射孔孔眼表皮系数的计算与分析.pdf

测井技术?年射孔孔眼表皮系数的计算与分析孙溪涛?胜利石油管理局测井公司?摘要孙溪涛?射孔孔眼表皮系数的计算与分析?测 井技术,?,?增刊?阐述了射孔弹穿孔过程以及射孔损害对油气井产能 的影响。介绍 了一种射孔孔眼表 皮系数 的计算方法,分 析了孔眼长度、孔眼密度、孔眼直径和相位等孔眼参数对表皮 系数 的影响以及与油气井产能的关系。指 出穿深、孔密、相位对表皮系数和油气井产能影响较大,而孔径的影响则很小。为正确地选择合理的射孔方案,最大程度地提高油气井的产能提供了理论依 据。关键词?射孔孔眼表皮系数计算孔眼参数关系?,?,?一?、?一?,?,?,?、?!?一?!一01 1produetiveeapaeitythanholediameter.Thisf indingprovidestheoretiealbasesforehoosingperfor atingpro jeetrightly50toraisegas一oi lf)roduetivitytotheutmost.Sub ject s:perforatinghole、kinc o eff ieie n、C ale ulatio nholepa r amete rr elatio n-sh iP引言射孔完井是为油气流 在油层和井筒 之 间建立流 动通道,其目的是使油井获得最 大产能。射孔 的最直接 结果就是在井筒和油气层之 间形成若干孔眼,油气流通 过这些孔 眼流人 井筒而被采集。一方 面,优质的、清洁的孔眼能最大程度地提高油井产能;另 一方面,成孔 过程也会 对油气层造 成 极大 的损害,甚 至 超过 钻 井 的损害,从 而使油井产能降低。有 些井 的产能只是天然生 产 能力的 2 0%一3 0%,甚至完 全丧失产能。表皮系数是评价射孔损害的重要参数仁。本文介绍 了射孔 孔 眼表皮系数的计算方 法,着重分析了孔 深、孔密、孔 径、相位等4个射孔孔眼参数对表皮 系数的影 响,为射孔 方案 的确定提供了一定 的理论依据。射孔弹穿孔过程聚能射孔 弹 爆 炸 后,产 生 出高温(2。0 0一5 00 0)、高压(几千至几万个Mla)的冲击波,使射孔弹聚能罩受到来 自四面八方 的向药柱轴心 的挤压作用。在高温高压下,聚能罩的部分质 量变 为速度 达7O0 0m/S的微粒金属流。这股高速 的金 属流遇到障碍物时,产生 约3又 1创MPa的 压力,击穿射孔枪体、套管、水泥环及地层 岩石,形成一个孔眼(见 图1)。油井损害表皮系数由于钻井和完 井 的影 响,如油 井 钻穿 部分油层、射孔不 完全或孔眼堵塞将伤害油层,降低近井地带的渗透率。渗透率增 大或减小 的区域称 为 表皮。它对油 井 动态 的影 响称为 表皮系数。表皮 系数可用作衡量钻 井或第2 7卷增刊孙溪涛:射孔孔眼表皮系数的计算与分析表I射孔孔眼表皮 系数计算中的常t射孔孔眼相位/(。)a,a:乡l扬c l只n乙八日U79刁q 乙八n巨气口n了自乙碑任尸 乃口0.25一2.09 10.0 4525.13131.86了 2I.6X IO0.5一2.0250.09433.03 731.8 1152.6又100648一2.0180.063 41.61361.77 706.6义 100.726一1.9050.10381.5 674.69351g X008 13一1.8980.1023飞.36541.64903.0试100.86一1.7880.2 3981.19151.64 924.6义10门曰日门八乙O曰,1 1.J61557.5098791叨阴肠图l射孔系统示意图注:该表摘 自Karak a、和T a八q文章(1955)厂2丁完井有效性的指标。受伤害井的表皮 系数为正,增 产井的表皮系数为负,而保持原状态的井的表皮系数为O。