新型射孔器改善油气井产能-.pdf

测 井 与 射孔 2 0 0 4年 第 1 期 新型射孔器改善油气井产能 D a n i e l Ma r e l 等著 葛学义 王卫辉 编译 闵家华 校 胜利测井公司 胜利石油管理局 摘 要 本文从孔密和相位等角度研 究 了提 高射孔器 性能的方法 ， 并提 出在射 孔弹之 间增加一 种能 量吸收材料 以降低弹间干扰 ． 从而提高 了油气井产能 。 关键词 射孔器高孔密多相位产能 1 孔密对生产率的影响 尽管过去使用的许多无枪身射孔器 由于孔密 高而降低了部分性能， 但提高孔密确实能够有效 地提高油井的产能。B r o o k s发明了一个用 来选 取最佳射孔器的方程式 ， 生产效率可用一个无量 纲的值 表示 ， 可以用下面的方程式近似表示 一 P L N。 ／ d -- 5 ／ 8 1 式中， P一射孔孔深； L 一 有效损害长度； N一孔 密 ； 一射孔孔道直径； a 一水平和垂直渗透率之 比； 一射孔损害无量纲参数 。 其他各种参数保持不变， 把孔密从 每英 尺 4 孔 以下简写为 4 s p f 提高到 6 s p f ， 生产效率就会 提高 8 3 。 2 相位对生产率的影响 除了增加射孔孔密的方法， 增加射孔方向的 个数同样也可以提高油井生产率 。图 l 所示为生 产率曲线图， 从图中可以看出， 在孔密一定的情况 下 ， 增加相位同样可以有效提高生产率。 3 多相位造成射孔器性能降低 许多年来 ， 人们发现 ， 多相位排列比零相位排 列的射孔器穿透深度降低了。这种现象在孔密由 4 s p f 增加到 6 s p f 时尤为突出， 许多情况下 ， 穿透 图 1 生产率和各种射孔器的关 系曲线 深度降低甚至超过 3 0 。这 种极度 的性能降低 直接 影响 了油井 产能 。 4 现象分析 高孔密造成射孔器穿透性能降低的机理令人 费解 ， 这种现象也没有 明确 的解决方法。已普遍 采用计算机进行油井射孔器的模拟设计 ， 才得 以 用 C TH 数 字 码 来 检 验 这 种 物 理 现 象 。 地 ，只用两发 ． i L 弹进行模拟试验， 并在同一 一 向 ，相位角 1 8 0 。 引爆。在模拟中， 射孔弹为 2 i n 无枪身射孔弹， 套管尺寸为 5 i n 。 如图 2 所示 ， 两发射孔弹对着充满液体的井 收稿 日期 2 0 0 3 0 4 0 2 译者简介 葛学 义， 男 ． 助理] 程师 ． 1 9 9 4年毕业 于承 德石油高等 专科学校应 用电子专业 ， 现在胜利测井三分公 司从 事测井技术 E 作 ． 维普资讯 第 4期 新 型射孔 器改善 油 气井产 能 眼 ， 射孑 L 弹 与外 界 隔 绝 。每 发射 孑 L 弹 由高 能 炸 药 和 一个金属 锥型罩 组成 。金属 罩在 炸药爆 炸产 生 的高压下发生破裂 ， 坍塌， 形成射流 ， 金属射流完 成对地层的机械作功 。射孑 L 弹的外壳爆炸成碎 片。在本 试验 中 ， 上 面的射 孔 弹首先被起 爆 ， 两发 弹引爆后通 过井 筒穿 透套 管进入 地层 。 图 2 时间为 0 两发射 孔弹在 液体 中被 引爆。上面 的射孔弹首先被 引爆 如 图 3所示 ， 由于导 索 的延时 作用 ， 上 面的射 孔弹首先 起爆 ， 第二发 射 孔弹 滞后起爆 导爆 索速 度一般约 为 5 mi ／ s ， 约 8 k m／ s 。