對使用高能復(fù)合射孔技術(shù)造成管內(nèi)竄原因分析及預(yù)防措施

對使用高能復(fù)合射孔造成管內(nèi)竄原因分析及預(yù)防措施王福升、米紅學(xué)摘要：通過3口試油井在轉(zhuǎn)層試油后，地層液性及產(chǎn)能與上返層接近，進(jìn)行措施驗證后，證明都為管內(nèi)竄通現(xiàn)象的分析,結(jié)合高能復(fù)合射孔技術(shù)特點，認(rèn)為電橋失封主要原因是高能復(fù)合射孔彈射孔瞬間產(chǎn)生的瞬間高壓，超過電橋承受的壓差。依此提出了使用高能復(fù)合射孔技術(shù)的轉(zhuǎn)層封堵技術(shù)要求。通過現(xiàn)場驗證,本文提出的技術(shù)要求能夠預(yù)防高能復(fù)合射孔造成管內(nèi)竄情況的發(fā)生。關(guān)鍵詞：管內(nèi)竄、高能復(fù)合射孔、高壓、電橋一、試油過程中出現(xiàn)的管內(nèi)竄現(xiàn)象在200８－20０９年的試油中，有3口井在轉(zhuǎn)層試油后，地層所出的液性及產(chǎn)能與上返層接近。于是采取措施進(jìn)行驗證,結(jié)果發(fā)現(xiàn)都為管內(nèi)竄通。(1)、滴4０3井試油井段372０-３734m,層位C，巖性為深灰色熒光凝灰?guī)r。測井解釋“氣層”。施工簡況：１：下電橋、射孔：20０８年５月２1日，下電橋至3800ｍ封閉井段３824-３84０m；對電橋試壓15ＭPa合格.２5日，注灰沒有成功。27日,投棒引爆TＹＦ102-１６／６０°型高能復(fù)合射孔彈在液面位于井口的清水中射開C層，井段３72０。０-3７34.0m2、5月28日-6月３日，用6．35mm油嘴試產(chǎn)，油壓1０.07MＰa，套壓1４。95MPa,日產(chǎn)水３5.41m3，日產(chǎn)油1．1７ｍ3，日產(chǎn)氣４6２49ｍ３。因該層與已試層３824—3840m相比較兩層產(chǎn)能非常接近（見表1）,同時該井的固井質(zhì)量合格，因此懷疑本層與３８24-384０m段管內(nèi)表１:第一次封閉后S3與S2試產(chǎn)結(jié)果對比表層序?qū)游痪蝝制度mｍ油壓ＭＰa套壓MPa流壓MＰa日產(chǎn)油m3日產(chǎn)氣m３日產(chǎn)水m3S２Ｃ3824—38４06。3511．5５6。1323．１２1.06４107047．45S3C372０－３７３46。3５1０.０７1４．９5２0。561.17４６2４9３５。413、找竄:3-4日,提出射孔槍，實射１９7孔。６-8日，針閥試產(chǎn)，油壓２．8MPa，套壓6．１6MPa，日產(chǎn)水28．24m3，日產(chǎn)油8．51m３，日產(chǎn)氣578６４m3。期間進(jìn)行測井找竄，測井結(jié)果證實表２驗竄測井結(jié)果表測點深度m流壓MＰａ壓力梯度MPａ測點溫度℃3734８．１３7１10。１３3７７4８．2650.331０9。7４3７９4８。３1３0．25５109．52４、試產(chǎn)：該層通過重新下入電橋、注灰封閉底部試油層后，試油結(jié)果見下表二。表３：S3層第二次封閉前后試產(chǎn)結(jié)果對比表時間制度ｍm油壓MPａ套壓MＰａ流壓MPa日產(chǎn)油m3日產(chǎn)氣ｍ３日產(chǎn)水ｍ3二次封閉前6．