求助：水力深穿透

eiengou · 發表于 2009-12-22 12:25:55

水力深穿透射孔
在鉆井、完井、增產措施、生產和注入等各個作業過程，由于入井液體中固相的浸入或生產、注入等引起的地層內微粒的運移、物質沉淀等多種原因，用于油田生產的油氣水井的近井帶都存在不同程度的地層傷害。在低滲透油藏中，這種傷害更為嚴重，對生產的影響也更大。地層傷害造成油氣井產量下降,注水井的注水量降低或注不進去。如何有效消除近井帶的地層傷害，提高單井產量或注入量，是石油工程中一直在力求解決的問題之一。
到2004年底，我國石油探明可采儲量67.91億噸，其中低滲透占28%，動用程度僅50%左右；預計今后每年新增探明儲量低滲透占50%以上。目前，我國的低滲油田開發效果并不理想，開采效率低、經濟效益差的現象普遍存在。據我國部分已開發的低滲油田統計，單井自然產能一般<5t，采收率≤20%，開采速度<0.5%，產油量年遞減率一般在25～45%之間，最高達60%。如何找到經濟有效的開發手段，進一步改善低滲油田開發總體效益，對我國石油工業的持續穩定增長具有重要的作用。
近20年來的相關研究和應用表明，水力深穿透射孔技術對于油田增產增注、低滲透油田近井帶改造都具有重要的意義。
在我國部分氣田的開發中，采取打懸空水泥塞或井口水泥塞的方式完井后，再次入井作業時直接鉆開水泥塞存在井噴失控的危險。用水力深穿透垂直鉆孔系統鉆泄壓孔泄壓后再作業，可保障作業安全。

1水力深穿透射孔技術的研究與應用

1.1系統構成與基本原理
水力深穿透射孔技術利用高壓水射流鉆孔的方式形成清潔孔道，借助對噴管、噴嘴的送進實現深穿透，孔深達到2m，孔徑為φ20以上，孔道的流通能力為常規射孔的10～20倍。屬于一種零轉向半徑的微型水平孔鉆進技術。系統主要由井下工具和錨定器、過濾器等井下配套工具構成。地面采用小型高壓泵組（配套功率110kw）供液，也可使用壓裂車或水泥車分流后供液。目前形成的系統主要適用于φ139.7mm或φ177.8mm垂直套管井。
井下工具由負責對水泥環與地層實施鉆孔的噴射系統和負責對套管開孔的沖孔系統構成。其中，噴射系統主要包括噴射控制閥、噴射送進系統、噴管和噴嘴，沖孔系統主要包括沖孔控制閥與沖孔機構。
作業時，用油管將井下工具下至預設井深并定位，通過在地面調節泵壓控制井下工具動作，首先由沖孔控制閥控制沖孔機構以液力驅動的機械方式刺穿套管形成噴管進出的通道，然后再由噴射控制閥控制噴射送進系統沿此通道將帶噴嘴的撓性噴管徑向送入地層，由噴嘴噴出的高速射流鉆透地層，邊送進邊噴射，形成一定孔徑、一定深度的徑向水平孔。一次下井可完成多個水平孔。水力深穿透射孔不僅穿透深、孔徑大、流通能力強，而且定位準確、易于實現定向射孔。

1.2國內外現狀

水力深穿透射孔技術最早于1984年在美國發明，1988年開始投入工業應用，在美國、加拿大作業數百口井，并成立了專門從事水力深穿透射孔技術服務的Penetrators公司。該公司于1993年前后推出了噴嘴固定噴射的變型產品，以進一步降低作業成本；于2000年前后開發了利用液馬達驅動的磨銑頭對套管開孔、利用液馬達旋轉柔性鉆桿和金剛石鉆頭對地層鉆孔的PeneDrill機械射孔工具，突破了利用高壓水射流鉆孔的技術界限，形成深穿透射孔作業的系列技術。
自1992年起我國大慶油田與美國ICT公司合作，著手開發這一技術，定名為JetDrill完井系統。以該項合作的成果為基礎，ICT公司于2000年初開始，在大慶、遼河、江漢、吐哈等油田，開展了試用與推廣的工作，已先后作業了50余口井。作業后大部分井都有較明顯的效果，反映了該項技術在國內應用的實用價值。
由于水力深穿透射孔技術所具有的鮮明特點和在近井帶改造方面的良好前景，不僅國內各油田對該技術表現出極大的興趣，而且有多家研究院所和專業院校開展了該技術的應用分析與評價等研究工作。