上 面 的射 孔 弹的 射流进 入井 筒 ， 在 井液 中形 成一 个空腔 图 中射流 周 围的黑色部 分 ， 这一 液体 中的真空使 射流 的后 续部分 在没 有 阻力 情 况 下 前 进 。这 时 ， 射 流 的前 图 3 时间 1 5 , s l - l l i 的射孔弹射流在井液中形成 一 个 空腔 端形 成 一 个 高 压 波 图 中 射 流 前 端 的 白色 碗 状 物 。同时在两发射孑 L 弹之间也存在着高压 区 图 中亮的区域 。在爆炸生成的高压下 ， 射孑 L 弹的外 壳 裂开 了 。 如图 4所示 ， 两股射流继续前进 ， 所形成的空 腔膨 胀 变大 ， 接着 在 弹 的 喷 口处 形成 脖 颈 。第 一 股射流顶端的压力波由套管反射回来 。注意第二 股射流方向稍微向下倾斜了。 图 4 时 间 2 5 p s 两发 射孔 弹射流 周 围产 生大 的 空 腔 。上面一束射流的压力 波从套管反射 回来 『』 【 J 图 所示， 两股射流穿透了套管 ， 由于井筒 内压力的影响， 下面一 股射流明显地下移。射流 周 围的空 腔开始 内敛 。 图 5 时间 3 0 ／ , s 压力波相互 干扰 。 第二 束射 流徽徽 下倾 维普资讯 6 6 测 井 与 射孔 2 0 0 3卑 如图 6所示 ， 在 两 股射 流 的 垂 直方 向形 成 一 个椭 圆形 的高压 区， 这 个 高压 区完 全 占据 了射 流 的空腔 ， 结果干扰了射流。可 以观察到第二股射 流受到了严重的干扰， 性能就降低了。 图 6 时间 4 5 s 在 两束射流 之间形成 高压 区 白色 区 。 压力前 端 冲垮 空腔 。 部 分 中断 了上面 的 射 流 。 严重 中断 了下面的射流 5 解决方案 使用同一种 C TH 计算机程 序， 在射孔弹周 围包裹 了一 种能 量 吸 收 材料 的情 况 下 ， 反 复进 行 计算 。 如 图 7 所 示 ， 射 孔 弹周 围包 裹 了 能 量吸 收 材 图 7 时间 O s 两发周围有能量吸收材 料的射孔弹 上面 的射孔弹首先被 引爆 料， 仍在射孔枪内。按照计算基础资料计算 ， 上面 的射孔 弹首先 起爆 。 如图 8所示， 上面一发射孔弹的射 流已进入 井 筒 内并 在井 液 中形 成 一个 同样 的 空 腔 和 压 力 波 ， 如同原计算所示 。在两发射孔弹之间的高压 区仍然存在 亮色部分 ， 但是这个高压区已经进 入 井筒 。 图 8 时间 1 5 “ s 上面的射孔弹产生的射流在井液 中 形成空腔 。 而射孔弹产生的高压仍在 能量 吸收材 料 中 如图 9 所示， 两股射流充分前行 ， 射穿套管。 这 时有两 点 明显 不 同于基 本 模 型 ， 首 先 每股 射 流 周 围的空 腔依然 完整 ， 其次 ， 两 股射 流都 是直行 的 且 没有 中断 。 图 9 时间 3 O “ s 两束 射流又直 又稳 ， 井液 没有 影响 任何一束射流 维普资讯 第 4期 新型射 孔 器改善 油气 井产 能 6 7 如图 1 O 所 示 ， 两 股 射 流仍 然 比较 直 ， 由 于 流 体的干扰其轨迹变细 了， 但与基本模 型比有 了较 大的改善 。两股 射流 之 间的压力 区 比基 本模 型减 弱 了 。 图 l O 时 间 4 5 ／ , s J 两束 射 流 仍 是 直 的 ， 井液 没对 射 流 产 生 明 显 的 影 响 6 能量吸收材料 在多相 位射 孑 L 枪 中， 可 以 在射 孑 L 弹之 间放 置 一 种特 殊 的能量 吸 收 材 料 ， 这 种材 料 能够 吸 收爆 炸产生 的大 部 分 能 量 ， 然后 变成 粉末 颗 粒 。