３510．0714。９５20．561.174624935．41二次封閉后針閥０.４７７．099．180．1２10８130該層經(jīng)過二次封閉后，試油結(jié)果前后發(fā)生明顯變化，從而進(jìn)一步證實管內(nèi)竄的判斷正確.射孔前資料也證明套管是好的，從而說明電橋失封。（2)滴１０3井試油井段305０－306２ｍ,C層，巖性以灰綠色熒光凝灰質(zhì)砂礫巖、綠灰色含礫中-細(xì)砂巖為主，電測解釋為“氣層”。施工簡況：1、下電橋、注灰、射孔：2０08年８月２７日,下電橋至3118.0m封閉已試井段：31３2—３1４２m。對電橋試壓１５MＰa合格。28日,注灰沒有成功.30日,投棒引爆TYF1０２-16/６0°型射孔彈在液面位于井口的清水中射開C層,井段3０50２、試產(chǎn)：8月3１日—9月24日，８mm油嘴試產(chǎn)，油壓2.7７MＰa，套壓5．72ＭＰa，日產(chǎn)氣１２５70ｍ3，日產(chǎn)水16．7２m３。該層初期產(chǎn)量與已試S1—１層3142-314２m段相近(見表４）表４:第一次封閉后Ｓ３與S1—1試產(chǎn)結(jié)果對比表層序?qū)游痪危碇贫萴m油壓MPa套壓ＭPa流壓ＭPa日產(chǎn)氣m3日產(chǎn)水ｍ3S１-1C３1３2。０-３142．０55.１２９.4412.31１1090１8。6６S3C3050.0－3062。082.７75.7２/１2５7０１６.723、驗竄：９月２7—３0日下入跨隔測試檢驗橋塞的密封性，用雙封隔器卡住射孔井段,使射孔段和油管不連通；測試墊水1500m,采取一流１２小時，一關(guān)２4小時的工作制度。２7日1７：5６初流，19:２０－１9：40噴出液墊水２。15６m3和天然氣,然后地面關(guān)井。通過測試證明橋塞密封不嚴(yán),測試原始見右圖（３)車606井試油井段23７４－２3７9m，層位試油簡況１、、２、抽汲:8月２３日-９月2日，抽汲求產(chǎn),日抽2３次，抽深１50０m,動液面550—1３2０m,日抽油０.1５m3,日抽水通過對比發(fā)現(xiàn)該層與第一層試油結(jié)果基本相同，以下是試油結(jié)果對比表（表5、表6、表７）表５:試油產(chǎn)能對比層序?qū)游痪沃贫却螖?shù)抽深ｍ動液面m油產(chǎn)量ｍ3水產(chǎn)量m３Ｓ1Ｊ３q23９０.0－２3９5．0抽汲2５10４０460-8400。3１1０．46S2Ｊ３q23７4.0—23７9。0抽汲2３1５０05５0－132０0．1５11.55表6：原油的物理性質(zhì)對比層序?qū)游痪蚊芏萭/cm3粘度5０℃凝固點℃含蠟％初餾點℃S１J3q239０－２3950。８９6６56。21-28.０３.８0200S2Ｊ3q2374-2３790．8971５７.0６-２８。01．76２１0表7：水的物理性質(zhì)對比層序PH值Ｋ++Na+ｍｇ/LCａ2+mg／ＬMg２+ｍｇ/ＬCL－mg／LCO３2-mg／ＬHＣO3-mｇ／L礦化度ｍg/L水型S18。５5968．735８。8９0.004４39.１36１.3６8173。4８１8７６0．８6NaＨCO３S２8.06５3０.1６39.２６5。9５5202。１12４5.447986.３20036。