射孔优化对油层影响.doc

李广梅美女：
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射孔优化对油藏超能影响
【摘要】
本收集汇总的资料主要介绍了射孔完井对油气层的损害情况，重点分析了射孔过程中射孔液、射孔参数、射孔时压差大小等因素对油气层产能的影响，针对此影响，对射孔提出了优化射孔参数、选用与储层配伍的优质射孔液以及采用负压射孔，并确定合理的射孔负压值等技术措施来保护油气层。
【关键词】射孔完井 防止地层损害 射孔参数 射孔器 提高采收率
完井作业是油气田开发工程中的一项十分重要的工序，而射孔完井又是目前国内外最为广泛采用的完井方法，但射孔的同时又易对油气层造成多种损害，降低了射孔通道周围地层的渗透率，导致油气井产量降低。为此将油气层保护技术应用于射孔完井作业中，可极大地减少射孔对油气层的损害，提高油井产量，对稳定原油的产量具有非常重要的意义。

1. 影响射孔完井对油气井产能的因素
射孔的目的就是沟通套管内完腔和地层，保证油气井获得应有的产能。因此，射孔只保证射准、射穿以不能满足生产的需要，必须做到保护油气层，避免任何可能阻碍油气从地层流入井内的现象，确保油气井获得尽可能大的油气产能。
实践证明，不同的射孔方法对油气井：不同的射孔方法对油气井的产能有直接的影响。所以，分析研究影响油气井产能的因素以及它们与产能的关系，就可以针对不同的井、不同的地层，采用不同的射孔方案，提高油气井产能，同时也可以利用它们预测射孔完井的产能并进行安全评价。
影响射孔完井的因素很多，其主要有孔眼参数、地层损害、地层性质和紊流等。
1）射孔参数对产能的影响
射孔孔眼参数主要包括孔深、孔密、孔径和相位。孔深是指射孔孔眼穿透地层的深度。孔密是指每米的射孔孔眼数目，孔径是指射孔孔眼的直径。相位是指相邻射孔孔眼之间的角位移。
射孔完井的产能一般用产能比或者生产能比来表示，它定义为井眼受射孔破坏的实际产能和井眼未受破坏时的理论产量的比值或射孔完井生产率和裸眼完井生产率的比值，一般用PRI表示。
(1)孔深对产能的影响
射孔的穿透深度是影响产能的一个重要因素。在不同的情况下和产能的关系也不同。在有钻井损害而没有射孔损害的情况下，只有当孔深超过损害带的一定程度时，油气井的产能才不会降低，并且随孔深的增加而增加。但是，当孔深增加到某一数值时，再增大孔深，产能不会有太大的增加。
在有钻井和射孔两种损害的情况下，即使孔眼完全射穿损害带，油气井的产能仍然低于无损害情况下的产能。
在孔眼未穿过钻井损害带时，孔深、孔密和钻井损害带都是影响油气井产能的重要因素。因此，提高射孔的穿透深度使之超过损害带，可以减小钻井损害程度对产能的影响。在有钻井损害时，要使有钻井损害的油气井的产能接近无损害裸眼完井的产能，无论孔密多大，都得进行深穿透的无损害射孔作业，使孔眼完全穿透损害带。所以，在有钻井(或修井)和射孔损害的油气井中，采用穿透深度大的射孔方法比采用孔密大的方法更有效。
(2)孔密对产能的影响
孔密较高就可以获得较大的产能，但是在选择孔密时不能无限制地增加孔密，应当考虑以下几种因素：
①孔密太大容易造成套管损害；
②孔密太大射孔成本高；
③孔密太大会使将来的作业变得更加复杂。
因此，在射孔施工中，应根据油气井的条件和其他射孔参数，选择一个适合于本井的最佳孔密，以期花最小的代价获得最大的产能。
在无损害条件下，孔密很小时，提高孔密产能比增大比较明显。但孔密增大到某一值时，孔密对产能比的影响就不明显。