Hawk inS建立的油气井表皮系数表达式为式中,Kh和K、分别为水平渗透率和垂 直渗透率,且一抵1镖(6)/K,、了八岛l干犷一1Inl一弋1夕八、/厂w/式中5一一表皮系数;K、伤害带渗透率,r l正);八伤害带半径,f t;r w油井井眼半径,f t;入一一原始渗透率,mD口由式(1)可见,对于受伤害井,井眼附近渗透率低于油藏原始渗透率;表皮系数为正值。对 油层的损害程度越严重,表皮系数越高。式 中,h间 为孔距;依*为孔眼半径;爪。为孔眼长度。于是垂直拟表皮 系数S、一IOah乞玲(7)aa,19均+a:(8)b=bl均+bZ(9)常量a,a:,b,乓均是射孔 孔 眼相位的函数,并可从表1得出。垂直表皮系数s v可能对尽,的影响很 大。当射孔密度很小(即h,、很大)时,S、很大。3.战的计算首先要计算无量纲量鲡射孔孔眼表皮系数计算射孔孔眼对井动态 影响的一种计算方法 是引人射孔孔眼表皮系数凡。它 由平面流系数夙、垂直表皮系数S、和井筒系数S、组成。射孔 孔眼总表皮系数为凡=Sh+S、+S、(2)各部分的估算方法如下。1.凡的计算,飞飞Sw b二 氏/(偏,+r.v)=el甘Zr咧(10)(1 1)常数。:也可从表I得 出。孔眼参数对表皮系数的影响饥一 n兀丽(3)式中,凡(0)为井筒有效半径,它是相位角 的函数rw(印一 z,、/4rw(0)a。(r w+z,、)夕一O夕笋0(4)常量a。取决于射孔孔眼相位并可从表1得出。此表皮系数为负值(对。二O除外),但其总的作用很小。2.S v的计算在计算S、以前必须计算2个 无量纲变量1.孔深从式(4)、(5)、(10)可以看出,穿深增加,可以降低射孔孔眼表皮系数。进一步 的研究表明,如果射孔孔 眼在伤害带内终止(l,、八),则地层伤害和射孔 孔眼可用综合表皮系数表示(Sd)。=(凡)。+(K/K、)S。(12)(凡)。为公式(1)的裸眼等表皮系数。如果射孔孔眼在损害带以外终止,则(S d)。=s。(1 3)式中,S。为对应修正 的射孔 孔 眼长度z,、和修正的孔径式的表皮系数(5)非法定计量单位,飞m D一9.87丫 10一 矛耐;1 ft一o304sr nz/,:f一,、一(卜赞)二r;一、一(卜釜)。测井技术2003年山口藕o乃化0.30一一少被澎澎澎澎澎“编6,0 08.0 0穿透 深 度/in住0 012的一一颧挤挤图2当射孔弹穿过伤害深度时改善的生产指数比孔眼味度/i n图3射孔密度、孔眼长度和相位对产能比的影响对照式(1 2)和(13)可以看出,射孔穿 过近井伤 害 的地层可大大降低表 皮 系数。钻井 液 中 的固相和滤液 的侵人,形成 的乳状液以及 由钻井和震 动所造成 的地 层失稳都会暂时或永久地降低 近井 地层渗透率。图2作 为一例表明,如果射孔 孔眼穿过伤害深 度,则产能比可大大改善。然而在大多数情况下,井筒周 围的伤害深度 是不 确定 的,不过裸眼井电阻率数据可作为初 步近似值。最近胜利测井公司有关工程技术人员提 出了一种新 的方法,即利用高频等参数感应资料确定泥浆侵入深度,为射孔方案的确定提供了方便川。射孔弹穿透 深度是天然裂 缝发 育的井 中的关键 参数。在这种情况下,具有最深穿透度 的射孔 弹可能遇到天然裂缝 系统。2.孔密在1口r w一0.32 8f t的井 中,利用典型的射孔孔眼特征,如 乍、=0.2 5in,l、rf=8in,8=1200,得出在渗透率各向异 性Kh/K,一1 0,5,1的情况下关于Sv与射孔 密度之 间的关系表(见表2)。表2列 出了在不 同射孔密度下 的 表皮 系数5、。对于高孔密34孔/ft,表 皮 系数变得很小。对于低孔 密射孔,在正常各向异性地层 中的表皮 系数会 很大。有 效射孔密度不仅增加 向井筒 流动通 道 的数目,而且 对接触薄层 状 油气层都是一个重 要 的射孔 参数。许多射孔工程师都认 为4孔/f t将提供与裸眼完井 相比更好的流人动态,但这一经 验会令人误解。正常完 井时 在高渗透率地层 的情 况 下较高的射孔密度 更 有优势。