定面射孔技术--孙
定向射孔完井FLAC3D模型的建立与力学仿真_孙焱
2010年3月断块油气田引用格式：孙焱，邓金根，牟善波，等.定向射孔完井FLAC3D 模型的建立与力学仿真［J ］.断块油气田，2010，17（2）：250-252，256.Sun Yan ，Deng Jingen ，Mu Shanbo ，et al.Establishment of FLAC3D model and its mechanical simulation on oriented perforating completion ［J ］.Fault-Block Oil &Gas Field ，2010，17（2）：250-252，256.定向射孔完井是针对油气井增产而采用的一种射孔完井工艺［1］。
以FLAC3D 软件为平台，利用混合离散原理、有限差分原理与动态松弛原理［2］对定向射孔完井进行了三维仿真。
1仿真模型的物理原理1.1混合离散原理连续介质被离散为若干互相连接的四节点单元，设其节点编号为1～4，面n 表示与节点n 相对的面，任意一点的速率分量v i 可由高斯公式求得：V乙v i ,jd V=S乙v i n jd S（1）其中v i ,j =坠v i坠v j式中：V 为四面体的体积，m 3；S 为四面体的外表面积，m 2；n j 为外表面的单位法向向量分量，m 。
对于常应变单元，v i 为线性分布，n j 在每个面上为常量，由式（1）可得：v i ,j =-13V4l =1Σv i l nj （l ）S （l ）（2）式中：上标l 表示节点l 的变量；（l ）表示面l 的变量。
1.2有限差分原理空间离散点处的控制方程组中，每个导数直接由含场变量（如应力和位移）的代数式替换，变量关于空定向射孔完井FLAC3D 模型的建立与力学仿真孙焱1邓金根2牟善波2郭先敏3（1.中国石化国际石油勘探开发有限公司，北京100083；2.中国石油大学石油工程教育部重点实验室，北京102249；3.胜利石油管理局钻井工艺研究院，山东东营257000）摘要针对定向射孔完井工艺，以FLAC3D 软件为平台对其进行了三维仿真，并运用应力坐标转换理论实现了任意井斜、井身方位和射孔方位的工况分析。
定向射孔方位测量及现场应用
定向射孔方位测量及现场应用孙鹏（大庆油田有限责任公司试油试采分公司）摘要：定向射孔技术是近几年出现的新型射孔完井技术，它通过专用的方位测量系统测量射孔孔眼方位。
测量系统包括井下测量仪器和地面控制仪器，井下测量仪器主要由陀螺仪和加速度计构成。
详细介绍了方位测量系统的基本原理和实现过程，通过测量地球自转角速度在仪器坐标系上的分量，计算得出工具面角，进而得到射孔孔眼方向，并以实例阐述了这项技术的应用情况，根据油水井的地应力分布状况来设计射孔孔眼方向，实现不同的完井目的。
该技术具有重要的实用价值。
关键词：定向射孔；陀螺；坐标变换；地应力The orientation measurement and application oforiented perforationSUN Peng(Well-testing & Perforating Services, Daqing Oilfield Ltd. Co., Daqing 163412,China)Abstract: Oriented perforation is a new technique emerged in recent few years. It measures the orientation of perforation holes using particular system, which includes underground instrument and controlling instrument on the ground. The underground instrument includes gyroscope and accelerometer. The orientation of perforation hole is obtained by tool face angle, which is calculated from measuring the fraction of earth self rotation angular velocity on the coordinate. This paper introduced the principle and realization of orientation measurement system in details and application of this technique. Achieve different effect by design the orientation of perforating beforehand, according to the stress distribution of wells.Keywords: oriented perforation, gyroscope, coordinate transformation, ground stress0 引言大庆油田拥有十分丰富的低渗透油藏，随着油田勘探开发工作的不断发展，优质储量增速逐渐放缓，低渗透油田已经成为当前和今后相当长时期勘探开发的重点。
射孔工艺介绍上PPT课件
127
127超深穿透
SDP39RDX30-1 SDP36HMX24-7 SDP48HMX45-1
≥140 ≥178 ≥178
20
6
1075
11.4
40
8
871
9.7
16
4
1349
12.4
.
