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。
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，严重影响压裂效果。
● 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
砂量：25m3
排量：6.5-8m3/min 液量：990m3 液体：滑溜水+冻胶 砂量：39m3
大45-18-24井压裂井中微地震监测成果
大45-10-28井压裂井中微地震监测成果
✓ 两口井测试结果表明，定面射孔工艺易造成 储层应力集中，形成复杂缝网，裂缝控制泄油 体积明显增大
典型井例：
案例二：中石化江汉页岩气田
第八段 2013.2.17 43.9
第九段 2013.2.17 38.0
第十段 2013.2.18 60.1
第十一段 2013.2.18 40.7 第十二段 2013.2.19 72.3
第十三段 2013.2.19 81.4
第十四段 2013.2.20 85.6
第十五段 2013.2.20 60.5
问题：
1、采用常规射孔所带来的压裂缝网系统不完善的问题
——射孔孔眼摩阻问题 常规射孔所使用的聚能射孔弹，射孔后，在套管上形成的孔眼一般都较小
（8～10mm），孔眼小摩阻大，影响压裂液及压裂砂的注入效率。对于高破裂压 力地层，往往需要更高的泵压才能压开地层。
对于泥质含量较高的地层，往往很难压开。
2、钻塞效率低及钻不完塞的问题 受水平段长度、井眼轨迹等影响，钻塞工艺、工具等选择不当造成钻塞效率
井段 施工日期 总砂量m3
测试压裂 2013.1.26
第一段 2013.1.26 56.5
第二段 2013.1.27 56.5 第三段 2013.1.28 64.9
第四段 2013.2.15 47.0 第五段 2013.2.15 63.4
第六段 2013.2.16 72.9
第七段 2013.2.16 71.5
滑溜水m） 线性胶m3
254.0 890.0 961.0 918.0 1070.0 950.0 902.0 866.0 908.5
1038.0
1091.0 1078.0 1294.0 882.0 883.0
809.0
对策：
● 对于采用常规射孔所带来的压裂缝网系统不完善的问题，包括地应力影响及 孔眼摩阻的问题，通源石油提出了采用新型的泵送定面射孔技术，通过定面射 孔实现对天然地应力进行干扰，引导裂缝沿井筒径向扩展，同时采用特制超大 孔径射孔弹，降低孔眼摩阻，显著提高压裂效率。
●对于钻塞效率低及钻塞失败的问题，提出采用大通径免钻桥塞及可溶性密封 球等先进技术，解决目前钻塞难，效率低，风险大的问题。
级数
10 18 15 12 21 15 15 18 17 13 19级 19级 19级 19级 20 17 12 19
时间
2012.8 2013.1 2013.6 2013.9 2013.9 2013.1 2013.11 2013.12 2013.12 2014.1 2014.1 2014.1 2014.2 2014.2 2014.4 2014.4 2014.5 2014.5
西安通源石油科技股份有限公司
页岩气水平井压裂 泵送桥塞与定面射孔联作及指示剂评价技术
前言 一、页岩气水平井泵送桥塞与定面射孔联作技术 二、连续油管射孔与钻塞技术 三、指示剂产能跟踪与评价技术 四、分段压裂施工出现的问题、分析与认识
问题：
1、采用常规射孔所带来的压裂缝网系统不完善的问题
——地应力影响问题 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
●对于各层段产能不能准确评价的问题，采用指示剂产能评价技术，针对不同 层段选择不同种类、不同用量的指示剂跟随流体一同进出油藏并携带出流体和 油藏信息，通过分析处理，得到压裂液返排情况、各储层的产能状况、各储层 的贡献率（产率）、各层（段）压裂改造状况评价结果等。
前言 一、页岩气水平井泵送桥塞与定面射孔联作技术 二、连续油管射孔与钻塞技术 三、指示剂产能跟踪与评价技术 四、分段压裂施工出现的问题、分析与认识
（4）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
射孔弹规格
装药量/发 孔眼直径（API） 孔眼深度（API）


h
)(
rw r
)2
cos 2
r


1 2
(
H


h
)(1

3rw4 r4

2rw2 )2 sin 2 r2
z rz 0
●定面射孔与常规射孔孔眼在压力加载时的应力分布比较
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
定面射孔可形成应力分布面
（2）页岩气水平井泵送桥塞服务业绩
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
客户
江汉油田 江汉油田 江汉油田 江汉油田 江汉油田 江汉油田 江汉油田 江汉油田 江汉油田 江汉油田 江汉油田 江汉油田 江汉油田 江汉油田 江汉油田 江汉油田 江汉油田 江汉油田
应力在极坐标系下表示为：
r

rw2 r2
pw

1 2
(
H


h
)(1

rw2 r2
)

1 2
(
H


h
)(1

3rw4 r4

4rw2 r2
)
cos



rw2 r2
pw

1 2
(
H


h
)(1

rw2 r2
)

