PFGun脉冲爆燃射孔联作工艺在注水井的应用

谢明召, 扈勇, 汪长栓, 王宝兴, 贺红民, 左东星

(1.北方斯伦贝谢油田技术(西安)有限公司, 陕西 西安 710065; 2.中国石油集团测井有限公司, 陕西 西安 710077)

0 引 言

低渗透率油藏开发中通过注水保持地层压力,补充地层能量,对改善油气开发状况,实现稳产起到了重要作用[1-4]。长庆油田注水井完井工艺采用的是先射孔、后高能气体压裂。高能气体压裂施工所使用的传统压裂弹其壳体、中心管和端盖等难燃性结构部件在施工结束后会形成落物掉入井中,带来事故隐患和影响后续作业[5]。针对注水井完井施工中高能气体压裂的缺陷开发了PFGun脉冲爆燃压裂射孔联作工艺技术,一趟施工完成射孔和高能气体压裂作业。PFGun脉冲爆燃压裂技术施工工艺简便,成本低,作业后井下无落物。该工艺应用于长庆油田注水井完井施工[6-7],已完成了49口井的现场试验,取得了较好的效果。

1 PFGun脉冲爆燃压裂装置

PFGun脉冲爆燃压裂装置以固体火药为能源,利用线形装药爆炸后产生的爆轰波引燃多级火药装药,产生快慢燃烧反应形成多级压力脉冲穿过压裂枪的泄压孔对射孔孔眼周边地层冲击加载,从而在井筒周围油气层形成多条辐射状裂缝,达到提高地层渗透率、增加油气泄油面积的目的。火药装药为2级装药结构,第1级装药为快速火药,第2级装药为慢速火药;快、慢药量按1∶1配置,交替安装。结构示意图见图1。技术指标见表1。

表1 PFGun脉冲爆燃压裂装置技术指标

图1 PFGun脉冲爆燃压裂装置结构示意图

2 PropFrac压裂模拟软件

PropFrac软件是应用于PFGun脉冲爆燃压裂施工的模拟软件,软件根据施工井类型和特点优选压裂装药参数,评估施工方案。在软件中输入地层参数、井筒参数、射孔参数,经过数值模拟计算,输出施工设计;模拟计算高能气体压裂施工过程的安全性、井筒实时压力变化和裂缝情况,评估施工效果。

3 PFGun脉冲爆燃射孔联作工艺

PFGun脉冲爆燃射孔联作工艺在一趟管柱中将射孔枪和脉冲爆燃压裂枪组合,利用炸药爆轰和火药燃烧的时间差,点火起爆后先射孔形成孔道,火药燃烧产生高温高压气体通过孔道进入地层压裂。管串结构为射孔枪和压裂枪单元式组合。传输方式为电缆传输或油管传输;起爆方式为电起爆、撞击起爆或压力起爆。工作流程见图2。

图2 工作流程框图

长庆油田因其地理条件和储层的特性,注水井完井施工长期采取电缆传输射孔+高能气体压裂。这种完井方式具有施工简便、成本低的优势,但是使用的传统压裂弹的壳体、中心管和端盖等难燃性结构部件会掉入井筒,可能造成堵井事故。PFGun脉冲爆燃压裂射孔联作的施工工艺不但解决了使用传统压裂弹会造成井下落物的缺陷,一趟施工中完成了射孔和高能气体压裂,提高了作业效率。

4 现场应用举例

×91-261井是长庆油田的1口注水井,完钻井深1 305 m,层位长63,孔隙度15%,渗透率1.8×10-3μm2,套管规格5.5 in*非法定计量单位,1 ft=12 in=0.304 8 m,下同,壁厚7.72 mm。为达到配注条件,要求对1 245.1～1 262.4 m段层位进行射孔和高能气体压裂施工。施工方案设计采用电缆传输的PFGun脉冲爆燃压裂射孔联作施工工艺,施工管串结构见图3。射孔枪下挂压裂枪,单趟施工射孔枪长度3 m,压裂枪长度1.5 m;射孔枪为常规102型,16孔/m;射孔弹DP44RDX38-3;压裂枪PFGun89型;每米装药量3.6 kg。