15
大孔径射孔特点：射孔后套管上孔眼直 径大，射孔孔道相对深穿透射孔孔道短而粗， 渗流面积增加。
大孔径射孔适用于孔径为第一射孔要求 的射孔作业；适用于高黏油、稠油储层，出 砂储层。对于一些老井的多次采油，增大孔 道直径也有利于注入聚合物等的后续作业。
180
含砂微
3-06503
09.01. 23
1352
640
0.1 364 1
182
含砂微
3-07501
08.12. 19
253
202
2.4 375 4
75
含砂微
3-07502
07.06. 30
2311
986
9.0 915 7
114
含砂微
3-07503
07.06. 21
1653
7488
2.2
898
5
150
.
16
锦16块化学驱注入井射孔参数研究
BH46RDX43-1靶体剖开照片
.
17
锦16块化学驱注入井射孔参数研究
❖ 采用高孔密、大孔径、深穿透油管传输负压射孔， 负压值3～8MPa，利用负压射孔方式清洗孔道，减 少堵塞。
❖ 弹型选择：BH46RDX43-1 ❖ 枪型：140枪 孔密：24孔/m ❖ 相位: 8 相位
弹型
51 60 51 60 76 51 60 76 89 51 60 76 89 51 60 76 89 102 127 76 大孔径 1米弹
定向射孔技术
0
深度
自然伽马 (GR)
孔隙度
YM Log
PR Log
1 : 24 ft 0
API 200 1 ft3/ft3 0 0 MMpsi 10 0 MMpsi 0.5
12,000
4.31
0.689
0.28
定诸如泊松比和杨氏弹性模量等地层力
4.31
0.689
0.28
学特性（右图）。[2]压裂设计程序（如
FracCADE 软件和其它岩石物理模型）
在水力压裂处理过程中，如果射孔 孔眼与最大应力方向不一致，则在近井 眼处往往会产生复杂的流动路径。压裂 液和支撑剂必须离开井眼，然后进入地 层，并与 PFP 方向一致。这一“曲折路 径”会引起额外的摩擦力和压降，从而 增加泵送马力并限制裂缝的宽度，由于 支撑剂桥堵而造成过早脱砂，使增产处 理效果不佳。
12,100
“Perforating Requirements for Sand Control”，SPE
58788，发表在 SPE 地层损害控制国际会议，美
国路易斯安那州 Lafayette，2000 年 2 月 23-24 日。
2. Brie A，Endo T，Hoyle D，Codazzi D，Esmersoy C，
样的原因，垂直井中射孔孔眼的方向也 可以偏离 PFP 几度。
本文回顾了确定地层应力方向的方 法，讨论了定向射孔中的 TCP 和电缆系 统。在北美、北海、南美以及中东等地 的实际应用表明，定向射孔在提高产量 和防砂等方面取得了很好的效果。此 外，还讨论了设备方面的进展以及促进 开发新系统以提高射孔能力、缩短水力 压裂作业或无筛管完井作业周期的因素 等。
Alan C. McNally Dominion 勘探开采公司 美国俄克拉何马州俄克拉何马城
定面射孔技术--孙
套管的抗挤压强度随开孔孔径的变化关系
水平井分段压裂泵送定面射孔技术
●定面射孔与常规螺旋布孔射孔方式对套管强度的影响：
定面射孔后套管在外压35MPa下的有效应力分布
（40孔/m）常规射孔后套管在外压36MPa下的有效应力分布
●开孔前后套管挤毁强度性能计算对比结果：
钢级 L80 L80 外径 /mm 139.7 139.7 壁厚 /mm 7.72 7.72 孔径 /mm 22 9 屈服强度 /MPa 665 665 布孔 类型 定面（夹角60度） 螺旋（40孔/m） 射孔前挤 毁强度 /MPa 43.37 43.37 射孔后抗 挤毁强度 /MPa 35 36 强度降 低/％ 19 17
Willingham et al., SPE paper 25891, 1993
2.2385 104 Q 2 ρ p pf n 2 d 4C 2
