非常规油气井多级射孔参数优化浅析

李智

摘要：非常规油气井多级射孔主要采用水平井电缆输送和泵送桥塞-多级射孔联作技术，如何优化各项射孔参数为实际施工提供有利技术保障和指导将是十分必要的。在现场电缆输送水力泵送施工方面，对桥塞-多级射孔联作管柱进行受力分析，通过计算从而优化联作管柱重量和水力泵送参数，对施工時方便联作管柱顺利下入防喷管和管柱顺利泵送到目的层，防止电缆事故发生，提供技术依据和部分指导。

关键词：多级射孔;射孔参数;泵送桥赛射孔联作

1引言

本文从实际运用和原理分析出发，从优选射孔基本参数和优化桥塞射孔联作电缆泵送施工技术两个方面对该技术进行简要的分析与讨论。

2.射孔基本参数优化

2.1原理

多级射孔的实现方式是以“先分段再分簇，每次一段，一段多簇”的特殊方法来实现的。采用这种施工方法在“整体体积改造，多级分段压裂”技术的要求而产生的，“整体体积改造，多级分段压裂”的原理是先依据储层岩性物性参数先对水平井目的层先划分层段，再依据压裂难易度，造缝效果对每层段“分簇”，即压裂液注入甜点。

2.2 射孔簇长簇间距的设计

江汉油田区块几口井的多级射孔施工中，射孔簇长度设计为0.5m，0.75m、1m或1.5m等，其中主要为1m，在实际施工中针对泥质含量高、致密脆性差和压裂效果不好的层段适当提高簇长到1.5m甚至2m，最终大大降低施工起裂压力和压裂压力波动。一些井开始设计簇间距不均匀分布在20～30m范围内，实际施工时平均簇间距不到20m，且扩大了差异化，实际效果十分理想。

2.3射孔孔密与相位角的设计，射孔弹的选择

2.3.1孔密设计

实际施工中，由于井径尺寸对射孔枪身外径的限制，过大的孔密会增加弹间干扰降低射孔效果，同时高孔密会使套管应力明显改变，强度变差，这在非常规油气井多级压裂的大泵速，高井压条件下就会显得更加危险，所以实际施工时需要综合考虑枪身直径的限制，参考压裂设计选择合适的射孔孔密，尽可能大的增加簇段的泄流能力和通过效率，所以研制小枪身弹间低干扰的高孔密射孔方式将多级射孔一个很好的努力方向。

2.2相位角的设计

在压裂施工中，设计合适相位角利于降低起裂压力，同时也方便在压裂时易于产生和沟通复杂裂缝带。据岩石弹塑性力学分析，裂缝的产生总是沿着最小主应力平面，那么孔眼方向沿着最小主应力平面将是最佳孔眼方向，此时顺着此孔向起裂最易，裂缝的扩展和延伸也会容易的多。

所以一个十分好做法就是先精确确定目的层主应力大小和方向，然后选择射孔相位沿着岩石最小主引力方向及方位，这要求采用定方位射孔技术，但是目前该技术国内应用不广泛，。常用的做法都是在井筒圆周上采均匀螺旋布孔的方式以减小套管破坏应力。依据测试和实践数据，当不考虑射孔方位角的情况下，采用60°或120°相位角是最有可能控制地层最大起裂压力，其中60°相位可以使单位簇长总孔数增加，增加泵入量、减低孔眼摩阻，所以现在水平井射孔压裂施工多选择60°相位角，另外可以预见的是在泵送桥塞-多级射孔联作中采用定向射孔将会对提高射孔和压裂效果有很大帮助。

2.3射孔弹的选择

决定射孔弹的选择的主要因素是穿孔孔径和穿孔深度。较大的孔径会极大的降低压裂孔眼摩阻对有利于压裂液和支撑剂的泵入和对提高单孔流量增加压裂效果有着非常重用的作用，而较深的射孔深度利于压裂时网状缝的沟通，所以实际施工中我们就要参照井径对枪身直径的限制，尽量选用孔径和穿深都比较大的射孔弹（目前大多数非常规井目的层为51/2英寸套管完井，选择89枪较合适），

3.射孔管柱电缆泵送参数优化

3.1技术难点

目前非常规油气井水平多级分段射孔主要采用水力泵送配合电缆输送多级射孔桥塞联作管柱的技术，其有着施工速度快，运行成本低，井况适应性强等其他连续油管输送和爬行器推送等方法不可取代的优点。但是在江汉油田完成的几口多级射孔-桥塞联作管柱泵送施工中，出现过工具串在井口难以顺利的下入，水平段泵送阶段多次出现不能顺利推进而反复尝试泵排量等问题，极大的影响了施工进度。由这些实际问题出发，本文简单从管串重量和泵送参数优化对该技术进行优化分析。

3.2优化管柱重量设计

进行水力泵送桥塞射孔工具串时由于上层压裂后会残存压力，此时井口有较高的关井压力，在进行密闭压力条件下施工时，联作管柱下放时会有很大的轴向阻力。所以必须设计合适的管柱重量克服轴向阻力以便工具串顺利下入井中，重量不够时需配置合适的加重杆。

我们可依此计算出实际施工所需的最小工具串重量，选择配接或不配接加重杆和配接多重的加重杆。例如我们依据总质量约为350Kg，总长度约12米，平均外径在89mm的8mm电缆输送的常用工具穿串为考察对象，可算出其在大约46MPa以下井口密闭压力内都能顺利自由下入，而当配备50Kg加重杆时便能适应55MPa井口密闭压力的情况，而当井口压力达到75MPa级别时至少配备约165Kg的加重杆才能顺利下入井中。

3.3泵送参数的设定

在对联作管串进行水力泵送的时候，为了保持管串以期望的速度下放，同时又防止因电缆头受力过大或过小发生电缆缠绕或电缆头脱落事故，就要综合考虑井眼环境和管柱受力情况，以定量确定合适的井口排量，为顺利完成工具串的下放提供技术指导，保证施工顺利按时的完成。

实际施工中在控制井口压力、电缆张力和测速的情况下选择合适泵排量。常用泵测速为20m/min左右，垂深不超过3000m的水平井泵送时，在控制井底电缆头张力在额定张力80%以内（一般不超过0.8t），井口的排量约为从0.3m3/min-2.5m3/min之间缓慢递增，推荐最大排量不应超过2m3/min，实际操作排量可因井口压力突变或井下异常而做实际调整。

4.总结

针对电缆水力泵送施工，我们可以采用更大直径的防喷管和承载力更强的粗直径电缆，优化工具串工具串结构以增加水流推力受力面，安装滚轮减小滑动摩擦，合理设计前期工序，降低残留井口压力等来优化该施工技术，保障施工安全性和高效性。

参考文献：

[1] 吴奇等   增产改造理念的重大变革 体积改造技术概论，天然气工业，2011.31（4）：7～12