三工河完井射孔工艺技术设计.doc

（三）完井射孔工艺研究（1）完井方式选择常用的完井方式主要有套管射孔完井、裸眼完井和割缝衬管完井。裸眼完井适合岩性坚硬、井壁稳定不坍塌储层，不适合分层处理的储层；筛管完井不适合分层处理的储层；套管射孔完井适合井壁不稳定、准备实施分层处理的储层，该技术配套成熟、在吐哈油田应用广泛。表3-1 各种直井完井方式的适应性对比完井方式适应条件射孔完井1、有气顶或底水或含水夹层、易塌夹层等，要求实施分隔层段的储集层；2、各分层间存在压力、岩性等差异，要求实施分层测试、采油、注水和分层处理等要求；3、要求实施水力压裂作业的低渗透储层；4、砂岩储集层、碳酸盐孔隙性储集层。裸眼完井1、岩性坚硬、井壁稳定不坍塌；2、无气顶、底水、无含水夹层；3、单一储集层，或压力、物性基本一致的储集层；4、不准备实施分层、选择性处理的储集层。筛管完井1、无气顶、底水、无含水夹层；2、单一储集层，或压力、物性基本一致的储集层；3、不准备实施分层、选择性处理的储集层；4、岩性较为疏松的中砂粒储集层。裸眼砾石充填完井1、无气顶、底水、无含水夹层；2、单一储集层，或压力、物性基本一致的储集层；3、不准备实施分层、选择性处理的储集层；4、岩性疏松出砂严重的中、粗、细砂砾储层。套管砾石充填完井1、有气顶或底水或含水夹层、易塌夹层等，要求实施分隔层段的储集层；2、各分层间存在压力、岩性等差异，要求实施分层测试、采油、注水和分层处理等要求；3、岩性疏松出砂严重的中、粗、细砂砾储层。鄯勒三工河组油藏有两套油层，两油层之间有一定隔层，可分层作业，三工河组上部还有其它含油层系。此外，三工河组绝大部分井自然产能很低，要压裂后才有较高产能，因此为满足开发及生产的需要，选用目前成熟、配套、易于实施后续作业和增产措施的套管射孔完井。（2）完井管柱设计根据生产系统分析及注水工艺设计，油井生产管柱选择73mm外加厚油管，注水井生产管柱选择73mm外加厚油管，与此配套的油井生产套管为139.7mm及其以上油层套管，为了减少钻井投资，可选择采用139.7mm油层套管完井，借鉴吐哈油田经验能够满足油水井生产及各种作业要求。因此，鄯勒三工河组采油井、注入井均采用139.7mm油层套管完井。设计方法套管管柱设计的原则是保证油水井长期安全生产前提下提供最经济的套管设计。参考采油工程手册设计标准，抗内压安全系数1.2；抗外挤安全系数1.25；抗拉伸安全系数1.8。抗拉强度按套管柱在空气中的重量计算，套管最大下入深度取值3300m。抗外挤力强度按管内全掏空，管外泥浆柱压力作用在套管上的压力计算，管外泥浆密度取值1.3g/cm3。由于在压裂、高压洗井等施工作业时，井口处套管受内压（压差）最大，抗内压力强度以这些特种作业时所施加的最高井口压力计算，根据地层最大破裂压力梯度计算套管最大抗内压强度为45MPa。油层套管管柱设计分别对常用的C75、L80、N80、P110钢级的7.72mm、9.17mm壁厚的长圆扣139.7mmAPI套管进行抗内压、抗拉伸、抗外挤强度校核，结果见表3-2。根据强度校核，壁厚9.17mm、L80以上钢级套管抗拉、抗外挤均满足强度要求，但P110套管强度最好。另外，根据吐哈三大主力油田开发实践，吐哈油田套损井比较多，套损部位主要集中在油层段，其原因是生产过程中地层压力发生变化、粘土膨胀等从而造成套管变形损坏。该区块地层破裂压力较高，且存在着煤互层，对套管安全影响比较大，因此为保证长期生产过程中套管安全，推荐全井段采用P110钢级、9.17mm壁厚油层套管。