动态负压射孔技术研究_刘方玉
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f luid pr oducing int ensity
0引言
由于射孔同时会粉碎地层中的岩石颗粒, 产生 近孔道压实带, 使压实带区域内的孔隙度和渗透率 明显降低。为减小射孔污染, 开发了负压射孔技术。 现场实践和室内试验已证实, 负压射孔是降低射孔 损害、减少孔道堵塞、提高油气 产能的有效射 孔方 法。但随着低渗透油层开发力度的不断加大, 在一
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2. 44 2. 78 2. 77 3. 28 2. 03 2. 03 3. 56 4. 00 5. 51 5. 31
( 见表 2) 。应用动态负压射孔技术目前可以满足渗 透率 50 mD 以上地层射孔的需要。
表 2 渗透率与最小负压值对照表
表 3 采液强度对比表
射孔方式
采液强度/ ( t # d- 1 # m- 1 )
平均值
提高
常规射孔动态负压( 6 口井) 6. 04
7%
( 静态) 负压射孔( 19 口井) 5. 63 ( 0. 41 t # d- 1 # m- 1 )
图 4 动态负压射孔 p- t 曲线
2. 5 最小负压值计算
负压射孔利用井筒与地层间的负压差产生冲击
渗透率/ mD 5 10 20 50 100 200 500 1000
最小负压/ M Pa 10. 6 8. 6 7. 0 5. 3 4. 3 3. 5 2. 8 2. 2
3 现场应用效果分析
为验证动态负压射孔提高单井产能的效果, 选 择了某油田区块的 6 口生产井进行了试验应用。该 区块平均渗透率为 200 mD 以上, 地层射孔方案以 负压射孔 ( 静态) 为主, 方案 设 计要 求负 压值 4. 0 M Pa。试验井射孔后所实 现的最大动态 负压值为 5. 5~ 8. 6 M Pa。收集分析该区块的投产数据表明: 与原有( 静态) 负压射孔技术相比, 应用动态负压射 孔技术, 采液强度提高 7% ( 见表 3) 。
第 34 卷 第 2 期 2010 年 4 月
测井技术 W ELL LOG G IN G T ECH NO LO G Y
V ol. 34 N o. 2 A pr 2010
文章编号: 1004- 1338( 2010) 02-0193- 03
动态负压射孔技术研究
刘方玉1, 2 , 刘 桥2, 蔡 山2
眼的 数目和面积增大射孔后井筒内流体进入射孔枪的面积, 进而增大流量, 使动态 负压幅度更 强; 通 过增大枪内 空
间增大射孔枪容纳外来流体的能力, 增加动态负 压作用时 间。动态 负压射孔 前不需 要降低 井筒内 初始液 面高度,
使射孔前的准备更加简单。6 口生产 井的试验应用表明, 应用动态负压射孔技术, 采液强度提高 7% 。
试验表明, ¹ 当泄压空间相同( 或相近) 时, 动 态负压值随着射孔枪内装药量的增加而减小。这是
第 34 卷 第 2 期
刘方玉, 等: 动态负压射孔技 术研究
# 195 #
装药量增加后, 射孔弹、导爆索、冲孔弹等火工品爆 炸后的爆轰能量增大, 减弱了开孔 后的泄压效果。 º 应用较大尺寸的射孔枪, 能够实现更大的动态负 压值。这是因为应用较大尺寸的射孔枪后, 泄压空 间增加了, 明显地增强了能量吸收能力, 负压效果更 明显。 » 通过调整射孔枪内装药量、开孔面积及枪 内空间, 实现了动态负压值 5. 51 M Pa。
回流, 对射孔孔道及其周围的压实带进行冲洗。最
小负压值是负压设计的关键。只有动态负压值超过
2. 3 井下高速压力记录仪研制 为了准确检测射孔前后的井筒压力变化情况,
研制了井下高速压力记录 仪。记录仪 由传感器模 块、电路模块、电池模块、控制模块和软件 5 个部分 组成, 能够利用 4 个通道分别记录压力、温度、加速 度及电源电压等数据, 并实现了射孔器下井、起爆, 压力恢复整个过程数据的全程记录。为解决数据量 过大及仪器功耗问题, 采用编程分段自适应均匀采 样策略是 地面及 下井过 程 1 个 采样/ s, 射孔 过程 1. 25 @ 105个采样/ s, 压力恢复过程 500 个采样/ s。 2. 4 动态负压射孔工艺试验
# 194 #
测井技术
2010 年
认为, 由于负压差的存在, 在射孔后地层流体产生负 压冲击回流, 冲洗孔道附近的地层和孔道内的爆炸 残余物, 畅通了油流通道[ 1] 。在应用过程中, 也发现 部分负压射孔效果并不是很理想。针对这一问题, 国外的研究人员对负压射孔过程进行了深入研究。 通过研究发现, 单纯的静态负压并不一定确保得到 清洁的射孔孔眼。实际上, 控制射孔清洁程度因素 是以前被忽略的、射孔弹起爆后随即引起的井筒内 压力波动[ 2] 。常规负压射孔时不能在井筒和地层间 快速形成负压差, 从而影响了负压效果; 如果在射孔 后快速形成负压差, 即动态负压, 可产生更大的冲击 回流, 从而有效清除射孔污染( 见图 1) 。这种在射 孔后瞬间形成井内负压的技术称为动态负压射孔技 术, 而常规负压射孔技术称为静态负压射孔技术。