i t c 1 t c / s
加砂浓度
排量6m3/min 螺旋射孔密度为 16孔/m 定面射孔为两排 共6个孔
小结
• 由于定面射孔采用超大孔径，可以有效降 低摩阻
水平井分段压裂分簇定面射孔新技术
8、 地面测试
射孔后试验套管穿孔情况
射孔后剖靶 射孔后试验套管内孔眼成孔情况
水平井分段压裂分簇定面射孔新技术
D95-12BH25试验情况
水平井分段压裂分簇定面射孔新技术
4、定面射孔的概念
射孔孔眼平面与井筒垂直
射孔孔眼平面与井筒可成任意夹角
射孔孔眼平面与井筒平行
三种状态下，射孔孔眼都处于同一平面上，形成了应力集中，水力压裂时，压裂裂缝优先从该平面 上起裂并向平面延伸方向向外扩展。
水平井分段压裂泵送定面射孔技术
非常规储层定面射孔技术研究与应用
非常规储层定面射孔技术研究与应用作者：董淑高来源：《中国化工贸易·上旬刊》2019年第01期摘要：开发了针对非常规储层完井的定面、定向射孔工艺技术，分析了其技术原理、结构设计方法、参数优化及应用特点。
研究了定面、定向射孔对水力压裂的影响。
技术成果在非常规水平井中进行了实验应用，取得了良好的效果。
关键词：定面、定向射孔技术;非常规储层;水力压裂1引言目前，非常规水平井普遍采用六相位螺旋射孔，一方面，在最大主应力方向上有效孔眼数量较少，压裂弯曲摩阻比较大，增加了压裂施工难度。
另一方面，若储层附近存在断层，或井眼轨迹偏离主力产层，压裂导致部分缝网偏离主产层或与断层连接，影响压裂效果和效率。
基于以上问题，斯伦贝谢开发了31/2、4in和5in等一系列定面、定向射孔器，在水力压裂中取得良好效果。
2定面射孔技术2.1定面射孔技术原理岩石是典型的脆性材料，孔边应力（σ）远大于无孔的应力，孔眼周围呈现应力集中现象，如图1所示。
当岩石载荷增加时，应力集中处首先达到岩石破裂的强度极限并产生裂缝。
应力集中大小和作用范围与孔径和相位有关，同一平面内多孔眼的应力相互叠加，更利于裂缝扩展和连通。
孔眼根部起裂的裂缝更宽，裂缝通道更光滑，更利于压裂施工和控制裂缝方向。
利用有限元分析软件，在加载30MPa条件下，数值模拟孔眼周围地层应力的分布矢量图，从图2可以看出定面射孔的孔眼可形成更宽的应力分布面，增加缝网完善程度，常规射孔孔眼的应力分布是独立的，无法形成应力分布面。
定面射孔后在垂直于井筒平面上形成多个孔眼，通过孔眼间相互作用，改变地应力分布，产生沿井筒横向的应力集中，控制裂缝沿井筒横向扩展，降低地层破裂压力，避免段与段之间裂缝交叉串通，同时在射孔平面内形成较大波及面的人工裂缝，提高缝网系统完善程度和压裂效果。
2.2定面射孔器设计定面射孔器优化设计中须根据油气藏物性，综合考虑临孔夹角、射孔弹组数、射孔相位、弹间干扰等因素，确保射孔弹穿过水泥环进入储层后形成定面的孔眼。
射孔技术
第二章 射孔工艺技术
近年来，射孔完井技术有了长足
的发展，由原来单一的电缆射孔向多
种施工工艺、多种弹型的系列化方向 发展，满足了油田勘探开发的需要，
取得了一定的地质效果和经济效益。
第二章 射孔工艺技术
输送方式
射孔工艺
输 送 方 式
一、电缆输送射孔工艺 电缆输送射孔技术是用电缆将射 孔器输送到目的层的射孔技术，按施工
射孔工艺技术
四、超正压射孔技术 超正压射孔是在射孔的同时向地层施
加超过地层破裂压力的压力，使地层产生
裂缝，支撑剂的加入，又可以使裂缝保持 持久性，从而进一步达到改善射孔完井效 果之前，在目的层的井筒 内预置一大于地层破裂的压力，由于井筒内的压 力超过了岩石的破裂极限，因而能产生一个或一 些裂缝，这些裂缝能持续发展并越过泥浆侵入带 和压实带，继续延伸，从而提高导流能力 ，达 到对地层的解堵增产作用。
六、资料上交
1、施工结束后，对各项资料必须及时进行整理，是否做到数据 齐全、资料准确。
验 收 时 是 否 具 备 如 下 资 料
2
（1）完井数据表；
（2）射孔方案；
（3）射孔诱喷数据表； （4）注水井试压卡片；
