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1、西南石油大学,油气井射孔投产新技术,西南石油大学采油所,二OO九年十二月,油气井射孔投产新技术,1.现代射孔技术的基本概念 2.射孔与油气层保护 3.射孔器 4.射孔工艺技术及其发展 5.射孔优化设计方法 6.水平井射孔优化设计(例)7.SWPI对该技术的贡献 8.思考题,4.射孔工艺技术及其发展,现代射孔工艺：电缆输送套管枪射孔工艺 电缆输送过油管射孔工艺 油管输送射孔/联作工艺 高压喷射和喷砂射孔工艺 定方位射孔工艺技术 超高压正压射孔工艺 连续油管输送射孔工艺（水平井）复合射孔工艺 模块枪射孔工艺 激光射孔工艺,1)电缆输送套管枪射孔,常规电缆套管枪正压射孔工序：射孔前用射孔液造成正压环
2、境，用电缆下套管 枪，磁性定位器校深，对准层位电引爆射孔。取射孔枪，下油管装井口试油。特点：具有施工简单，成本低和高孔密，要求使用优 质射孔液。电缆套管枪负压射孔工序：射孔前用射孔液造成负压环境，其余同前。特点：具有施工简单，成本低和高孔密，主要适用于 低压油层，射开厚度大时需多次下枪。,Wire-line Casing Gun Perforating,4.射孔工艺技术及其发展,井口控制示意图组成：套管接箍定位器、电缆、放射性传感设备、射孔枪 串等。电缆：输送枪、与传感器通讯、电流引爆。一般情况下，小直径枪一次可下入18-24m，大直径枪一次可下入9-12m。,Wire-line Casing
3、 Gun Perforating,1)电缆输送套管枪射孔,4.射孔工艺技术及其发展,4.射孔工艺技术及其发展,2)油管输送射孔工艺油管输送射孔工艺概述 油管输送射孔(Tubing Conveyed Perforating简称TCP)是针对一将要作业的油气井，将各个需要射开的油气层的射孔器，按井下层位的顺序，全部串联在油管的尾端，并通过油管输送到油气井中；随后在油管内测量放射性曲线或磁定位曲线，校深并对准射孔层位；可采用多种引爆方式点火，引爆射孔器。为实现负压射孔，在引爆前，使射孔井段的压井液（射孔液）液柱压力低于地层压力，以保护好射开的油气层。即油管输送射孔负压射孔。,2）油管输送射孔工艺,T
4、ubing Conveyed Perforating,4.射孔工艺技术及其发展,4.射孔工艺技术及其发展,油管输送射孔工艺概述工序射孔前用射孔液造成负压环境，用油管输送射孔枪，放射性测井校深，对准层位引爆射孔，丢枪后试油或射孔直接投产。优点可采用各种有枪身射孔器，优先高孔密、深穿透大孔径、多相位、多方位射孔，实现优化射孔，从而获得最佳的油气井产能；可以实现较高的负压值，以清洁孔眼，保护油气层。对于高压油气井、含硫油气井射孔，可防止井喷，安全性高。一次下井可同时射开较长井段或多个层段。特别斜井、水平井、复杂结构井的射孔。可与射孔后的各测试、投产工艺联作。,4.射孔工艺技术及其发展,引爆方式(1)
5、投棒引爆：标准棒、串联棒，要求管柱通径，井斜不大。(2)延迟压力引爆：油管内有部分液体，用氮气作加压介质，井口加压引爆。(3)环空加压引爆：依靠封隔器旁通传压引爆。(4)电引爆:Electrically Firing(5)置换式引爆:从安全角度出发,管串座封以后,再下引爆器(6)复式引爆:Redundant Firing Systems(带双引爆头)(7)选择性引爆:Selective Firing,4.射孔工艺技术及其发展,油管输送射孔联作工艺油管输送射孔和地层测试联作 Joint-Operation of TCP and Testing TCP+MFE(多流测试器)联作测试 TCP+PCT
