动态负压射孔技术在渤海油田致密储层区块的应用

(中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司, 天津 300280)

摘  要：渤海油田地质构造复杂，单井中存在多套油组需同时进行开发，为防止层间干扰，必须使用套管井完井进行分层开发，而套管井完井需进行射孔，才能沟通地层流体及井筒，但射孔瞬间造成储层中的岩石破碎，在射孔炮眼附近形成渗透率较低的压实带，并且破碎的颗粒在瞬间压力作用下会进行运动，可能会造成空隙堵塞，以至于炮眼的流动效率低下。目前常用在致密储层中的静态负压射孔并不能确保清洁射孔炮眼，而实际上能够起到影响射孔炮眼清洁度的关键是之前未引起重视的射孔弹起爆瞬间造成的井眼内的压力波动，而非初始的负压值。然而动态负压射孔通过特殊的射孔参数设计，采用专门的负压弹、常规射孔弹和部分负压射孔枪的组合，在与静态负压射孔相同引爆条件下产生出瞬时较大的动态负压值，可以显著将炮眼的岩心流动效率提高。

关键词：多套油组；套管井完井；动态负压；致密储层；渤海油田 

1 概述

渤海油田地质构造复杂，单井中存在多套油组需同时进行开发，为防止层间干扰，必须使用套管井完井进行分层开发，而套管井完井需进行射孔，才能沟通地层流体及井筒，但射孔瞬间造成储层中的岩石破碎，在射孔炮眼附近形成渗透率较低的压实带，并且破碎的颗粒在瞬间压力作用下会进行运动，可能会造成空隙堵塞，以至于炮眼的流动效率低下。渤海针对致密中低渗储层通常采用负压射孔解除改善炮眼周围压实带和清洁射孔炮眼，但静态负压射孔并不能确保清洁射孔炮眼，而实际上能够起到影响射孔炮眼清洁度的关键是之前未引起重视的射孔弹起爆瞬间造成的井眼内的压力波动，而非初始的负压值。

相关研究表明，在射孔的同时可以通过火药作用或特殊降压枪迅速在射孔井段形成动态 负压，以达到负压射孔的效果，最大动态负压值所形成的时间和大小是影响射孔后表皮系数的关键。动态负压值越大，形成时间越短，则表皮系数越低；该射孔方式即称作动态负压射孔。动态负压射孔可在初始静态压力为正压、负压或平衡压力的条件下实现射孔后在地层和井筒之间产生一个变化的动态负压，并维持一定时间，以利于清洗射孔炮眼，提高射孔压实带的渗透率。

2  动态负压射孔原理

动态负压射孔系统主要由降压射孔枪、降压开孔接头和射孔枪组成。在射孔瞬间，降压开孔接头上的降压孔被打开，其周围的液体以非常大的加速度向降压枪内流动，而其造成的惯性力在快速降压装置周围的液体中产生了极大的负压差，形成快速冲击回流清洁射孔炮眼及压实带。

动态负压射孔系统由动态负压射孔枪、P-t电子压力记录仪、动态负压射孔模拟软件三部分组成。其中动态负压射孔枪工作原理为通过安装在负压射孔枪上的负压弹引爆时，在负压枪枪身上开出大流通孔，便于井筒内井液快速流入枪内，瞬间将井筒内压力降低，瞬间在射孔炮眼内产生压力冲击回流，以此来冲洗射孔炮眼及炮眼附近的压实带，实现炮眼的清洁及表皮系数的下降。P-t电子压力记录仪则可以快速记录射孔时压力、温度、加速度随时间的变化情况。动态负压射孔模拟软件则是根据地层参数推荐合理的射孔枪、射孔弹匹配方案，计算动态负压值随时间的变化。

3  射孔参数优选及管柱设计

3.1 动态负压P-t计算

动态负压射孔作业前需根据目的层油藏孔隙压力、地层孔隙度、储层的渗透率及地层的流体性质等参数，用动态负压射孔模拟软件来设计负压值并选择射孔参数，同时计算出负压枪及负压弹的数量，进而达到射孔最佳负压值的要求。 

合理的负压值既要保证对射孔炮眼进行有效清洁，又要避免导致地层出砂、套管挤毁或导致封隔器失效，因此负压值既不能太大也不能太小，要根据不同地层选择合理的负压值。

(1) 计算最小负压值：

最小负压值计算是负压射孔设计的前题和关键，当动态负压值超过了所需最小负压值，动态负压才能够产生较好的负压冲洗效果，起到清洁射孔炮眼的作用。

(3) 最佳负压值计算：

合适的负压值要根据地层的渗透率和污染程度来进行选择，负压值如果过小则不能起到清洗射孔炮眼污染的目的，负压值如果过大则可能会导致射孔后地层出砂或崩塌，造成射孔管柱砂埋的严重后果。从提高产能以及降低表皮系数的角度出发，应该尽量选择最大的射孔负压值，但过大的负压值可能会导致地层砂粒移动进而造成近井地带储层渗透率下降。因此要选择合适的负压值，达到既能清楚干净射孔碎屑及压实带的作用，并且不会破坏地层结构。