各向同性地层中，当射孔相位角Φ=900时，孔密增大产能比明显增大；当相位角Φ=O0时，孔密增大产能比也增大，但不如在Φ=900时增大的程度大。而且，当孔密由13孔，米增加到26孔／米时，相位角Φ=900和Φ=O0时的产能比增大的幅度大；而当孔密由26孔／米增加到39孔／米时，相位角Φ=900和Φ=O0时的产能比增大的幅度小。
各向异性地层中，当射孔相位角Φ=900时，孔密变化对产能比的变化较为明显，而且随着孔密的增大产能比增加的幅度较大。当相位角Φ=900时，，孔密变化对产能比的影响较小，特别是孔密达到26孔／米时，孔密增大产能比变化不大。
由此可见，孔密是影响产能比的重要参数。但是，通过孔密来增大产能比是有限的。理论上讲，孔密等于13孔／米时，其生产率可能超过裸眼井生产率；当孔密大于13孔，米时，油气井的机械强度降低，风险增大，因此会部分抵消射孔带来的利益。但是，通过实验得出的结论为孔密小于52孔／米时，油气井的机械强度不会降低。
目前国内各油田常用10孔／米的密度射孔，国外常用13孔／米的密度射孔。
(3)孔径对产能的影响
孔径是指射孔枪在地层中产生孔眼的直径，对油井的产能也有一定的影响，但不如孔深、孔密的影响大。无论相位角是900还是00，当孔径小于lOmm时，孔径增加时，产能增加较大；当孔径大于lOmm时，孔径增加时，产能提高不大。此外，孔深小于228．6mm时孔径变化对产能的影响较孔深大于228．6mm时孔径变化对产能的影响大。
目前所用弹型的孔径变化范围较小，由于射孔弹的炸药量及能量均一定，故一般都倾向于牺牲孔径(孔径为lOmm左右即可)来换取较大的孔深。
但这个结论不适用于稠油层、易出砂等储层。对有积垢或石蜡沉积趋势的井，采用19．05mm或者更大孔径射孔效果较好，而对其它井，采用1 3ram的孔眼，其射孔效果较好。目前，国外射孔采用的射孔孔径为0．25～13mm，而国内射孔采用的孔径为8～12mm。
(4)相位对产能的影响
相位是指相邻两个孔眼之间的角位移，对射孔完井产能也有较大的影响。目前国内外射孔作业中经常使用的射孔相位主要有00、600、900、1200和1800。相位角是影响产能的一个重要因素。研究表明在无污染无压实的情况下，Oo相位角性能最差，1800相位角比Oo相位角产率比高20％，而最佳相位角600时比oo的产率比高30％。相位角的优劣次序为600，900，1200，1800，00。此外，当孔深较浅时，相位角的差别较小，当孔深较大时其差别亦较大。
在各向异性地层，相位角由1800变化到00或者900产能有较大的提高，相位角在00和900之间变化时产能没有太大的变化；而在各向同性地层，相位角由00变到900或1800时产能有较大的提高，相位角在900和1800之间变化时，产能没有太大的变化。
通过实验可知，相位为00时，油井产能最低，相位为1200时产能居中，相位为900时产能最高。这是因为在相同的孔密情况下，孔眼排列越集中，流线弯曲越严重，引起的能量损失越大，从而导致产能下降。当孔跟未穿透钻井损害带时，1200相位和900相位射孔完井产能和孔深的关系基本相同。因此，可以认为900是最好的射孔相位，在其他条件相同的情况下，它可使产能达到最大。
(5)射孔格式对产能影响
射孔格式是指射孔孔眼的排列方式，目前主要有平面、交错和螺旋排列三种。射孔格式对油井的产能影响较小，无论孔眼穿过损害带还是未穿过损害带，射孔格式都是影响产能的次要因素。不过螺旋布孔可以有效地进行水泥修补作业，在重复射孔井段基本上消除了孔眼重叠的可能性。当地层处于应力负载时，有些孔眼比普通射孔孔眼更深，因而增加了孔眼与张开裂缝相交的可能性，提供了径向流动方式，因此螺旋式射孔更好一些。