( 1. 中国石油大学石油工程学院, 北京 102249; 2. 大庆油田有限责任公 司试油试采分公司, 黑龙江 大庆 163412)
摘要 : 动态负 压射孔是一种在射孔瞬间清理射孔孔道的 新方法, 其 原理是通 过快速 吸收井 筒内的 残余爆 轰能, 使
井筒 内压力在射孔后瞬间下降, 产生瞬间冲击回流, 冲 洗射孔 孔道及孔 道周围 压实带。 通过适当 增加射 孔枪上 孔
实验室研究表明, 模拟井筒内的压力在射孔冲 击波造成的瞬间变化后上升, 当井内流体进入射开 的枪身后下降[ 2] 。在一定条件下, 井筒内的动态压 力可以降低到地层压力以下。这样, 产生了射孔后 的动态负压现象。根据这一原理, 可通过适当增加 射孔枪上孔眼的数目和面积增大射孔后井筒内流体 进入射孔枪的面积, 进而增大流量( 或流速) , 使动态 负压幅度更强; 通过增大枪内空间来增大射孔枪容 纳外来流体的能力, 增加动态负压作用时间。这样, 通过快速吸收井筒内的残余爆轰能量, 使井筒内压 力在射孔后瞬间下降, 产生瞬间冲击回流, 冲洗射孔 孔道及孔道周围压实带, 减小射孔污染。
Perf orat ing Services of Daqing O ilf ield CO . LTD . , C NPC, Daqing, Heilongjiang 163412, Chin a)
Abstract: Dynamic under- balanced pr essure perf orat ing is a new met hod fo r cleaning up perf orat ions im mediately af ter per for at ing. By t he rapid abso rpt ion of the residual ex plo sion energy w it hin t he w ellbo re, t he w el lbor e pressure decreases rapidly, and w it h t he fast back surge f low creat ed by the dynam ic under- balanced pressure diff erent ial, t he perfo rations and crushed zone can be cleaned. T he fluid f low , w hich ent ers int o perf orat ing gun f rom t he w ellbo le af t er perf orat ing, can be increased by appropriat ely increasing t he number and size of the perf orat ion hole, so as t o make the dynamic under- balanced pressure amplitude st ronger. T he act io n tim e o f the dy nam ic under- balanced pressur e is ex t ended by incr easing t he perf orat ing g un inner space. It has no use for decreasing t he init ial f luid height , and m akes t he perfo rat ing preparation much sim pler. Experiment al applicat ions in 9 production w ells show t hat fluid pro ducing intensit y incr eases 7% by using dynam ic under- balance pr essure perf orat ing t echnolog y. Key words: perf orat ing t echno logy , dynamic under- balanced pressure, crushed zo ne, fluid flo w,
关键词: 射孔技术; 动态负压; 压实带; 流量; 采液强度
中图分类号: T J456
文献标识码: A
Dynamic Under-balanced Pressure Perforating Technology and Its Application
L IU F ang Yu1,2 , L IU Q iao2 , CA I Shan2 ( 1. S chool of Pet roleum Engeering, China U niversit y of Pet roleum , Beijing 102249, Chin a; 2. Well Test ing &
