关于低孔隙度低渗透率的油气藏射孔技术

关于低孔隙度低渗透率的油气藏射孔技术

王国华

中石化胜利石油工程有限公司测井公司常规射孔工程部山东省东营市257000

摘要：针对在我国分布范围较为广泛的孔隙度与渗透率均相对较低的油气藏，其采用常规手段进行射孔基本无法达到预期效果，使工业油气流的实际获取不理想，对此，以孔隙度与渗透率均相对较低的油气藏各项特点为依据，并充分结合现有的射孔方法，提出包含复合射孔、高能气体压裂、定方位射孔、超正压射孔、三联作射孔在内的五项新射孔技术，以此克服孔隙度与渗透率均相对较低的油气藏射孔难题，避免在钻井过程中造成污染，实现和地层中天然裂缝的有效沟通，增加裂缝的长度与宽度，对裂缝自身导流能力予以有效改善，最终提高采收率，满足工业油气流获取要求。

关键词：低孔隙度油气藏；低渗透率油气藏；复合射孔；高能气体压裂；定方位射孔；超正压射孔；三联作射孔

目前，我国很多油气藏属于低孔隙度和低渗透率类型，这种油气藏具有孔隙度和渗透率均相对较低，且质地坚硬，容易受到污染的特点，若采用常规手段进行射孔，难以达到预期效果，得到满足要求的工业油气流。对此，需要引入新型射孔技术，并对不同射孔工艺技术进行配合，以此达到理想效果，得到符合要求的工业油气流。这些新型射孔技术主要包括以下几种，通过实践可知，对这些新技术进行引入与适当的配合，可以达到理想效果，解决低孔隙度与低渗透率油气藏开采难题。

1复合射孔

对于复合射孔，它是将射孔和高能气体压裂充分结合到一起进行射孔的新型工艺技术。充分利用炸药爆炸和火药燃烧在速度上存在的时间差，先将孔眼射穿，然后借助高能气体压裂，使地层被造缝与解堵，并能对射孔后形成的孔道进行清洗。射孔过程中，除了能解除在射孔过程中对地层造成的污染，还能对目标地层实施压裂改造，这对孔隙度和渗透率均相对较低的油气藏是十分有利的。通常情况下，对于孔隙度和渗透率均相对较低的非均质地层，也就是所谓的各向异性地层，需采用孔密较高的复合射孔，而对于孔隙度和渗透率均相对较低的均质地层，需采用穿透深度较大的复合射孔[1]。

其中，各向异性地层进行高孔密作业的原因是该地层沿纵向上的渗透率比横向小很多，各类流体会沿水平发生渗流，减小了各孔眼渗流井，此时通过对孔密的增加能其到加快采油速度，保证实际采收率与产量的重要作用。目前其具有代表性的枪型为102型，选用不同形式的射孔弹能形成不同孔密，比如120s/m（DP25RDX-3）、112s/m（DP30RDX-3）、40s/m（DP33RDX-3）、32s/m（DP36RDX-5）和16s/m（DP46RDX-1）。而在均质地层进行深穿透射孔的原因在于当污染带未被射穿时，产能将伴随孔眼实际穿透深度不断增加而大幅增加。在均质地层中，孔眼深度对产能有很大影响，需要将污染带完全射穿才可以充分发挥理想产量。

复合射孔目前主要有三种类型：第一种为内置式，它将火药装于枪的内部和弹架当中两个相连孔弹中间，它主要具有以下优点：火药全部由射孔弹引燃，能防止对射流造成破坏使其不完整；火药在燃烧后会产生大量高能气体，可以起到良好的压裂及孔道清洗等效果；现场的实际操作较为简便。第二种为外置式，可细分为两种，其一，在射孔器的外部安装推进剂火药，射孔时在射流作用下上火药燃烧，形成一定压裂效应；其二，在射孔枪下部安装火药药柱，火药由导爆索引燃，形成一定压裂效应。第三种为混合式，它是对以上两种的综合。就目前来看，复合射孔器材实现了系列化，枪身外径有很多种可供选择，如76mm、89mm、102mm和127mm，其中，内置式的孔密可以达到13孔/m，而外置式的孔密不会是受到装药等因素的影响[2]。

