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1、中国石油大学（北京）现代远程教育毕 业 设 计（论文）超正压射孔增产措施联作完井工艺技术姓 名：苏文明学 号： 901161性 别：男专 业:石油工程批 次： 0709 电子邮箱：swm517528联系方式：13908061769学习中心：四川遂宁奥鹏学习中心指导教师：耿 彬2010年9月23日超正压射孔增产措施联作完井工艺技术摘 要超正压射孔-增产措施联作完井工艺技术，是近几年来正在兴起和发展的一项新技术，超正压射孔-增产措施联作的原理就是在射孔弹射穿地层的同时，工作液（酸液、携砂液或气体）对地层施加大于地层的压力并维持一段时间，加大、延伸和稳固射孔孔道和裂缝，而且高速的造缝流体能对裂缝表面
2、产生侵蚀，提高裂缝的导流能力。这样不仅能降低由于钻井、固井等作业对地层的污染，同时也大大减轻了射孔本身所造成的伤害，提供了油气的流动效率。与川庆公司之前通常采用的负压射孔相比较有较大的优势，负压射孔一般情况下受渗透率差异的影响，渗透率相对较低的部位因无流体流出或流出较少，其射孔孔道可能根本得不到清洗，而如果采用超正压射孔-增产措施联作工艺技术，在油管传输射孔管柱内注满增产作业的工作液，在井口施加液压引爆井下的射孔弹的同时，增产作业的工作液随聚能射孔弹的射孔流一道进入地层，这一过程就使得增产措施的工作液瞬间高速清洗射孔孔道，从而达到更好的增产效果。本篇论文主要从工作原理、工艺技术、现场应用、管柱
3、结构、相关计算、等方面进行分析、研究，形成一套切实可行的完井工艺技术，以便为提高试油时效、试油质量提供理论依据。关键词：超正压射孔增产措施联作；工作原理；工艺技术；现场应用；管柱结构；井口安全技术特点；相关计算目 录前 言1第一章 超正压射孔-增产措施联作的工作原理1第二章 超正压射孔-增产措施联作完井工艺技术12.1 超正压射孔和酸化联作技术12.2 超正压射孔和加砂压裂联作技术12.3 超正压射孔-增产措施联作技术的优点1第三章 超正压射孔-增产措施联作工艺技术的应用33.1 超正压射孔与酸化联作33.2 超正压射孔与加砂压裂联作43.3 超正压射孔与土酸酸化联作5第四章 常用的超正压射孔
4、与增产措施联作管柱结构64.1 单一油管带射孔枪完井管柱结构64.2封隔器带射孔枪完井管柱结构64.3封隔器带射孔枪测试管柱结构6第五章 超正压射孔与增产措施联作的相关计算85.1油管抗拉安全系数和剩余拉力85.2允许最大捞空深度85.3允许最低套压85.4允许最高套压85.5公式参数说明表9第六章 结论10致 谢12参考文献12前 言超正压射孔-增产措施联作完井工艺技术，是近几年来正在兴起和发展的一项新技术，这项技术虽然投入研究和应用时间不长，但发展很快。国外主要在美国和加拿大等国的数十个油田上开展应用，施工井数在1000口以上，取得了较好的效果。目前已配套形成：用于灰岩和致密砂岩油藏的超正
5、压射孔-酸化联作完井技术；用于致密砂岩油藏的超正压射孔-加砂压裂联作完井技术；用于疏松砂岩油藏的超正压射孔-防砂联作完井技术等。基本形成了一套综合性油气田改造新技术。近年来在国内油田都得到了较好的推广，其中在大庆、长庆、江汉等油田开展的超正压射孔-加砂压裂联作完井技术得到了较多应用，在四川、辽河、中原油田开展的超正压射孔-酸化联作完井技术较多。川庆钻探公司从2002年开始了超正压射孔-增产措施联作完井工艺技术研究和应用，并取得成功和较好的效果。第一章 超正压射孔-增产措施联作的工作原理由于聚能射孔弹的射孔流产生的压力远大于地层的破裂压裂，从而产生射孔孔道和裂缝，从理论上讲，这种孔道和裂缝由于没
