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第五章-射孔

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第五章-射孔

第五章 射 孔1第一节 射孔器与射孔工艺第二节 射孔参数与设计第三节 射孔质量检测与评价第四节 特殊射孔技术第五章 射 孔2目前世界各主要产油国广泛使用的完井方法。射孔 射孔枪在油层某一层段套管、水泥环和地层之间打开一些孔道,使地层中流体能流出。炮弹射孔的孔眼也称为 炮眼 。射孔完井方式下,孔眼是联系油层和井筒唯一通道。第五章 射 孔3射孔器材是指用于完成射孔工作的设备、装置及其组合。有聚能射孔器、水力射孔器、复合射孔器等。最常用为聚能射孔器。射孔工艺指选择射孔完井方式所采用的射孔方法,有超正压射孔、正压射孔、负压射孔、复合射孔等。按射孔器材下入井筒的方式还可以分为过油管射孔、电缆传输式射孔等。第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔4一、常用射孔器材1.聚能式射孔器最常用,是利用炸药爆轰的聚能效应产生的高温高压高速聚能射流来射穿套管、水泥环及地层,完成射孔作业。按结构分有枪身射孔器和无枪身射孔器两类,核心组成部分是聚能射孔弹。第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔51)聚能射孔弹 根据火药爆燃时聚能效应原理制造的,不同形状火药在爆燃时能量传递方式不同。聚能效应 聚能射孔弹结构 大孔径射孔弹第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔6不同形状火药对靶板不同破坏效果第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔7将几十发甚至几百发射孔弹串连在一起 , 用雷管和导爆索引爆射孔的工具 。按结构分两类有枪身射孔器 射孔弹装配在密封的钢管内;无枪身射孔器 单个密封的射孔弹用钢丝 、 金属杆或薄金属带连起来 , 直接下井射孔 。2)射孔器第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔8有枪身射孔器聚能射孔弹、密封钢管 射孔枪 、弹架、起爆传爆部件等构成第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔9a多次使用型有枪身射孔器; b一次销毁型有枪身射孔器第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔10枪身是射孔器重要部件之一,主要两作用射孔弹载体,承受井内液体压力、回收射孔弹爆炸后的碎片,保证射孔弹下井不损坏和防井下落物;枪身能吸收射孔弹爆炸产生的冲击和气体膨胀的能量,保护套管免遭损伤。第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔11有枪身射孔器特点1 射孔弹、导爆索、雷管等火品与井内液体无接触,只受井内温度影响。深井和高压井,必须用有枪身射孔器。2 射孔弹爆轰产物冲击能量大部分被枪身吸收 , 弹壳 、 弹架等碎片留在射孔枪内 。3 枪与枪之间刚性连接 , 采用油管传送射孔器时 , 容易实现刚性输送 。4 直径较大有枪身射孔器 , 由于枪身保护 , 减小套管和水泥环损坏 。第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔12无枪身射孔器由无枪身聚能射孔弹、弹架或非密封的钢管 、起爆传爆部件 或装置 等构成的射孔总成第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔13无枪身射孔器按照射孔弹结构和固弹方式 全消毁型 a和半消毁型 b 第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔14无枪身射孔器基本特点1 非钢管枪身 , 射孔后无枪体膨胀 , 易从井中取出 。