冲孔弹( 及射孔弹) 冲孔面积和降压装置内部空 间的大小是影响动态负压的重要因素。因此, 通过 改变冲孔弹孔密可调整泄压面积, 变化射孔枪直径 ( 或长度) 可调整泄压空间。为此, 进行了不同开孔 孔密、不同枪型的射孔工艺试验, 每次试验都进行了 射孔压力 p - t 测试( p - t 试验数据见表 1, 典型 p - t 曲线见图 4) 。
些情况下无法达到理想负压状态。为进一步发展负 压射孔技术, 提高大庆油田射孔技术水平, 开展了动 态负压射孔技术攻关。
1 动态负压射孔原理
常规负压射孔的方法是在射孔前降低井筒内液 面, 使井筒内静液柱压力低于地层压力。传统理论
作者简介: 刘方玉, 男, 1965 年生, 高级工程师, 博士, 从事石油地质完井工程研究。
表 1 工艺试验数据表
试验 装药量/ 开孔面积/ 泄压空间/ 动态负压
序号 g
mm2 ( @ 106 mm3 ) 值/ M P a
1
88 2
4 98 4
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5 00 5
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2. 2 冲孔弹研制 冲孔弹方案设计的原则是在装药量尽量小的前
提下, 冲孔孔径尽量大、枪身胀径小、不伤害套管。 为此, 进行了不同的方案设计和地面装枪射孔试验 ( 见图 2) , 实现冲孔孔径为 18~ 20 m m( 见图 3) , 套 管胀径小( 3. 5 mm) 。
图 2 地面装枪射孔试验
图 3 枪身上的冲孔孔眼测量
图 1 射孔后井筒压力随时间变化曲线
2 动态负压射孔工艺研究
2. 1 动态负压射孔管柱设计 动态负压射孔管柱由射孔枪( 包括上、下接头) 、
射孔弹、冲孔弹、导爆索组成。具体方法是在射孔枪 内中部安装射孔弹, 在 射孔枪内上、下部安装 冲孔 弹, 在射孔弹对地层射 孔的同时, 冲孔弹对枪 身冲 孔。井筒液体通过枪身上的孔眼进入射孔枪内, 瞬 时降低井筒压力, 实现动态负压。
0引言
由于射孔同时会粉碎地层中的岩石颗粒, 产生 近孔道压实带, 使压实带区域内的孔隙度和渗透率 明显降低。为减小射孔污染, 开发了负压射孔技术。 现场实践和室内试验已证实, 负压射孔是降低射孔 损害、减少孔道堵塞、提高油气 产能的有效射 孔方 法。但随着低渗透油层开发力度的不断加大, 在一
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1 77 4
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3 95 0
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3 86 8
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2. 44 2. 78 2. 77 3. 28 2. 03 2. 03 3. 56 4. 00 5. 51 5. 31
( 见表 2) 。应用动态负压射孔技术目前可以满足渗 透率 50 mD 以上地层射孔的需要。
表 2 渗透率与最小负压值对照表
表 3 采液强度对比表
射孔方式
采液强度/ ( t # d- 1 # m- 1 )
平均值
提高
常规射孔动态负压( 6 口井) 6. 04
7%
( 静态) 负压射孔( 19 口井) 5. 63 ( 0. 41 t # d- 1 # m- 1 )
图 4 动态负压射孔 p- t 曲线
2. 5 最小负压值计算
负压射孔利用井筒与地层间的负压差产生冲击
渗透率/ mD 5 10 20 50 100 200 500 1000
最小负压/ M Pa 10. 6 8. 6 7. 0 5. 3 4. 3 3. 5 2. 8 2. 2
3 现场应用效果分析
为验证动态负压射孔提高单井产能的效果, 选 择了某油田区块的 6 口生产井进行了试验应用。该 区块平均渗透率为 200 mD 以上, 地层射孔方案以 负压射孔 ( 静态) 为主, 方案 设 计要 求负 压值 4. 0 M Pa。试验井射孔后所实 现的最大动态 负压值为 5. 5~ 8. 6 M Pa。收集分析该区块的投产数据表明: 与原有( 静态) 负压射孔技术相比, 应用动态负压射 孔技术, 采液强度提高 7% ( 见表 3) 。
第 34 卷 第 2 期 2010 年 4 月
测井技术 W ELL LOG G IN G T ECH NO LO G Y
V ol. 34 N o. 2 A pr 2010
文章编号: 1004- 1338( 2010) 02-0193- 03
动态负压射孔技术研究
刘方玉1, 2 , 刘 桥2, 蔡 山2