6、有支撑剂的支撑，所以不稳定。目前我国现场广泛采用的负压射孔工艺技术在射孔时造成的孔道和裂缝在射孔后就会迅速闭合，产生射孔孔道局部或全部坍塌。超正压射孔-增产措施联作的原理就是在射孔弹射穿地层的同时，工作液（酸液、携砂液或气体）对地层施加大于地层的压力并维持一段时间，加大、延伸和稳固射孔孔道和裂缝，而且高速的造缝流体能对裂缝表面产生侵蚀，提高裂缝的导流能力。这样不仅能降低由于钻井、固井等作业对地层的污染，同时也大大减轻了射孔本身所造成的伤害，提供了油气的流动效率。通常采用的负压射孔受渗透率差异的影响，渗透率相对较低的部位因无流体流出或流出较少，其射孔孔道可能根本得不到清洗，而如果采用超正压射孔-
7、增产措施联作工艺技术，在油管传输射孔管柱内注满增产作业的工作液，在井口施加液压引爆井下的射孔弹的同时，增产作业的工作液随聚能射孔弹的射孔流一道进入地层，这一过程就使得增产措施的工作液瞬间高速清洗射孔孔道。我们可以从图1-1看出，超正压射孔-增产措施联作的裂缝面不仅在射孔孔眼的轴线上产生，而且在孔眼的末端沿主应力方向上产生一段很长的裂缝。而没有增产作业联作的负压射孔产生的裂缝只是以射孔孔眼为轴线的一个小短窄缝。图1-1 超正压射孔-增产措施联作（A）与负压射孔（B）形成的孔道裂缝示意图第二章 超正压射孔-增产措施联作完井工艺技术一次性下入射孔-增产措施管柱电测校深调整管柱装井口、连接地面流程将工
8、作液替入油管（或环空）内从井口加高压将工作液挤入井筒引爆射孔枪（起爆后出现压力降）提高排量不停地向井筒高压注入工作液最后用清水将井筒内的工作液顶入地层，达到从射孔孔眼处压开地层，形成有效裂缝，增加导流能力。超正压射孔-增产措施联作完井工艺技术的关键主要有两点：一是射孔管柱中的压力始终大于或等于地层破裂压力值；二是射孔弹射入地层的短时间内，要使射孔管柱中流体的压力经过很小的回降后旋即升高，并维持这一压力值，以保证射孔裂缝的延伸。2.1 超正压射孔和酸化联作技术一次性下入射孔和酸化管柱装井口、连接地面流程将酸液替入油管内从井口加高压将酸液挤入油管引爆射孔枪（起爆后出现压力降）提高排量不停地向油管挤
9、入酸液、氮气最后用清水将油管内的酸液顶入地层。酸液腐蚀射孔孔道和裂缝，增加导流能力。主要应用于像白云岩、石灰岩和白砂岩等含钙质的产层，以及常规土酸处理砂岩地层。2.2 超正压射孔和加砂压裂联作技术超正压射孔和加砂压裂联作技术与射孔和酸化联作技术的施工工序大致相同，不同之处在于工作液不同，工作液不是酸液而是压裂液。射孔枪点火时，在超高压下，处理液携带支撑剂被压入射孔孔道和压开的裂缝，支撑剂就会冲刺、刻蚀射孔孔道和小裂缝，改善导流能力并支撑压开的裂缝。主要应用于砂岩地层的改造。2.3 超正压射孔-增产措施联作技术的优点超正压射孔-增产措施联作工艺技术与其它方法的对比优势明显（见图2-1）。图2-1
10、是国外资料提供的超正压射孔-增产措施联作施工曲线，从图2-1可看出，高能气体压裂即使能够产生裂缝，也只能维持千分之一秒数量级的时间，而常规射孔就更短，射孔和加砂压裂联作技术和常规水力压裂都可维持裂缝较长时间。但射孔和增产措施联作只下一趟管柱，一次施工同时完成射孔和压裂（或酸化），能够节约施工时间和费用，而且施工后的效果更明显更好。从图上可以看出超正压射孔和增产措施联作维持高压的时间还要长一些。图2-1 几种作业方法语下形成的压力变化曲线第三章 超正压射孔-增产措施联作工艺技术的应用川庆钻探公司从2002年开始超正压射孔-增产措施联作完井技术的研究和应用，施工作业井并不多，到目前共进行了10多井
11、次施工作业，主要就天东57井、白浅40、110井、磨204井等有代表性的井进行分析。3.1 超正压射孔与酸化联作3.1.1试验井号：在天东57井试验层段：石炭系4510.004526.60m，4528.404544.00m。试验方案：对石炭系进行油管传输射孔与酸化联作并丢枪，酸液使用含盐酸22%的胶束酸80m3，挤酸的同时注入液氮17.5 m3。施工简况：射孔酸化前井内为清水，首先低压替酸，向油管内注入工作液16m3，油管内的清水从套管返出，使油管内充满工作液。在不停泵的情况下，关闭套管阀，继续向油管高压挤酸引爆了射孔枪，同时投球憋掉了射孔枪。连续高压挤胶凝酸64.4m3，混注液氮7m3，纯挤
