考虑拖曳力的出砂预测新模型及应用

以往油井出砂预测模型都建立在静态基础上,与实际情况存在一定偏差。针对此问题,分析了射孔完成井的油层出砂机理,以线弹性理论为基础,以Fairhurst推导得到的井眼周围应力分布表达式为依据,得出射孔孔眼周围的应力表达式及射孔孔眼壁上任意位置的周向有效应力表达式,同时考虑变温应力和流体渗流作用的拖曳力影响,建立了一种新的射孔完井出砂预测模型。对实例井分析表明,该模型计算结果与实际情况更吻合。应用该模型研究了射孔方位、射孔参数对油井出砂的影响,结果表明深穿透射孔弹比大孔径射孔弹能更好地避免孔道出砂,采用定向射孔能有效地减少油井出砂问题。其结果对砂岩油藏射孔优化设计具有一定的指导意义。     

考虑射孔方位的出砂预测模型

以往的射孔完井出砂预测模型都不能计算和分析不同方位角下的出砂临界压差。针对这一问题,采用岩石力学理论和分析方法,根据应力坐标转换理论和线一弹性力学基本理论,并将直井中的射孔孔道换位看作是特殊情况下的水平井（井眼半径极小）,在分析射孔孔道受力的基础上,将Drucker—Prager强度准则作为出砂判断准则,建立了一种考虑射孔方位角、新的射孔完井出砂预测模型。实例计算和分析表明,在射孔完井的直井中,射孔孔道壁上各点的出砂临界压差各不相同,差异较大。出砂总是首先发生在孔道壁的最薄弱处,此处对应的出砂临界压差最小;方位角有规律地影响射孔孔道的出砂临界压差,而2个水平主应力的不均等是造成方位角影响射孔孔道出砂临界压差的最根本原因;水平地应力非均匀系数越大,射孔孔道出砂临界压差随方位角变化的趋势越明显。因此,应根据水平地应力非均匀系数的大小和它对射孔孔道出砂临界压差的影响程度,决定是否使用定向射孔技术。     

防砂射孔

在油井生产过程中不可避免地产出砂现象，该文介绍了一种通过优化射孔参数（相位、孔密、弹型）进行防砂的射孔方法。事实证明出砂是由射孔孔道裂造成的，为了有效地防砂就必须有一个稳固的射孔孔道（影响因素有生产压差、产能损失和含水率）。本文从模型、试验模型及经验值三个方面中何预防射孔孔道出砂。深穿透射孔弹比大孔径射孔弹能更好地避免孔道出砂，因为它产生的细孔道比大孔径弹产生的大孔道更稳定。优化相位角是在井筒半径和孔密一定的条件下，使相邻射孔孔眼间距在三维空间最大，避免相邻孔眼间断裂带的联结。北海Magnus地区数据表明采用以上两种方法有效地减少了出砂问题。在层位各点有明显地应力变化的情况下，采用定向射孔可增加孔道的稳固性（特别是压差增加和产能损失时）。该文主要介绍了如何应用这三种方法来进行防砂射孔，此外还对根据不同井深的地层强度变化进行射孔选择和根据生产压差、产能损失和含水率等因素对射孔孔道的稳固进行确定等方法做了简要介绍。     

选择恰当的射孔器

20年前,射孔器的选择基本上仅限于套管射孔器或过油管射孔器,所有射孔器均由电缆 传送。聚能射孔弹可以针对不同尺寸、枪型产生最大穿深。那时,射孔时很少考虑射孔伤害及油藏特征。但人们却注意到了射孔密度,射孔相位,入口直径对井的产能有重大影响。利用负压射孔可以消除射孔伤害。普通完井、砾石充填和压裂增产对射孔均有不同的要求,不仅要求聚能射孔弹类型不同,而且射孔密度和射孔相位也不相同。与不同尺寸和重量的套管配合使用,可给出许多射孔枪、聚能射孔弹、射孔密度和射孔相位结合。这里简要介绍不同类型的射孔要求;普通完井、防砂、控砂和压裂增产。     

射孔优化技术在疏松砂岩油藏中的应用

通过对不同井眼角度、射孔方位、射孔密度和炮孔布置的模型在不同流速下的实验和对射孔参数与炮眼的渗流面积和炮眼压差关系的研究，进行了射孔优化，大大提高了疏松砂岩油藏防砂效果，认为射孔方位、井眼角度、射孔参数与油井出砂有直接关系，随孔径、孔密井眼角度的增大出砂加剧。为防止出砂，射孔时尽量沿最小主应力方向。     