eiengou · 發表于 2009-12-22 12:26:59

1.3應用與評價研究的基本結論

1.3.1滲流場與增產機理研究
目前，常規聚能彈射孔深度一般在400～700mm，國內外研究的大孔徑射孔彈和深穿透射孔彈的最大穿透深度也不超過1.37m，直徑為17.5mm。聚能彈射孔產生的損害區或壓實帶對近井筒地層滲透率造成嚴重傷害，下降后的滲透率為原來地層滲透率的10%～35%左右，損害區的厚度大約為6～12.5mm，甚至達25mm。理論和實驗研究認為，若射孔穿透傷害帶、減小壓實帶，并選擇合適的射孔方位，則油井產能比可大大提高。
對常規聚能彈射孔與高壓水射流射孔滲流場的研究表明:
（1）常規聚能彈射孔壓實帶和鉆井污染帶對油井產量的影響不可忽略。高壓水射流射孔完井可以避免射孔壓實帶對油井產能的嚴重影響，并且可以減少鉆井污染帶對產能的影響。對低滲透率地層，應盡量避免采用聚能彈射孔完井方式，而采用高壓水射流射孔完井。
（2）高壓水射流射孔在不同污染帶厚度條件下流速曲線表明，污染帶厚度對油井產能有很大影響。為了獲得高產油量，油氣井射孔應盡可能穿透污染帶。
水力深穿透射孔的主要增產機理是：利用高速高壓水射流的沖擊切割和破碎碎巖石形成地層與井筒間的清潔通道，不造成壓實帶污染；高壓水射流流體破碎巖石形成孔道的過程中，會使巖石內孔道附近出現一些微裂紋，有利于減輕近井筒地帶應力集中，提高近井筒地帶滲透率；形成的孔道能穿透近井筒污染帶，消除鉆井污染等造成的近井筒傷害的影響，增大泄油面積，有利于降低生產壓降，提高未污染地層流向井筒的液量，從而提高油井產量。
1.3.2產能研究及影響因素分析
采用計算分支水平井產能的方法研究水力深穿透射孔井的產能。總孔深一定時，孔數越少產能越高，增加孔深是提高產能的重要手段。對作業井與直井產能比的計算分析表明，地層厚度與表皮系數對作業效果的影響較為顯著。水力深穿透射孔技術在薄油層的開發中可產生更良好的效果，對于污染嚴重的油藏能夠更有效的降低地層污染，大大提高油田的采收率。
1.3.3底水油藏開發的數值模擬
運用數值模擬的方法，研究水力深穿透射孔方案對底水油藏開發無水累積產油量和最終采出程度的影響。提高底水油藏開發效果最重要的是抑制底水錐進，水力深穿透射孔可有效降低井筒周圍的壓力降，抑制底水錐進。較理想的開發方案是：射開比小于30%，避水高度大于60%；在存在夾層時，水力深穿透射孔應盡可能布置在非滲透夾層的上方。
1.3.4定向射孔開發裂縫性油氣藏
我國不少低滲油氣田為裂縫性油氣藏，天然裂縫發育，由于地層滲透率低，射孔產能取決于孔眼與天然裂縫的溝通程度。在孔眼方位與裂縫面方位垂直且裂縫密度一定時，孔眼穿透越深，能被孔眼溝通的裂縫數量就越多，完井產能就越高。這時孔密對產能的影響很小。水力射孔孔深遠遠大于常規射孔，易于實現定向射孔，對垂直裂縫發育的地層，采用水力深穿透射孔具有明顯的優勢。
1.3.5定向射孔輔助低滲透地層水力壓裂
對于天然裂縫不發育的低滲透地層，一般要實施水力壓裂才能獲得經濟產能。而人工裂縫的走向總是垂直于最小水平地應力方向，如果布孔母線平行于最小水平地應力方位裂縫將會發生轉向，不僅導致破裂壓力升高，還有可能出現早期脫砂現象，并會增加滲流阻力而降低油井產能。因此，壓裂井的射孔完井應該與壓裂作業配套，采取定向射孔，使射孔方位盡可能垂直于最小水平地應力方位。
定向射孔水力壓裂模擬試驗表明：裂縫沿射孔孔眼啟裂，裂縫啟裂后發生轉向，最終轉到最大主應力方向。孔眼在最大主應力方向易產生平整大裂縫，且破裂壓力最低。在射孔方位角不為0或不為180°時，0～30°射孔為最佳射孔方位。
水力深穿透射孔井眼應力模擬研究表明：采用水力深穿透射孔技術完井的直井，預計的裂縫起裂位置為孔眼根部的頂面和底面。充分利用其穿透深、孔密低、易定向等技術優點，沿著最大水平地應力方向布孔，通過選擇合理的孔眼直徑、合適的射孔密度，增加射孔深度，既可有效降低地層破裂壓力，改善壓裂效果，又可減輕套管損害程度。
通過定向容易使水力深穿透射孔方向與最大水平主應力方向一致，而且噴射出來的孔道比較深，高壓射流產生的微裂縫及其對井眼周圍滲透率的改善可進一步降低破裂壓力，在裂縫的擴展過程中可以起到導向孔的作用。因此，采用水力深穿透定向射孔輔助壓裂，可以在井眼處獲得最大裂縫寬度，有利于產生單條主裂縫，降低破裂壓力和裂縫延伸壓力，為油田增產增注，特別是低滲透油藏開發提供一種有效手段。另外，水力深穿透射孔后，再注入酸液進行酸化，可以大大提高酸化處理范圍，增加酸化效果。