6、(环压控制测试器)联作测试 TCP+HST(水力弹簧测试器)联作测试 TCP+APR(全通径测试器)联作测试 非自喷井油管输送射孔与测试联作 油管输送射孔与水力压裂、酸化联作 射孔与抽油泵联作工艺,4.射孔工艺技术及其发展,油管输送射孔点火头 点火头也叫起爆装置，一般来讲聚能射孔的全过程是雷管被引爆经过传爆、导爆，最终使射孔弹释放出其全部能量形成高压、高速射流射穿目的靶。而引发这一系列爆轰波的产生，传递的源头是雷管被引爆。TCP点火头的类型 机械点火头 压力延时点火头 双引爆点火头,4.射孔工艺技术及其发展,(1)安全机械起爆装置(2)压力延时起爆装置,能与延时起爆器 配合使用；可置于射孔枪顶
7、端 或尾端；,射孔管柱必须是全通径管柱,投棒.,4.射孔工艺技术及其发展,(3)压差起爆装置(4)双引爆起爆装置,可用于无封隔器的水平井负压射孔；在下井过程中，装置的内外压力平衡，增加了安全性和可靠性；可与环空加压装置配合使用；进行环空加压起爆；可与延时起爆装置配合使用。,和负压开孔装置配套使用；可采用环空加压或油管加压点火:可用于测试联作；上端接压力起爆装置或安全 机械点火头；提高了系统的可靠性。,4.射孔工艺技术及其发展,(5)负压开孔装置-负压双引爆加压工具,可调整工具扣型与不同通径封隔器配接；先环空加压引爆环空压力点火头，延时期间关闭进压孔，打开测试孔；若压力延时起爆装置未正常工作，可
8、从油管加压起爆 油管压力起爆装置和环空压力起爆装置，延时期间，井口卸压达到负压射孔；不需传压管；一次下井，工具可先后实现环空加压，关闭加压孔，打开测试孔(生产孔)；测试孔(生产孔)面积及最小通径可根据使用要求增加。,4.射孔工艺技术及其发展,油管输送射孔井下工具在TCP作业中，除点火头和射孔枪外，还配有井下工具，主要包括：棒击（或压力）开孔装置、玻璃盘接头、机械（或压力）释放接头、减震器、放射性接头、变扣接头和点火棒等。,4.射孔工艺技术及其发展,(1)棒击（压力）开孔装置(2)机械释放装置,需井液静压力；不会影响投棒引爆点火头；能与封隔器配合使用；可锁定开孔状态。,利用钢丝作业释放射 孔枪；
9、各种射孔方式均可配合使用；不受射孔时间限制；采用标准释放工具,4.射孔工艺技术及其发展,(3)压力起爆/自动释放装置(4)纵向减震器,可立即释放射孔枪；释放后，最小通径为油 管内径；,纵向减震器用于油管传输射孔作业中，减弱射孔时对井下仪器和管柱的震动。特点/性能：内外密封;液压减震;装于射孔枪上方，减小射孔时震动;,4.射孔工艺技术及其发展,枪间连结(1)夹层枪 在射孔作业过程中，常常需要用夹层枪来连接上下射孔枪，由于夹层枪与射孔枪相互连通。射孔后，夹层枪内充满了井液及油污；射孔枪串提至井口时，夹层枪内由于接头孔眼往往被堵而造成夹层枪憋压，拆卸夹层枪时只能靠卸出射孔枪中接头上的“O”圈来卸压，
10、这样做存在一定的不安全因素。同时，为了在现场更方便地重复使用夹层枪，必须对沾满油污和井液的夹层枪进行清洗，清洗夹层枪即费工时，又对周围环境造成污染。,4.射孔工艺技术及其发展,(2)隔板传爆技术技术特点采用隔板技术传递爆轰能量，射孔后不进油污，减少环境污染；采用泄压阀来泄压，解决射孔中夹层枪憋压的问题，使作业更加安全；对射孔枪具有分段安全保护作用；可用于 89mm 以上的有枪身射孔枪中。技术参数耐压：100Mpa，耐温：160C/48 小时输入/输出方式：传爆管爆轰输入/10mm内可靠引爆传爆管。,4.射孔工艺技术及其发展,油管输送射孔工艺施工设计内容(1)射孔参数优化设计(2)射孔(负)压差
