致密地層新型深穿透射孔配套技術的研究及應用

余建生

（中海石油（中國）有限公司天津分公司,天津 300459）

近年來,渤海油田進行致密儲層[（1]東營組、沙河街組等）開采的過程中,出現了油井地層壓力恢復慢、產液量遠低于配產和注水井的注入壓力高、注入量低于配注量等問題,嚴重制約了該類儲層的開采效率[2]。

射孔完井是中國海上油田使用最為廣泛的完井方式[3],射孔技術是油氣田開發過程中的重要環節[4],渤海致密儲層開發多采用套管射孔不防砂或者簡易防砂完井方式,目前國內射孔彈的研發與性能測試大多采用API 19B 第一部分或第二部分測試方法進行評價。實際上,由于地層環境的不同,該類測試數據借鑒作用甚微,甚至可能誤導完井方案設計。因此針對渤海油田致密儲層射孔作業,需要結合儲層的具體巖性和實際條件進行射孔彈、井筒和儲層相應參數研究和測試。

為實現渤中區域致密儲層高質高效開發,項目組聯合專業公司開展了致密儲層射孔技術研究工作。經一年多的研發,研究了致密砂巖（儲層）對射孔彈性能的影響,并開發出了相應的射孔彈產品,同時建立了相應的射孔彈效能[5]測試方法,為該類區塊的產品選型和完井作業設計提供了依據。

1 致密地層新型深穿透射孔配套技術的研究

致密地層新型深穿透射孔配套技術的研究主要包括能夠施加圍壓[6]的雙相壓力模擬射孔裝置、新型深穿透射孔彈的優化研究和適用于儲層的新型射孔效能評估方法研究。

1.1 雙相壓力模擬射孔裝置研究

射孔器穿孔性能與射孔彈和射孔槍的匹配、射孔槍和套管的匹配以及壓力等因素關系密切,不同的因素將導致孔深、孔徑、射孔槍脹徑、毛刺高度、孔眼圓潤程度等發生變化。如果忽略以上因素,將影響對儲層的正確評價和采收率,甚至出現工程問題。為了在地面更好的模擬儲層的射孔環境,設計了一套雙相壓力模擬射孔裝置,該裝置將射孔器和目標靶單獨分離開單獨加壓,模擬儲層環境,實現儲層“射孔仿真模擬”,雙相壓力模擬射孔裝置結構見圖1。

圖1 雙相壓力模擬射孔裝置結構示意圖

雙相壓力模擬射孔裝置將試驗容器內部空間分隔成相互獨立的兩部分,分別用于建立井筒壓力和圍壓,在地面以模擬儲層環境進行射孔試驗。在井筒壓力空間放置單元槍射孔器,在圍壓空間放置近似儲層砂巖靶。在砂巖靶外部施加圍壓,射孔彈的發射方向與砂巖靶的軸線平行,實現了帶圍壓模擬射孔的地面試驗,可滿足不同圍壓下射孔彈性能的測試,為射孔優化設計提供準確的試驗數據。

1.2 致密地層新型深穿透射孔彈研究

分別從彈殼,藥型罩材質和藥型罩配方等對射孔彈進行設計,根據致密儲層射孔規律情況,通過對射孔彈穿透儲層的射流流道進行建模分析,研究射流能量損耗分布規律,并通過對藥型罩配方和外型的優化,降低射流能量損耗,提高射孔穿深。研制出83/89/114/178 四種型號的新型深穿透射孔彈,并完成相應的性能測試,結果表明,新型射孔彈在渤海致密儲層中的穿深較常規深穿透射孔彈提高30%。新型深穿透射孔彈地面模擬裝槍穿砂巖靶試驗結果見表1。

表1 新型深穿透射孔彈地面模擬裝槍穿砂巖靶試驗數據表

1.3 新型射孔效能評估方法研究

目前射孔彈測試方法主要依據API RP 19B 和GB/T20488-2006《油氣井聚能射孔器材性能試驗方法》進行性能測試,雖然包含了模擬井下環境條件下穿靶的測試方法,然而油田公司在射孔彈性能比較時大多參考第一部分測試- 在常壓條件下裝槍穿混凝土靶試驗,并以此測試結果作為射孔完井設計與產能評估軟件的基礎,來評估油氣井產能。為了更加客觀的評價射孔彈性能和了解其在實際儲層條件的穿深性能,指導射孔彈的設計和完井作業設計,專項開展了基于模擬實際使用條件且簡便為原則的新型射孔彈效能評估方法的研究。