具备实施分层注、采和选择性压裂或酸化等分层 作业。
射孔完井工艺技术三个阶段
1 、 准 确 打 开 油 气 层 2 、 保 护 油 气 层 3 、 解 放 油 气 层
第一章 射孔器及其检测技术
第一节 射孔器 一、射孔器发展概况 自从1910年应用机械切孔器以来，随着科学技术，特 别是军工技术的不断进步，射孔器也得到了极大发展。 （一）机械切孔器 （二）子弹射孔器 （三）聚能射孔器 （四）其它 1、复合射孔器 2、水力喷砂射孔器 3、激光射孔器
射孔工艺介绍
枪型 102 102 108 114 127 127 127 127 127 127 127 89 89 89 102 102 102 102 127 127 127 140 140
弹名 127王
114 108 114 127 127 127 102 89 89 127王 89 89 89 102 102 102 102 127 127 114 140 140
油井射孔是油田重要的挖潜增油手段。我国 油藏性质差异大，有高压油气藏、稠油油藏、出 砂油藏、低渗油藏、非主力中低渗油藏、老区调 整。随着开发难度的加大，我们对射孔的要求不 仅仅是沟通地层，而是如何对地层穿得更深，对 产层伤害最小，完善系数最高。以油藏性质优选 射孔工艺，确定合理的射孔参数显得尤为重要， 其可以更好地使油流通道畅通，减少井液的流动 阻力，为提高其开发效果提供有力的技术支持。
二、射孔工艺简介
有枪身射孔
输
电缆输送射孔
无枪身射孔
送
方
式
油管输送射孔
二、射孔工艺简介
射孔井温
常高 温温 射射 孔孔
超 高 温 射
孔
<121 121-163 >163
穿孔原理
聚 水机 双 能 力械 复 弹 喷割 射 式 射缝 孔 射 射射 孔 孔孔
1、电缆输送射孔
电缆输送套管枪射孔按采用的射孔压差可分 为套管枪正压射孔和套管枪负压射孔
73、89、102、108、 114、127、140等。
DP 38 RDX-46-89
深 口 黑 射适
穿 径 索 孔合
透
金 弹装
外枪
径
5、射孔器材
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
水平井泵送射孔技术-西安通源
1、定面射孔技术
（1）定面射孔技术原理 定面射孔技术采用特制超大孔径射孔弹及特殊布弹方式，
射孔后，在垂直于套管轴向同一横截面的内壁圆周上形成多 个孔眼，圆周上多个孔眼排布可形成沿井筒横向的应力集中， 能够有效控制裂缝走向，降低地层破裂压力。压裂时的裂缝 走向沿井筒横向扩展，避免段与段之间压裂裂缝的交叉串通， 提高缝网系统的完善程度，提高产能。
常规射孔孔眼（90度相位）在30MPa压力 加载时模拟地层的应力分布矢量图
常规射孔无法形成应力分布面
●定面射孔3孔眼处于一个平面下的裂缝起裂与扩展模拟
●定面射孔双缝干扰数值模拟研究
两条裂缝之间的干扰问题，采用带孔隙压力自由度cohesive单元进行模拟。建立三维模型，模拟双缝干 扰，模型的长度和高度分别为240 m和40 m，压裂液注入排量3 m3/min，压裂时间30 min。模拟裂缝间 距分别为2 m、10m、20 m和40 m的裂缝干扰情况。 模拟结果表明：当裂缝间距较小时，缝间干扰严重，最终的压裂效果相当于一条缝的压裂，裂缝间距小 于20 m时，干扰效果都很明显；当裂缝间距大于20 m时，相互之间的干扰作用较小，两条缝各自都能 向两翼张开。
式中，ps表示地面泵压，pb表示井底缝口压力，pf表 示沿程摩阻，ph表示静水压。可以看出，降低孔眼摩 阻能够有效的降低地面泵压。
孔眼摩阻压力曲线
（3）定面射孔产品及工艺特点
特殊研制的超大孔径聚能射孔弹，保证尽可能大的水力压裂泄流面积。 枪内分簇布弹的簇数可按照单井的水力压裂设计要求配套设计。 与通源特有的水平井自定向射孔技术相配套可实现水平井预定方向上的定面射孔。 与泵送桥塞射孔工艺配套可实现水平井多簇定面射孔和分段压裂联作工艺。 可用于直井水力压裂前的预处理，干扰裂缝走向，降低地层破裂压力。