11、设计：(3)射孔枪柱设计：(4)起爆压力设计：(5)射孔管柱设计：(6)施工工序设计：(7)安全与环保应急方案.,4.射孔工艺技术及其发展,3)超高压正压射孔工艺负压射孔面临的挑战技术背景自70年代以来,负压射孔被认为是最好的完井方式。（工业标准）1990年,Oryx能源公司发现油井的产能差异较大，部分井S0。平均孔眼有效率 25%,孔眼未得有效清洗。原因分析油气井自身原因不能提供保证孔眼清洁的最小负压;裂缝性油气藏由于不恰当大负压使裂缝闭合;,穿透污染带压实带伤害负压清洗问题,低渗透非均质严重油层欠压容易出砂污染严重裂缝性油藏,4.射孔工艺技术及其发展,4.射孔工艺技术及其发展,技术对策:超
12、高压正压射孔工艺:能源公司90年申请美国专利（EOP、ROPE),94年后，17家国外知名服务公司对EOP技术研究给与了强有力的支持，理论研究、试验研究、硬件配套都得到了较好发展。我国98年后分别在吐哈、四川等进行了现场试验。概念：射孔前井筒内施以超正压(P破),射孔 瞬间依靠持续的高压冲击孔眼,使近 井连通条件得以充分改善。机理：聚能弹在尖端的压力2-3万MPa，孔壁应力集中产生裂隙；射后持续正压冲击使裂缝易于扩展，可能在裂缝面上冲出沟槽；冲击液可以是酸液和携砂液，利用酸化压裂原理改善地层。复合射孔工艺:在EOP技术的发展中,利用高能气体压裂的原理,实现超正压,并进一步扩展裂缝,达到射孔和高
13、能气体压裂复合目的。,4.射孔工艺技术及其发展,超高压正压射孔工艺概述 该工艺就是在射孔前，使用液体或氮气或混合气液柱向井筒加压，使井底压力至少等于地层破裂压力。在射孔瞬间压缩气体的能量直接转化为作用于地层的压力，加压液体以非常高的速度进入射孔孔眼。由于在射孔瞬间，聚能射孔作用本身于孔眼尖端的压力已高达上万兆帕，这样高的压力大大超过了地层岩石的主应力和抗张强度，必然在孔眼壁面产生高度的应力集中，使得孔道壁面产生大量裂纹。因而随后高速的流体冲刷会使裂纹延伸扩展，而实现井筒与地层有效或高效沟通。,基本原理,4.射孔工艺技术及其发展,经验：施工压力满足压力梯度为 0.8-1.4Psi/ft,4.射孔
14、工艺技术及其发展,超高压正压射孔,4.射孔工艺技术及其发展,4)复合射孔工艺复合射孔工艺概述 原 理：将射孔和高能气体压裂有机结合并一次完成的射孔技术,利用高能炸药微秒级和复合推进剂火药毫秒级的差异分步对油层做功.聚能炸药先对射开产层,同时点燃推进剂产生高能气体并轴向脉冲加载射孔孔眼,建立准静应力场,在膨胀挤压和尖劈作用下产生多条裂缝,形成有效沟通.机理1:聚能射孔+高能气体冲击机理2:脉冲振动+热作用+声作用 用 途：新井、探井客观地反映原始地层状况；低孔、低渗透层油气井创造较好的渗流条件，有利于后续作业；污染较重的井穿透污染带；老井补孔清理旧射孔孔道，达到意想不到的增产效果；注水井增注及消
15、除水中杂质对近井地带孔道堵塞的作用。,4.射孔工艺技术及其发展,油气井压裂方法比较爆炸压裂是把炸药置于井筒中，使之爆炸，利用爆轰压力和冲击波压力压裂油层。爆炸压裂的压力上升时间短，在微秒级反应范围内，其峰值压力很高，一般可达到30007000MPa左右。水力压裂的作用原理就是对压裂段输入强大水力压力，超过地层岩石破裂极限，将岩石压开新的缝隙沟通油层天然裂缝，并随之填加压裂砂到裂缝中，达到增产和稳产的效果。高能气体压裂是利用高能气体压裂弹中的发射药或推进剂产生的高温高压气体压裂地层，可形成多条辐射状裂缝。高能气体压裂弹是一种压力峰值高，持续时间较长的油气井压裂的燃烧器材，简称压裂弹。,对高能气体
16、压裂弹的燃烧机理和控制燃速的点火机构及燃烧方式进行的系统研究，能控制燃烧压力峰值对套管和井壁不产生破坏作用，并能使地层产生多条辐射状裂缝(图b)，有效地沟通了天然裂缝，达到了增产增效的目的。,三种压裂升压特征示意图,4.射孔工艺技术及其发展,a,b,c,a,b,c,4.射孔工艺技术及其发展,复合射孔器分类按枪系列分:68枪复合射孔器 89枪复合射孔器 102枪复合射孔器按装配结构:分体式射孔器 一体式射孔器(内充填或外套式)组合式射孔器按泄压方式:有泄压孔式 自开泄压孔式按耐温能力:常温式 高温式按高压流体:两相流复合式 三相流复合式 按管柱结构:分体式射孔器 一体式射孔器(内充填或外套式)组