38NaHCO３通過分析判斷認(rèn)為，目前試油與已封閉的239０-2３９5ｍ段竄通，通過測井曲線分析兩層之間有效夾層只有２m,聲幅曲線反映固井質(zhì)量優(yōu),因此首先判斷為層間竄。于是決定鉆掉橋塞，下插管橋塞進(jìn)行驗竄后擠灰3、驗竄、、抽汲:ｍ3正試擠驗竄，泵壓5－16MＰa，套管無返出，證明兩層管外不竄；后擠灰。24—27日，抽出井筒水１4．7４m34、壓裂、退液：９月2８日，用胍膠液４2.８m３壓裂,加砂５．0ｍ3,砂比27。8%，破裂壓力19MPa。2８—5、試產(chǎn):１0月1－14日,4ｍm油嘴試產(chǎn),油壓２.8ＭＰa套壓1１MPａ,日產(chǎn)油10.69m３，日產(chǎn)氣１１46m3,日產(chǎn)水5。５1m3，綜合含水34％。將擠灰前后試油結(jié)果對比表8，擠灰前后試油產(chǎn)量對比對比層序?qū)游痪沃贫扔彤a(chǎn)量m3氣產(chǎn)量m3水產(chǎn)量ｍ３擠灰前S２2３74.０－237９．0抽汲０．１501１．55擠灰后S22３74。０－23７９.０自噴10。６911465.５1該層雖然沒有直接在電橋上進(jìn)行驗竄,但是通過試擠情況及二次封閉后前后試油結(jié)果情況，并結(jié)合套管試壓結(jié)果,基本可以證實為管內(nèi)竄。二、綜合分析:對以上3口井試油過程認(rèn)真分析后發(fā)現(xiàn)有其共同點,射孔都是采用高能復(fù)合射孔技術(shù)，轉(zhuǎn)層封堵都是采用電橋或電橋+灰塞工藝，說明二者之間有一定的必然聯(lián)系，是一對矛盾的兩個方面。要弄清楚二者之間的關(guān)系,應(yīng)了解高能復(fù)合射孔技術(shù).１、高能復(fù)合射孔技術(shù)介紹目前在新疆油田使用高能復(fù)合射孔技術(shù)主要為一體式，即將射孔彈和推進(jìn)劑裝在同一支射孔槍內(nèi),集射孔、壓裂為一體的高效射孔技術(shù)。該射孔技術(shù)是通過在加強(qiáng)型射孔槍內(nèi)，將作用性質(zhì)不同的射孔彈與復(fù)合固體推進(jìn)劑兩種能量相結(jié)合,在射孔彈聚能射孔的同時，激發(fā)二次能量,在極短的時間里產(chǎn)生高溫、高壓氣體沿孔眼進(jìn)入地層，對射孔道進(jìn)行沖刷、壓裂、破壞射孔壓實帶。射孔瞬間最大值為15０MPａ,均值在９0MＰa,持續(xù)時間約7ms,壓力－時間見HEPF井下P—Ｔ圖。與高能復(fù)合射孔相比常規(guī)射孔產(chǎn)生的壓力低，壓力—時間見下圖，其最大值為９0MPa，均值在45MPa，持續(xù)時間為2ms，壓力遠(yuǎn)小于高能復(fù)合射孔彈產(chǎn)生的高壓。常規(guī)射孔井內(nèi)爆炸會在井筒附近形成破碎帶和壓實帶，不能顯著提高井附近的滲透率。而高能復(fù)合射孔由于射孔彈在超過巖石的破裂壓力條件下，在井附近產(chǎn)生多條裂縫。理論計算和現(xiàn)場實驗都證明,在孔眼周圍和頂部沿最大主應(yīng)力方向延伸產(chǎn)生徑向、平行多條裂縫，形成孔縫結(jié)合的導(dǎo)流通道，從而達(dá)到消除射孔壓實傷害，提高近井帶滲透性能，解除近井帶污染使近井帶形成高導(dǎo)流區(qū)的目的.