定方位定射角射孔技术在薄层储层开发中的应用
定方位定射角射孔技术在薄层储层开发中的应用魏晓龙;田小存;王静;尹亿强;高强;王进虎【摘要】薄层储层在多数油区广泛发育,且多数储层展布与井筒并不垂直,常规的射孔工艺效率较低,直接影响着油井的产能.定方位定射角射孔技术是一种通过控制射孔角度保证对射孔方向的三维控制技术,在薄层储层开发中,该技术采用特制可调射孔弹角度的装弹结构,以实现射孔弹射流对准主应力方向射出,可有效改善射孔效果.介绍了定方位定射角射孔技术的作用机理和技术特点等内容,并经地面试验和现场应用证实,该技术增产效果显著,对实现薄油层挖潜增效具有重要意义.【期刊名称】《测井技术》【年(卷),期】2018(042)003【总页数】4页(P367-370)【关键词】定方位射孔;定射角射孔;薄层储层;主应力【作者】魏晓龙;田小存;王静;尹亿强;高强;王进虎【作者单位】中石化胜利石油工程有限公司测井公司,山东东营257200;中石化胜利石油管理局河口采油厂,山东东营257200;中石化胜利石油工程有限公司测井公司,山东东营257200;中石化胜利石油工程有限公司测井公司,山东东营257200;中石化胜利石油管理局河口采油厂,山东东营257200;中石化胜利石油工程有限公司测井公司,山东东营257200【正文语种】中文【中图分类】P631.840 引言目前,国内外虽已有直井、斜井的油管输送和电缆输送等多种定方位方法,但多数储层展布与井筒并不垂直,导致常规定方位射孔工艺效率较低,直接影响油井产能[1]。
分析原因,在于目前已有的定方位射孔技术,只解决了在地层展布面与井筒建立的三维空间内仅能对射孔方向进行二维控制[2],其射孔弹的射流方向均与枪垂直,定方位射孔并未真正对准地层主应力方向,而是射向了主应力在水平面上的投影方向,尤其在薄层储层中射孔,由于射孔孔眼在地层中的有效穿深不足,导致井轴周围不同方向上油、气层的渗透性不同,这就是定方位射孔增产效果不够明显的主要原因。
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Willingham et al., SPE paper 25891, 1993
2.2385 104 Q 2 ρ p pf n 2 d 4C 2
i t c 1 t c / s
加砂浓度
排量6m3/min 螺旋射孔密度为 16孔/m 定面射孔为两排 共6个孔
小结
• 由于定面射孔采用超大孔径，可以有效降 低摩阻
起裂压力
• 损伤力学方法 • Tang et al., Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2002
0 D 0 1
0 0
E (1 D) E0
定面射孔
射孔径向夹角600， 轴向夹角分别为200、 37.50和600，孔深 251mm，孔径25mm
127 mm (5”)
BH61
43g
25 mm
251 mm
7”
水平井分段压裂分簇定面射孔新技术
D95-12BH25试验情况
射孔器参数： 射孔器外径：95mm 有效枪长： 1000mm 射孔弹规格：BH48，装药量25g
布弹方式：临孔夹角60゜，2簇，6发/簇，共12发
射孔靶参数： 试验套管：规格5 1/2”，长度1450mm，钢级J55，壁厚7.72mm
小结
• 当射孔径向夹角小于700时，三个射孔起裂 的裂缝能够融合在一起；当夹角大于800时 ，裂缝没能融合在一起。因此建议工程中 定面射孔的径向夹角小于800
扩展有限元法(XFEM)模拟起裂方向
• 扩展有限元法(XFEM)最早是1999年美国西北大学 的Belytschko和Moes等提出的新的计算方法，相对 于传统有限元法，能方便的模拟裂缝沿着任意路 径的扩展。
3）产品规格及主要性能指标