眼的 数目和面积增大射孔后井筒内流体进入射孔枪的面积, 进而增大流量, 使动态 负压幅度更 强; 通 过增大枪内 空
间增大射孔枪容纳外来流体的能力, 增加动态负 压作用时 间。动态 负压射孔 前不需 要降低 井筒内 初始液 面高度,
使射孔前的准备更加简单。6 口生产 井的试验应用表明, 应用动态负压射孔技术, 采液强度提高 7% 。
试验表明, ¹ 当泄压空间相同( 或相近) 时, 动 态负压值随着射孔枪内装药量的增加而减小。这是
第 34 卷 第 2 期
刘方玉, 等: 动态负压射孔技 术研究
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装药量增加后, 射孔弹、导爆索、冲孔弹等火工品爆 炸后的爆轰能量增大, 减弱了开孔 后的泄压效果。 º 应用较大尺寸的射孔枪, 能够实现更大的动态负 压值。这是因为应用较大尺寸的射孔枪后, 泄压空 间增加了, 明显地增强了能量吸收能力, 负压效果更 明显。 » 通过调整射孔枪内装药量、开孔面积及枪 内空间, 实现了动态负压值 5. 51 M Pa。
回流, 对射孔孔道及其周围的压实带进行冲洗。最
小负压值是负压设计的关键。只有动态负压值超过
2. 3 井下高速压力记录仪研制 为了准确检测射孔前后的井筒压力变化情况,
研制了井下高速压力记录 仪。记录仪 由传感器模 块、电路模块、电池模块、控制模块和软件 5 个部分 组成, 能够利用 4 个通道分别记录压力、温度、加速 度及电源电压等数据, 并实现了射孔器下井、起爆, 压力恢复整个过程数据的全程记录。为解决数据量 过大及仪器功耗问题, 采用编程分段自适应均匀采 样策略是 地面及 下井过 程 1 个 采样/ s, 射孔 过程 1. 25 @ 105个采样/ s, 压力恢复过程 500 个采样/ s。 2. 4 动态负压射孔工艺试验
# 194 #
测井技术
2010 年
认为, 由于负压差的存在, 在射孔后地层流体产生负 压冲击回流, 冲洗孔道附近的地层和孔道内的爆炸 残余物, 畅通了油流通道[ 1] 。在应用过程中, 也发现 部分负压射孔效果并不是很理想。针对这一问题, 国外的研究人员对负压射孔过程进行了深入研究。 通过研究发现, 单纯的静态负压并不一定确保得到 清洁的射孔孔眼。实际上, 控制射孔清洁程度因素 是以前被忽略的、射孔弹起爆后随即引起的井筒内 压力波动[ 2] 。常规负压射孔时不能在井筒和地层间 快速形成负压差, 从而影响了负压效果; 如果在射孔 后快速形成负压差, 即动态负压, 可产生更大的冲击 回流, 从而有效清除射孔污染( 见图 1) 。这种在射 孔后瞬间形成井内负压的技术称为动态负压射孔技 术, 而常规负压射孔技术称为静态负压射孔技术。
( 1. 中国石油大学石油工程学院, 北京 102249; 2. 大庆油田有限责任公 司试油试采分公司, 黑龙江 大庆 163412)
摘要 : 动态负 压射孔是一种在射孔瞬间清理射孔孔道的 新方法, 其 原理是通 过快速 吸收井 筒内的 残余爆 轰能, 使
井筒 内压力在射孔后瞬间下降, 产生瞬间冲击回流, 冲 洗射孔 孔道及孔 道周围 压实带。 通过适当 增加射 孔枪上 孔
实验室研究表明, 模拟井筒内的压力在射孔冲 击波造成的瞬间变化后上升, 当井内流体进入射开 的枪身后下降[ 2] 。在一定条件下, 井筒内的动态压 力可以降低到地层压力以下。这样, 产生了射孔后 的动态负压现象。根据这一原理, 可通过适当增加 射孔枪上孔眼的数目和面积增大射孔后井筒内流体 进入射孔枪的面积, 进而增大流量( 或流速) , 使动态 负压幅度更强; 通过增大枪内空间来增大射孔枪容 纳外来流体的能力, 增加动态负压作用时间。这样, 通过快速吸收井筒内的残余爆轰能量, 使井筒内压 力在射孔后瞬间下降, 产生瞬间冲击回流, 冲洗射孔 孔道及孔道周围压实带, 减小射孔污染。
Perf orat ing Services of Daqing O ilf ield CO . LTD . , C NPC, Daqing, Heilongjiang 163412, Chin a)
Abstract: Dynamic under- balanced pr essure perf orat ing is a new met hod fo r cleaning up perf orat ions im mediately af ter per for at ing. By t he rapid abso rpt ion of the residual ex plo sion energy w it hin t he w ellbo re, t he w el lbor e pressure decreases rapidly, and w it h t he fast back surge f low creat ed by the dynam ic under- balanced