正是基于以上高能復(fù)合射孔技術(shù)的優(yōu)點,該技術(shù)在現(xiàn)場得到廣泛應(yīng)用，經(jīng)統(tǒng)計在２009年在準(zhǔn)噶爾盆地勘探評價井上共使用5９井次,占全年射孔井次的四分之一.2、橋塞失封的原因分析我們知道在前面3口發(fā)生管內(nèi)竄的井中共同點：一是都采用高能復(fù)合射孔技術(shù),二是都采用電橋封閉.在封堵方式上,其中２口井因各種原因致使電橋沒有注上灰，也就是只用了電橋封堵試油層,另1口井是電橋＋1m灰封堵工藝。下面分析以上３口井轉(zhuǎn)層封堵工藝能否適合高能復(fù)合射孔技術(shù)條件.通過前面介紹我們知道了高能復(fù)合射孔技術(shù)與常規(guī)射孔相比,其最大特點是兩次激發(fā)，射孔瞬間產(chǎn)生高壓,且持續(xù)時間長。研究橋塞＋灰塞封堵工藝是否適合高能復(fù)合射孔技術(shù)，主要是研究橋塞＋灰塞的密封能力，研究內(nèi)容不僅有內(nèi)在因素：橋塞及灰塞的承受能力，而且還有外在因素：射孔瞬間產(chǎn)生的高壓、封閉層的壓力系數(shù)、靜液柱壓力、射孔時的井口加壓值、目的層與橋塞的距離、射孔層吸收能力、封閉層的產(chǎn)液性質(zhì)、封閉層與封堵深度的遠(yuǎn)近等。查閱橋塞及灰塞資料得到,目前我們常用橋塞實驗承受壓差值為7０MPa，1m灰塞承受的實驗壓差值為１0MＰa。用前面介紹的高能復(fù)合射孔射孔瞬間的高壓均值為９０MＰa，與橋塞及灰塞的承受壓差值，并結(jié)合影響橋塞密封性的其它因素進(jìn)行綜合分析前面3口井橋塞失封的原因.滴403井，查資料得知封堵層的壓力系數(shù)為1。32５,橋塞下深３８００m，射孔液為清水,投棒引爆。計算作用在橋塞上壓力=9０—（１．3２5—１）*3８0０/１00=7７。６5(MPa)，大于橋塞的承壓值70MPa。滴103井，查資料得知封堵層的壓力系數(shù)1.11,橋塞下深3１18m，射孔液為清水，投棒引爆,計算作用在橋塞上壓力＝９0—（1。１－1)＊3１１8／１０0＝８６．8８(ＭPa），大于橋塞的承壓值70MＰa.車606井,封堵層的壓力系數(shù)１.0,射孔液為清水，投棒引爆，負(fù)壓1０MＰａ，計算作用在橋塞上壓力為9０-10＝８0ＭＰa,等于橋塞＋1m灰的承壓值80MＰa。通過理論計算可以得出,滴４０3井S3層與滴103井S３層封堵橋塞的承壓能力低于來自于射孔的高壓，是造成橋塞失封的主要原因.車６０6井Ｓ2層，雖然其橋塞＋１m灰的封堵能力與射孔的高壓沖擊力相當(dāng)，但是該目的層距離封閉層很近,只有１１m，且目的層的物性差，電測密度值為2．45g/cm3，地層吸收性不好，造成套管承受瞬間過高的內(nèi)壓而導(dǎo)致徑向形變過大,同時射孔瞬間最高壓力對電橋造成較大的沖擊，雙重作用造成電橋失封,從而引起管內(nèi)竄通。影響橋塞失封的因素還有射孔引爆方式，加壓引爆比投棒引爆更易導(dǎo)致橋塞失封。本文中提到的４口井均采用投棒引爆射孔。在目前通常封堵工藝采用橋塞+2m灰的條件下，其理論計算承受壓差能力為9０MPａ，如果使用高能復(fù)合射孔技術(shù)采用加壓方式，這時封閉層的壓力系數(shù)越低，加壓的最高允許值就越小,甚至有些特殊情況加壓射孔方式不能使用。舉例說明:假設(shè)橋塞下深３00０ｍ井，射孔液為清水,如果封閉層壓力系數(shù)為1。