射表2不同射孔密度下的射孔孔眼垂直表皮系数孔 系统 是很复杂 的,而且不是所 有下 入井 内的射孔弹都有效地 发射或射入 地层,工业 研究 表 明,实际上 5 0%一7。%的射孔孔眼是有效的。3.相位相位 是一个 在许多地层 中非常重要而又常被 忽视的变量。从式(4)中可以得 出,夙1一般情况下为负值。当夕一O时,S为正值,表皮系数增大。通过计算可以得出在其它条件相 同 的情况下 0 o相位射孔其孔 眼总表皮系数最高,表 明。“相位角布孔最 差。过油管射孔系统设计用 0 o 相位射孔达 到最大穿深,用偏心射孔枪安置 所有射孔弹,地层流体走迂回路线流入井 筒,使产能比降低,而45“、6 0“、9 0。、1 20 0的射孔枪在 不 同方 向上射孔 因而 能够接触 到更多 的裂缝。1987年,I hr ig川总结了相 位角、孔眼密度和孔眼长度对油 井产能 的影 响(见 图3),与以上分析结果一致。4.外径孔径在S、计算中对无量 纲 变 量r d产生影 响。r d与孔眼半径 和孔距的比值有关,一般情况 下,孔眼半径与孔距 的比值为十几分 之一,孔径 的变化幅度相对于孔距来说是微不 足道 的。因此,除 非 孔 径 非常小或非常大,否则孔径对孔眼表皮 系数 的影响是很小 的。孔 密孔/ftKh/K、一10表皮系数SK卜/K、一5KI/凡一1结论射孔穿深超过 近井伤害 带区域可大 大增 加井 的产能;在正常各向异 性地层中,高孔 密可以大 大降低表 皮系数;O。相位角布孔 最差,孔 眼表皮系数最高;孔径相 对来说是一 个不太重要 的因素,对表皮系数影响不大。参考文献1赵敏,徐 同台.保护油气层技术.北京:石油 工业出版 社,1995二2万仁溥,张琪.油井建井工程.北京:石油工业 出版社,200 1二3竹永国,李希来 等.高频等参数感应测井资料在优化射孔中的应 用.测井技术,2003,27(l):51一54(收稿日期:2。2一11一。9本文 编辑高宝善)第2 7卷增刊作者简介作者简介孟样水李双林罗景美张付明周翔宝王爱民陈莹邵在平李金柱张又春丁世村王爱丽熊 同旭王京平史秋贤工 程师,1967年生1989年 毕业于石油大学(北 京)测井专业。长期从事测井资料解释与方法研究工作。(电话:0546一8761790)工程师,1971年生。1993年毕业于中国地质大学,2 000年毕业于青岛海洋大学,获硕士学位。主要从事测井解释与研究工作。(电话:0546一8761754)工程师,1 964年生。1987年毕业于石油大学测井专业。长期从事测井资料验收与测井 仪器维修应用工作。(山东省东营市 胜利油田测井一分公司邮编:257200电话:0546一8573292)助理工程师,1975年生。199 6年毕业于西 北大学石油地质专业,获理学硕士学位。现在从事测井沉积学应用与研究工作。(电话:0546一8761753)讲师,1968年生。199 0年毕业于石油大学测井专业。(电话:0546一8761754,13054637780)工程师。198 9年毕业于江汉石油学院矿场地球物理专业。现在从事测井资料 解释和审核工作。(地 址:山东省东营市河口区胜利油田测井一分公司电测站绘解室邮编:257200电话:0546一8571576)工程师,1969年生。1982年毕业 于长春 地质学院测井专业。现在胜利油田临盘 采油厂地质研究所从 事油藏研究工作。(地址:山东省 临邑临盘 地质所邮编:251507电话:0534一8869007)工程师,1966年生。1990年毕业于石油大学应 用物理专业,一直从事引进测井仪器 的维修工作。(地址:山东省东营市胜利石油管理局测井 公司四分 公司邮编:257096电话:0546一8761388E-r n ai l l:b ei ji劝。眼163.c o m)工程师,1969年生。1992年 毕业于江汉石油学 院石油地质专业。从事石 油地质勘 探方面技术工作。(地址:山东省东营市仙河镇胜利油田有限公司桩西采油厂地质所邮编:257237电话:0546一8581482)工程师。