低孔隙度低渗透率油气藏射孔技术研究李强

低孔隙度低渗透率油气藏射孔技术研究李强

李强

胜利测井公司常规射孔工程部山东省东营市257000

摘要：随着世界和我国油气工业的发展消耗以及未来对石油的需求，那些规模大、储量大、资源丰度高、易勘探、好开采的油气资源在整个剩余油气资源总量中所占的比重越来越小，一些以前不被重视的、未列入主要勘探目标的、开发效益相对较差、勘探开发技术要求高的油气资源逐步成为全球油气勘探开发的热点。用于常规油气资源勘探开发的工艺技术也可同样适用于低渗透油气资源。此外，低渗透油气资源勘探开发过程中对环境的影响是所有目前人类可开发利用的非常规油气资源中相对较小的，因而开展低孔隙度低渗透率油气资源研发的重要性日益凸显。

关键词：低孔隙度；低渗透率；油气藏射孔技术；研究

1、前言

加速开采低孔隙度低渗透率油气，开展理论和技术创新，掌握地址规律，形成一套适合我国低孔隙度低渗透率油气特征的开发理论和技术体系，使低孔隙度低渗透率油气的开发获得重大突破。将大大提高我国石油资源的利用率，确保我国石油产量的稳定和增长，维护我国石油安全，满足国民经济发展的重大需求。 严格来讲，低渗透是针对储层而言的，一般是指渗透性能低的储层，国外一般将低渗透储层称之为致密储层。而进一步延伸和概念扩展，低渗透一词又包含了低渗透油气藏和低渗透油气资源的概念，现在讲到低渗透一词，其普遍含义是指油层孔隙度低、渗透率差、喉道小，需要进行人工改造的油气田，流体渗透能力差、产能低，通常需要进行油藏改造才能维持正常生产。目前低渗透储层的岩石类型包括砂岩、粉砂岩、砂质碳酸岩、灰岩、白云岩以及白垩等，但主要以致密砂岩储层为主。低渗透油藏的基本特点为：低渗、低孔、自然产能低，常规投产甚至不出油，必须经过油层改造才能达到商业产能；原油粘度低，密度小、性质较好；储层物性差，粒细、分选差、胶结物含量高，后生作用强；油层砂泥岩交互，砂层厚度不稳定，层间非均质性强；油层受岩性控制、水动力联系差，边底水不活跃；流体的流动具有非达西流的特征。

2、低孔隙度低渗透率油气藏分类

根据《油气储层评价方法》将低渗透层的渗透率上限定为50×10-3µm2，并分别确定了含油储层与含气储层的孔隙度、渗透率评价分类标准。该标准将低渗透含气砂岩储层分为低渗透（10×10-3µm2～0.1×10-3µm2）和特点渗透储层（<0.1×10-3µm2），将低渗透油田分为三种类型：

一类储层渗透率50×10-3µm2～10×10-3µm2，为一般低渗透储层，此类储层的特点接近于正常储层。地层条件下含水饱和度为25～50%，测井油水层解释效果较好。这类储层一般具工业型自然产能，但在钻井和完井中极易造成污染，需采取相应的储层保护措施。开采方式及最终采收率与常规储层相似，但产量低，压裂可进一步提高生产能力，取得较好的开发效果和经济效益。

二类储层渗透率10×10-3µm2～1×10-3µm2，为特低渗透储层，此类储层是最典型的低渗透储层。含水饱和度变化较大（30%～70%），部分为低电阻油层，测井解释难度较大。这类储层自然产能一般达不到工业性标准，必须采取较大型的压裂改造和其他相应措施，才能有效地投入工业开发。

三类储层渗透率1×10-3µm2～0.1×10-3µm2，为超低渗透储层，此类储层由于孔隙半径很小，因而尤其很难进入。这类储层已接近有效储层的下限，几乎没有自然产能，但如果其它方面条件有利，如油层较厚、埋藏较浅、原油性质比较好，采取大型压裂改造措施，也可以进行工业开发，取得一定经济效益。 就目前世界上的工艺水平而言，0.1×10-3µm2以下的低渗透油藏也是可以开发的，但经济上可能是不行。由此可见，仅根据渗透率还不能确定油藏的可采性，还必须考虑生产层的厚度、含油饱和度、含水饱和度、原油粘度以及开发效果等经济指标。