0，封堵能力與高能復(fù)合射孔產(chǎn)生高壓相當(dāng)都為９0ＭPa，就不能采用加壓方式；如果封閉層壓力系數(shù)為1．５，其封堵能力增加值為（1。５—1）＊3０00=１5（MＰa）,即加壓的最高允許值15MＰa,如果封閉層壓力系數(shù)為２.0，其封堵能力增加值為(2.0—1。0)＊３００0=3０(MＰａ)，即加壓的最高允許值３０ＭPa.影響橋塞密封能力的還有,封閉層的產(chǎn)液性質(zhì)、封閉層與封堵深度的遠(yuǎn)近。如果封閉層產(chǎn)氣,那么橋塞上受到向上的壓力位封閉層的地層壓力;如果封閉層產(chǎn)油水,那么橋塞上受到向上的壓力和封閉層與封堵深度的遠(yuǎn)近有關(guān)，距離越近，受到影響越大，但是通過計算影響可以忽略不計.這里還要特別說明的是,目前通常橋塞＋2m灰封堵工藝為什么一般不會在常規(guī)射孔后失封。舉例說明：假設(shè)橋塞下深３00０m的井,轉(zhuǎn)層封堵工藝采用橋塞+2ｍ灰，其理論承壓值９０MPa，前面介紹常規(guī)射孔產(chǎn)生高壓均值在45MPa左右，其遠(yuǎn)小于橋塞的承受能力。在井內(nèi)射孔液、深度一定的情況下，橋塞的承受能力隨著封閉層壓力系數(shù)的增大而增大.由此可見，影響橋塞失封的原因主要為：ａ、橋塞+灰塞承受壓差能力；ｂ、射孔技術(shù)及射孔引爆方式;c、射孔液類型；d、射孔層的吸收能力；e、射孔層與橋塞的距離。3、使用高能復(fù)合射孔技術(shù)的轉(zhuǎn)層封堵要求由本文前面舉到3口井實例可以看出，對高能復(fù)合射孔技術(shù)的轉(zhuǎn)層封堵沒有特別的統(tǒng)一規(guī)定。查閱射孔相關(guān)資料發(fā)現(xiàn),也沒有使用高能復(fù)合射孔技術(shù)的轉(zhuǎn)層封堵工藝要求。轉(zhuǎn)層封堵是試油過程中的重點工序,它的成功與否很關(guān)鍵，如果沒有發(fā)現(xiàn)封堵失敗,最終可能影響對地層的真實認(rèn)識，造成勘探失敗。因此我們必須提出在高能復(fù)合射孔條件的轉(zhuǎn)層封閉要求。目前現(xiàn)場常用的封堵工藝有兩種，一是橋塞＋投灰方式，二是采用注灰封堵。使用高能復(fù)合射孔技術(shù)的轉(zhuǎn)層封堵技術(shù)要求是:在現(xiàn)場設(shè)計所用方式的承受壓差高于高能復(fù)合射孔產(chǎn)生瞬間高壓。為確?？摄@橋塞或灰塞不失封，按照高能復(fù)合射孔產(chǎn)生的壓力均值90MPa計算,再附加1０％安全值，即設(shè)計最低承壓值為9０+90*２0%=10８MＰa。下面就以上兩種封堵工藝方式分別進(jìn)行理論計算,得出在高能復(fù)合射孔條件下的封堵技術(shù)要求.1、電橋+投灰方式。根據(jù)影響橋塞失封的因素，知道我們無法改變高能復(fù)合射孔瞬間產(chǎn)生的高壓，同時電橋的承受壓差值也不會改變?yōu)椋?ＭPａ，在現(xiàn)場實際情況下如果射孔引爆方式、射孔液密度ρ、封閉層壓力系數(shù)κ、射孔層深度H、降液產(chǎn)生的負(fù)壓值ｐ已定,那么只有橋塞上的灰塞長度h是需要計算的.