2高能气体压裂

对于高能气体压裂，它是指在射孔完成后充分利用在火药燃烧过程中产生的气体进一步压裂油气层，用于增强近井地带具有的导流能力。我国在百十年代初就投身研究这项技术，并将其付诸于应用，在近几年得到了快速的发展，有以下两种形式：第一种为只采用固体火药，即借助油管或者是电缆把预先准备好的压裂弹输送至之前确定好的压裂层段，在定位之后对压裂弹进行引燃，使其开始燃烧，确保燃烧时产生的所有气体均能直接作用在地层。第二种为使用液体火药进行压裂，即先借助油管把配置妥当的液体火药一次性注入到之前确定好的压裂层段，待确定了井中火药上、下层的界面以后，向液体火药中借助电缆输送一小部分固体火药，对固体火药进行点燃，使其引燃井下的液体火药，使其开始燃烧，确保燃烧时产生的所有气体均能直接作用在地层[3]。

这项技术对地层主要具有以下四种作用：其一，热作用；其二，化学作用；其三，水力作用；其四，机械作用，其中以机械作用为主，在地层上形成若干的裂缝。从材料力学和岩石力学相关理论可以看出，对于脆性材料，当收到外力的作用而发生破坏时，具体的破坏形态会因为压力上升时间发生变化而改变。无论是理论研究还是现场大量实践都表明，从储层岩石形成垂直方向的裂缝角度讲，如果井筒当中压力的上升时间为10-1s，则地层会在与最小水平应力相垂直的方向上形成一条对称分布的裂缝；如果井筒当中压力的上升时间处在10-6-10-3s范围内，则地层会在井筒分布范围内形成若干径向裂缝；如果井筒当中压力的上升时间不足10-1s，则处于井壁周围的地层将会被粉碎性破坏，导致破碎压实带的产生。

采用该技术产生的裂缝当压力撤销时不会全部闭合，其原因有二：第一，火药在燃烧中产生的气体会使岩石碎渣进入到缝隙中，起到充填与支撑的作用，使裂缝不能完全闭合；第二，压裂需要采用高压脉冲加载，这一过程中地层岩石会出现偏轴效应，因裂缝并非均和主应力方向保持垂直，所以在受到剪切应力持续作用后，将使裂缝产生一定相对位移。此外，压裂介质为高能气体，能避免对地层带来不利的副作用而导致地层自身渗透性进一步降低。

通过以上分析可知，该项技术的增产作用机理为形成若干不会受到地层自身应力控制与影响的裂缝，并从污染带中穿过，实现与地层的直接沟通，并且裂缝自身还有其独特和稳定的支撑。在压裂中所用的介质不会对地层造成污染，同时可以抢出由于机械杂质或有机质造成的堵塞，另外，火药在燃烧之后产生的压裂气体还能和原油发生物理化学反应，促进其流动性，在孔隙度与渗透率均相对较低的油气藏中记为适用[4]。

3定方位射孔

对于孔隙度和渗透率均相对较低但方向十分明显的裂缝地层，射孔眼需要和裂缝完全对准，或沿垂直方向贯穿若干平行裂缝才可以实现和地层的沟通，形成有效孔眼。若裂缝未能与孔眼相连通，则对产量基本没有任何贡献，即无效孔眼。若不能对有效孔眼加以充分利用，将不能对区块实际产液量予以有效评估，保证最终的采收率。此时通过对定方位射孔的引入，使孔眼和裂缝完全对准或保持垂直，能大幅增加有效孔眼的实际数量，保证渗流面积，降低产液阻力，实现预期的产液量目标[5]。

目前我国很多井斜超过35°的井都在运用这项技术，根据重心原理，由重力完成定位。对于直井定向射孔，因会受到诸多因素的影响和制约，现在我国的实际应用还比较少，未能引起重视。它的工作过程为利用油管对射孔枪进行传输，在射孔枪到达指定层的周围时，利用电缆校深使射孔枪定位，然后利用油管下放测井仪，对射孔后形成的孔眼的实际方位角进行测量。若方位角未能达到设计要求，则采用转油管对射孔枪进行扭动，使测井仪连续进行监测，直到相位角达到要求，以此实现准确射开目标地层的目的。该项技术重点解决的是地层应力方向上的射孔，在孔隙度与渗透率均相对较低的偷藏和地层应力较为典型的油藏中，利用这项技术能实现对采收率的有效提高[6]。

4超正压射孔

对于超正压射孔，它指的是将酸化、射孔和水力压裂结合到一起实施联合作业。采用正压射孔能避免射孔污染，防止二次污染，对初始完井效果予以改善，减短工期，减少成本。负压射孔在大范围不同岩性与油藏实际条件中适用，但如果油藏的压力不足，且渗透率及岩石的强度均降低时，这项射孔技术的适用性将大幅降低。这项技术的重点在于获取足够负压来产生速度极快的流体对孔道进行冲刷，但要注意流体速度还不可过大，防止孔眼发生坍塌或将砂子带到井筒当中。目前的理论研究与应用均根据实际的油藏条件来确定适宜的负压差，包括岩石的强度、压力大小与渗透率。因理论支持良好，且作业效果突出，所以负压射孔技术一直到前几年还处在统治的地位[7]。