1 2
(
H


h
)(1

3rw4 r4
)
cos
2
z
v
2( H
低或钻不完塞。
3、各层段产能不能准确评价的问题 水平井泵送射孔分段压裂完井最终目的是获得每段的均衡产出，如果能够及
时得到施工井压裂液返排情况、各储层的产能状况、各储层的贡献率（产率）、 各层（段）压裂改造状况评价结果等信息，就可评价出施工后效果，也为下一步 修正和优化施工工艺提供参考依据，其意义重大。但由于缺乏产能检测评价手段， 对产能评价认识模糊，无法提供科学的改进方法，也就无法达到更好的施工效果。
第十六段 2013.2.21 68.6
第十七段 2013.2.21 80.7
第十八段 2013.2.22 80.0
合计
1144.5
酸液m3
20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 18.0 20.0 20.0 27.0 365.0
井号
建页HF-2井 涪页3-2HF井 焦页1-3HF井 焦页7-2HF井 焦页8-2HF井 焦页11-2HF井 焦页10-2HF井
焦页2HF井 焦页3HF井 焦页1-4HF井 焦页8-3HF井 焦页7-3HF井 焦页11-1HF井 焦页10-3HF井 焦页9-1HF井 焦页4-2HF井 焦页5-1井 焦页2-3井
（2）可溶性密封球技术
复合金属材质可溶球是一种混合材料设计，利用先进的低密度，高强度材料，满足 高压环境下的好的密封性，可靠性以及可溶性；
复合金属材质可溶球可以在常规的压裂液以及地层水中溶解，确保球不会卡在球座 中，减小井筒堵塞的几率；
适用于高压井，多段分段压裂井，相邻两层间压差小的井以及生产速率低的井。
典型的cohesive单元
缝间距2m 缝间距20m
缝间距10m 缝间距40m
●定面射孔孔眼摩阻计算
通过孔眼摩阻计算，由于定面射孔采用了超大孔径，孔眼摩阻明显比常规螺旋射孔要小。初始的 螺旋射孔孔眼摩阻为10.0 MPa，而定面射孔孔眼摩阻小于5 MPa，降低摩阻的效果很明显。
ps pb ppf p f ph
86 mm (3 3/8”)
BH44
25g
89 mm (3 1/2”)
BH44
25g
95 mm (3 3/4”)
BH48
25g
102 mm (4”)
BH54
35g
127 mm (5”)
BH61
43g
19 mm 19 mm 22 mm 25 mm 25 mm
249 mm 249 mm 270 mm 230 mm 251 mm
典型井例：
案例一：定面射孔于常规射孔裂缝监测效果对比
大45-18-24井监测效果对比
大45-18-24井形成复杂缝网：主裂缝波及带宽80m，全 缝长278m；次生裂缝波及带宽37m，全缝长211m
射孔：常规
大45-10-28井单条裂缝波及带宽40m，全缝长260m
射孔：定面
排量：3.5-4m3/min 液量：140m3 液体：冻胶
（2）定面射孔技术理论
●应力集中理论
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。 开山采石同样应用了应力集中原理。
●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，油定田义业张应务力拓为展负，压应力为正，孔眼附近的井眼围岩所受的
通源石油美国子公司安德森石油技术服务有限公司（通源APS）有 6个作业基地，50支泵送射孔—快钻桥塞专业作业队伍，覆盖美国主要 页岩（油气）区块，每年作业量超过1000口井，最大作业井段68段216 簇。
通源石油在国内泵送射孔作业上，依托通源美国APS多年来的成功 经验和强大的技术支持，在中国建立了10支专业的泵送射孔-快钻桥塞 作业队伍。在国内中石油吉林、大庆和长庆及中石化下属区域等油田成 功进行了近100口井800层的泵送射孔作业。
适用套管规格 5-1/2” 5-1/2” 5-1/2”
6-5/8”，7” 7”
2、大通径免钻磨桥塞及可溶性密封球技术
（1）大通径免钻磨桥塞技术
桥塞拥有大的内通径。当使用可溶球的时候，不需要钻磨桥塞。大通径桥塞包含一个压缩卡瓦， 如有需要，很容易回收。
技术特点：耐高压、底部坐封、大通径、无需钻磨、一个压缩卡瓦设计。
➢32℃条件下，压裂球在各种溶液中的溶解速度基本相同，最终溶解速率大约为 10.8mg/cm2/h; ➢3%KCl溶液、121℃时压裂球的溶解速度基本为19.6mg/cm2/h,完全溶解时间为3.5天。
3、通源泵送射孔技术国内主要业绩
（1）定面射孔服务业绩
最长水平段泵送长度超过1500米，最大井深4050米，最大垂深2800米，单井最大施工段数23段，最大 泵送压力68MPa。