2 弹架有挠性 , 套管弯曲和有缩径时有良好通过性能 , 一次下井可射 30m 或更长 厚的油气层 。3 重量轻 、 操作方便 , 有利于提高施工效率 、 减轻劳动强度和降低射孔费用 。第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔15无枪身射孔器缺点1火工器件与液体直接接触 , 药柱和壳体承受温度和压力联合作用 , 降低射孔器性能指标 。2 不像有枪身射孔器能保护套管 , 在小直径套管内射孔时 , 损坏套管可能性很大 。3 单位长度上重量轻 , 特别是用塑料弹壳时 , 在加重钻井液里使用 , 下井比较困难 。第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔162 复合射孔器 正在发展中新型射孔器 。 分为两类两种射孔方法的复合 ,射孔和燃气压裂复合 , 常用 。第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔17射孔 压裂复合射孔器聚能射孔和继后高能气体压裂两种作业合二为一 ,利用炸药和火药燃速差先射孔后压裂 。聚能射孔弹射孔后 , 压裂弹随着燃烧 , 利用燃气脉冲加载碎解被压实孔壁 , 消除孔眼近井地层污染;压开致密岩层 , 孔道周围产生辐射状多裂缝 , 提高地层渗透性能 , 实现油井增产增注 。第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔183. 射孔器输送方式电缆传输和油管传输。3缆输送式套管射孔最早方法 。 在套管内 , 用电缆把射孔器输送到目的层 , 定位射孔 。可采用有枪身射孔器或无枪身射孔器 。第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔19电缆输送式套管射孔优点1 适应性强,可选各型射孔器,满足地质需要。2 施工成功率高,成本低。3 工艺成熟装备配套,施工简单,易于掌握。缺点1 高压油气井射孔时难以有效控制防喷。2 不易实现负压射孔。3 采用有枪身射孔时,不能一次进行长井段射孔。第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔203缆输送式过油管射孔保护油层的射孔技术。油管下入到所要射孔井段上部,电缆输送小直径射孔器,穿过油管下到射孔井段,在套管中定位射孔。可采用有枪身射孔器和无枪身射孔器。第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔213管输送式射孔 油管柱尾端携带射孔器下井射孔方法 简称 与电缆传输射孔器差别不大 , 上世纪 80年代引进 。油管输送式射孔特点1 采用射孔效率强 、 大直径 、 高孔密 、 深穿透射孔器 。2 整个枪串的完全引爆是关键 。3 大井段射孔时 , 枪与枪现场连接 , 要求射孔器接头连接方便 、 可靠 , 连接长度要短 , 以减少射孔盲区 。4 作业时间相对增长 , 要求射孔器有更好耐温性能 。第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔22二、射孔工艺按射孔时井筒压力与地层压力差正压 、 负压射孔 。正压射孔通常井筒内液柱压力高于或近似等于地层压力 ,称为正压射孔或平衡射孔 。第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔23负压射孔 油气层压力大于井内液柱压力下射孔。 负压差使射孔瞬间地层液体产生负压冲击回流冲洗孔眼附近地层和孔眼内爆炸残余物,畅通油流通道,同时避免井内液体进入地层,防止油层内发生土锁和水锁 。 降低射孔损害、减少孔眼堵塞、提高产能有效方法第一节 射孔器与射孔工艺第五章 射 孔24 合理选择负压 一方面最大限度消除对孔眼周围损害 , 产能最高;另一方面 , 过大负压差会造成地层机械破损 、 套管破裂 、井内封隔器或其他仪器脱落 , 以及储层出砂等问题 。1)实验方法, 2)经验关系法地层渗透率 ( 10油层负压差( 气层负压差( 渗透地层 K100 0K100 10 孔器与射孔工艺第五章 射 孔25主要包括孔眼深度、密度、直径和相位、格式、压实厚度、压实程度等。 