12、液氮10m3。地面的工作流体挤完后，从油管挤清水17.4m3，将油管内的工作流体挤入地层。经约半小时侯酸反应后憋压放喷排液7次，排尽井筒积液测试天然气产量Q=11.3104m3/d，并测定硫化氢含量为0.982g/m3（0.07%）。3.1.2试验井号：磨204井试验层段：嘉二嘉一 3145.903152.50m，3166.003174.00m, 3180.203190.80m。试验方案：对砂岩储层进行油管传输液压延时引爆与胶凝酸酸化及测试三联作施工。施工简况：首先,将射孔枪、封隔器及APR测试工具通过油管下入井中，施工时先低替胶凝酸8.7 m3（油管内容积），环空加压11MPa，反复6次，关
13、闭OMNI阀；环空加压15 MPa，打开LPR-N阀；油管加压至45.527 MPa引爆射孔成功,连续高挤酸73.7 m3,施工排量1.532.70m3/min,高挤阶段施工泵压66.8069.30MPa，平衡压18.0020.00 MPa,吸收指数0.30.67L/S. MPa,排液后测试日产天然气12.85104m3/d。3.2 超正压射孔与加砂压裂联作3.2.1试验井号：白浅40井试验层段：蓬莱镇690.00707.00m，732.30735.30m, 747.00760.50m。试验方案：对蓬莱镇进行油管传输超正压射孔与加砂压裂联作并丢枪。施工简况：首先加泵压至20MPa时引爆射孔枪，
14、随即以2.0m3/min排量挤入2.01m3基液验孔，紧接着高挤交联前置液，并投球丢枪后高挤携砂液，施工排量2.03.0m3/min,最高3.13m3/min，高挤阶段施工泵压13.017.0MPa，最高19.4MPa，最高砂浓度721kg/m3，平均528kg/m3，共挤入地层压裂液61.05m3，加入20/40目宜兴陶粒15m3（23.3t），施工成功。经用4mm油嘴放喷排液50.4m3后，转入生产，日输气1.2104m3/d，计算无阻流量5.684104m3/d。3.2.2试验井号：白浅110井试验层段：沙溪庙1827.501834.50 m 试验方案：对沙溪庙进行油管传输超正压射孔与加
15、砂压裂联作并丢枪。施工简况：首先加泵压至30MPa时引爆射孔枪，随即以4.384.44m3/min排量高挤交联前置液和携砂液，最高4.44m3/min，高挤阶段施工泵压24.527.90MPa，最高27.90MPa，砂浓度266700kg/m3，平均528kg/m3，共挤入地层压裂液161.38m3，加入20/40目宜兴陶粒25.16m3（39t），施工成功。经用3mm油嘴放喷排液70m3和5次憋压放喷后，用10mm孔板测试，日产气7.88104m3/d，稳定油压15.2MPa，套压15.57MPa。3.3 超正压射孔与土酸酸化联作试验井号：丰谷1井试验层段：须四段3768.003763.00
16、m，3758.003755.40m，37293726.00 m 试验方案：对须四段油管传输超正压射孔与酸化联作并丢枪。施工简况：射孔酸化前井内为清水，首先低压替酸11.63m3，油管内蹩压48MPa引爆射孔枪成功，发现封隔器窜漏，连续高压挤前置液8.26m3，土酸9.81m3，后冲洗液7.62m3。地面的工作流体挤完后，从油管挤清水11.40m3，将油管内的工作流体挤入地层，泵压62.868MPa，平均排量1.59m3/min。经约25分钟侯酸反应后憋压放喷排液和环空注液氮17.5m3助排，最终该层产微气。下面表格为我们参与开展了的正压射孔-增产措施联作井的基本数据表3-1表3-1 正压射孔-