3、油气藏开发中射孔面临的问题及解决方法

3.1结合水力压裂射孔应重点考虑的问题

非常规油气藏一般都要采用水力压裂完井，因此射孔不仅仅要关注解决近井带的问题，需要更好地配套压裂工艺，使压裂效果达到最优化。

目前各种压裂参数的选择主要集中在如何科学引导压裂裂缝延伸方向产生主裂缝的同时有效沟通天然裂缝和压裂诱导缝,即产生有效的缝网系统。有效缝网系统的形成取决于原地应力各向异性的大小、射孔参数、压裂施工的参数、裂缝间距及裂缝几何尺寸等，射孔参数是影响有效缝网系统形成的主要因素之一。常规聚能射孔大多采用螺旋布孔方式，射孔后，在井筒套管内表面形成螺旋状均布排列的多个孔眼，这种布孔方式用于直井和水平井中时，对最终的水力压裂效果大不一样。

3.2常规射孔方式的不足点及分析

实施水力压裂的套管井，采用常规射孔方式的不足主要表现在以下三方面：

（1）对水平井压裂的影响

水平井采用常规射孔，压裂裂缝往往遵循水平井井筒方向与最小主地应力方位的关系。水力压裂后形成哪一种裂缝形态,取决于地应力状态与水平井井筒方位的相互关系，如果井筒平行最小主应力方向，则产生与井筒相垂直的横向裂缝，如果井筒与最小主应力方向垂直，则产生与沿井筒方向延伸的纵向裂缝，裂缝形态不能人为控制。

水平井井筒方位对裂缝走向的影响

（2）对直井（或斜井）压裂的影响

在直井钻井过程中，大多数情况下井眼轨迹都不会正好垂直于储层的裂隙方向、节理方向或最大主应力方向。而常规射孔一般采用螺旋布孔方式，射孔孔眼只能垂直于井轴并在井壁上按相位均布排列，孔眼无法指向较易压开的储层的裂隙方向、节理方向或主应力的方向，不仅造成压裂实施难度大，而且影响产能。

（3）对于薄层开发无法实施压裂的井

对于薄层开发不便实施水力压裂的井，由于常规射孔穿深受限，对储层渗透率极低页岩气和煤层气，无法获得产能。

3.2提出三项射孔技术解决方案及方法

（1）定面射孔技术与水平井泵送分段多簇射孔工艺

该技术能够降低水平井井筒方向与最小主应力方位的关系对裂缝走向的影响，在不受地应力影响的情况下，引导水平井压裂裂缝向垂直于井筒横向扩展，以加大储层与井筒之间的泄流面积，提高产能。

（2）直井（斜井）定射角定方位射孔工艺

该技术能够在井筒与储层存在一定夹角的情况下，通过调整枪内射孔弹夹角和转动射孔管柱，使射孔方向指向较易压开储层的裂隙方向、节理方向或主应力的方向进行射孔，以降低压裂实施难度，加大储层有效泄流面积，提高产能。

3.3提出三项射孔技术解决方案及方法

（1）水平井多级复合深穿透射孔技术

该技术适用于薄层开发不便实施水力压裂的井，采用复合射孔技术原理，在射孔形成孔道的同时，利用多级火药分级燃烧产生的高温高压气体对地层实施脉冲式气体压裂，裂缝长度可达5米以上，射孔后可直接投产。

4、低孔隙度低渗透率油气藏射孔技术

我国非常规油气藏开发尚属起步阶段，目前射孔大多参照采用现有常规工业油气藏的成熟技术。但是，对于非常规油气藏特殊的地质特征和压裂工艺，如果照搬应用，就有可能会出现问题，达不到预想的效果。所推荐的定面射孔技术与水平井泵送分段多簇射孔工艺、直井（斜井）定射角定方位射孔技术及工艺、水平井多级复合深穿透射孔技术是在对低孔隙度低渗透率油气藏有限的认识中研究总结出的三项成套技术，希望对低孔隙度低渗透率油气藏的增产起到一定的作用。

4.1直井（斜井）定射角定方位射孔工艺

4.1.1定射角射孔技术原理

定射角射孔是依据测井资料所解释的储层倾斜角和主应力方向，通过调整枪内射孔弹夹角和转动射孔管柱，使射孔方向指向较易压开储层的裂隙方向、节理方向或主应力的方向进行射孔，以降低压裂实施难度，加大储层有效泄流面积。理论上射孔弹射向裂隙方向、节理方向或垂直最大主应力方向，射孔穿深将比其他方向要大得多。而且，沿主应力方向射孔，射流更容易破碎地层的岩体，改善孔眼周围的渗透性，提高射孔效率，获得较高的产能。

4.1.2技术特点及优势

采用国内外超穿深透射孔弹，射孔弹最大穿深1500mm；不同于常规射孔枪多相位的螺旋布弹方式，采用180°两相位，孔眼都正对预定方向，密集型孔眼纵向排列，有效降低地层的破裂压力；射孔弹射角可在0°～35°之间任意可调；可与复合射孔结合，对地层进行预压裂，降低地层破裂压力，以降低水力压裂泵压；与定方位射孔工艺结合形成一套完整的直井射孔定射角定方位射孔工艺。