17、合式射孔器,4.射孔工艺技术及其发展,高孔密复合射孔器结构（火药在枪体内）,4.射孔工艺技术及其发展,国外主要多元增效枪系列StimGunTM(复合射孔枪:一体外套式),4.射孔工艺技术及其发展,国外主要多元增效枪系列StimTubeTM(高能气体冲击:已射孔井的伤害清除/薄油层增产),4.射孔工艺技术及其发展,国外主要多元增效枪系列PerfStimTM(超正压射孔器),4.射孔工艺技术及其发展,国外主要多元增效枪系列PowrPerfSM(超正压射孔+支撑剂冲击),复合射孔技术的P-t曲线 P-t曲线:压力增长速率、峰值压力、压力持续时间压力增长速率：决定裂缝的类型，水力压裂产生两条缝，爆炸压
18、裂产生 大量小裂缝。一般要求高能气体压裂在3-8条缝。因此要 求压力增长速率介于前两者之间.速率控制可通过控制 压力上升时间来实现.式中:DW-表示井筒直径(m)tm-多裂缝压力上升时间(s)CR-瑞利表面速度(m/s)当波松比在0.3时约为压力波的1/2,4.射孔工艺技术及其发展,P-t曲线:压力增长速率、峰值压力、压力持续时间 峰值压力：要求高于地层的破裂压力,低于套管能承受的极限压力.一般来讲,如果没有泄压条件,推 进剂产生的气体的压力会不断上升并 最后达到比地层破裂压力高得多的水 平,因此峰值高于破裂压力的条件总 能满足.套管能承受的极限压力与套 管的钢级、尺寸、射孔状况、地应力 大小
19、均有关系。峰值压力与炸药的类型、用量、密度、爆燃速度以及压力上升速度和 泄压设计密切相关。,射孔弹压力脉冲,火药压力脉冲,压力-时间关系曲线,4.射孔工艺技术及其发展,4.射孔工艺技术及其发展,P-t曲线:压力增长速率、峰值压力、压力持续时间 压力持续时间：从提高效果角度，具有二次压力峰值,时间越长越好。推进剂燃烧速度极快，增大装药量极易产生过高压力破坏套管；为保护套管降低装药量，可能使持续时间太短，达不到应有效果；合理设计装药量，并控制推进剂燃烧速度 目前采用的方法-药剂颗粒包覆粘结减速剂，增面燃烧（活性装药）复合装药：活性装药+惰性装药（减面含能材料），进一步延长作用时间.优化控制压力增长
20、速率、峰值压力、压力持续时间是发展复合射孔技术的技术方向.,4.射孔工艺技术及其发展,复合射孔工艺设计内容(1)合理用药量设计(2)火药燃烧峰值压力(3)枪管强度设计(4)枪身螺纹牙强度设计(5)泄压孔设计(6)射孔参数设计(7)产能分析评价(8)施工工序设计：(9)安全与环保应急方案.,油气井射孔投产新技术,1.现代射孔技术的基本概念 2.射孔与油气层保护 3.射孔器 4.射孔工艺技术及其发展 5.射孔优化设计方法 6.水平井射孔优化设计 7.SWPI对该技术的贡献 8.思考题,5.射孔优化设计方法,1)油井射孔完井产能数值模拟研究研究现状及研究方法研究方法电模拟:电场与渗流场的相似原理，不
21、能模拟气体非达西流动。数值模拟:利用离散数值解逼近真实解析解 有限差分法:利用差商代替微商,全部点离散;有限单元法:灵活,网格适应能力强。单元离散,单元内连续可微。研究现状油井规律的电模拟研究：Howard、Muskat and SWPI数值模拟研究：砂岩油井：差分、有限元，Tariq、SWPI、U of P 砂岩气井：有限元，Tariq、SWPI 裂缝孔隙油藏：有限元，Tariq、SWPI 不稳定流动：有限元，SWPI,5.射孔优化设计方法,有限元网格剖分,4.射孔优化设计方法,获得回归方程；校验回归方程。,确定影响因素,确定因素水平,确定因素水平、设计具有交互作用的正交表；,利用有限元代码