枪身外径：86mm，89mm，95mm，102mm，127mm 耐温指标：普通级121℃/48h，高温级163℃/48h
耐压指标：105MPa
装弹数量：3簇/m，共18发 输送方式：电缆或油管 穿孔性能：
产品规格 86 mm (3 3/8”) 89 mm (3 1/2”) 95 mm (3 3/4”) 102 mm (4”) 射孔弹规格 BH44 BH44 BH48 BH54 装药量/发 25g 25g 25g 35g 孔眼直径（API） 19 mm 19 mm 22 mm 25 mm 孔眼深度（API） 249 mm 249 mm 270 mm 230 mm 适用套管规格 5-1/2” 5-1/2” 5-1/2” 6-5/8”，7”
应力集中就象在布店里买一段布，先在一端剪一个口子， 两手一撕，布就开了，这就是应力集中的原理。
水平井分段压裂分簇定面射孔新技术
●同一平面内多孔眼的应力叠加关系
岩石是典型的脆性材料。射孔后，孔边的应力将远远大于无孔时的应力，射孔孔眼周围呈现应力集中现 象，应力集中的大小和影响范围与射孔弹和能量分布有关。对于脆性岩石，因无屈服阶段，当载荷增加 时，应力集中处的最大应力一直领先，首先达到强度极限并产生裂纹。裂纹方向取决于应力的大小和方 向，应力集中大小和作用范围与射孔孔径和射孔相位有关，同一平面内多孔眼的应力相互叠加，更利于 裂缝的扩展和连通。孔眼根部起裂的裂缝更宽，裂缝通道也更光滑，更利于压裂施工和控制裂缝方向。
● 特殊研制的超大孔径聚能射孔弹，保证尽可能大的水力压裂泄流面积；
● 枪内分簇布弹的簇数可按照单井的水力压裂设计要求配套设计。
2）工艺技术特点
● 与通源特有的水平井自定向射孔技术相配套可实现水平井预定方向上的定面射孔； ● 与泵送桥塞多簇射孔工艺配套实现水平井多簇定面射孔和分段压裂联作工艺；
水平井分段压裂分簇定面射孔新技术
垂直于井筒横向定面射孔孔眼在30MPa压力 加载时模拟地层的应力分布矢量图
常规射孔孔眼（90度相位）在30MPa压力 加载时模拟地层的应力分布矢量图
定面射孔可形成应力分布面
常规射孔无法形成应力分布面
水平井分段压裂泵送定面射孔技术
6、定面射孔后套管强度理论评价
●开孔孔径对套管挤毁强度性能的影响： 套管材料的弹性模量E为2.06×105MPa、泊松比μ为0.28。 随开孔孔径的增大大，套管抗挤压强度呈下降趋势。
——如果井筒平行最小主应力方向，则产生 与井筒相垂直的横向裂缝。 ——如果井筒与最小主应力方向垂直，则产
生与沿井筒方向延伸的纵向裂缝，裂缝形态
不能人为控制。
水平井井筒方位对裂缝走向的影响
水平井分段压裂泵送定面射孔技术
3、定面射孔技术所能解决的问题
水平井定面射孔技术采用超大孔径射孔弹及特殊布 弹方式，射孔后，在垂直于套管轴向同一横截面的 内壁圆周上形成多个孔眼，圆周上多个孔眼排布可 形成沿井筒横向的应力集中，能够有效控制裂缝走 向，降低地层破裂压力。压裂时的裂缝走向沿井筒 横向扩展，避免段与段之间压裂裂缝的交叉串通， 提高缝网系统的完善程度，提高产能。该技术可替 代投球滑套分段压裂技术。
螺旋射孔
起裂压力为29.6MPa
小结
• 定面射孔的裂缝起裂压力比螺旋射孔要小 。对于定面射孔，若是增加射孔的轴向夹 角，则射孔的影响范围变大，起裂压力有 减小的趋势。
裂缝起裂后的融合
模型的总体长宽高均为2 m，轴向夹角 37.50，改变径向夹角 通过损伤分布，判断融合情况
径向夹角为600
• ABAQUS引入了扩展有限元方法用于模拟不连续的 问题，但还没有引入到渗流应力耦合的模拟问题 中，且对于三维扩展有限元模拟，收敛性较差仍 然是一个大问题。
二维平面应变XFEM
最小主应力为10 MPa
最小主应力沿着y方向
小结
• 定面射孔能有效的降低起裂压力，且对起 裂方向有一定的控制作用（不管最小主应 力沿着什么方向）
总结