eiengou · 發表于 2009-12-22 12:44:34

2水力深穿透垂直鉆進系統鉆水泥塞泄壓孔技術分析

2.1問題的提出

在遼河、大慶等氣田開發的早期，對于完成固井與射孔作業、試氣后產量不高的氣井（多為探井），采取先在射開層段以上打懸空水泥塞、再打井口水泥塞的特殊完井方式封井。懸空水泥塞一般以木塞承底，位置距射孔層段上界幾米到十幾米；井口水泥塞一般用毛氈承底，采用將水泥漿在地面混合好后倒入井筒內的方式制成，厚度在6～8米，上界距套管頭的深度一般為1米多或幾米。
隨著開發的深入和對地層認識的提高，出于地層改造、開發新層等原因需要鉆開封井的水泥塞重新進入這些井作業。在實際作業過程中，作業者發現由于封井時間長，有些井的井口水泥塞下已被高壓氣體充滿，懸空水泥塞下封有高壓氣體的情況則更為普遍。直接用螺桿鉆等常規鉆水泥塞的方式鉆開時，極易發生井噴，特別是井口水泥塞，由于入井淺、無法靠入井液壓井，井噴失控的風險極大。長慶靖邊氣田曾發生過鉆井口水泥塞時井噴失控的情況，超過20MPa的高壓氣流瞬間噴出，將鉆柱鉆具噴出十多米高后摔成數截，好在由于井口正好無人、放噴時間短，未造chengren身傷亡事故和進一步的損失。
為此，提出鉆除此類氣井井口水泥塞或環空水泥塞的一種新方法：先采用高壓水射流鉆進技術鉆出小直徑的泄壓孔，通過泄壓孔控制放噴，使封閉的高壓氣體泄壓后，再用常規方式鉆除水泥塞。基于水力深穿透射孔技術改造形成的垂直鉆進系統能較好地滿足水泥塞泄壓孔鉆進的要求。

2.2水力深穿透垂直鉆進系統的工作原理

與水力深穿透射孔作業相比，鉆水泥塞不需對套管沖孔，噴管和噴嘴可直接垂直向下送進而不必轉向為徑向送進。因此，去掉沖孔控制閥和沖孔機構、將噴嘴直接用一段直噴管與送進機構的空心活塞桿相連，將原有水力深穿透射孔系統簡化后即可形成水力深穿透垂直鉆進系統。
水力深穿透垂直鉆進系統鉆水泥塞的孔深大于2m，孔徑為φ20以上。作業時，先用常規方法鉆除部分水泥塞，使水泥塞的剩余高度不超過2m。用油管將井下工具下至當前塞面，用錨定器等方式固定管柱，井口裝封井器，防止井噴時將管柱頂出并確保井口處于受控狀態。
通過在地面調節泵壓控制井下工具動作，由噴射控制閥控制噴射送進系統垂直送進噴管和噴嘴，由噴嘴噴出的高速射流對水泥塞鉆進成孔，邊送進邊噴射，直至鉆透水泥塞形成泄壓孔。泄壓過程中，可將泵壓調至高出井口壓力10～20MPa，在保持工具系統內循環、防止噴出氣流對系統產生不利影響的同時，保證泄壓孔的通暢。待水泥塞下封閉的高壓氣體泄壓后，回收工具，進行下一步作業。

2.3垂直鉆進系統鉆水泥塞泄壓孔安全性分析
在水力深穿透垂直鉆進系統鉆水泥塞泄壓孔的過程中，不需利用作業管柱送鉆或施加鉆壓，可利用錨定器等機械措施固定油管柱有效防止井噴時的頂出；可關閉封井器封住井口，從溢流管線控制溢流或放噴，確保井口處于受控狀態；工具系統內的防逆閥可限制井內高壓經噴嘴反向流動，可消除泵壓控制異常時高壓氣流經油管噴出的可能。因此，垂直鉆進系統鉆泄壓孔過程的安全性是有保障的。
解決安全問題的關鍵，在于消除用常規措施鉆除部分水泥塞這一配套作業過程的安全隱患。需要確認鉆塞作業能有效控制水泥塞剩余高度，并保證剩余高度不超過2m時剩余水泥塞能可靠封住塞下的高壓氣體。
因此，為確保用水力深穿透垂直鉆進系統鉆水泥塞泄壓孔能起到保障作業安全的作用，除了按要求進行系統準備與作業控制外，還必須準確掌握水泥塞的資料與數據，確保配套作業過程安全有效。為杜絕嚴重事故的發生，利用常規方法鉆上部部分水泥塞時，應準備防止工具上頂的預防措施和井口控制放噴手段，保證剩余水泥塞不能封住高壓時不至井噴失控。

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