22、计算不同试验号下产率比；,利用正交设计结果进行回归分析和显著性检验；,油井产能与射孔参数规律研究思路,PR,100,200,300,400,500,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,钻井污染深度=165mm,KS,KM=16 Shots/mKJ=9.5mmPHASE=90WC=0.525WH=0.225mmYH=12.5mm简单布孔格式,电模拟,有限元模拟,射孔数学模拟与电模拟结果(油井),5.射孔优化设计方法,5.射孔优化设计方法,射孔井产能与影响因素的定量关系孔眼未穿透污染带PR=-0.51+0.00104KS+0.64875YH+0.009583KM-0.0078YH+0.
23、01975KJ+0.5897WC-0.00009343WH+0.002254XW-0.001512Rw+0.1595KZ-0.0001156XW2孔眼已穿透污染带PR=0.05+0.000668KS+0.61875YH+0.009866KM-0.0096YH+0.022875KJ+0.08872WC-0.00043125WH+0.00185XW-0.0017Rw+0.2028KZ-0.00000944XW2理想射孔完井(无污染无压实)PR=-0.08+0.0006228KS+0.0054KM+0.015665KJ+0.0031XW+0.0021Rw+0.5155KZ-0.003259Rw*KZ
24、R-0.00001656XW2,5.射孔优化设计方法,油井影响因素的重要度排序,目的：找出主要影响因素，指导射孔设计。方法：多元双线性回归分析及显著性检验。结论：影响因素的相对重要性顺序并不固定。射穿污染带时顺序为：(高孔密)孔深-孔密-钻井损害程度-压实程度-孔径-相位-井筒半径-非均质性-压实厚度-钻井损害深度-布孔格式未射穿污染带时顺序为：(深穿透)孔深-孔密-压实程度-非均质性-压实厚度-相位-孔径-钻井损害程度-井筒半径-钻井损害深度-布孔格式,5.射孔优化设计方法,1)油井射孔完井产能数值模拟研究同理,按照上述方法可的：气井射孔参数与气井的产能规律 注水井的吸水量与射孔参数的影响规
25、律 水平井的产夜（气）剖面与射孔参数的影响规律 底水油气藏水平井的底水脊进与射孔参数的影响规律。因此，我们可获得各类油气井射孔优化设计的依据,5.射孔优化设计方法,孔深与孔密的影响相位角的影响射孔压实厚度和程度的影响 钻井污染程度和深度的影响地层非均质程度的影响地层非均质性与相位的交互影响孔径的影响布孔格式的影响,影响因素 射孔:孔深 孔径 孔密 相位 布孔格式 地层:渗透率 非均质程度 井半径 污染:钻井污染深度和程度 射孔压实厚度和程度,2)射孔参数对油井产能的影响分析,PR,100,200,300,400,500,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,钻井污染深度=165mm,
26、KS,KJ=9.5mm 简单布孔格式PHASE=90 WC=0.525YC=0.225mm YH=12.5mm,600,8,12,16,20,24,28,(a)PR随KS而增加，射穿污染带后PR跃变，无限追求 KS经济效果不佳。(b)PR随孔密增加而增加，孔密达到一定程度以后，增 加KM不能明显提高油井产能。（2026孔/米）,5.射孔优化设计方法,孔深与孔密的影响,5.射孔优化设计方法,PR,100,200,300,400,500,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,钻井污染深度=200mm,KS,KJ=10mm KM=12孔/米WC=0.5 WH=200mm YH=12mm Y