1.3.1 射孔彈模擬裝槍穿鋼靶性能測試方法

目前GB/T20488-2006 中規定的射孔彈穿鋼靶試驗都是采用固定炸高來進行,不能真實反應射孔彈實際裝槍的情況,無法客觀了解射孔彈穿均質靶的性能,其參考作用也較小。為了便于射孔彈前期方案摸底或產品的批量化驗收,建立射孔彈模擬裝槍穿鋼靶試驗方法,其測試裝配如圖2 所示。

圖2 射孔彈地面模擬裝槍穿鋼靶試驗結構示意圖

該方法不但可以真實反應射孔彈裝槍后射孔槍和套管的孔徑,為方案改進提供參考依據；同時可以檢驗產品批量化的穩定性。

1.3.2 射孔彈模擬裝槍穿小直徑砂巖靶性能測試方法

考慮實際儲層地質情況和圍壓作用的條件下,建立具有束縛作用的小直徑砂巖靶進行性能測試,可以觀察射孔孔道的整體形態、壓實帶等情況,并可測量孔道尺寸為流動性分析和產能評估奠定基礎。其測試裝配如圖3 所示。

圖3 射孔彈模擬裝槍穿小直徑砂巖靶性能測試示意圖

該種小直徑砂巖靶也可采用實際儲層巖芯進行試驗,具有試驗簡便的特點。能夠清晰測量射孔后孔道形態和損害等情況。

1.3.3 模擬兩相壓力裝槍穿砂巖靶性能測試方法

根據國外研究,孔隙壓力對射孔彈穿深影響較小,因此設計了模擬井筒壓力和圍壓的穿砂巖靶試驗裝置,用于評估射孔彈在圍壓和井筒壓力作用下的穿孔性能。為完井設計和產能評估提供相應的數據依據。裝配測試如圖4 所示。

圖4 試驗測試裝置圖

該方法可以直觀的展現出射孔彈在特定儲層中的做功能力,為后續完井設計和產能評估提供相應的數據依據。

2 現場應用概況

渤中34-3 區塊主要開采層位為東營組J 砂體,砂體分布穩定,連續性好,儲層平均厚度為5.5m,J 砂層儲層平均孔隙度為19.5%,平均滲透率為151.4mD,為中孔中滲儲層。2018 年,在該區塊選取4 口井應用114 系列的致密地層新型深穿透射孔彈,四口井均為7″尾管井,新型射孔彈施工過程與常規射孔彈一樣,作業安全、順利、發射率100%。生產壓差5.1MPa（低于油藏推薦值6MPa）,4 口井的實際產量超鉆后配產51%（見圖5）,增產效果明顯。

圖5 渤中34-3 四口井實際產量與鉆后配產對比圖

為了進一步驗證研制的致密地層專用的新型深穿透射孔彈的實際效能,2019-2021 年,新型深穿透射孔彈陸續在渤中34-9 開發項目、曹妃甸2-2 探井項目、渤中25-1 調整井項目和秦皇島35-5 探井項目共計11 井次推廣應用,射孔彈發射率100%,其中7 口生產井實際產量超鉆后配產27%（見圖6）,2 口探井測試產量喜人,2 口注水井的注入壓力和注入量均達設計配注要求。

圖6 7 口生產井實際產量與鉆后配產對比圖

3 認識及結論

3.1 該技術的研究和應用是對射孔配套技術的完善和發展,對于渤海油田致密儲層的射孔彈參數校核和射孔彈優選提供了更加準確的判斷方法,能夠有效反應致密儲層測試產量和射孔完井的油井產能。

3.2 對于不同射孔彈在不同物性砂巖靶中的實際穿深及圍壓作用產生的影響,能夠通過該技術得到準確直觀的數據,便于射孔完井產量的模擬和低產問題的分析,有助于解決現場實際生產問題。

3.3 新型深穿透射孔彈的研制和試用,為渤海油田致密儲層提供了一種“量身打造”的射孔彈,該射孔彈在致密儲層中的射孔性能遠超其它射孔彈,有力的保障了渤海油田增儲上產,為渤海油田儲量勘探和上產四千萬噸保駕護航。