4.1.3产品规格及主要性能指标

4.2定面射孔技术与水平井泵送分段多簇射孔工艺

4.2.1定面射孔技术原理

在水平井套管井分段压裂中，一般要求裂缝的走向应尽可能地沿井筒横向扩展，这样就可有效避免段与段之间压裂裂缝的交叉串通，提高压裂效果。定面射孔采用采用特殊的布弹方式，射孔后在垂直于套管轴向同一横截面的内壁圆周上形成多个孔眼，圆周上多个孔眼排布可形成沿井筒横向的应力集中，能够有效控制裂缝走向，降低地层破裂压力。压裂时的裂缝走向沿井筒横向扩展，避免段与段之间压裂裂缝的交叉串通，提高缝网系统的完善程度，提高产能。

4.2.2技术特点及优势

采用枪内特殊的分簇布弹方式，每簇为6发弹，可在同一段内形成两个平行的井筒径向压裂通道；采用国内外最先进的超大孔径聚能射孔弹，保证尽可能大的水力压裂泄流面积；枪内分簇布弹的簇数可按照单井的水力压裂设计要求配套设计；可用于水平井全井段整体射孔后再分段压裂，也可用于电缆输送分段选发射孔与压裂联作工艺。

4.2.4水平井泵送分段多簇射孔工艺

水平井泵送分段多簇射孔工艺是国外页岩气分段压裂完井的一项主流技术，北美地区85%的页岩气开发井均采用该技术进行多级射孔分段压裂完井，该项技术与定面射孔技术结合，可形成一套完整的非常规油气藏水平井射孔工艺。

技术原理：将定位仪、多个射孔枪以及复合桥塞等串联在一起，采用电缆输送式射孔+复合桥塞联作施工，水平段通过向井筒泵送液体的方式将射孔枪及桥塞输送到目的层，座封桥塞后上提电缆，在预定的不同深度处逐级定位，多个射孔枪依次在不同的深度点火射孔，最后起出电缆再进行水力压裂。如此循环即可对整个水平层段完成分段射孔和压裂。

技术特点：采用最新型的点火电子开关，突破了一趟枪串中单个射孔枪数目的限制；始终从最下端枪开始点火，并启动相邻的上一只枪处于待发状态，其余枪均处于绝对断路状态，不会发生误点火；无需复杂地面设备，只需一台直流点火面板就可实现点火；无需指定特制的起爆雷管。无复杂的线路板设计，线路连接简单。

技术优势：施工效率高，单趟作业时间比油管或连续油管作业缩短近10倍；实现多枪可选发射孔，可在电缆承力范围内连接任意多个射孔枪；采用可钻式复合桥塞，压裂完成后一只桥塞只需二十几分钟就可钻掉；射孔枪定面射孔的簇数、孔径及穿深等参数可根据井筒及地质特点进行优化设计；

4.3水平井多级复合深穿透射孔技术

4.3.1技术原理

采用枪内装一级火药、枪外装二级火药的装药结构形式。当聚能射孔弹射孔形成孔道的同时，两级火药分步激发燃烧，在井筒中产生高温高压气体，并直接进入射孔孔道，对地层进行有效的气体压裂，形成孔缝结合型的深穿透，在近井地带形成广泛的裂缝网络，大幅度提高近井地带的导流能力。

4.3.2技术特点

采用枪内装一级火药、枪外装二级火药的装药结构形式，两级火药分级点火，可有效控制因能量叠加引起的套管损伤，压力峰值≤80MPa，适用于J55以上钢级的套管；由单次做功为多次作功，大幅延长了压力作用时间，井筒内压力作用时间达到800ms以上，裂缝长度可达5000mm以上；配置国内外先进的超穿深射孔弹，以102枪为例，最大穿深超过1300mm（API混凝土靶测试）；夹层枪采用通源独创的专利技术——中心管式防挤扁夹层枪，不会造成因压力增高引起夹层枪挤扁的卡枪事故；孔眼孔径规则、无杵堵、低伤害。

4.3.3产品规格及主要性能指标

5、结束语

目前，世界范围内的低渗透油藏开发均没有取得突破性进展，低渗透储量的动用程度很低，只有储层条件好、埋藏浅的低渗透油藏才得到较好的开发。低孔隙度低渗透率油气藏射孔技术依然是我们未来需要进一步探索、研究和发展的一项新技术领域。

参考文献

[1]油气井射孔技术的现状及发展趋势[J].陈旭然,张林通.中国石油和化工标准与质量.2014(02)

[2]低渗透油气藏优化射孔方案研究[J].李延涛,张俐,张雪松,陈俊革.内蒙古石油化工.2007(07)

[3]深穿透复合射孔技术在低渗透油田的应用与认识[J].任怀丰,屈振国,张维平,唐国权.测井技术.2006(02)