1992年毕业于西安石油学院电子仪器与测量技术专业。现在从事测井、射孔技术工作。(地址:山东省东营市河口区胜利油田测井一分公司邮编:257200电话:0546一8672385E-r-n ai l:w e元10263.n et)工程师,1966年生。1989年毕业于西南石油学 院勘查地球物理专业。现在从事测井、射孔工作。(地址:山东省东营市河口区胜利油田测井一分公司邮编:257200电话:0546一867216213954687066)工程师。199 0年毕业于西南石油学 院测井专业。现在从事测井生产与管理工作。(地址:山东省东营市胜利油田测井四分公司邮编:257096Dm ai l:w sh s slof.cOIn)工程师。1981年毕业于胜利石油学校地质专业。长期从事油田开 发技术研 究、动态监 测及管理工作。(地址:山东省 东营市现河 采油厂地 质研究 所 邮 编:257068电话:0546一8783483)硕士,工程师,197 0年生。1992年毕业于石油大学(北京)测井专业。主要从事岩石物理 实验分析与应用研究工作。(地址:山东省东 营市胜利石油管理局李霏刘忠松魏晓龙薛田才肖艳孙溪涛张超王树松罗亚丽吴 云桐测井公司邮编:257096电话:0546一8761398)工程师。1989年毕业于江汉石油学 院。现 在从事测井资料解释工作。(电话:0546一8761769)*工程师,1966年生。1991年毕业于长春地质学院测井专业。现在 从事生产 测井仪器维修工作。(地址:山东省东营市胜利油田测井 二分公司邮编:25706 1电话:0546一8761130)工程师1968年生。198 8年毕业于西安石 油学 院电子仪器与测量技术专业。现在从事开发测井仪器的维修与研究。(地址:山东省 东营市胜利 油田测 井二分公司邮编:275096电话:0546一8761130)高级 工程师,1962年生。198 2年毕业于石油大学矿场地球物理专业。现为胜利油田测井公司总工程 师。主要从事测井仪器设计、研制及科研管理工作。(地址:山东 东营市胜利油田测井公司邮编:257096)工程师,1968年生。1992年毕业于石油 大学(山东)测井专业。现在 胜利 油田测井一分公司任 副经理。(地址:山东省东营市胜利油田测井一分公司邮编:257200电话:[phone]年生。1996年毕业于西安石油学院电子仪器与测量技术专业。现在从事探井及水平井的资料采集工作,曾参与C I绷70 0及相应设备的湿接头水平井的配套与试验,多次在全国各地进行水平井施工服务和技术指导。(电话:[phone]),工程 师,1969年生。1994年 毕业于石油 大学测井专业。现在从事 管理工作。(地址:山东省东营市胜利油田测井四分公司邮编:257096电话:0546一876164813506360022)工程师,1968年生。1993年毕业于江汉石油学 院物探测井仪器专业。现在从 事仪器维修工作。(地址:山东省东营市河口区胜利油田测井一分公司邮编:257200电话:0546一8672872)工程师,196 9年生。1992年毕业于成都地 质学 院核原料与核技术工程系电子专业。现在从 事仪器维修工作。工程 师,1966年生。199 0年毕业 于西安石油学院仪器维修专业。现在从事仪器维 修工作。(地址:山东省东营市胜利油田测井二分公司邮编:257096电话:0546一87611 30)工程师,1972年生。199 4年毕业 于石油大学加工专业。现在从事 野外测井工作。(地 址:山东省东营市胜利油田测井四分公司邮编:257096电话:[phone])工程师,1966年生。1989年毕业于西安石 油学院电子仪器与测量技术专业。目前从 事地面仪器研制工作。(地址:山东省东营 市胜利油田测井公司研究 中心邮编:257096电话:0546一8761340Br n ai l:f a nlys ohu.以 n l)刘兵开地址:山东省东营市胜利油田测井公司资料解释研究中心邮编:257096