南海東部稠油油藏測試射孔參數(shù)優(yōu)化研究

張自印，熊友明，張俊斌，韋紅術(shù)，單彥魁

（1.中海石油〈中國〉有限公司深圳分公司，廣東深圳518067；2.西南石油大學(xué)，四川成都610050）

南海東部稠油油藏測試射孔參數(shù)優(yōu)化研究

張自印*1，熊友明2，張俊斌1，韋紅術(shù)1，單彥魁1

（1.中海石油〈中國〉有限公司深圳分公司，廣東深圳518067；2.西南石油大學(xué)，四川成都610050）

隨著油氣勘探開發(fā)的深入，在渤海、南海東部逐漸發(fā)現(xiàn)了較大規(guī)模的稠油油藏，稠油油藏油層淺，儲(chǔ)層膠結(jié)不好，地層疏松，測試過程中極易出砂，測試結(jié)果不理想。通過實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用情況，結(jié)合南海東部海上油田稠油油藏的地層物性，原油性質(zhì)及測試工藝，分析孔深、孔徑、孔密、相位角等射孔參數(shù)對(duì)產(chǎn)率比的影響，從而優(yōu)選出最佳孔深、孔徑、孔密、相位角，并在此基礎(chǔ)上，優(yōu)選射孔槍彈，優(yōu)化射孔參數(shù)組合，最終為稠油油藏提出合理的射孔工藝。

稠油測試；射孔參數(shù)；表皮系數(shù)；產(chǎn)能

1 概述

在海上測試作業(yè)中，套管固井完成后，利用射孔方式溝通地層和井筒之間的通道時(shí)比較普遍也是很重要的測試完井方式。但由于油藏類型及地層物性的多樣化，尤其針對(duì)稠油油藏，使用常規(guī)射孔工藝及射孔參數(shù)，稠油測試效果不好，甚至難以實(shí)施地層測試，因此，研究稠油油藏的射孔工藝，優(yōu)選射孔參數(shù)以提高射孔效率顯得格外重要。在稠油測試中合理的射孔完井工藝，力求對(duì)地層傷害小，施工工藝簡易，成本較低，井眼安全可靠。通過實(shí)驗(yàn)研究和現(xiàn)場應(yīng)用得知，影響油井產(chǎn)能的射孔參數(shù)主要有孔深、相位角、孔密、孔徑、射孔負(fù)壓的選擇等，考慮到稠油井的試油主要目的是為了獲得產(chǎn)能，因此，基本的完井方法采用射孔完井，然后再在射孔套管內(nèi)考慮防砂。選擇合適的射孔器對(duì)預(yù)防地層出砂至關(guān)重要，射孔后的泄流面積越大，越有利于降低流體流速及攜砂能力，為高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)創(chuàng)造先決條件。本文主要闡述了通過實(shí)驗(yàn)研究及現(xiàn)場應(yīng)用情況，優(yōu)化出適合稠油油藏測試的射孔參數(shù)組合。

2 常規(guī)射孔的不足

針對(duì)前期稠油測試過程中，產(chǎn)量低、產(chǎn)能不穩(wěn)定、稠油生產(chǎn)中出砂等情況，可能是由于以下射孔中存在的主要問題造成的。

（1）鉆開液、完井液以及射孔液對(duì)儲(chǔ)層的傷害；

（2）射孔參數(shù)的選取不利于產(chǎn)層釋放最大程度的產(chǎn)能；

（3）對(duì)儲(chǔ)層物性巖性認(rèn)識(shí)不清，造成儲(chǔ)層破壞；

（4）射孔參數(shù)選擇不好，同時(shí)沒有完善的防砂工藝，導(dǎo)致地層出砂等。

3 射孔參數(shù)敏感性分析

射孔井射孔孔眼是產(chǎn)層與井筒之間唯一的通道，流體在壓差作用下，通過地層和射孔孔道流向井筒。地層壓降漏斗理論證實(shí)，生產(chǎn)中的壓降大部分集中在近井地帶5m范圍內(nèi)，因此，射孔孔密、孔徑、方位、射孔深度等參數(shù)對(duì)油層生產(chǎn)具有很大影響。

3.1 射孔參數(shù)對(duì)表皮系數(shù)的敏感性分析

影響油井產(chǎn)能的射孔參數(shù)中，射孔槍以及射孔彈性能(包括孔密、孔深、孔徑、壓實(shí)損害）與地層巖石和流體參數(shù)對(duì)射孔后油井的產(chǎn)能影響十分明顯。通過射孔參數(shù)敏感性分析，弄清不同條件下射孔參數(shù)與油井產(chǎn)能的關(guān)系。

