压裂施工井的射孔优化设计方法_李海涛
南海东部超深层压裂测试管柱结构优化设计及应用
78随着海上油田的勘探开发，大部分油田的开发生产已进入高含水中后期，油田后续开发的重点逐步转入到对低渗、超低渗透油田的开采。
低渗油藏具有渗流阻力大、产油率低的特点，水力压裂能够起到改造储层渗流能力、提高油田产油率、加快开发速度、增强注水效果等作用，所以水力压裂常常用来作为低渗油藏油气田开发及增产的重要手段。
海上油田压裂井主要为定向井，在海上低渗油田采用水力压裂比陆地低渗开采难度更高，主要受限于平台作业空间，设备能力及储层改造的经济性。
1 概况X井为一口直井，井深5017mMD/5017mTVDm。
压裂目的层段位于文昌组，地层压力系数约1.00～1.116，平均地温梯度为2.88℃/100m，裂缝延伸压力梯度0.018~0.021MPa/m。
储层岩性以砂岩为主，包括中砂岩、细砂岩和含砾中砂岩，夹薄层主要为灰色泥岩；储层孔隙度9.1%~18.1%，平均孔隙度10.3%，渗透率1.7~34.3mD，平均渗透率4.0mD，属于低孔-特低孔、低渗-特低渗储层。
目的层埋深4730~4967m，储层物性差，自然产能低，需要进行压裂改造，改善储层渗流条件，获得产能释放。
根据前期主压裂裂缝形态模拟研究结果，采用4.5~6.0m 3/min的施工排量，可以压开储层，模拟最大缝长208.5m、总缝高54.7m，裂缝形态满足需求。
2 压裂管柱结构设计2.1 管柱设计难点在海上平台承载能力、作业空间等条件限制下，水力压裂施工改造难度大，南海东部前期已完成的压裂作业，均为射孔压裂测试联作管柱，采用可回收式封隔器，射孔后，自动丢枪，不动管柱压裂测试作业。
管柱下部采用2-7/8″油管，井下部分工具内径小，井口泵注压力高，不能满足压裂作业中大排量的要求；油套管内外压差大，油管受蠕动效应影响导致封隔器失效，作业结束后封隔器回收困难。
X井目的层位地层破裂压力高达85MPa，储层为低孔低渗储层，埋藏深，因此在现有设备条件下，必须通过优化压裂管柱工艺方案，提升人工南海东部超深层压裂测试管柱结构优化设计及应用张冬雪 邱森 曹鹏飞 王晓通 李雅媛中海油能源发展股份有限公司工程技术深圳分公司 广东 深圳 518067 摘要：南海东部X井为一口定向探井，储层埋深4687~4967m，地层破裂压力高达85MPa，采用常规射孔测试压裂一体化管柱地面施工泵压高，封隔器承受压差大。
非常规油气井多级射孔参数优化浅析
非常规油气井多级射孔参数优化浅析随着油气勘探技术的不断革新，非常规油气勘探与开发已成为全球油气勘探领域的热点和难点之一。
非常规油气井的多级射孔及其优化设计成为非常规油气开发的技术之一，因为多级射孔可以使地下能源开采率提高，提高井的产能和生产效率。
本文对非常规油气井的多级射孔进行了深入的探讨，并对其优化参数进行了分析。
非常规油气井是一种对储层的敏感性要求较高、固井难度较大的特殊钻井方式。
在多级射孔方面，其优化设计必须考虑到以下两个方面：1、多级射孔的位置优化；在确定多级射孔的位置时，应根据储层性质、地层构造、钻井施工难度、压裂液体积等要素加以综合分析。
一般来说，多级射孔应尽可能地布置在压裂作用较强的储层段，以便有效提高储层的过滤和排油能力；同时，也要避免在含水层和砾岩层等地质条件较差的区域进行多级射孔，避免油藏受到不良影响。
2、射孔深度和角度优化；射孔深度和角度是决定射孔效果的关键因素。
在进行多级射孔时，必须根据地层厚度、裂缝长度、流体性质等因素合理调整射孔深度和角度。
一般来说，射孔深度应该掌握在储层的上部和下部，使得裂缝的部位更加多样化。
射孔角度应选择一个合适的倾斜角度，以增加裂缝的数目和长度。
综上所述，非常规油气井在进行多级射孔的设计和优化时，需要按照储层状况和实际条件进行科学合理的分析和定位，以增强射孔后储层与井筒之间的联系，并以此来提高压裂液，油气的流动方向和驱动力。