决定射孔完井效率。参数设计不仅取决于射孔弹型号 、 地层性质 , 也取决于射孔工艺方式 、 完井管柱类型等各个方面 。对油井产能影响主要原因炮眼堵塞 、 非均质地层影响 、 射孔参数变化 。射孔格式指孔眼排列方式 ( 交错 、 螺旋 、 平面 ) 。第二节 射孔参数与设计第五章 射 孔26炮眼堵塞一般只有一个或两个炮眼生产;流体多产自或进入射孔段小部分 , 大部孔眼堵塞 。射孔枪偏离中心形成的小炮眼不能清洗硬岩中穿透深度比预计低软岩中井壁坍塌可能使有效穿透深度为零 。第二节 射孔参数与设计第五章 射 孔27非均质地层的影响当地层渗透率各向异性或含有页岩夹层时 , 射孔密度低会使油井产能大大下降 。非均质严重时 , 应加深射孔深度来提高产能 。泥页岩恶化层中 , 提高孔密会极大提高产能 ,射孔深度影响不大 。裂缝性地层射孔深度是提高产能主要因素 。第二节 射孔参数与设计第五章 射 孔28孔径对产能的影响孔径不是主要作用因素,孔深浅时,影响才突出,即随孔径增大,产能提高,此时孔径影响与孔密无关。不同完井情况,应选择不同的孔径。砾石充填完井通常需孔深小而孔径大的眼,便充填砾石;具有积垢或石蜡沉积趋势的井,扩大直径可减少沉积,效果较好。第二节 射孔参数与设计第五章 射 孔29孔深对产能的影响有钻井损害而无射孔损害时,只有当孔眼深度超过损害带很多时,产能才不会降低。有钻井和射孔两种损害时,即使孔眼完全穿过损害带,产能仍然低于无损害情况下的产能。有钻井损害时,必须深穿透无损害射孔,完全穿透损害带。孔深增加,产能上升,最终产能可达或超过裸眼井产能。第二节 射孔参数与设计第五章 射 孔30孔密对产能的影响一般 , 最大产能需有较高射孔密度 。孔密不能无限增加 ( 1) 套管损害;( 2) 射孔成本( 3) 作业复杂程度 。孔密影响与射孔相位角有关 , 不同相位角 , 生产率随孔密增大趋势不同 。第二节 射孔参数与设计第五章 射 孔31相位对产能的影响相位角对产能的影响和地层的各相同 /异性有关 。各向异性地层 , 由 180 变到 0 或 90 时产能较大提高 , 0 和 90 间变化时产能无大变化;各向同性地层 , 0 变到 90 或 180 时产能较大提高 , 90 和 180 之间变化时产能无大变化 。第二节 射孔参数与设计第五章 射 孔32现场评价和实验评价 。地面实验射孔弹性能标定实验参数主要参数射孔穿深和孔眼直径深入实验还包括射孔压实带厚度 、 污染带厚度和射孔孔眼周围渗透率变化等 。第三节 射孔质量检测和评价混凝土靶实验贝雷砂岩靶实验钢靶实验。第五章 射 孔33一、混凝土靶实验 中心 套管或油管 靶壳 圆柱形或椭圆柱形 。 混凝土靶厚 径向平均未穿透厚度不小于 76 壳高 应高于混凝土上平面 以蓄水养护靶 。第三节 射孔质量检测和评价第五章 射 孔34数据测量与处理① 穿孔深度② 堵孔深度③ 套 油 管的孔眼直径④ 内毛刺高度⑤ 试验数据的处理暴露于靶上、下两端的孔道为无效穿孔完全穿透靶的数据,不计入平均穿孔深度各孔未穿透厚度平均小于 76验无效。第三节 射孔质量检测和评价第五章 射 孔35二、贝雷砂岩靶射孔试验 孔隙度 19% ~ 21% 渗透率和强度稳定 单发射孔弹装药量大于 151785 长 度 305 38457533610686许误差 6 未穿透岩心厚度不小于 76三节 射孔质量检测和评价第五章 射 孔36数据测量与处理1 穿孔深度2 穿孔直径3 射孔孔道端部位置射孔孔道端部位置距靶顶端距离小于76验无效。第三节 射孔质量检测和评价第五章 射 孔37一、复合射孔二、超正压射孔三、水力喷砂射孔四、水力深穿透射孔第四节 特殊射孔技术第五章 射 孔38第四节 特殊射孔技术一、射孔 压裂复合射孔 聚能射孔和继后高能气体压裂两种作业合二为一,利用炸药和火药燃速差先射孔后压裂。 聚能射孔弹射孔后,压裂弹随着燃烧,燃气脉冲加载碎解被压实孔壁,消除孔眼近井地层污染; 压开致密岩层,孔道周围产生辐射状多裂缝,提高地层渗透性能,实现油井增产增注。 分体式复合射孔一体式复合射孔外套式复合射孔第五章 射 孔39二、超正压射孔井筒内充满高压流体的正压射孔 , 射孔同时向地层施加超过破裂压力的流体压力 , 地层产生裂缝 ,改善射孔完井效果 。