17、增产措施联作井基本数据表井号层位井 段m射 孔枪 型注入方式注入地层量m排 量m3/min泵 压MPa测试产气量104m3/d备注液体陶粒天东57石碳系4510.004526.604528.404544.00SQ-89枪油管注入81.40/2.031.0447.5021.5011.30已丢枪白浅40蓬莱镇690.00707.00732.30735.30747.00760.50SQ-102枪油管注入61.05m15.003.132.5019.4013.001.20已丢枪白浅110沙溪庙1827.501834.50SQ-89枪环空注入161.3825.164.564.3827.9020.507.8
18、8/丰谷1须 四3768.003763.003758.003755.403729.003726.00 127枪油管注入48.72/1.5962.868.00/未成功，封隔器窜磨204井嘉二嘉一3145.903152.50m，3166.003174.00m, 3180.203190.80m。SQ-89枪油管注入83.10/1.532.7066.869.312.85/第四章 常用的超正压射孔与增产措施联作管柱结构4.1 单一油管带射孔枪完井管柱结构引鞋+射孔枪+压力起爆器+筛管+丢枪接头+油管+调整短节+油补距,如图4-1。该管柱结构简单、容易调整，可同时进行油管内或环空注入施工。适用于油层套管抗
19、内压强度高，满足超正压射孔与增产措施联作作业时的高压力引爆射孔枪和高泵压注入工作液，在施工即将结束时，丢掉射孔枪，使井内油管柱保持畅通，满足生产过程中测井需要。如天东57井、白浅40、110井施工。4.2封隔器带射孔枪完井管柱结构引鞋+射孔枪+压力起爆器+筛管+丢枪接头+油管+Y344封隔器+油管+调整短节+油补距，如图4-2。该管柱结构只能油管内注入施工。适用于油层套管抗内压强度不高，在高压力引爆射孔枪前启动封隔器，保护套管满足超正压射孔与增产措施联作作业时的和高泵压注入增产液，在施工即将结束时，丢掉射孔枪，使井内油管柱保持畅通，满足生产过程中测井需要。如丰谷1井施工的管串结构。4.3封隔器
20、带射孔枪测试管柱结构引鞋+射孔枪+压力起爆器+减震器+筛管+油管+RTSS封隔器+APR测试器+油管+调整短节+油补距，如图4-3。该管柱结构比较复杂，管柱中有APR全通径测试阀、循环阀、安全阀等测试工具。只能进行油管内注入施工。适用于油层套管抗内压强度不高，在施工前座封封隔器，保护套管满足超正压射孔与增产措施联作作业时的和高泵压注入工作液，可实现井下、地面关井，准确和快速的取得地层温度、压力恢复、流体样品等有关资料，该管柱结构只适用于超正压射孔与酸化联作作业施工，一般在探井试油中应用较多。 图4-1 图4-2 图4-3第五章 超正压射孔与增产措施联作的相关计算施工中要考虑油管、套管及井口的强
21、度，保证不被强度破坏，常用计算如下。5.1油管抗拉安全系数和剩余拉力K拉=P抗拉/LGG= P抗拉-LG5.2允许最大捞空深度井内为清水时:Hmax=(101.97P抗挤/K挤)-h底(泥 -1)5.3允许最低套压井内为天然气时:pcmin=(K挤h底泥-101.97P抗挤)/101.97K挤esS=1.25110-4气h底5.4允许最高套压井内为天然气时:对井口第一根套管Pcmax=P抗压/K压对井下各段套管Pcmax=(101.97P抗压+ K压h顶水)/101.97K压esS=1.25110-4气h顶井内为清水时Pcmax= P抗压/K压5.5公式参数说明表表5-1 超正压射孔与增产措施