防砂的射孔要求

防砂是指在井的生产寿命期内在不使用控砂装置情况下存在可以接受的出砂风险。本文讨论了优化防砂射孔参数 (相位、孔密和射孔弹类型 )的一些方法。以前进行的研究显示射孔孔道破裂后造成了出砂。为了成功防砂 ,有必要在流量变化 (压差 )、应力衰减和出水过程中保持孔道稳定。已有的能使孔道不出砂的射孔方法可以分为以下几种类型 :理论模型、实验方法和历史技术。推荐使用深穿透的射孔弹 ,因为它能产生较小孔径的射孔孔道 ,比大孔径射孔弹产生的大直径射孔孔道要稳定。射孔孔道最佳相位能在所给井筒半径和孔密的三维空间内使相邻孔道之间距离最大化 ,防止相邻孔道周围破裂的区域连在一起。北海Magnus油田的数据证明 ,这两种方法最大程度地减少了出砂量。如果地层应力对比很大 ,而且知道应力方向 ,可以使用定向射孔增加孔道的稳定性 (特别是在压差增加、油藏衰竭的情况下 )。     

射孔优化减少气侵对高气液比油井防砂的影响

油气两相流动增加了油流阻力;空化气泡的溃灭产生空蚀；油井生产时井眼内的气柱使井底压力降低，增大井壁发生剪切破坏的可能性；所有这些因素的综合作用，导致了油井出砂量大增。为减少气侵对油气井防砂的影响，综合考虑油井，气井渗流特征的差异性，提出大孔径、长孔深、高孔密复合防砂射孔，有效解决气侵对高气液比油井出砂的影响，并对射孔参数优化进行了深入的理论阐述；利用修正的流动模式及产能预测模型研究，确定复合防砂射孔材料选择及相关射孔参数优化必须以接近充填砂渗透率为指导原则。     

高孔密射孔技术在跃进二号油田的应用

跃进二号N2^1,N1油藏是一个疏松砂岩油藏，防砂治砂成本高，油田出砂严重影响正常生产。本文首先从理论上对高孔密射孔有助于减少油井出砂方面作了初步探讨。并就高孔密射孔对油井产能和套管、水泥环的影响作了分析研究。然后结合生产实际，就高孔密射孔对出砂、油井产能、套管和水泥环等的影响进行验证。最后得出高孔密射孔有助于减缓油层出砂，且不会影响油井产能，也不会造成井下套管和水泥环性能大幅下降的结论。     

定向射孔新技术

勘探与开采公司都依赖新的定向射孔技术来优化复杂环境条件下的油气井产能，减少地层出砂，降低完井总费用。精心设计、技术筛选以及射孔作业后的评价等是优化射孔的关键对策。     

疏松砂岩气藏自流注气井射孔工艺研究

由于目标气田产能有较大下降趋势,为稳定气区产能,进一步提高高烃区块的采出程度,采取将Ⅲ上气组高含CO_2的气体通过水平井井筒注入到压力衰竭的高烃Ⅱ下主力气组,采用射孔方式打开上层压力已衰竭的套管封固的Ⅱ下气组。而自流注气水平井段长,疏松砂岩气藏射孔过程中容易造成沉砂、卡枪,且该区块无射孔经验可以借鉴。因此建立了水平井射孔完井出砂临界压差模型,分析射孔井的出砂临界压差,对比定方位射孔与常规射孔出砂压差,确定了射孔时合理的射孔方向,对定向射孔时的出砂量进行了预测。对比研究了负压射孔、平衡压力射孔、正压射孔时,不同射孔方式井筒内压力变化对该井的出砂影响,最终制定了满足该自流注气井射孔工艺安全的射孔方案。该疏松砂岩气藏射孔工艺优选理论,对现场具有指导意义。     

射孔完井出砂预测模型的建立及验证

通过分析射孔孔道周围的应力分布,利用Drucker-Prager强度准则,建立了相应的出砂预测模型,分析了射孔方位以及不同的完井方法对油井出砂的影响,同时利用有关实验数据对建立的模型进行了验证。     

全通径射孔与加砂压裂联作技术及其应用

低效油气藏通常采用射孔后进行增产措施改造，以取得理想产能。普通射孔管柱由于本身结构限制，很难为后续作业提供有效通道。全通径射孔与加砂压裂联作技术是在射孔后，整个射孔管柱形成与油管内径相当的通径，不需起出管柱或丢枪作业就可完成加砂压裂、生产测井等后续作业，也可直接作为完井生产管柱，保护了油气产层，缩短试油周期，提高完井效率。在介绍了全通径射孔与加砂压裂联作技术的工作原理、工艺特点、常用施工作业管柱、适用条件和配套射孔器材技术指标等基础上，在四川盆地岳2井进行了现场应用，避免了多打钻井口袋和射孔后压井多次起下管柱，为开发低效油气藏提供了有效的射孔完井方法。     

螺旋布孔射孔对套管强度的影响

射孔是造成套管损坏的重要原因之一,建立了射孔套管的有限元力学模型,采用弹塑性有限元法,分别对螺旋布孔射孔套管采用不同的射孔孔径、射孔密度和射孔相位给套管强度造成的影响进行了模拟和分析.分析了不同孔径、孔密及相位角的射孔套管在外挤压力作用下的孔眼应力集中系数的变化规律.结果表明,射孔后套管的极限承载能力均有不同程度的下降,下降幅度与射孔密度有关,射孔后套管内的应力随射孔孔径、射孔密度和射孔相位的增加而增大,并使套管的抗拉、抗压强度降低.因此,在套管柱设计时应该考虑射孔的影响.最后,通过对几种布孔方案进行对比分析,找出了射孔套管的优选布孔方案.为射孔完井优选设计提供了合理的模型,为射孔段套管柱的合理设计提供了承载能力计算的可靠依据.     