优化多级射孔能够增加油气井的产出、提高生产效率，降低非常规油气勘探的成本，根据实际操作情况进行进一步的优化和完善，确保非常规油气勘探和开发的顺利进行。
多簇压裂井射孔技术研究现状及其发展方向
103射孔是压裂井高压液体作用与地层的连通渠道，射孔所形成孔眼的优劣对压裂裂缝起裂及扩展有着重要影响，将直接影响储层改造效果。
随着射孔技术的发展，逐渐形成了螺旋射孔、定向射孔、定面射孔、限流射孔、极限限流射孔、等孔径射孔、分簇射孔等不同的射孔工艺技术来配合压裂进行施工作业。
本文将简要介绍非常规油气藏多簇压裂中常用的分簇射孔、限流射孔技术的应用现状，并探讨其发展方向。
1 分簇射孔技术研究现状1.1 分簇射孔技术分簇射孔技术是针对非常规致密储层水平井分段压裂提出的一种新型射孔方法。
在一个压裂段内，通过精确控制射孔位置，以一定射孔簇间距一次射开多个射孔簇，每簇形成多个射孔孔眼，以期在压裂时形成段内形成多条裂缝或者复杂缝网，进而最大化提升裂缝与储层接触面积，从而提高油气井产量[1-2]。
分簇射孔施工过程中可以配合新型定向和定面技术如图1所示，在确定确定原地应力场方位后，利用裂缝优先垂直于最小水平应力扩展原理，通过改变射孔枪的角度和方向，在有利射孔方位射孔形成初始孔道，进而降低压裂过程中射孔起裂压力、提高射孔簇效率[2-3]。
在精细化分段分簇优多簇压裂井射孔技术研究现状及其发展方向邓跃 卢宇* 周贤东重庆科技大学 重庆 434000摘要：分簇射孔技术是提高非常规油气藏压裂改造效果的关键技术之一。
本文介绍了分簇射孔技术的研究现状，并探讨了其发展方向。
以主流页岩气储层为例，分析了分簇射孔限流参数应用案例和效果。
分簇射孔研究未来发展方向应更多的考虑地质工程一体化，结合人工智能展开精细化分段分簇及限流优化，关注分簇射孔井套变因素及暂堵压裂井射孔优化，研发新型定向和射孔工具。
多簇压裂井射孔技术提升可进一步助力压裂改造效果的最大化。
关键词：射孔 压裂 限流 暂堵Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉ－ｃｌｕｓｔｅｒ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ ｗｅｌｌ ｐｅｒｆｏｒａｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤｅｎｇ Ｙｕｅ，Ｌｕ Ｙｕ＊， Ｚｈｏｕ ＸｉａｎｄｏｎｇChongqing University of Science and Technology ，Chongqing 434000Abstract ：Cluster perforation technology is one of the key technologies to improve the fracturing and transformation effect of unconventional oil and gas reservoirs. This article introduces the current research status of cluster perforation technology and explores its development direction. Taking mainstream shale gas reservoirs as an example, this paper analyzes the application cases and effects of perforation parameters in cluster perforation. The future development direction of cluster perforation research should pay more attention to the integration of geological engineering, combined with