3.1.1 孔密對(duì)表皮系數(shù)的影響

在射孔相位角為45°，孔徑為20mm時(shí)，繪制不同穿深下孔眼密度對(duì)表皮系數(shù)的影響曲線，如圖1所示。

從圖1可以看出，在孔眼穿透深度一定時(shí)，射孔總表皮系數(shù)隨著孔眼密度的增加，逐漸減小，在孔眼穿透深度小于鉆井污染帶半徑時(shí)，減小幅度較大；孔眼穿透深度大于鉆井污染帶半徑時(shí)，射孔總表皮系數(shù)的減小程度不如前面明顯。

3.1.2 相位角對(duì)表皮系數(shù)的影響

在射孔孔密為32孔/m，孔徑為20mm時(shí)，繪制不同穿深下相位角對(duì)表皮系數(shù)的影響曲線，如圖2所示。

圖1 不同穿深下孔密對(duì)表皮系數(shù)的影響

圖2 不同穿深下相位角對(duì)表皮系數(shù)的影響

從圖2中的曲線可以看出，孔眼穿透深度在小于鉆井污染帶半徑，射孔總表皮系數(shù)較大；孔眼穿透深度大于鉆井污染帶半徑，射孔總表皮系數(shù)較小。在孔眼穿透深度一定時(shí)，相位角取360°，射孔總表皮系數(shù)最大；相位角取45°時(shí)，射孔總表皮系數(shù)最小。相位角依次取45°、60°、90°、180°、360°，射孔總表皮系數(shù)逐漸增大。

3.1.3 孔徑對(duì)表皮系數(shù)的影響

在射孔相位角為45°，孔密為32孔/m時(shí)，繪制不同穿深下孔徑對(duì)表皮系數(shù)的影響曲線，如圖3所示。

圖3 不同穿深下孔徑對(duì)表皮系數(shù)的影響

從圖3可以看出，射孔總表皮系數(shù)隨著孔眼穿透深度和射孔孔徑的改變，其變化的趨勢(shì)一致。孔眼穿透深度在小于鉆井污染帶半徑（污染帶半徑約為560mm），射孔總表皮系數(shù)較大；孔眼穿透深度大于鉆井污染帶半徑，射孔總表皮系數(shù)較小。孔眼穿透深度一定時(shí)，射孔總表皮系數(shù)隨著射孔孔徑的增加，逐漸減小，在孔眼穿透深度小于鉆井污染帶半徑時(shí)，減小幅度較大；孔眼穿透深度大于鉆井污染帶半徑時(shí)，射孔總表皮系數(shù)隨著射孔孔徑的減小程度不如前面明顯。

上面研究射孔參數(shù)對(duì)射孔總表皮系數(shù)的影響得出，所有射孔參數(shù)（孔眼穿透深度、孔眼密度、相位角、射孔孔眼孔徑）當(dāng)中，孔眼穿透深度對(duì)射孔總表皮系數(shù)的影響最大。孔眼穿透深度小于鉆井污染帶半徑時(shí)，射孔總表皮系數(shù)取值較大；孔眼穿透深度大于鉆井污染帶半徑，即射孔深度穿透污染帶后，射孔總表皮系數(shù)急劇減小，進(jìn)一步增加孔眼穿透深度，射孔總表皮系數(shù)繼續(xù)減小。其它3個(gè)參數(shù)中，孔眼密度和射孔孔眼孔徑對(duì)射孔總表皮系數(shù)的影響受到孔眼穿透深度的制約，在孔眼未穿透鉆井污染帶，射孔總表皮系數(shù)隨著孔眼密度和孔徑的增大，有較明顯的減小；在孔眼穿透鉆井污染帶，孔眼密度和射孔孔眼孔徑的變化對(duì)射孔總表皮系數(shù)的影響不如前面明顯。總體來說，在射孔彈穿深一定的情況下，射孔總表皮系數(shù)的大小與孔眼密度和射孔孔眼孔徑的大小成負(fù)相關(guān)，即隨著孔眼密度和孔徑的增大，射孔總表皮系數(shù)減小。另外相位角依次取45°、60°、90°、180°、360°，射孔總表皮系數(shù)逐漸增大。

3.2 射孔參數(shù)對(duì)產(chǎn)能的敏感性分析

3.2.1 孔密對(duì)產(chǎn)能的影響

在射孔相位角為45°，孔徑為20mm時(shí)，繪制不同穿深下孔眼密度對(duì)產(chǎn)能比的影響曲線，如圖4所示。

從圖4可以看出，產(chǎn)能比的大小隨著孔眼穿透深度和孔眼密度的增加而增大。

3.2.2 相位角對(duì)產(chǎn)能的影響

在射孔孔密為32孔/m，孔徑為20mm時(shí)，繪制不同穿深下相位角對(duì)產(chǎn)能比的影響曲線，如圖5所示。

從圖5可知，產(chǎn)能比的大小隨著孔眼穿透深度和相位角改變，其變化的趨勢(shì)基本一致。其值的大小，隨著孔眼穿透深度增加而增大。孔眼穿透深度一定，相位角為360°時(shí)，產(chǎn)能比最小；相位角取45°，產(chǎn)能比最大。仍然建議相位角取45°、60°、90°中的一種。