流体包括气体 、 液体和气液混合流体气体 排 , 不留残液 , 无污染 , 首选分为传统超正压射孔和燃气超正压射孔第四节 特殊射孔技术第五章 射 孔40二、超正压射孔1、传统超正压射孔射孔前 , 井筒流体压力已作用在井筒上 , 达破裂压力 。射孔时 , 被压缩气体势能转化为动能 , 作用于地层 , 进入孔眼流体流速达到高速度 。可形成 “ 表皮压裂 ” , 有助于提高储层产出流体 ( 油或气 ) 的相对渗透率 。2、 燃气式超正压射孔先引燃火药产生大量气体 , 在目的层形成高压后再射孔 ,“ 先压裂后射孔 ” 形式 。第四节 特殊射孔技术第五章 射 孔41二、超正压射孔适用条件1)近井地层污染严重,常规射孔无法穿过污染带2)当地层条件差、压力低、负压无效时3)提供一种基质酸化技术4)预水力压裂处理,使地层破裂5)增加与天然裂缝的连通。第四节 特殊射孔技术第五章 射 孔42三、 根据水动力学动量 体颗粒受水载体加速,高速冲击套管和岩石,产生切割作用。第四节 特殊射孔技术第五章 射 孔43影响因素2 影响因素流体参数射流压力喷嘴直径喷嘴型式射流功率流速 流量流体性质射流反冲力磨料参数磨料类型磨料流量磨料粒度混合管直径工况参数进给速度靶距(喷距)流道数入喷射角切割体积切深或切宽比能靶件参数靶件强度靶件硬度靶件孔隙度靶件渗透率1. 压力2. 排量3. 磨料类型4. 磨料浓度5. 磨料粒度6. 岩性7. 围压8. 时间实验参数第五章 射 孔443 水泥样射孔割缝实验最大射深 780210压 261500径 7011号孔长 520径 65验条件泵压 264混凝土 1 4混凝土第五章 射 孔454 天然砂岩射孔实验磨料射流在压力 21~ 22间 管上孔径达 10~ 11然砂岩上最大孔径 30~ 60孔深度可达到 780五章 射 孔465 现场试验喷射参数的优化设计压 力 30 ~ 40 15 ~ 30 石英砂磨料浓度 6 ~ 8磨料粒径 液 稠化剂 ,防膨剂 五章 射 孔475 现场试验现场施工工艺1 通井检查套管是否破损;2 洗井两周,用防膨液替出井筒内液体;3 下入喷枪及施工管柱;4 进行磁定位校深,保证喷枪下到正确位置;5 装满足要求的井口,井口要用绷绳加固;6 接好地面管线,走泵试压合格后,打开油管和套管闸门;7 前置液试喷,根据试喷情况可现场调整施工排量;8 携砂液喷砂射孔;9 顶替携砂液出井筒;10 必要时可在顶替干净后关环空对产层高压挤注增产11 关油、套管闸门,施工结束。第五章 射 孔485 现场试验现场施工效果现场试验 11井次 , 能很好解除油层污染 , 对油层堵塞原因引起伤害的低产井 , 可以起到射孔解堵增产的双重目的 。1. 不宜压裂井射孔增产2. 低渗透地层改造3. 水力喷砂割缝4. 定向水力喷射压裂5. 喷砂处理水泥塞和坚硬地层第五章 射 孔49生产初期常规炮弹射孔并加砂 6 试油产能低 ( 6m3/d) 。因固井质量差 , 常规射孔不宜进行压裂改造 , 故采用磨料射流射孔 ,提高井底完善度 。设计用 3个喷枪 , 每枪 3个喷嘴 ,按 1200夹角排列 , 共射 9孔 。经喷砂射孔后抽汲求产 , 日产油8.0 不含水 , 施工效果良好 。5 现场试验现场施工井例 25井第五章 射 孔50第五章 射 孔51 利用高压水射流破岩钻孔原理,在生产层创造出较大深度的清洁无阻的油气通道,射孔深度达 径达 14有效克服近井地层污染,是新井完井、低渗改造的一项有效新技术。 工作压力 50 工作介质清水或射孔液喷嘴直径 孔眼直径 14 孔眼长度 3 力深穿透射孔第五章 射 孔52施工工艺整套装置下到预定层位,锚定;地面加压,冲孔头冲开套管;带有喷嘴的高压软管边喷射边进入地层;收回高压软管及冲孔头;更换层位及方位,重新射孔。第五章 射 孔53水力射孔样机第五章 射 孔54冲套管单元试验冲孔头第五章 射 孔55射流破岩钻孔试样第五章 射 孔56水力深穿透射孔现场试验第五章 射 孔57水力深穿透射孔现场试验第五章 射 孔58本章小结第一节 射孔器与射孔工艺第二节 射孔参数与设计第三节 射孔质量检测与评价第四节 特殊射孔技术

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