artificial intelligence to carry out refined segmented clustering and flow limiting optimization, pay attention to the factors of cluster perforation well casing variation and temporary plugging fracturing well perforation optimization, and develop new directional and perforation tools. The improvement of multi cluster fracturing well perforation technology can further assist in maximizing the effectiveness of fracturing transformation.Keywords ：Perforation ；Fracturing ；Limited entry ；Temporary plugging基金项目：重庆市自然科学基金项目（编号：ｃｓｔｃ２０２１ｊｃｙｊ－ｍｓｘｍＸ０７９０）资助。
高效固井压裂设备的设计与优化
高效固井压裂设备的设计与优化在油田开发和生产过程中，固井压裂技术被广泛应用于提高油气井的产能和采收率。
固井压裂设备的设计与优化是实现高效固井压裂作业的关键。
本文将针对该任务名称，从设计原则、工作原理以及设备优化方面进行探讨。
一、设计原则1. 安全性：固井压裂作业涉及高压高温的流体和化学品，设备的设计必须保证操作人员的安全。
包括设备结构的强度和稳定性、安全阀的设置、紧急停车装置等。
2. 可靠性：设备在长时间的作业过程中，需要保持良好的运行稳定性和可靠性，减少停机和维修时间，提高生产效率。
3. 灵活性：由于不同油井具有不同的地质条件和开采需求，固井压裂设备应具备一定的灵活性，能够满足不同作业需求。
4. 自动化：设备的自动化程度越高，能够实现更高的作业效率和准确性。
自动化控制系统可以监测和调节压力、流量、温度等参数，提高作业的精度和稳定性。
二、工作原理固井压裂设备主要包括压力泵、高压管道、阀门、负荷脉动器等组成。
其工作原理如下：1. 压力泵：通过泵将液体压力提高到所需的压力水平，为固井压裂提供压力源。
2. 高压管道：将泵送的高压液体输送到井口，确保压力不会因输送过程中的阻力损失。
3. 阀门：用于控制高压液体的流动，包括进口阀、出口阀、疏水阀等。
阀门的设计应考虑到高压环境下的密封性和耐腐蚀能力。
4. 负荷脉动器：用于减小压力波动对井口设备的冲击，并保持稳定的工作压力。
负荷脉动器的设计应考虑流体的流动特性和工作环境。
三、设备优化为实现高效固井压裂作业，固井压裂设备的优化需从以下几个方面进行考虑。
1. 材料选择和加工工艺优化：选用高强度、耐腐蚀的材料，并对关键部件进行先进的加工工艺，以提高设备的耐久性和可靠性。
2. 设备结构优化：通过结构优化，提高设备的强度和稳定性。
采用模块化设计，方便维修和更换，减少停机时间。
3. 液体泵送系统优化：优化泵的结构和工作参数，提高流量和压力的调节范围，实现更精确的作业控制。
射孔优化介绍
中海油田服务股份有限公司
CHINA OILFIELD SERVICES LIMITED
射孔优化参数设计
射供油半径
射孔优化基础知识
探井供油半径可利用下式计算：
ri=3.79(KT/φμC1)1/2
式中 ri——供油半径，m;
K——地层渗透率，μm2;
T——试油设计总开井时间，h;
μ——原油粘度，mPa s;
射孔优化参数设计
2、污染程度
射孔优化基础知识
通过室内钻井液污染试验或通过区域评论估算油气层污染程度。如果没有室内钻井液污染试验室，可
由下述方法进行定量评价。
（1）油层：
当产层深度≤3000时：