2）地层损害及其对产能的影响
油层或地层损害是指井眼周围的地层和井眼之间形成的阻碍油层达到最大产出率的限制或障碍的现象，油层损害又称为“表皮”，油层损害效应又称为“表皮效应”。
(1)钻井、固井损害及其对产能的影响
钻井过程中的地层损害的深度取决于以下三个因素，泥饼的渗透率、超压压差的大小以及泥浆和地层的接触时间。
油层损害的严重程度通常用以下两个参数表示，损害程度(损害带地层渗透率的降低程度)和损害深度(损害半径)。损害程度通常用损害带平均渗透率与原始渗透率之比来衡量。
①损害深度对产能的影响
只要孔深超过钻井、固井损害带的深度，损害深度对产能比的影响就不大，并且产能可以得到较大的改善。当射孔孔眼不能完全穿透损害带时，损害深度对产能的影响较大，并且随损害程度的增加，油气井产能下降。
②损害程度对产能的影响
损害程度越大，产能越低。而且，在孔密较低的情况下，损害的程度更严重。因此，在有损害的井中，增加孑L密可以改善井的茶能。
(2)射孔损害及其对产能影响
射孔损害是指在射孔过程中，由于岩石颗粒的破碎和压实、孔眼堵塞、破碎颗粒的运移以及射孔液中固相颗粒的侵入等原因造成的地层渗透率降低。
射孔损害的严重程度一般用损害带厚度和损害度表示，它们对射孔完井有较大的影响。
①损害带厚度对产能的影响
射孔完井的产能随着损害带厚度的增大而降低，而且在损害带最初的13mm内，对产能的影响较大，13mm以外损害带对产能的影响较小。
②损害程度对产能的影响
射孔损害程度一般用射孔孔眼周围损害带的渗透率和无损害时渗透率的比值表示。
射孔过程中造成的岩石破碎带和压实严重地阻碍射孔孔眼中的流体的流动，因而使油井的产能下将。
射孔损害和钻井损害同时存在时，射孔损害程度相同时，钻井损害程度越大，其产能比下降的幅度越大；钻井损害程度相同时，射孔损害程度越大，其产能比下降的幅度也越大。而且，射孔损害程度对油井产能比的影响要比钻井损害程度对油井产能比的影响较大。对钻井损害来说，当孔深超过钻井损害时，钻井损害程度对油井产能的影响很小；而射孔损害则不然，即使当孔深超过钻井损害深度对，射孔损害程度对油井的产能仍有较大的影响，且随着射孔损害程度的增加，油井的产能下降。由此可以看出，射孔质量对射孔效果影响很大。
3）地层性质对产能的影响
(1)地层各向异性对产能的影响
地层的各向异性是指地层的垂向渗透率和水平渗透率的差异。在各向异性地层中，孔密是比较重要的参数，提高孔密是改善油气井产能的一个重要途径。
(2)泥质夹层对产能的影响
在储集层中都不同程度地含有泥质，这种泥质可能是均匀地分布在整个储层中，也可能是以连续的夹层或不连续的泥质条带的形式存在于地层中。相对于砂岩来说，泥质不具有渗透性，因此它们在横向上的连续性和空间分布会极大地改变地层中流体的流动特性，从而影响油气井的产能。
在砂泥岩互层的地层射孔时，存在一个孔眼的上限和下限的问题。上限就是有效孔眼多的情况，也称为“最好情况”，在这种情况下，砂眼中的孔眼最多而泥岩中的孔艰数量最少。下限就是有效孔眼最少的情况，也称为“最坏情况”，在这种情况下砂岩中的孔眼最少而泥岩中的孔眼最多。孔密很高时，“最好情况”和“最坏情况”都显示差不多相同的有效孔密。因此，在较高的孔密时，含有泥质夹层的地层中的射孔孔眼的位置不是一个重要的因素。