图3 电缆传输PFGun脉冲爆燃压裂射孔联作施工管串示意图

图4 模拟计算结果

模拟计算使用PropFrac软件,模拟计算了施工时井下压力、火药燃烧和裂缝情况、评价施工安全性和作业效果(见图4)。依据设计的施工方案模拟计算,火药燃烧峰值压力39.3 MPa,低于套管的耐压指标,所设计的方案安全性合格;火药燃烧时间1 314.5 ms,裂缝长度2.37 m,宽度1.4 mm。

现场施工为保证处理效果,压挡液应满至井口;使用具有防跳槽功能的天滑轮,井口采取电缆固定措施;为防止卡井,避免使用快接鱼雷。该井处理层段长度17.3 m,PFGun脉冲爆燃压裂射孔联作施工6趟,工艺成功率100%。

应用效果及分析:2015年7月25日PFGun脉冲爆燃压裂射孔联作施工后挤活性水35 m3投注,油压12.2 MPa,套压12.1 MPa,日注水29 m3,达到配注要求。后续,电缆传输PFGun脉冲爆燃压裂射孔联作工艺在长庆油田注水井新井完井中已完成49口井的现场应用,工艺成功率100%,施工有效率95%以上。表2为部分施工井的应用效果统计。

表2 PFGun脉冲爆燃压裂射孔联作部分施工效果

在PFGun脉冲爆燃压裂射孔联作施工的同时选取了×91-261井和×157-261井的邻井×91-263井和×157-262井共2口注水井,采用先射孔后高能气体压裂的工艺完井。对这4口井的施工过程和应用效果进行了对比(见表3)。

表3中,采用PFGun脉冲爆燃压裂射孔联作工艺完井的×91-261井与采用先射孔后高能气体压裂工艺完井的×91-263井相比,作业时间减少2 h,油压、套压及日注水量相当;×157-261井与×157-262井相比,作业时间减少2 h,油压、套压及日注水量相当。施工器材作业后全部起出,井下无落物。

表3 PFGun脉冲爆燃压裂射孔联作施工及应用效果对比

5 结论与认识

(1) 电缆传输PFGun脉冲爆燃压裂射孔联作工艺解决了传统高能气体压裂带来井下落物的弊端,一趟施工中完成射孔和爆燃压裂,施工工艺简便、效率高,作业效果好。

(2) 使用PropFrac软件可以模拟火药工作过程和作用效果,保障施工安全。

参考文献:

[1] 李道品, 罗迪强. 低渗透油田的合理井网和采注原则 [J]. 断块油气田, 1994, 1(5): 12-20.

[2] 田和金, 薛中天, 李璗, 等. 高能气体压裂联作进展 [J]. 石油钻采工艺, 2000, 24(4): 67-69.

[3] 汪长栓, 霍红星, 张昊, 等. 爆燃酸化复合工艺技术在油田注水井的应用 [J]. 测井技术, 2007, 31(1): 56-58.

[4] 康兴妹, 董晓斌. 爆燃压裂措施改善注水井吸水剖面效果分析 [J]. 内蒙古石油化工, 2008, 12: 52-53.

[5] 王卫忠. 爆燃压裂技术在三叠系长8油藏的研究及应用 [J]. 石油与化工设备, 2010, 10: 35-37.

[6] 冯国富, 安震, 汪长栓, 等. 长井段脉冲爆燃压裂技术在N2-4-D48井的应用 [J]. 石油钻采工艺, 2012, 34(6): 77-79.

[7] 汪长栓, 姚元文, 冯国富, 等. 脉冲爆燃压裂技术在煤层气井的应用 [J]. 钻采工艺, 2013, 36(2): 128-130.