若[ΔP/Ps] [K-0.203 T0.668]>1.731 312, 则Kd/K0=0.2~0.35;
若[ΔP/Ps] [K-0.185 986] [Rmf/Rw]0.116 025] [μmfμ0]-0.030>0.06378,
射孔优化参数设计
射孔优化基础知识
2、射孔弹在地层条件下穿透深度、孔径的确定及压实数据的确定
我们通过进行贝雷靶或混凝土靶打靶实验来获得射孔弹穿深与孔径的数据，因其抗压强度、孔
隙度、渗透率等各项指标与实际地层条件下的数据不可能相同，因此对这一数据需要进行折算。
（1）、孔隙度折算法
当（ΦB/Φs）<1时：
压力为15-24 Mpa时应将地面孔径、穿深乘以0.95。若井底压力大于25Mpa
时应将地面孔径、穿深再乘以0.95。
(7）产层套管级别和层数校正
若为N80套管，地面数据应乘以0.95;为P110套管，应乘以0.90。双
层套管时，地面孔深乘以0.6，地面孔径乘以0.85；三层套管时地面孔深乘
射孔参数优化设计
ｍ 应再乘 以 ０９ 。 ｍ， ．５ （） ２射孔液静水压力校正。根据研究表明， 射孔 液压力增大会使孔深和孔径减小。 （） 层套管 级别 和层数校 正。若 为 Ｎ ０套 ３产 ８ 管， 地面数据应乘以 ０ ９ ； ．５ 若为 Ｐ １ ， １０ 应乘以 ０９ 。 ．０ 双层套管时， 地面孔深应乘以 ０ ６ 地面孔径应乘以 ．， ０８ ； ．５ 三层套管时 ， 地面孔深应乘以 ０ ４ 地面孔径 ．，
筒
的所有信息。有限元法求解步骤如下 ： ①单 元 剖分
将求解区域 ｎ（ 包括 油藏原始区域、 钻井 污染
１ 油 层 及 射 孔 孔 服 模 型
区域和射孔压实 区域） 剖分为 Ⅳ单元 （ ＝１ ． ｉ …
Ⅳ）如 图 ２所示 。 。
基本渗流偏微分方程 ：
ａ （ ）ａＴ ＝ｃ （ ｘ ＋ （ ） ｊ ａ ＋ ） ： ５
２０ 年 １ ０８ ０月
油
气
井
测
试
第ｌ ７卷 第 ５ 期
射孔参数优化设计
宋 时权 李 晶晶 许 志伟 黎 亮。
（ ． 江大学石油工程学 院 湖北荆州 ４ ４ ２ ； ２ 延长油气勘探公司天然气勘探开发部 １长 ３０） ． ３ １ １ 陕西延安 ７ ６ ０ ； １０ ０
其 鲁 ： ： 中Ｔ 鲁 ： 鲁
式 中： 、 ——渗透率在各方向上的分量 ；
９ ５ 孔 隙度 ； ——
，
、、
／ ， ＼
＼ ／
、
ｃ——油藏流体压缩系数 ；
— —
油藏流体粘度 ；
图２ 沿井壁展开孔 眼网格 划分平 面图
ｐ ——油藏流体压力 ； ｚ￡ 、——分别为空间和时间坐标。
XX项目测井、射孔方案优化设计
XX工程测井、射孔优化方案设计一、装备选型：选用中国石油测井自主研发的EILog05成套测井装备。
EILog 快速-成像测井成套装备由综合化地面仪器、高速数据传输仪器、集成化常规测井仪器、系列化成像测井仪器及套管井测井仪器、特种仪器和工具组成。
能完成裸眼井测井、套管井测井、工程测井，以及射孔和取心等作业。
集成化快速组合测井仪具有稳定性好、纵向分辨率高、探测深度大等特点。
组合测井能力强，测井效率高，一次下井取得全部常规测井资料，测井作业时效平均提高50% 以上。
二、测井效劳系列优化方案：〔一〕裸眼测井系列1、常规测井：包括四岩性、多电阻率、三孔隙度测井、工程测井和三参数测井。
2、优化工程介绍：1〕岩性密度PE：通过岩性密度测井得到的PE曲线，可精细划分岩性。
不同岩石的PE值不同，存在明显差异，而且PE受孔隙度的影响小，所以根据PE值可更加准确的划分岩性。
2〕阵列感应测井(MIT)：提供3 种纵向分辨率〔30cm、60cm、120cm〕、5 种径向探测深度〔25cm、50cm、75cm、150cm、225cm〕共计15条的地层电阻率曲线。
可有效地描述地层剖面的电阻率特征，提供地层视电阻率、地层含水/含油饱和度的二维剖面成像图，能够分析薄层和层内非均质性，直观清晰地描述泥浆侵入特征，判断油水层性质。
他甚至可以在录井和全烃无显示，井眼垮塌，孔隙度曲线失真的情况下，准确识别油层，防止油层漏失。