定向射孔技术在适度出砂管理中的应用

在适度出砂管理中成功实施定向射孔,需要一系列的地质力学分析和设计工具来评价地层出砂可能性、带砂生产风险、优化安全界限等。并要有新的定向工具保证定向射孔精度。介绍了地质力学理论在确定地应力、预测不同应力方向上射孔的临界压差和出砂量方面的研究进展、新式定向射孔工具的定向精度及其应用情况,提出了我国如何开展疏松砂岩油藏定向射孔适度出砂管理的研究模式。该方法可以有效避免砾石充填防砂成本高、工艺复杂、表皮系数高等不利因素。认为我国开展该项研究,对于实施弱胶结地层“适度出砂、优化产能”具有广阔的应用前景。     

疏松砂岩TCP射孔工艺优化与实践研究

常规TCP负压射孔技术由于受到射孔深度、射孔压实带、作业风险高以及负压值太小等因素的限制,不足以彻底解除储层污染,使得射孔后近井地带综合表皮系数依然很高.为了解除近井地带的污染、降低射孔作业过程的风险,通过对TCP负压射孔技术进行优化,结合渤海油田高渗、胶结强度差的疏松砂岩极易出砂的防砂理论研究,提出一套针对疏松砂岩的TCP射孔优化技术--平衡射孔、大负压反涌放喷解堵工艺.在渤海油田经过近百口井作业现场实践,取得成功.     

裂缝性气藏射孔完井优化设计

用有限元法建立了某构造香二段裂缝性气藏射孔完井的有限元渗流模型，模型中包含地层物性参数及其孔眼结构参数，即包含生产压差、地层原始渗透率、钻井伤害带渗透率、压实带渗透率、裂缝渗透率以及孔深、孔密、相位角和布孔方式等，在分析中可以任意调整射孔结构参数，对裂缝性气藏射孔进行优化设计。文中分析了裂缝面附近渗流压力场以及裂缝面附近孔眼内的流速，得出了孔眼穿过裂缝和孔眼未穿过裂缝时，孔眼内流速的定量变化曲线。同时，分析了理想情况下，孔密分别为16、18和40孔/m时，该裂缝性气藏产量随生产压差的变化关系，并确定出香二段合理的生产压差为15 MPa，为香二段裂缝性气藏的射孔完井提供了理论依据。     

射孔套管抗挤强度综合因素有限元分析

射孔完井是国内外使用最广泛的完井方法,但是大量的现场实践表明,射孔对套管强度有较严重的影响,所以确定套管射孔后的抗挤强度的变化趋势是合理选择套管的重要依据。利用非线性弹塑性有限元法建立了螺旋布孔的射孔套管强度分析的空间有限元力学模型,该模型可以通过任意改变射孔孔径、孔密、相位角、壁厚、套管尺寸以及不同钢级套管的材料力学特性参数等,对射孔套管抗挤强度进行各种综合因素的有限元力学分析。经分析认为:高钢级或高强度套管能有效提高射孔套管抗挤强度;随着孔径、孔密的增加,套管的抗挤强度降低;相位角在180°时,套管的抗挤强度最低。研究结果为合理地选择套管、延长其使用寿命提供了一定的理论依据。     

低渗透储层射孔参数对起裂压力的影响

裂缝起裂是关系水力压裂成败的关键,而射孔参数是影响裂缝起裂的关键因素之一。根据岩石力学、渗流力学、弹塑性力学,建立了低渗透储层射孔地应力力学模型,在考虑流固耦合效应及动态效应的基础上,运用有限元法,建立耦合有限元模型,并采用Newton法求解,以获得低渗透储层?历钻井?固井?射孔?压裂不同阶段后的地应力分布状态。结合岩石的破裂准则,分析射孔参数对起裂压力的影响:地层破裂压力随着方位角的增加而增大,射孔与最大水平地应力的夹角最好不超过30°;随孔眼直径增加,破裂压力降低,选择16 mm孔眼较为合适;随射孔密度增加,起裂压力整体呈下降趋势;在射孔根部起裂时,随着孔深增加,起裂压力先减小后增加,孔深为0.5 m时,起裂压力最低,在射孔尖端起裂时,随着孔深增加,起裂压力降低。此研究结果可作为低渗透储层射孔参数优化的依据。