27、C=0.2,600,0,180,120,90,相位对PR有明显影响，在穿深较浅时，选最佳相位为90度较好。,相位角的影响,5.射孔优化设计方法,PR,100,200,300,400,500,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,钻井污染深度=350mm,KS,KJ=13mm KM=20孔/米XW=90 RW=100MMWC=0.4 WH=350mm KZR=1.0 YC=0.2,600,16,12,14,8,(1)压实厚度越厚，PR越低，在孔眼没有穿透钻井 污染带以前影响不明显，穿透以后有明显影 响。(2)当压实程度0.5以后，随YC的继续下降，将使 PR大幅度降低。,10,压实厚度
28、,射孔压实程度与厚度的影响,5.射孔优化设计方法,压实程度,PR,1.0,0.75,0.50,0.25,0.00,0.7,0.8,0.9,1.0,1.1,孔眼深度=300mm,KJ=12mm KM=24孔/米XW=90 YH=12.7mm 无钻井污染,A,B,孔眼深度=150mm,射孔压实程度与厚度的影响,5.射孔优化设计方法,污染程度,PR,1.0,0.8,0.6,0.4,0.2,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,污染深度=152.4mm,KJ=12.7mm KS=228.6MMKM=12孔/米 XW=0 YC=1.0(无压实),A,B,污染深度=304.8mm,0.3,当孔眼穿透污染
29、区时(A线)，污染程度影响很 小；反之，当孔眼未穿透污染区时(B线)，污染 程度影响 要严重得多。,钻井污染程度与深度的影响,5.射孔优化设计方法,污染深度,PR,0,100,200,300,400,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,污染程度=0.4,KJ=12.7mm KS=228.6mmKM=12孔/米 XW=0 YC=1.0(无压实),A,B,0.3,污染程度=0.2,孔深=228.6mm,(1)当孔眼未穿透污染区时，虽然总的产能较低，但污染深度影响较小；(2)当孔眼穿透污染区时，虽然总的产能较高，但污染深度影响较大。,钻井污染程度与深度的影响,5.射孔优化设计方法,PR,100,
30、200,300,400,500,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,KS,KJ=12.7mm XW=90KM=12孔/米(实线)KM=24孔/米(虚线)理想孔眼,600,Kzr=0.01,Kzr=1.0,Kzr=0.1,0.0,当非均质性较强时(Kzr0.1)，增加孔密可大幅度提高产能。,地层非均质性(Kz/Kr)的影响,5.射孔优化设计方法,PR,8,12,16,20,24,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,孔密,KJ=12.7mm XW=180(实线)XW=90?(虚线)理想孔眼,32,0.0,在均质油藏(Kzr=1)，90度相位优于180度相位；在非均质较强时，
