国外新型射孔技术——复合水动力射孔

荣学艺 (大庆油田有限责任公司试油试采分公司)

国外新型射孔技术
——复合水动力射孔

荣学艺 (大庆油田有限责任公司试油试采分公司)

复合水动力射孔技术是用非爆炸的方式打开油气层的一种新的射孔方法。射孔器一次下井,可同时完成射孔、冲洗、抽汲和注酸多项作业。运用该技术能够更深穿透近井压实带,增大压实带的渗透率,并且对套管和水泥环损害更小,是一种高性价比的完井及油层改造措施。介绍了俄罗斯NEKKO公司的复合水动力射孔技术的工作原理、技术特点、适用范围和应用情况,通过射后效果与聚能射孔的对比分析,证明该射孔工艺具有较强的技术优势和较好的推广价值。

复合水动力射孔 割缝 冲洗压裂 水力连通

1 前言

随着油田的不断开发,油水井近井地带的地层性质不断变化,造成油气压力下降和污染堵塞等问题,阻碍了油气水的流动,导致产量下降。为此,国内外各石油服务企业和研究机构不断研究和发展新的射孔完井工艺。俄罗斯NEKKO公司于2003年将复合水动力射孔工艺推向技术服务市场。经过几年的实践和不断改进,NEKKO公司已开发出能适用于多种套管尺寸和多种井况的系列射孔器,具备了很强的服务能力。几年来,该项工艺技术在俄罗斯境内的多个油田进行了应用,取得了不错的效果。

2 复合水动力射孔器结构与技术原理

射孔器主要由两个圆盘形铣刀、水力喷射嘴和液体循环孔组成。铣刀在液压作用下,可在套管上形成割缝。从水力喷射嘴喷出的液体可对射开井段进行冲洗。仪器表面专用的液体循环孔,用以向地层注入液体,并可作为采液通道,射孔器结构见图1、图2。

为完成复合水动力射孔,需配备修井队,包括配套设备和泵车等加压设备。用油管将射孔器下至预定位置,并进行深度校正。通过加压设备向油管内加压1 MPa,射孔器进入工作状态,铣刀从射孔器内推出,贴到套管壁上。带有射孔器的油管沿射孔井段进行上下往返运动,逐渐提高油管内压,铣刀就会在套管上割出纵向割缝。

与其他相似技术的区别在于,油管与射孔器沿射孔井段上下往返运动期间,铣刀的侧表面会对割缝边缘进行特别的处理,避免割缝闭合,达到高质量打开套管的目的。通过射孔器的水力喷射嘴,施加15～30 MPa的高压,对水泥环和围岩进行清洗,在近井地层形成超过0.5 m深的孔洞,孔洞深度要视地层的地质特性而定。

图3 割缝的套管 (外视图)

该射孔器可根据需要,按预定角度在套管上进行纵向割缝,精确度较高。在射孔井段上可以割开4条预设角度的纵向割缝。割缝效果见图3、图4和图5。

3 复合水动力射孔器的相关技术参数

相关技术参数见表1。

表1 复合水动力射孔器主要技术参数

4 复合水动力射孔的优点

4.1 对套管和水泥环的破坏作用小

复合水动力射孔不会对套管和水泥环造成大的冲击作用,可保持射孔层段上下套管外水泥环的完整性,避免发生串槽等情况。这种特性可最大程度地保证井身安全,“外科手术”般地打开固井质量较差的井段和近油水界面地带地层,可防止过早地进行井下维护作业。

4.2 对地层进行冲洗作用

利用射孔器上的水力喷射嘴,透过套管上的割缝,在高压作用下冲洗水泥环和围岩,冲洗孔洞深度超过0.5 m,在一定程度上改善近井地层的渗透性。水力冲洗可以对钻井泥浆污染带、水泥、沥青-石蜡沉积物等进行清洗,解除污染,降低表皮系数。冲洗孔洞的液体可以是工业水、油、酸液或表面活性剂。除此以外,还可以通过射孔器上部的液体循环孔进行抽汲作业,或通过水力喷射嘴向地层注入化学药剂,进行酸化作业,对污染严重的地层解堵。

4.3 最大程度打开套管

复合水动力射孔器可在套管上形成缝宽10～12 mm的成对纵向割缝,每1m长度割缝的面积为240 cm2,相当于孔径为10 mm的305发聚能射孔弹的打开面积。在射孔层位的割缝数量可以是2～4条,割缝可向各个方向延展,最大程度地覆盖产液通道、裂缝和油层排油区域。一次打开厚度最大为30 m。

4.4 与地层连通性好

在套管上形成成对割缝,并冲洗近井地层,是目前已知的打开地层的最好的射孔方式之一。同时,也为进一步采取增产措施创造了有利条件。

4.5 可在水平井和大斜度井上进行作业

该射孔器有不同的外径,适用于水平井、大斜度井和开窗侧钻井。

4.6 安全进行水力压裂

压裂前使用该方法射孔,可建立理想的井与地层之间的水力连通。

◇有效降低挤入支撑剂时地层界面的水力抵抗力;

