非常規儲層定面射孔技術研究與應用

董淑高

摘要：開發了針對非常規儲層完井的定面、定向射孔工藝技術，分析了其技術原理、結構設計方法、參數優化及應用特點。研究了定面、定向射孔對水力壓裂的影響。技術成果在非常規水平井中進行了實驗應用，取得了良好的效果。

關鍵詞：定面、定向射孔技術;非常規儲層;水力壓裂

1引言

目前，非常規水平井普遍采用六相位螺旋射孔，一方面，在最大主應力方向上有效孔眼數量較少，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層，壓裂導致部分縫網偏離主產層或與斷層連接，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

2.1定面射孔技術原理

巖石是典型的脆性材料，孔邊應力（σ）遠大于無孔的應力，孔眼周圍呈現應力集中現象，如圖1所示。當巖石載荷增加時，應力集中處首先達到巖石破裂的強度極限并產生裂縫。應力集中大小和作用范圍與孔徑和相位有關，同一平面內多孔眼的應力相互疊加，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，數值模擬孔眼周圍地層應力的分布矢量圖，從圖2可以看出定面射孔的孔眼可形成更寬的應力分布面，增加縫網完善程度，常規射孔孔眼的應力分布是獨立的，無法形成應力分布面。

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，改變地應力分布，產生沿井筒橫向的應力集中，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，同時在射孔平面內形成較大波及面的人工裂縫，提高縫網系統完善程度和壓裂效果。

2.2定面射孔器設計

定面射孔器優化設計中須根據油氣藏物性，綜合考慮臨孔夾角、射孔彈組數、射孔相位、彈間干擾等因素，確保射孔彈穿過水泥環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，穿孔指標低。因此，對射孔彈內腔和藥型罩結構、藥型罩成分配比進行優化，設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。

綜合考慮定面射孔槍承載高壓及射孔爆轟影響，對其材質和結構進行優化設計，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，保證射流能夠對準盲孔中心位置，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，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。

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

3結論

①開發的非常規水平井定面、定向射孔器安全性和可靠性達到了設計要求;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，實現壓裂改造針對性。

參考文獻：

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