在只是考慮高能復(fù)合射孔的情況，未考慮其它增產(chǎn)措施情況下,分兩種工況進(jìn)行計算:ａ、在降液、投棒引爆射孔條件下，計算橋塞上灰塞長度h值公式為：h=｛{９０×1.2－ρ(k—1）×H1／100—ｐ｝－70}/１0公式中：h——橋塞上灰塞長度，m；ｋ——封閉層壓力系數(shù)；Ｈ1—-射孔層深度,m；ｐ—-降液產(chǎn)生的負(fù)壓，ＭPa。ρ—-射孔液密度，g／cm３；舉例：假設(shè)橋塞下深3０00ｍ的井，射孔液為清水,降液１50０ｍ，封閉層壓力系數(shù)為１。２。計算在橋塞上需要灰塞長度ｈ＝｛｛90×1．2－1。０×（１。2-1）×30０0／1００-1５}-7０｝／１０＝1．７（m），設(shè)計封堵方式為橋塞+投b、在加壓引爆射孔條件下計算橋塞上灰塞長度h值公式為:h＝{{90×1。2－ρ×(k-1）×H1/1０0｝－70＋P加}/１0公式中：h——橋塞上灰塞長度,m;k--封閉層壓力系數(shù)；Ｈ1-—射孔層深度,m；Ｐ加-—射孔設(shè)計加壓值,MＰa.ρ--射孔液密度，ｇ/ｃm3；舉例：假設(shè)橋塞下深3000m的井，射孔液為清水，設(shè)計加壓20MPａ,封閉層壓力系數(shù)為１．2。計算在橋塞上需要灰塞長度h＝｛{９０×1。2－1．0×(1．２－1）×3０0０/100－70＋20}/１0=5。２(m），設(shè)計封堵方式為可鉆橋塞＋投６ｍ2、注灰封堵工藝,查閱相關(guān)資料得知１m灰塞的實驗承受壓差值為１0MPa，因查閱不到灰塞長度與承壓值得相互關(guān)系資料,因此在這里按照增加1ｍ灰塞長度其承壓值增加10MＰa的數(shù)量級計算，在只是考慮高能復(fù)合射孔的情況,未考慮其它增產(chǎn)措施情況下，設(shè)計需要灰塞的長度,分兩種工況：a、在降液、投棒引爆射孔條件下,計算需要灰塞長度h值公式為：h=｛{90×１.２－ρ（k－１）×Ｈ１/１0０—p}/１0式中：h--橋塞上灰塞長度，m；ｋ——封閉層壓力系數(shù);H１——射孔層深度，m;p--降液產(chǎn)生的負(fù)壓，MPａ。ρ——射孔液密度,g／ｃｍ３;舉例:假設(shè)橋塞下深３000ｍ的井，射孔液為清水,降液1５０0m，封閉層壓力系數(shù)為1.２。計算需要灰塞長度ｈ＝｛{９0×１．2－1．０（1.2-1)×30００/1０0-１５}/１0=８.7（m),即需要至少注灰長度9m。b、在加壓引爆射孔條件下，計算需要灰塞長度h值公式為:h=｛｛9０×１．2－ρ(k－1)×Ｈ１/１０0＋Ｐ加｝/1０式中:h——橋塞上灰塞長度,ｍ;ｋ—-封閉層壓力系數(shù)；Ｈ1--射孔層深度，m;Ｐ加——設(shè)計加壓值，MＰa。ρ——射孔液密度，ｇ／cｍ3;舉例：假設(shè)橋塞下深300０m的井，射孔液為清水，設(shè)計加壓20MPa，封閉層壓力系數(shù)為1。2。計算需要灰塞長度h=｛｛90×１.2－１.0(1。2—1）×３000/1００+２０｝/1０=12。２（m),即需要設(shè)計注灰長度1３m。通過實驗井驗證參數(shù)可靠程度高。下面介紹實驗井的驗證情況。陸1５４井,S２層，井段19０3．５-1908.5m，層位J２t，巖性以灰色熒光中砂巖。電測解釋為“油層”。該層用Ｆ－102／9０o型射孔彈在液面距井口13００m的清水中射開Ｊ２t層，射后無顯示,經(jīng)抽汲試油結(jié)果與第一試油層產(chǎn)液量、液性接近（見下表9),該井雖然固井質(zhì)量合格,但是將兩層油氣顯示進(jìn)行對比，初