22、联作公式计算参数说明表符号名称单位备注K拉油管抗拉安全系数P抗拉油管抗拉强度KNL油管长度mG油管单位长度重量Kg/mG油管剩余拉力KNHmax允许最大捞空深度mpcmin允许最低套压MPaP抗挤套管抗挤强度MPaK挤套管抗挤安全系数K挤=1.125h底各段套管底界井深m泥固井时套管外泥浆密度g/cm3e自然对数的底e =2.716气天然气的相对密度气=0.6Pcmax允许最高套压MPaP抗压套管抗内压强度MPaK压套管抗内压安全系数K压=1.25h顶各段套管顶界井深m水清水密度g/cm3水=1第六章 结论（1）超正压射孔与增产措施联作技术采用一趟管柱，完成了过去要射孔、增产措施、下完井管柱等
23、作业内容，大大缩短了试油周期，节约了试油费用，增产效果明显，经济效益显著。（2）该工艺技术的实施，减少了射孔本身对地层的伤害，同时减少了压井次数，该工艺对储层的保护有很大的优势。（3）超正压射孔与加砂压裂联作工艺技术首先在白浅40井取得成功，填补了川渝地区的一项技术空白。（4）在施工中形成了多种完井管柱，如封隔器作业管柱，能较好的解决封隔器坐封保护油层套管，以及丢枪后有畅通的出砂通道，消除了作业过程中砂堵、砂卡等事故隐患。（5）利用超正压射孔的深穿透及产生的微裂缝，降低了施工泵压，减小了施工难度，能用较少的前置液压开地层，节约压裂施工作业费用。（6）对于超正压射孔-增产措施联作新工艺技术的应用
24、，从工艺上来说都是完全可以实施的，关键是选井选层工作，目前看来，适合超正压射孔与加砂压裂联作工艺技术的井还只能是砂岩地层；我公司主要集中在白马、平落坝、松华、广安、苏码头和中坝构造。适合超正压射孔与酸化联作工艺技术的只能是石灰岩和碳酸盐岩等含钙质的产层，如我公司的矿山梁、吴家平、磨溪、大天池等构造。（7）对于超正压射孔-增产措施联作施工作业后的返排工作是非常重要的一环，直接关系到超正压射孔增产效果的好坏，如酸化施工中加入助排剂和混注液氮，以便迅速排出地层残酸。如加砂压裂后采用小油嘴有控制的连续放喷排液，防止大量出砂等工作。（8）超正压射孔-增产措施联作新工艺技术是试油中射孔、增产等技术的一种综
25、合应用，影响其效果的因素很多，如施工井的井身结构、管串结构、射孔技术、增产技术和相应规模，以及产层含油气情况等等，且这些因素都是互相制约，但从理论与实践证明，该工艺技术是一种经济有效的方法。总之，超正压射孔-增产措施联作新工艺技术，在我公司还属于起步阶段，需要不断推广应用，认识、总结和完善，最终使川庆公司的完井工艺技术水平有很大的提高。致 谢该课题在实施中得到井下作业处、测井公司及相关施工单位的大力支持，在编写中得到指导教师、相关技术专家的指导和修改，在此表示感谢。参考文献1 李克向实用完井工程石油工业出版社2 周全兴钻采工具手册科学出版社3 巩志荣油气井专家技术手册原四川石油管理局4 李培超
26、、吴增智等 The Effect of Microfractures on Hydraulic Fracturing Treatments in Low Permeability Reservoirs，2004上海，世界工程师大会； 5 万仁溥等采油技术手册修定本第九分册：压裂酸化工艺技术1998原四川石油管理局6 徐同台、赵敏保护油气层技术石油工业出版社7 宋振云、任雁鹏等The Technique and Application of Temporary Plugging Re-fractur -ing in Changqing Low Permeable Oil Field, World Petroleum Congress 1st Youth Forum Proceedings, Published By Petroleum Industry & Beijing Kehai Electronic Press8 何鲜国外深层气藏开采工艺技术9 米卡尔：油藏增产措施200210 韩振华、曾久长井下作业技术数据手册