通过上述分析可以看到，要获得较多的有效孔眼，必须提高孔密。但在某些情况下，作业者要射孔的“目的层”是具有数百米厚的砂泥岩薄互层，这些地层具有不同的泥质含量和分布，有时用较低的孔密就可以有效地开采某些连续的砂岩层。所以，从经济角度来讲，对数百米砂泥岩薄互层的地层射孔，详细研究最佳的孔密分布是十分必要的。其次，在一大段地层内，应用较高的孔密射孔，会损坏套管和水泥环。因此，在含有泥质夹层的地层中射孔，必须合理兼顾，即要保证套管完好，又要获得较高的产能。
(3)泥质含量和泥质分布指数对产能的影响
泥质岩石地层中，泥质含量(泥岩层总厚度与砂岩和泥岩总厚度之间的比值)和泥质分布指数对射孔完井的产能有一定的影响。
通过研究发现，油气井产能随着泥质分布指数的增加而降低。泥质分布指数对产能的影响比泥质含量对产能的影响大。在均匀各向异性地层中，孔深对产能的影响较大；在含泥质夹层的地层中，孔深对产能的影响较小，而孔密对产能的影响较大。
(4)地层裂缝对产能的影响
在非均质地层中，由构造应力引起的网状裂缝和闭合裂缝对射孔完井的产能有较大的影响。裂缝的的方位、间隔和渗透率对产能都有很大影响。
①一组垂直裂缝地层
对于这类地层，射孔孔眼可能和裂缝面平行，也可能和裂缝面垂直。在裂缝之间的间隔较小的情况下，由于裂缝和孔眼平行对其间没有直接的连通通道，所以产能较低，而裂缝和孔眼垂直时产能较高。在裂缝间距较大时，裂缝与孔眼平行时的产能与裂缝与孔眼垂直时的产能之间没有太大的差别。通常，与裂缝垂直(相交)射孔孔眼的产能比与裂缝平行射孔孔眼的产能高。
在裂缝和射孔孔眼平行的地层中，由于液体可通过的面积有限且与裂缝没有连通，严重地阻碍流体的流动。因此，孔深对产能的影响较大。孔深增加时，产能将以较大的幅度增加，产能几乎于孔密无关。
在裂缝和射孔孔眼相交的地层时，由于孔眼和裂缝直接相通，当裂缝间距较小且孔深较大时，其产能较大，甚至其完井产能比裸眼完井还要好。而且，影响产能的主要因素是孔深，裂缝间距较小的地层射孔完井的产能比裂缝间距较大的地层射孔完并的产能大。
②两组相互垂直的垂直裂缝
这类地层射孔完井产能和孔深、孔密以及裂缝间隔之间的关系同裂缝和射孔孔眼相交地层中的情况类似，孔深是决定产能的主要因素。
③一组水平裂缝
在这类地层中，随着孔深的增加产能明显增加，甚至在孔深较大时，这种增加的趋势也较明显。由于水平裂缝不会改善地层的垂向连通性，因此孔密对产能的影响也比较大。在裂缝间隔较小的地层中，由于孔眼和裂缝直接连通的几率增大，而且孔眼与裂缝间的平均距离减小，所以高密度射孔完井效果更好。
④三组相互垂直的裂缝
在这类地层中，当裂缝间隔较小时，产能随孑L深增大而增大，但在孔深小于某个值时增加的幅度较大；当裂缝问隔较大时，产能随孔深增加而均匀增加。另外，孔密对产能影响不大，特别是在裂缝间隔较大时。若裂缝间隔在O~o．3米之间，可采用中等孔深高密度的射孔枪射孔；若预计裂缝间隔大于0．3米，则应尽可能采用深穿透射孔枪射孔。综上所述，裂缝性储集层射孔完井的产能取决于裂缝的类型和密度。
在裂缝密度较高的地层，射孔完井的产能较高。孔深是个重要参数，并且如果垂直裂缝可提供较好的垂向连通性，则孔密相对来说并不那么重要。
4）紊流对产能的影响
当流体流经孔隙介质时，流量随着压差的增大而线性增加，在这种条件下的流动的流体称为达西流(或称线性流)。当流量增大到某一值时，流量不再随着流体的压力差或气体压力差的平方的增大而线性增加，这种情况下，压力差的增加比流量的增加的要快许多。确切地讲，流体流动有两种截然不同的类型，一种为线性流(滞流或层流)，一种为紊流或湍流。反映流体流动状态的参数是雷诺数，其表达式为：