这 些 颗粒密 度大 于水 ， 最后 沉入 井底 。 执 行 AP I RP 1 9 B射 孑 L 器 评价 推 荐 方 法 第 一 节标准 测试 ， 使 用 一种 2 i n的射孑 L 弹 ， 加入 这种 新型材料 ， 套 管尺 寸 5 i n ， 结 果穿 深达 2 7 ． 2 i n ， 与 同样 的未 加 入 能量 吸 收 材 料 的 6 s p f 的 螺旋 分 布 的射孑 L 器 比较 ， 穿深 提高 了约 3 O 。与 2 i n 、 6 s p f 单 相位射 孑 L 器 比较 ， 穿 深 提 高 l 0 9 ／ 6 ， 性 能接 近于 同类 4 s p f 螺 旋分 布 的射 孑 L 器 。如 表 l 所示 。 表 l AP I 第一节数据 套管尺寸 5 5 4 i n ． 1 7 1 b 枪型 2 i n射孔器 穿深 i n 入 口孔径 i n 6 s p [4 5 。 螺旋 改进 2 7 ． 2 0 ． 3 2 4 s p [ 4 5 。 螺旋 2 7 ． 3 0 ． 2 5 6 s p [ O 。 单相位 3 O ． 4 O ． 3 2 7 产能的提高 使用斯伦 贝谢射孑 L 分析软 件 S P A N 进行 了 产 能模 拟计 算 表 明 ， 6 s p f 的 改进 型 螺旋 分 布 4 5 。 相位射孔器能提高产能 7 ， 既没有损害井筒 ， 也 没 有产生 射 孔 损 害 ， 与 4 s p f 螺 旋 分 布 射 孔 器 比 较 ， 产能 提 高 l 5 ， 而且后 者 产生 了 1 5 i n的污 染 带 在明显 的 井眼 和射 孑 L 污染 情况 下 ， 产 能 提 高 超过 了 2 7 。与 6 s p f 单 相 位射 孔 器进 行 同样 的 对 比 ， 产 能 提 高 了 l l ％ ， 没 有 产 生 射 孔 损 害 和 l j i n的井 污染 带 。 8 结论 1 过 去 ， 穿过井 液 的射孑 L 较 差 ， 产能 不 能完 全发挥 。而高 孑 L 密 、 深 穿 透 多相 位 过 油管 射 孔 器 的性 能改 善后 ， 产能大 大提 高了 。 2 在射 孑 L 弹之 间使 用 能 量 吸 收 材 料 ， 在 高 孔密和穿过井液的条件下 ， 大大改善了射孔枪的 性能 。 3 计算 表 明 ， 由于 多相 位 射 孔 器 性 能 的提 高 ， 产 能也得 到 了明显 的提高 。 附 录 A S PAN 输 入 数 据 、、、 无 污染井 高污染井 井 限 直 径 i r 1 7 ． 5 7 ． 5 井 斜 。 O O 污水半径 I t 6 6 O 6 6 0 有 效 应 力 k p s i 3 3 岩 石 抗 压 强度 k p s i 7 ． 5 7 ． 5 各相异性 5 5 裸H R伤害表皮系数 O 1 l 、 6 9 4 污染带厚度 i n O l 5 污染带与地层渗透率之比 l 0 ． 4 压实带厚度 i n O 0 ． 2 5 压实惜 与地层渗透 率之 比 l 0 ． 1 4 注 1 i n 2 ． 5 4 c m 1 f t 0 ． 3 04 8 m ； 1 kp s i 6 8 9 4 ． 8 k Pa 译 自 S P E 7 3 7 6 3 维普资讯