31、180度相位优于90度相位；,28,地层非均质性(Kz/Kr)的影响,5.射孔优化设计方法,各向异性不严重时(0.7-1.0)产能排序为:90,120,60,45,180,0各向异性中等(0.3-0.7)产能排序为:120,0各向异性不严重时(0.0-0.3)产能排序为:180,120,90,45,0,地层非均质性与相位的交互影响,孔径的影响,有限元模拟计算和电模拟实验研究表明，PR随孔径增加而增大，但当孔径10mm后不明显。,布孔格式的影响,研究表明：螺旋布孔优于交错布孔 交错布孔优于平面布孔采用螺旋布孔既可得到高产能，又可使射孔对套管和水泥环的破坏降至最低。,5.射孔优化设计方法,5.射孔
32、优化设计方法,3)射孔完井负压设计理论基本概念:最小负压Pmin 保证能够形成清洁无伤害的孔眼，并且能够移去孔眼周围压实带中的伤害物质。最大负压Pmax 负压不能超过一个最大值，否则可能发生地层坍塌出砂，套管挤毁，封隔器错位和设备损害 等机械故障。施工负压：介于Pmax和Pmin之间,5.射孔优化设计方法,美国岩心公司经验关系（油层）美国岩心公司曾根据45口井的修正数据，给出了一个选择油井射孔负压的经验关系 式中 pmin表示油井射孔最小负压，10-1MPa；K表示油层渗透率，10-3m2。,5.射孔优化设计方法,最小负压设计新方法射孔伤害 临时性伤害:射后流动自动清洗 永久性损害:需要很大压
33、力梯度和流速解决方法 需要多大压力梯度和流速?-微粒运移 需要多大负压才能达到需要的压力梯度和流速?-有限元精确求解,5.射孔优化设计方法,机理 微粒能否启动并运移取决于:流体施加的拖曳力式中：FD-拖曳力；CD-拖曳系数；V-液流速度AP-微粒在运动方向上的投影面积；-流体密度当雷诺数Re1,拖曳系数CD=24/Re。于是拖曳力可表为：结论:低速流下,拖曳力与流速成正比,5.射孔优化设计方法,在高速流下,当 Re 2(非线性层流)时,CD=24/Re+4.5 当 Re 1000(完全紊流)时,CD=0.4说明随流速的增加,非达西效应变得不容忽视,拖曳力与流速的平方成正比。如果孔眼处的流动能达
34、到非达西状态，那么孔眼压实带污染的清除将变得容易。,5.射孔优化设计方法,模拟结果与king现场数据比较,5.射孔优化设计方法,计算公式Pmin,式中 o原油粘度，mPas；Rec油井射孔清洁孔眼临界雷诺数，取为0.05；rcz压实带半径，cm；rP孔径半径，cm；o原油密度，g/cm3；Kcz压实带渗透率，10-3m3。,5.射孔优化设计方法,同样，可以有气井最小负压的公式。,式中 Pr地层平均压力，MPa；Tr地层平均温度，K；Pwf射孔时井底压力，MPa；Kr射孔渗透率，10-3m2；g平均压力Pr和温度Tr下的气体粘度，mPas；Z平均压力Pr和温度Tr下的气体压缩因子；g气体相对密度
35、；,5.射孔优化设计方法,式中:CZC压实损害程度（Kcz/K），小数；rcz压实半径，cm；rp孔眼半径，cm；Recg气井射孔最小负压临界雷诺数。如果PrKr0.0515或计算出的Pwf0，则说明地层无足够能量保证获得最小负压，此时可取Pmin=Pr。上式可编程计算。多次迭代计算后得到准确的Pwf值，则最小负压为,5.射孔优化设计方法,确定最大负压的新方法大压差造成的隐患微粒运移堵塞喉道压降大，微细孔和裂隙极易闭合 大压差易使疏松地层出砂 经验方法 一般认为最大负压是地层胶结强度以及管柱强度额定值的函数,对胶结性砂岩地层,负压值的上限常由管柱机械强度来确定，但对于弱胶结或非胶结砂岩地层来说
36、，目前还没有一个较完善的确定方法。,5.射孔优化设计方法,孔道,孔眼,微粒运移,裂隙闭合,P=Pr-Pwf,结构破坏出砂,大压差造成的隐患,5.射孔优化设计方法,来源:美国CNC(conoco公司)经验公式原理:根据相邻泥岩声波时差大小来确定保证孔眼 稳定、产层不出砂所允许的最大负压差 即:如声波时差DTAS295（us/m）时 P=0.24132-39.93*DTAS 如声波时差DTAS295（us/m）时 P=井下管柱的最大安全压力值的80%缺点:该方法利用相邻泥岩的静态参数，由区经验统计而得，有一 定局限性;声波时差的值受人为解释因素的影响;没有反应出储层的岩石力学特性及流动动态特征对孔