根据测井解释的地层声波时差及孔隙度，我们一般将地层分为致密地层和非致密地层。负压值选取原则是致密地层不易出砂，一般采用大负压值；而非致密地层出砂可能性较高，则选取适度的负压值防止出砂。

因此针对致密地层选择负压值公式如下：

动态负压射孔管柱由常规射孔枪、负压射孔枪、常规射孔弹、负压弹及导爆索等组成（详见图1）。通过软件模拟设计根据需要可在常规射孔枪内安装负压弹, 也可在夹层空枪内安装负压弹，在常规射孔弹对地层射孔的同时, 负压弹对枪身开孔(不会对套管造成损伤)，井筒内液体通过枪身上的炮眼快速进入射孔枪内, 造成井筒压力瞬时降低,从而实现动态负压。

为监测动态负压射孔效果，记录井筒内负压值的变化情况，一般在管柱底部增加P-t电子压力记录仪。

3.3 射孔参数优选

射孔参数选择原则如下：

(1) 负压弹及射孔弹在枪身上的开孔面积和枪内部空间的大小会直接影响动态负压值；

(2) 可以通过改变负压弹孔密、孔径进而调整射孔枪上的泄压面积, 改变射孔枪的尺寸进而改变泄压空间大小；

(3)  可通过适当增加射孔枪上的炮眼数量从而增加射孔后井筒内流体进入射孔枪的过流面积，进而增大流量，加大动态负压值；

(4)  当泄压空间相同或相近时，动态负压值会随射孔枪内装药量的增加而减小；

(5)  可通过增大枪内空间进而增大射孔枪内的泄压空间,从而增加动态负压的作用时间。

4 现场应用

根据壁心分析资料和测井解释结果，XX油田储层均具有低孔、中-低渗的物性特征，其中，油层段测井解释孔隙度范围12.4%～14.8%，平均为13.6%，渗透率范围37.2 mD～97.7mD，平均为62.7mD，针对储层特点，动态负压射孔对于不易出砂的致密地层较为适用，为减小射孔炮眼压实程度和射孔液侵入地层，推荐该油田相关储层采用动态负压射孔方式。由于该油田储层测井声波时差值属于致密地层，射孔后不易出砂，可采用大的负压差值，最大负压值按套管强度的70%计算，最终负压值以实钻后射孔数据表通过专业软件进行动态负压射孔模拟计算（图2），确定合理的动态负压值，根据模拟结果设置负压枪及负压弹的个数。

其中XX油田X井一开16"井眼钻进至426m，下13-3/8"套管至424.28m，二开12-1/4"井眼钻进至2675m，下9-5/8"套管至2671.5m，9-5/8"套管钢级3Cr-L80、47PPF、BTC扣；根据实钻取得的油藏资料，计算所需负压值为14.8Mpa。Y井一开16"井眼钻进至806m，下13-3/8"套管至803.71m，二开12-1/4"井眼钻进至3076m，下9-5/8"套管至3073.5m，9-5/8"套管钢级3Cr-L80、47PPF、BTC扣；根据实钻取得的油藏资料，计算所需负压值为18.3Mpa。

射孔后通过起出射孔管柱底部的P-t电子压力记录仪可以看出实际X井及Y井动态负压值满足设计要求。

5 应用效果及结论

XX油田X井及Y井分别投入正常生产后，通过对比常规静态负压射孔完井方式的油井计量数据，可得到结论，同区块油井使用动态负压射孔完井后产能明显高于常规静态负压射孔产能，常规静态负压射孔后单井产能基本与钻后预测相当，而使用动态负压射孔方式完井后单井产能均可超过钻后预测产能30%以上（表1）。

表1动态负压及静态负压产能对比表

由上综述，得出相关结论如下：

(1) 动态负压射孔可在射孔后实现层和井筒之间产生一个变化的动态负压，并维持一定时间，以利于清洗射孔炮眼，提高压实带的渗透率。

(2) 相较常规通过降低井筒内液面以制造负压的静态负压射孔方式，动态负压射孔不需降低井筒内液面，射孔前井筒与地层内的压力处于相对平衡状态，井控安全更易把握。

(3) 动态负压射孔方式已成功运用多井，作业期间安全可靠，相较常规静态负压射孔具有足够优越性及合理性。

(4) 致密储层中动态负压射孔相较常规静态负压射孔可明显提高油气井产能。

参考文献：

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       来源：化学工程与装备-官方网站-创刊于1972    2022年第11期  在线投稿  >>