与常规双感应八侧向测井相比，它的优势在于：纵向分辨率高，分辨率统一，能精细描述侵入剖面，直接识别流体性质，准确确定地层真电阻率。
该项测井技术成熟，目前在大庆、吉林、长庆、华北、青海、吐哈等油田已投产120多支，累计测井6000多口，已成为发现、识别油气层的利器。
3〕三孔隙度测井：测井取全、取准三孔隙度测井资料对贵公司油田勘探开发是十分必要的。
由于三孔隙度测井采用了不同的工作原理，在不同的岩性地层有着不同的响应，但在确定地层孔隙方面有着密切的相关性，在计算岩性地层孔隙度及渗透率方面有着比其它测井资料更直接更准确的优势，能更直观的判定储集层的含油性、可动油气和可动水。
压裂水平井水平段长度及裂缝参数优化
影响因素研究［J］. 新疆石油天然气，2013，9（3）：62-65. ［8］高海红，曲占庆，赵梅 . 压裂水平井产能影响因素的实
图 1 水平井压裂人工裂缝类型示意图
考虑到海上油田后期治理的难度，海上压裂 水平井和陆上常规压裂水平井有所差异。水平段
收稿日期：2021-02-25 基金项目“：十三五”国家科技重大专项（2016ZX05058）。 作者简介：王大为（1982-），男，博士，高级工程师，从事海上油田开发方案研究工作。
q fi
é êarch ê ë
1+
Re - di X fi
2
- arch
1+
dj - di
2ù ú
X fi
ú û
（5）
由于
( ) arch 1 + x2 = ln x + 1 + x2
（6）
可将（5）式简化为 pe - pfj =
( ) μB ∑ ( ) 2πKhh
N-1
qfi ln
i=0
Re X fi
可以近似看作是地层厚度为 w，流动半径为 h/2，边
界压力为 pfj 平面径向流，如图 3 所示。考虑裂缝内
的流动阻力，则有
p fj
-
p wfj
=
qfj μB 2πKfj wj
ln
h 2rw
（8）
式中：pwfj 为第 j 条裂缝底部的井筒压力，Pa。
60
第 17 卷 第 2 期
王大为，等：压裂水平井水平段长度及裂缝参数优化
N-1
∑ Q = qfi i=0
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Cp= D / D perf
( 5)
如果压裂液不含磨损性材料, C p 一般为 0. 5~ 0. 6,
但当泵入混砂液时, 由于孔眼被冲蚀, C p 变为 0. 6
~ 0. 95。C p 的变化将大大影响孔眼摩阻( p cf ) 的大 小, 因为孔眼摩阻与 C p 的平方成反比。但不论如
何, 孔密( D en) 越高, 射开程度越高, 孔眼摩阻将越
射孔对压裂施工压力的影响分析
据统计资料表明, 对需进行压裂改造的井, 如何 做射孔设计, 很多油气田还没有开展这方面的深入 研究工作, 而目前压裂设计本身也没有对实际的射 孔完井给予足够的注意和考虑, 射孔参数的选择没 有考虑需水力压裂井的特殊要求。
水力压裂施工几乎都是在射孔井上完成, 通过 孔眼泵入压裂液。国外研究表明: 对欲进行水力压 裂的井, 在做射孔设计时必须尽量满足增产措施的 特殊要求。一般来说影响压裂施工的射孔关键参数 是孔 密、孔径、相位和射孔方式。在压裂施 工过程 中, 必须控制射孔孔眼摩阻的大小, 即达到最小孔眼 摩阻或在限流施工时使其达到 设计要求的孔 眼摩 阻。由于套管射孔井井筒周围的应力分布远比裸眼 完井复杂, 难以得出像裸眼井那样的应力分布解析 表达式, 因此裂缝起裂( 起裂表示初始裂缝的产生, 以下全采用该术语) 比裸眼完井复杂得多, 其主要受 当地应力分布和射孔参数的影响。因而研究射孔参 数对造缝的影响一般采用实验室模拟或数值模拟的 方法进行认识, 但裂缝总是在垂直于最小主应力平 面内产生这一点是不变的。
p ev = p sf+ p h
( 2)
式中: p sf 为瞬时地面关井压力, M Pa。 所以
p cf = p i- p sf - p fr