37、眼稳定性的影响.,5.射孔优化设计方法,swpi孔眼稳定准则方法(流固藕合)最大负压的确定Pmax,联立求解可得到最大负压值,5.射孔优化设计方法,式中，P（r）表示射孔眼半径r处的孔隙压力，MPa；、分别表示流体的紊流系数（1/cm）、密度（g/cm3）和粘度（mPa.s）；Lp和rp和表示孔深(cm)和孔径(cm)。上式中rp、Lp、K等参数可由射孔参数优化设计软件得出，需指出的是Lp应根据所选射孔弹的贝雷靶穿深和地层孔隙度较正而得出。由式可求得任意半径r处的孔隙压力。,5.射孔优化设计方法,最大无砂测射负压的计算思路（1）根据岩石力学参数求得临界等效塑应变。（2）由渗流方程计算孔隙压力分
38、布P(r)，即先假定井底压力，求出假定负压下孔隙压力分布。（3）根据应力应变模型计算该假定负压下的等效塑应变。如果等效塑应变大于临界等效塑应变，则应减小负压差；否则增加负压差。（4）如果满足给定的精度，表示对应于临界等效塑应变下的射孔最大负压差已经获得，否则重复步骤23。（5）也可求出不同假设井底压力下的等效塑应变后，做出等效塑应变随负压差变化的关系图，利用临界等效塑应变与该曲线的交点求取最大负压。,5.射孔优化设计方法,施工负压方法对比分析设计方法 考虑因素岩心公司 渗透率PminCNC 渗透率.声波时差.出砂史PmaxSWPI-Pmin 渗透率.粘度.密度.YH.YC.WC 枪弹系列SWP
39、I-Pmax 渗透率.孔隙度.压缩系数.泊松比 弹性模量.泥质含量.地层压力温度 枪弹系列,5.射孔优化设计方法,推荐负压无论采用那种方法获得Pmin、Pmax都可采用：无出砂史 Prec=0.2Pmin+0.8Pmax有出砂史 Prec=0.8Pmin+0.2Pmax未知探井 Prec=0.5Pmin+0.5Pmax Prec=Pmin,5.射孔优化设计方法,4）水平井射孔参数优化的相关理论及概念水平井射孔参数分类一类射孔参数：孔深、孔密、孔径、相位、压实厚度、压实程度等二类射孔参数：射孔井段数、打开位置、打开程度、射孔方位 射孔井段数：水平段用射孔和非射孔打开的总段数 打开位置:射孔打开段
40、在水平段的相对位置（从跟端 或趾端算起）打开程度:用射孔各段总长占水平段总长的百分比 射孔方位:井筒横断面上用射孔打开弧度范围及方向三类射孔参数：射孔压差,5.射孔优化设计方法,射孔方位是通过水平井射孔枪的定向来实现的偏心重力作用下弹架旋转实现每根枪射孔定方位,也可采用了配重块旋转的内定向方式,5.射孔优化设计方法,水平井射孔优化设计理论打开单元射孔参数与油井产能的关系 解析模型及适用性水平井产能预测模型 部分打开水平井产能预测 打开位置和程度与产能地层伤害对水平井产能的影响分段射孔打开条件下水平井底水脊进规律射孔方位与油井产能和套管强度负压设计方法及出砂临界压差,5.射孔优化设计方法,5）射孔优化设计方法常规油气井（直井）射孔优化设计的步骤储层特征分析钻井伤害评价射孔参数优化射孔负压差设计射孔液选择射孔工艺选择射孔方案与产能预测系统分析与钻井完井建议,5.射孔优化设计方法,射孔优化设计的工具 油井射孔优化设计软件 气井射孔优化设计软件 注水井射孔优化设计软件水平井产能分析与射孔优化设计软件,油气井射孔投产新技术,1.现代射孔技术的基本概念 2.射孔与油气层保护 3.射孔器 4.射孔工艺技术及其发展 5.射孔优化设计方法 6.水平井射孔优化设计(例)7.SWPI对该技术的贡献 8.思考题,谢 谢！,西南石油大学,下次课再见！,西南石油大学,