• 对于缝间干扰问题，当裂缝间距较小时，缝间干 扰严重，最终的压裂效果相当于一条缝的压裂， 裂缝间距小于20 m时，干扰效果都很明显；当裂 缝间距大于30 m时，相互之间的干扰作用较小， 两条缝各自都能向两翼张开 • 定面射孔能有效的降低射孔孔眼摩阻，原因是定 面射孔的孔径很大
• 相对于常规螺旋射孔压裂，定面射孔能有效的降 低起裂压力，且随着定面射孔的轴向夹角增加， 起裂压力有减小的趋势
水平井分段压裂分簇定面射孔新技术
4、定面射孔的概念
射孔孔眼平面与井筒垂直
射孔孔眼平面与井筒可成任意夹角
射孔孔眼平面与井筒平行
三种状态下，射孔孔眼都处于同一平面上，形成了应力集中，水力压裂时，压裂裂缝优先从该平面 上起裂并向平面延伸方向向外扩展。
水平井分段压裂泵送定面射孔技术
5、定面射孔技术原理
●应力集中理论
水平井分段压裂分簇定面射孔新技术
1. 前言
近几年，随着国内外页岩气、煤层气以及特低渗透致密油气藏开发的不断深入，由于此类油藏的自然 产能很低，体积压裂就成为首选增产技术。而体积压裂优化设计与射孔技术紧密相关，怎样的射孔技 术才能有效地配合体积压裂，使油气井获得更高的产能和采收率，是当今射孔技术的主要研究方向。
单孔和处于同一平面下的多孔孔眼周向应力分布示意图
水平井分段压裂分簇定面射孔新技术
●孔眼附近所受应力的数学模型
当井眼钻完后，原来支撑地应力的岩石被流体取代，这时将在近井区域出现应力集中。考虑到井眼围岩 受远场地应力和井底流体压力的联合作用，定义张应力为负，压应力为正，孔眼附近的井眼围岩所受的 应力在极坐标系下表示为：
• 当定面射孔径向夹角小于700时，三个射孔起裂的 裂缝能够融合在一起；当夹角大于800时，裂缝没 能融合在一起 • 不管初始最小主应力沿着什么方向，定面射孔能 有效的控制裂缝起裂方向，使得裂缝沿着三个射 孔所在的面延伸
水平井分段压裂泵送定面射孔技术
7、定面产品技术特点及性能指标
1）产品技术特点
● 采用枪内特殊的分簇布弹方式，每簇为6发弹，可依据压裂裂缝方位要求个性化定面布孔设计，射孔 后形成特定的压裂通道；
z v 2 ( H h )( w )2 cos 2
3rw4 2rw2 2 1 r ( H h )(1 4 2 ) sin 2 2 r r
r r
z rz 0
水平井分段压裂泵送定面射孔技术
●定面射孔与常规射孔孔眼在压力加载时的应力分布比较
2 2 2
E (1 D) E0
• • • •
分别考虑两排射孔反方向和同方向的情形 间距2m，5m，10m，20m，30m，40m 排量3m3/min，压裂时间30min 模型总长240m，高度40m
两排射孔反方向
间距2m
228.8m, 5m, 4.7mm
横着放的看起来是 一根线的，是井筒， 以下的图相同
10m
157.7m, 14.5m, 10.9mm
小结
• 当裂缝间距较小时，缝间干扰严重，最终 的压裂效果相当于一条缝的压裂，裂缝间 距小于20 m时，干扰效果都很明显；当裂 缝间距大于30 m时，相互之间的干扰作用 较小，两条缝各自都能向两翼张开
摩阻计算
ps pb p pf p f ph
采用水力压裂完井，射孔设计应更多地关注以下三个方面： ——在井壁上能否获得更大的流通泄流面积 ——降低储层破裂压力，以降低水力压裂实施难度
——科学引导压裂裂缝延伸方向，诱导压裂裂缝，促进有效缝网系统的形成
水平井分段压裂泵送定面射孔技术
2、常规泵送射孔器存在的问题
在水平井套管井分段压裂中，缝网系统的完善程度决定了在储层中是否能够获得最大的泄油面积，而 裂缝的走向对缝网系统的完善程度影响很大，一般要求裂缝的走向应尽可能地沿井筒径向扩展，这样 就可有效避免段与段之间压裂裂缝的交叉串通，提高压裂效果。常规的聚能射孔一般采用螺旋布孔方 式，射孔后，在井筒套管内表面形成螺旋状均布排列的多个孔眼，压裂时，大多数情况下裂缝只能沿 垂直于天然最小主应力的方向扩展，裂缝走向不能控制，极有可能造成段与段之间压裂裂缝的交叉串 通，影响压裂效果。