套管井射孔優化設計新方法及應用

鄧永剛，李進，林家昱，唐啟勝，呂廣(.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 30045；.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

射孔的作用是穿透套管和水泥環，建立油氣生產流通通道，合理的射孔參數設計是解除污染、釋放產能的關鍵所在[1]。目前，射孔完井作為渤海油田主要完井方式之一，占油井總數的三分之二。就現有技術而言，射孔參數的優化校正主要分為兩步：第一步，結合大慶檢測中心在1987年至1993年期間提出的校正圖版，首先從水泥靶參數校正到貝雷靶參數，然后結合儲層巖石強度和套管布氏硬度完成貝雷靶到實際地層的射孔參數校正[2]。隨著渤海油田開發逐步邁向中深層，該方法已不能滿足深部儲層射孔參數優化校正需求，同時，該方法過分依賴無應力巖石中的強度測試結果，未合理處理地應力的影響[3]。因此，亟需針對上述難題開展射孔參數優化方法研究，滿足中硬地層射孔優化設計需求。

1 射孔優化設計新方法

1.1 基于沖擊指示函數的參數優化校正方法

綜合考慮了巖石抗壓強度、圍壓、孔隙壓力、孔隙度等多種性能參數，研究建立基于沖擊指示函數的射孔參數優化校正方法[4]，有效解決了原有優化校正方法過分依賴無應力巖石中強度測試結果的缺點，滿足了深穿透射孔彈參數優化校正的需求，具體計算模型見式(1)～(5)：

式中：DoP為實際井下的射孔穿深(mm)；DoPeff為地面水泥靶射孔打靶穿深(mm)；φ為孔隙度(%)；a0為射孔彈指數系數，一般取值8.0×10-5；為射孔沖擊指示函數(MPa)；Pp為地層孔隙壓力(MPa)；UCS為單軸抗壓強度(MPa)；Pc為圍壓(MPa)；Peff為沖擊有效應力(MPa)。

1.2 射孔套管剩余強度計算方法

射孔作業過程中，在穿透套管的同時，會對套管的抗擠壓強度造成影響。為了定量表征這種影響，采用抗擠壓能力降低系數Kj描述射孔對套管抗擠壓能力的影響[2]，見式(6)～(8)：

式中：Pcr為無孔套管抗擠毀強度(MPa)；Pcrp為射孔套管抗擠毀強度(MPa)；Kc為套管抗擠毀系數；PHA為相位(°)；Kj為強度降低系數；DEN為孔密(孔/m)；Do為套管外徑(m)；rp為孔眼半徑(m)；f為應力集中系數；t為套管壁厚(m)。

1.3 精細化射孔優化設計分析方法

基于射孔參數優化校正新方法、射孔套管剩余強度計算方法的研究，結合定向射孔井表皮計算與參數敏感性分析，形成一套精細化射孔優化設計分析方法，其流程如圖1所示。

2 實例應用分析

2.1 A3井射孔復雜問題分析

該井于2016年1月21日投產以來，產量極低，幾乎無產量。隨后，進行酸化增產作業，增產后日產液40.7 m3/d，日產油39.3 m3/d，該井基礎參數如表1所示。

圖1 精細化射孔優化設計分析方法

通過對該井實際鉆井作業對儲層的污染情況分析發現，校正后的井下實際穿深和污染深度相差非常近，該井最初設計射孔彈在實際井下工況下未穿透污染帶的可能性極大。

2.2 K油田沙三段儲層射孔分析

開發層位是沙三段，儲層壓力30.6 MPa，儲層溫度111.6 ℃，滲透率178 mD，孔隙度20%，屬于中孔中滲儲層，設計射孔參數如表2所示。

表1 A3井基礎參數

表2 K油田沙三段射孔參數

上述射孔方案存在問題如下：參數范圍太寬泛，不聚焦，現場操作射孔彈選型難度大，參數低線，滿足的射孔彈太多，無法選擇最優射孔彈。調研統計了K油田沙三段儲層相關基礎數據，優化、分析沙三段儲層射孔方案，如表3所示。

對K油田沙三段儲層進行射孔參數敏感性分析，設計參數條件下的產能比較低，介于0.5～0.7之間，該射孔參數設計不能很好地釋放儲層產能。從射孔敏感性分析可得出規律：射孔參數中穿深對于產能比的影響更為敏感，其次為孔密和孔徑。因此，對于K油田沙三段儲層更適合選擇深穿透射孔彈，有利于釋放儲層產能。結合敏感性分析結果，當穿深≥1 000 mm，方能使得產能比達到0.9以上；當穿深≥1 400 mm時，產能比能達到1.0以上。結合對射孔穿深的校正分析，在井下實際穿深到達1 000 mm時，對于K油田沙三段儲層而言，要求地面水泥靶射孔打靶穿深至少在1 330 m以上。因此，解釋了該井射孔方案變更設計的原因和合理性，分析結果和現場實際射孔彈變更方案十分吻合，如表4所示。

表3 K油田沙三段A6井基礎參數

表4 K油田沙三段儲層變更后射孔參數設計

3 結語

基于射孔參數校正新方法、套管剩余強度計算方法的研究，形成精細化射孔優化設計分析方法，解決了深部儲層射孔參數校正難題和射孔方案優化問題。該套方法分析A3井射孔復雜問題、K油田沙三段儲層射孔方案優化，分析結論和實際生產結論一致，很好地驗證了該套方法的合理性和正確性。應用分析表明，該方法可有效滿足渤海中硬儲層射孔參數優化設計，對細化和優化射孔參數及方案，提高套管射孔井產能具有重要意義。