3.2.3 孔徑對(duì)產(chǎn)能的影響

在射孔相位角為45°，孔密為32孔/m時(shí)，繪制不同穿深下孔徑對(duì)產(chǎn)能比的影響曲線，如圖6所示。

圖4 不同穿深下孔密對(duì)產(chǎn)能的影響

圖5 不同穿深下相位角對(duì)產(chǎn)能的影響

圖6 不同穿深下孔徑對(duì)產(chǎn)能的影響

從圖6可知，產(chǎn)能比的大小隨著孔眼穿透深度和射孔孔眼孔徑改變，其變化的趨勢(shì)一致，即隨著孔眼穿透深度和射孔孔眼孔徑的增加產(chǎn)能比增大。

4 射孔參數(shù)及測試工藝優(yōu)化

這里選取南海東部測試作業(yè)的一口稠油井作為例子，在鉆井作業(yè)前，就對(duì)測試方案進(jìn)行研究，優(yōu)選射孔工藝及參數(shù)，提前準(zhǔn)備好相應(yīng)射孔器材。設(shè)計(jì)油層套管尺寸為?244.5mm，根據(jù)射孔參數(shù)對(duì)表皮系數(shù)及產(chǎn)能的敏感性分析，推薦以下9種射孔方案以供參考，見表1。

表1 推薦射孔方案

（1）該稠油井實(shí)際根據(jù)推薦方案1選擇射孔器材。選擇的測試射孔器材為7″射孔槍，孔密39孔/m，穿深1351mm，孔徑?10.92mm，相位45°。

（2）測試管柱中增加了自動(dòng)丟槍裝置，增加了雙級(jí)壓力控制循環(huán)閥。

（3）測試過程中合理控制生產(chǎn)壓差，地層產(chǎn)液連續(xù)穩(wěn)定，且沒有出砂。

該井測試取全取準(zhǔn)了各項(xiàng)地質(zhì)資料，達(dá)到了地質(zhì)測試的目的。另外，根據(jù)測試壓力資料回放，試井解釋該井測試表皮系數(shù)約0.53，雖然比測試前預(yù)測的表皮系數(shù)略高，但是達(dá)到了完井質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，井筒與地層溝通良好，地層基本沒有污染或堵塞，完井質(zhì)量優(yōu)。

5 結(jié)論

上面研究了各射孔參數(shù)（孔眼穿透深度、孔眼密度、相位角、射孔孔徑）對(duì)產(chǎn)能的影響，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用情況。結(jié)果表明：稠油測試作業(yè)中，所有射孔參數(shù)，孔眼穿透深度對(duì)產(chǎn)能的影響最大。孔眼穿透深度小于鉆井污染帶半徑時(shí)，產(chǎn)能比較小；孔眼穿透深度大于鉆井污染帶半徑，即孔眼穿透污染帶后，產(chǎn)能比顯著增加。然而進(jìn)一步增加孔眼穿透深度，產(chǎn)能比與孔眼穿透深度的關(guān)系曲線趨于平緩，增幅不大，因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中不應(yīng)一味追求深穿透來提高產(chǎn)量。其它3個(gè)參數(shù)中，孔眼密度和射孔孔徑對(duì)產(chǎn)能的影響相對(duì)于相位角對(duì)產(chǎn)能的影響較大，且產(chǎn)能隨著孔眼密度和射孔孔徑的增加而逐漸增大。相位角取360°時(shí)，產(chǎn)能比最小，相位角取45°，產(chǎn)能比最大。相位角依次取45°、60°、90°、180°、360°，產(chǎn)能比逐漸減小。所以，今后稠油油藏測試射孔，為增加測試產(chǎn)能，減少出砂，確保測試的成功率，一般以高孔密、大孔徑、足以穿透水泥環(huán)及鉆井污染帶的穿深為原則選擇射孔器材，相位角取45°、60°、90°中的一種。即稠油測試射孔參數(shù)權(quán)重為孔徑、孔密＞孔深＞相位，相對(duì)于傳統(tǒng)防砂完井射孔理論孔徑＞孔密＞相位＞孔深，本研究是對(duì)傳統(tǒng)完井射孔防砂理論的補(bǔ)充和完善，對(duì)海上平臺(tái)稠油油藏的測試和稠油油藏的開發(fā)具有借鑒和指導(dǎo)意義。

[1]關(guān)利軍.南海東部淺層疏松砂巖稠油地層測試技術(shù)[J].油氣井測試，2013，22(3）:58-61.

[2]萬仁溥.現(xiàn)代完井工程[M].3版.北京:石油工業(yè)出版社.

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[4]馬永峰，撞建山，張紹禮.油氣井測試工藝技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社.

TE5

A

1004-5716(2015）05-0047-04

2014-05-08

2014-06-03

張自印（1985-），男（漢族），四川通江人，工程師，現(xiàn)從事地層測試及完井方面的工作。