表3-2 鄯勒三工河组油水井139.7mmAPI油层套管强度校核(3300m)钢级壁厚(mm)单位重量(kg/m)抗拉强度校核抗内压强度校核抗外挤强度校核屈服强度(kN)最大拉力(kN)安全系数强 度(MPa）最大内压强度(MPa)安全系数强度(MPa）最大外挤强度(MPa)安全系数C757.7225.31454.6818.20 1.78 49.99451.11 41.6642.04 0.99 L807.7225.31503.5818.20 .1.84 53.37451.19 43.342.04 1.03 L809.1729.761850.5962.44 1.92 63.37451.41 60.942.04 1.45 N807.7225.31548818.20 1.89 53.37451.19 43.342.04 1.03 N809.1729.761903.8962.44 1.98 63.37451.41 60.942.04 1.45 P1107.7225.31979818.20 2.42 73.4451.63 51.642.04 1.23 P1109.1729.762438962.44 2.53 87.1451.94 76.542.04 1.82 （3）完井工艺设计完井工艺要求a、固井质量要求为保证采油井、注水井长期安全生产，要求水泥环封固段胶结绝对良好，第一、第二界面必须一次性合格；生产井、注入井不漏油、不漏水、不漏气，射孔后油、水、气不窜通；水泥环抗挤压强度达到25MPa以上。b、水泥返高要求油层套管全部封固水泥,返高至油层套管顶部。C、套管试压要求根据石油天然气行业标准SY5467-92套管柱试压规范确定套管试压要求，采油井、注水井油层套管均采用清水试压，试压25MPa、30min的压降不超过0.5MPa为合格。（4）射孔工艺设计射孔方式的确定吐哈目前常见射孔方式有电缆输送套管枪射孔和油管传输射孔两种，电缆输送套管枪射孔利用电缆下入射孔枪，射孔完成之后下油管投产，压井过程中易造成储层伤害。油管传输射孔利用油管下入射孔枪，射孔完成后直接投产，便于测试、压裂、酸化和射孔联作等，减少压井作业和起下管柱次数。确定鄯勒三工河组采用油管传输负压射孔。射孔枪、弹及射孔参数优选该区块油井采用139.7mm油层套管完井，依据射孔枪与套管匹配关系（表3-3），优选射孔枪为102枪。表3-3 射孔枪与套管匹配关系 射孔枪外径(mm)最小适用的套管尺寸(mm)单边间隙(mm)7312717891279102139.78.8127177.815.4140193.716.8目前国内射孔弹厂家最具实力的生产商主要有大庆射孔弹厂、四川射孔弹厂与辽宁双龙射孔弹厂，其主导产品有102弹、127弹等，性能指标详见表3-4。表3-4 国内主要射孔弹性能指标序号射孔弹混凝土靶平均穿深(mm)平均穿孔孔径（mm）适用套管外径(mm)1四川DP35RDX-46-10263010.4139.72四川DP41RDX-46-10267210.4139.73四川DP41RDX-52-10268910.4139.74四川SDP43RDX-52-10283812.5139.75四川SDP43RDX-55-127108013.2177.86大庆BH48RDX-138616.0139.77大庆DP44RDX-365711.4139.78大庆DP44RDX-585612.2139.79大庆DP52RDX-196314.0177.810双龙DP41RDX-16209.5139.711双龙DP44RDX-168511.3139.712双龙DP46RDX-1100211.0177.8从上表可以看出，双龙射孔弹厂生产的适合139.7mm的射孔弹在穿透深度方面明显低于四川和大庆射孔弹厂的产品。因此，主要对四川和大庆射孔弹厂的DP41RDX-52-102、SDP43RDX-52-102、大庆DP44RDX-3弹、大庆DP44RDX-5弹进行评价，这四种射孔弹均适用于139.7mm套管。