Re=dvp/μ (3．1)
式中：
v——流体的流动速度；
d——流体流经的管径；
μ——流体粘度；
p——流体密度。
试验证明，流体在流管中流动时，Re<Q000时流体的流动类型为线性
流；Re兰_4000时，流体的流动类型属于紊流；而2000<Re<4000时，流体的流动类型可能是线性流，也可能是紊流。在实际生产条件下，常将Re>3000的情况定为紊流。
(1)紊流条件下射孔参数对产能的影响
在紊流条件下，射孔参数(孔深、孔密、孔径和相位等)对射孔完井
的产能有较大的影响，并且和无紊流时射孔参数对产能的影响不同。通过试验研究，得到以下结论：
①由于井眼附近流体速度较高，从而导致在高渗透性地层紊流对产能的影响增大。
②紊流条件下孔深对产能的影响比较明显，孔深越小，紊流使产能下降越大，随着孔深的增加，紊流的影响逐渐减小。有紊流时产能随孔深的增加比无紊流时产能随孔深的增加大。
⑧有紊流情况下，孔深较小时相位对产能的影响不大，孔深较大时才体现出相位的影响。
④有紊流情况下，产能随孔密的增加而增加，并且当孔密达到52孔／米后，产能明显提高。
⑤虽然孔径对产能的影响不如其他参数重要，但对产能也有影响，特别是孔径小于lOmm时，孔径变化对产能也有较大的影响。
(2)各向异性地层中紊流对产能的影响
存在紊流时，地层的各向异性对产能有较大影响。通过试验发现，不论是各向同性还是各向异性地层，紊流都使产能严重降低。而且在各向同性地层中产能下降的幅度比在各向异性地层中产能下降的幅度大。
(3)不同渗透率地层紊流对产能的影响
地层的渗透率不同(特别是水平渗透率不同)，紊流的存在对射孔完
井的产能有较大的影响。水平渗透率KH较小时紊流对流量的影响较小(几乎无影响)，最着KH的增大，紊流将明显地导致气体流量下降，因而使产能降低。此外，压力差对紊流条件下的气体流量也有较大影响。
紊流对射孔完井的产能有较大的影响，减小紊流有害影响的最有效方法就是最大限度地增加孔深和在射孔时使相邻孔眼之间有一定的相位角；当相位角为Oo或孔深不大时，提高孔密对改善产能没有什么效果。另外，对于00相位射孔的各向异性地层，无论紊流效应占多大优势，地层的各向异性对产能都无影响。当KH<IOO×lO3μm2时，紊流效应对产能的影响可以忽略不计；当KH=100×103μm2。心时，紊流效应可使产能损失50％；当KH>100×103μm2时，紊流效应使产能损失达74％。
2、射孔优化设计
射孔工艺设计主要包括射孔方式选择、射孔枪、弹选择和射孔液选择。
1）射孔方式选择
根据油藏和流体特性、地层损害状况、套管层序和油田生产条件选择恰当的射孔方式。
目前，在油田射孔作业中常用的射孔方法主要有以下几种方法，电缆输送套管枪射孔、过油管射孔和油管输送射孔等。
（1）电缆输送套管枪射孔(WCG)
（2）油管输送射孔(TCP)
（3）油管输送射孔联作
（4）电缆输送过油管射孔（TTP）
(5)其它射孔工艺
①负压射孔
②超正压射孔
③水力喷射射孔
④水力喷砂射孔
⑤子弹和聚能弹射孔
⑥激光射孔
2）射孔枪、弹的选择
3）射孔液的选择
（1）射孔液性能要求
（2）射孔液体系的筛选
3、射孔参数优选
说明：可以把前面部分内容移过来。
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