◇向地层挤入各种粒级的支撑剂时,避免发生“砂堵”;

◇为挤入大粒级或高浓度支撑剂创造条件;

◇保证高速挤入支撑剂;

◇可在水平井和大斜度井上完成压裂;

◇可在大修后完成水力压裂;

◇由于割缝可按预定方向进行取向,保证了水力压裂的方向性。

5 应用范围

复合水动力射孔可满足多种需求,应用于多种井况:大修井、水泥环受损或固井质量差的井、油气层距底水较近的井、准备进行水力压裂的井、注水井、侧钻井和水平井、聚能射孔后补孔井、产量骤减的油井、稠油井、高含石蜡井;挤水泥前的射孔、废液回注井射孔、气井射孔。

6 应用实例

复合水动力射孔技术多应用于准备进行水力压裂 的 井 。包 括 Т о м с к н е ф т ь、Т Н К- Н и ж н е в а р т о в ск、Л У К О Й Л、 К о г а л ы м н е ф т е г а з、 Л а н г е п а с н е ф т е г а з、П о к а ч е в н е ф т е г а з和 Н о я б р ь с к н е ф т е г а з在内的多家油气公司已进行了250多次复合水动力射孔。在向地层挤入支撑剂时,没有一次出现“砂堵”,有效率100%。

Т о м с к н е ф т ь公司的油田从 2005 年开始使用这项工艺技术,总的工作量超过120井次。其中,大部分是在注水井的注水层位上进行的,效果持续时间平均为6个月。该射孔方法高质量地打开地层,可以保证井与地层之间形成良好的水力连通,使射孔井的吸收能力提高大约3～4倍 (图6)。

图 6 Т о м с к н е ф т ь公司 314 井 U1 层复合水动力射孔效果

7 复合水动力射孔与聚能射孔的比较

两者相比较,聚能射孔的优势是可用电缆传输进行射孔,节省时间。聚能射孔的缺点是打开面积和渗流面积较小,造成在使用大粒度支撑剂进行水力压裂时,不能保证以高浓度、高速度挤入支撑剂,以及射孔时,对生产套管产生较大的冲击力,可能会造成窜槽。

7.1 射孔参数对比

表2是复合水动力射孔与聚能射孔的主要参数对比。

表2 复合水动力射孔与聚能射孔参数对比

7.2 射孔形成的产液通道对比

与聚能射孔相比较而言,复合水动力射孔后油井与地层的水力连通性更好,对水泥环没有造成伤害。

7.3 水力压裂后的效果对比

水力压裂的效果取决于很多因素,其中之一就是油井与地层的初始水力连通程度。油井与近井地层的初始水力连通越好,水力泵的启动压力就越小。

在水力压裂前进行聚能射孔,有以下的特点:

◇用大孔径射孔弹在生产套管上射孔,孔径较大,但穿深有限,与地层的连通性较差;

◇用深穿透射孔弹,可获得理想的穿深,但孔径较小;

◇用常规射孔弹射孔,只适合于小粒度支撑剂和高渗透率储层。

2006 年 , К о г а л ы м н е ф т е г а з 公 司 分 别 在Т е в л и н о - Р у с с к и н с к о е м е с т о р о ж д е н и е 和В а т ь е г а н с к о ем е с т о р о ж д е н и е油田的 124 口井和 48口井上进行了实验,跟踪了油层水力压裂前射孔对地质工艺措施效果的影响指数,监测了聚能射孔和复合水动力射孔用于水力压裂前的应用情况。

Т е в л и н о-Р у с с к и н с к о е м е с т о р о ж д е н и е油 田 压裂前进行复合水动力射孔的油井,压裂后产液量和产油量都有提高,单井平均增产12.6 t/d;用聚能射孔后进行压裂,平均单井增产8.11 t/d,与前者相比,少了近二分之一。用复合水动力射孔后压裂的效果持续时间也比聚能射孔的更长。

分析显示 , 在 В а т ь е г а н с к о ем е с т о р о ж д е н и е油田使用复合水动力射孔后进行水力压裂,平均单井产量增加20 t/d,用聚能射孔后压裂,平均单井产量增加10.5 t/d,前者较之后者提高了将近1倍[1]。

[1]Э д у а р д Т о п о р к о в. Н о в а ц и о н н а я т е х н о л о г и я-к о м п л е к с н а яп л а с т и ч е с к а яп е р ф о р а ц и я[J/OL].(2007-06-18)[2010-05-25].http://www.oil-info.ru/content/view/181/51/.

[2]袁小平,孙德海,等.水力喷砂割缝射孔技术在油田开发中的应用[J].内江科技,2004,3:36.

10.3969/j.issn.1002-641X.2010.12.009

2010-06-20)