pressure diff erent ial, t he perfo rations and crushed zone can be cleaned. T he fluid f low , w hich ent ers int o perf orat ing gun f rom t he w ellbo le af t er perf orat ing, can be increased by appropriat ely increasing t he number and size of the perf orat ion hole, so as t o make the dynamic under- balanced pressure amplitude st ronger. T he act io n tim e o f the dy nam ic under- balanced pressur e is ex t ended by incr easing t he perf orat ing g un inner space. It has no use for decreasing t he init ial f luid height , and m akes t he perfo rat ing preparation much sim pler. Experiment al applicat ions in 9 production w ells show t hat fluid pro ducing intensit y incr eases 7% by using dynam ic under- balance pr essure perf orat ing t echnolog y. Key words: perf orat ing t echno logy , dynamic under- balanced pressure, crushed zo ne, fluid flo w,
关键词: 射孔技术; 动态负压; 压实带; 流量; 采液强度
中图分类号: T J456
文献标识码: A
Dynamic Under-balanced Pressure Perforating Technology and Its Application
L IU F ang Yu1,2 , L IU Q iao2 , CA I Shan2 ( 1. S chool of Pet roleum Engeering, China U niversit y of Pet roleum , Beijing 102249, Chin a; 2. Well Test ing &
冲孔弹( 及射孔弹) 冲孔面积和降压装置内部空 间的大小是影响动态负压的重要因素。因此, 通过 改变冲孔弹孔密可调整泄压面积, 变化射孔枪直径 ( 或长度) 可调整泄压空间。为此, 进行了不同开孔 孔密、不同枪型的射孔工艺试验, 每次试验都进行了 射孔压力 p - t 测试( p - t 试验数据见表 1, 典型 p - t 曲线见图 4) 。
些情况下无法达到理想负压状态。为进一步发展负 压射孔技术, 提高大庆油田射孔技术水平, 开展了动 态负压射孔技术攻关。
1 动态负压射孔原理
常规负压射孔的方法是在射孔前降低井筒内液 面, 使井筒内静液柱压力低于地层压力。传统理论
作者简介: 刘方玉, 男, 1965 年生, 高级工程师, 博士, 从事石油地质完井工程研究。
表 1 工艺试验数据表
试验 装药量/ 开孔面积/ 泄压空间/ 动态负压
序号 g
mm2 ( @ 106 mm3 ) 值/ M P a
1
88 2
4 98 4
16
2
73 5
5 00 5
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3
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3 83 6
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2. 2 冲孔弹研制 冲孔弹方案设计的原则是在装药量尽量小的前
提下, 冲孔孔径尽量大、枪身胀径小、不伤害套管。 为此, 进行了不同的方案设计和地面装枪射孔试验 ( 见图 2) , 实现冲孔孔径为 18~ 20 m m( 见图 3) , 套 管胀径小( 3. 5 mm) 。
图 2 地面装枪射孔试验
图 3 枪身上的冲孔孔眼测量
图 1 射孔后井筒压力随时间变化曲线
2 动态负压射孔工艺研究
2. 1 动态负压射孔管柱设计 动态负压射孔管柱由射孔枪( 包括上、下接头) 、
射孔弹、冲孔弹、导爆索组成。具体方法是在射孔枪 内中部安装射孔弹, 在 射孔枪内上、下部安装 冲孔 弹, 在射孔弹对地层射 孔的同时, 冲孔弹对枪 身冲 孔。井筒液体通过枪身上的孔眼进入射孔枪内, 瞬 时降低井筒压力, 实现动态负压。