影响油井射孔产能的因素主要有孔深、孔径、孔密、相位角等，为确定这些参数的影响程度，利用射孔工艺优化设计软件，进行射孔参数敏感性分析。分析基础参数见表3-5。表3-5 射孔工艺优化设计主要技术参数储层中部深度（m）3000储层渗透率（×10-3um2）1.0储层孔隙度（小数）0.09储层非均质程度（Kz/Kx）0.7储层原油粘度（mPa.s）0.56储层温度（K）360水的表面张力（dyn）72井筒半径（m）0.124井口温度（K）288井底温度（K）360套管外径（mm）139.7固井套管型号P110套管抗挤压强度（MPa）76.5套管壁厚（mm）9.17岩石泊松比0.26岩石弹性模量（MPa）28000射孔孔深、孔密、孔径对产率比的敏感性分析结果见图3-1，油井的产率比随孔深、孔密、孔径的增加而增大。射孔弹穿透地层污染带后，产率比随孔深的增加有一个较大幅度的增加。产率比随着孔密的增加而增加，但随孔密增加，产率比增加幅度变小。产率比随着孔径的增加而增加，随孔径增加，产率比增加。图3-1 鄯勒三工河组射孔孔深、孔密、孔径对产率比的敏感性分析相位角对鄯勒三工河组油井射孔产率比的影响较大（图3-2），计算结果表明采用120°相位角射孔产率比最高，其次是90°相位角射孔。因此，鄯勒三工河组油井射孔相位角选择120°。图3-2 鄯勒三工河组射孔相位角对产率比的敏感性分析利用射孔工艺优化设计软件，对上述四种射孔弹进行进一步优选，优选结果见表3-6。表3-6 射孔弹优选结果表序号射孔弹型号产率比相位角（度）孔密（孔/米）穿深（mm）孔径（mm）1大庆DP44RDX-51.1361201685612.21.125901685612.22大庆DP44RDX-31.0681201665711.41.052901665711.43SDP43RDX-52-1021.1081201683812.51.094901683812.54DP41RDX-52-1021.0451201668910.41.032901668910.4根据以上数据的对比，射孔枪弹优选为102枪-大庆DP44RDX-5弹，16孔/米，相位角120°。射孔负压差值的确定负压差值的选取是负压射孔设计的关键之一，合理的负压差值选取既要保证射孔后孔眼清洁，冲刷出破碎压实带的细小颗粒，又避免造成地层出砂、垮塌、固井水泥环及套管损害。因此合理射孔负压值的选择应当是既高于最小负压值又不超过最大负压值。采用美国Conoco公司经验方法计算： a、保证孔眼清洁，能够冲刷出孔眼周围压实带中细小颗粒的最小负压差值：鄯勒三工河组目前无储层物性分析结果，参考该区块西山窑组油藏数据，储层渗透率0.1-1010-3um2。按照渗透率平均值1.0×10-3m2进行计算：Pmin=17.24/K0.3=17.24/1.00.3=17.24MPaPmin最小射孔负压差值，MPa；K 储层渗透率，10-3m2。b、保证地层不出砂、不损坏套管的最大负压差值Pmax：当Tas300s/m， Pmax=24.132-0.0399Tas当Tas<300s/m， Pmax=井下管柱或水泥环最大安全压力×80%。c、合理负压差值Prec：Pmin=17.24MPa Pmax=30.6MPa油田无出砂历史时，Prec=0.2Pmin+0.8Pmax油田有出砂历史或含水饱和度高时， Prec=0.8Pmin+0.2Pmax由于该区块无出砂史，因此计算合理负压差值Prec =27.9MPa。射孔液的选择射孔液是射孔施工过程中采用的工作液，由于射孔孔眼穿入油层一定深度，伤害往往比钻井液更为严重，因此要保证最佳的射孔效果，就必须选择适合于油气层及流体特性配伍的优质射孔液，并且成本低。为了减小射孔作业中给储层带来的水敏伤害，根据现场经验，射孔液采用本地区脱气原油。