 計算，7 口井累計節約射孔費用17.92 萬元，降低射孔費用達11.9%。

6 結論

對于大位移定向井射孔施工，通過研制定射角射孔器，設計工藝管柱結構，實現了平行儲層射孔，提高了復合射孔有效率。定射角射孔時，采用動態負壓射孔工藝，負壓射孔可使地層流體產生一個反向回流，沖洗射孔孔眼，可有效解決孔眼附近壓實帶的問題，更好地保護儲層，對提高單井采液強度和注水強度具有一定的作用。射孔過程采用管輸送，可以滿足大角度定向井射孔施工的需要，安全可靠性高，在大角度定向井上具有較好的適應性，最大程度地保證油田開發效果。同時，考慮定射角射孔工藝與復合射孔工藝相比，每米射孔費用降低1 280 元，降低射孔費用達11.9%，可在大角度定向井上推廣應用。在該工藝的應用下，單井每年可節電2.56×104kWh，約3.15 tce，實現能源節約，有效地增加了企業經濟效益。