与早期正压射孔存在很大差别，超正压射孔并非在泥浆压井情况下进行射孔，而是将泥浆更换为压裂液或酸液来射孔，点火前即向井中施加压力，待实际压力值不低于地层破裂时需要达到的压力的1.2倍后进行点火，并在形成孔眼的基础上为地层施加破裂压力，同时使压力维持一定的时间。因射孔过程中射流会产生很大压力，远超岩石自身强度与应力，所以会形成孔道及孔眼，在射流穿透岩石的过程中会在孔道内壁上形成聚应力，这一应力在释放的过程中会为孔道内壁施加压力，形成若干微裂缝，这些微裂缝受到之前的压力作用后，其宽度与长度都将增加，进而形成一条更大的通道，且整个过程都不会像聚能射孔那样造成压实污染，此外在增加裂缝长度与宽度的基础上，还能实现和其它技术之间的相互配合，最终提高采收率，实现对孔隙度和渗透率均相对较低的油气藏的有效开采[8]。

5三联作射孔

这项技术以原油管对射孔进行输送和地层的中途测试同时进行为基础，根据孔隙度与渗透率均相对较低的油气藏实际特点，包括周期较长、数据失真和失败率高等，研发出的全新技术手段。它的连接结构为采用油管对射孔进行输送和的地层的中途测试同时进行与水力泵排液之间的联作，在孔隙度与渗透率均相对较低的地层试油中尤其适用，能有效防止二次污染，也可以保证试油得出的各类地层参数均真实准确和及时，进而有效缩短整个施工工期，保证评价结果的准确性与真实性[9]。

完成射孔后，如果地层压力足够，则能使井实现自喷，以此测试层段中的流体从筛管进入到测试管柱中，采用压力记录仪得到的记录如流动压力和时间之间的关系，再对测试阀进行关闭，对恢复压力和时间之间的关系进行记录。而如果射孔完成后地层的压力不足，则从井口处向下投放沉没泵，在工作过程中高压动力液均通过油管进入，被抽出的地层液，以及做功完成后的乏动力液均通过油套环空回到地面[10]。此外，如果地层在钻井时实际的污染情况比较严重，在为了获得真实准确的各项数据，应先排出地层中被侵入的全部污染液，然后再予以准确的测试。此时，在条件允许的情况下，可借助水力泵来排液，以此简化整个作业程序，保证工作效率，起到缩短工期与降低成本的作用。

4结束语

综上所述，在孔隙度和渗透率均相对较低的地层当中对以上多种新型射孔技术进行综合应用，包括复合射孔、高能气体压裂、定向射孔、超正压射孔和三联作射孔等，能实现对整个射孔工艺的有效优化，减小流动过程中受到的所有限制，降低起摩擦作用的压力，保证裂缝的宽度可以达到预期要求，并完成对斯裂缝自身导流能力的全面改善，最终为孔隙度和渗透率均相对较低的地层及堵层开发创造良好条件，达到预期的采收率。

参考文献：

[1]杜小龙.探析低孔隙度低渗透率油气藏射孔技术[J].化工管理，2016（31）：154-154.

[2]李军，毕胜宇，柳贡慧.低渗透岩芯实弹射孔实验研究[J].西南石油大学学报（自然科学版），2011，33（1）：102-106.

[3]张志强，张林，刘毅.分段多簇射孔桥塞联作技术研究与应用[J].石油管材与仪器，2014，28（1）：13-16.

[4]汤勇，刘琦.低渗透应力敏感性油藏的合理开发[J].油气地质与采收率，2017（4）：15-16.

[5]何海波.三塘湖盆地西山窑组砂岩油藏体积压裂技术研究与应用[J].中外能源，2018（10）：111-112.

[6]夏宏泉，文晓峰，冯春珍.基于测井信息的致密油层射孔优化选层方法研究[J].测井技术，2017（3）：247-248.

[7]张东明，白鑫，尹光志低渗煤层液态CO2相变定向射孔致裂增透技术及应用[J].煤炭学报，2018，43（07）：154-166.

[8]张予生，刘春辉，职玲玲.“三低”储层热中子成像测井评价剩余油饱和度技术研究[J].石油管材与仪器，2017，3（6）：82-86.

[9]赵辉，王珍，雒文杰.Y8区C5油藏裂缝分布特征研究及应用[J].石油化工应用，2018，37（3）：122-124.

[10]强腾，陈占军.延安气田北部地区本溪组气藏测井解释研究[J].化工管理，2017（17）：222-223.