( 3)
瞬时关井压力( p sf ) 是由裂缝延伸压力控制, 即是由
地应力决定的, 不是可控参数。p fr是油( 套) 管摩擦
阻力, 与射孔参数无直接关系。因此地面施工压力
( p i) 越高, 也就是孔眼摩阻( p cf ) 越 高, 这种情况对 常规压裂是不利的。常规压裂的目的, 就是充分利
最大限度地压出一条具有最大缝宽和缝长的高 渗能力的裂缝, 有效提高油气井的产能。
实际上, 式( 3) 中孔眼摩阻 ( p cf ) 只代表压裂液 经过突然缩小的孔眼入口处的摩擦压降, 式( 3) 左边
一般地说, 射孔参数对造缝的影响在施工时直 观的反应就是施工压力的大小。地面施工压力由下 式表达。
p i= p ev+ p fr+ p cf- p h
( 1)
式中: p i 为地面注入压力, M Pa;
p ev为裂缝延伸压力, MPa;
p fr为油( 套) 管的摩擦阻力, MPa; p cf为孔眼摩擦力, M Pa; p h为井筒静水压力, M Pa。 又因
# 44 #
全部射开施工油气层段为好。
图 1 压裂液通过孔眼的流动形态
射孔对裂缝起裂影响的机理分析
根据岩石的弹塑性力学理论, 裂缝的产生总是 沿垂直于最小主应力平面。对于垂直井来说, 其三 向应力状态可由图 2 描述。
图 2 井筒的三向应力状态( R1 > R2 > R3)
如果知道三个主应力的方向及大小, 那么孔眼 方向与垂直于最小主应力平面的夹角为 0b时, 将是 最佳孔眼方向。为了叙述方便, 我们将垂直于最小 主应力的平面称为最佳平面, 因而孔眼位于最佳平 面时, 只有 180b相位才是唯一正确的。
力的大小。如前者比后者小, 即井筒内压力的增加
速度小于油藏孔隙压力的增加速度越多, 地层的破 裂压力越小。而影响近井地带孔隙压力增加速度的
因素主要有泵入速度、压裂液粘度、地层渗透率、钻
井伤害和射孔伤害。因此, 在射孔时采用合理的负 压射孔以清洁孔眼, 最大程度减轻压实损害, 采用适 合于具体储层的优质射孔液以避免产生地层伤害都
实验还表明, 为了使裂缝在孔眼处产生, 并被 延伸, 孔眼与最佳主应力平面的夹角必须小于 20b。 如果大于 20b, 裂缝是否从孔眼处产生, 将取决于施 工时当地孔隙压力的建立速度。实验表明, 即使孔 眼没处于最佳方向, 裂缝也可能从孔眼处产生, 但并 不是所有裂缝都被延伸。未处于最佳方位的孔眼将 导致压裂液、支撑剂从孔眼沿井筒壁面进入裂缝, 易 产生砂堵, 这对压裂施工都是不利的。
( 1) 尽量减小孔眼与最佳平面的夹角。如井筒 轴线位于最佳平面( 即最小主应力为水平应力, 一般 产生垂直缝) 建议在保证套管安全的前提下, 采用 高孔密, 螺 旋布孔, 低相位如 45b, 高孔 密有助于各 孔眼裂缝的连通。对老 井老层的重复 射孔压裂改 造, 由于过去已经射孔, 在保证深穿透前提下可降低 孔密要求如 18 孔/ m, 45b相位。对于老井新层在满 足深穿透和保证套管安全的前提下尽量使用高孔密 低相位, 比如使用孔密大于 22 孔/ m、相位小于或等 于 45b的射孔枪。
第 18 卷第 2 期
天然气工业
钻采工艺与装备
会出现该问题。 º不论 0b相位还是 180b相位布孔, 在考虑套管安全的情况下, 孔密越大, 井底破裂压力 越低。
当孔眼不位于最佳平面时, 由于孔眼不位于最 佳平面, 因此孔眼方向与最佳平面有一定夹角, 该夹 角越大, 井底破裂压力越高。同时, 夹角越大, 裂缝 从孔眼处起裂的机会就越小, 如图 3 所示即可能出 现的情形。如果有的裂缝不从孔眼处起裂, 那么就 有可能产生多条裂缝, 即小裂缝不能全部连通起来 而形成一条宽而长的高渗裂缝。这将严重影响压裂 井效果, 这也是压裂施工最忌讳的情形。
图 3 孔眼方向对裂缝起裂的影响
由于射孔枪定向射孔的困难较大, 孔眼不能位 于最佳平面的机会较多。
事实上, 由于当地主应力方向和大小的不可预 知性, 因此射孔参数和枪弹的适当选择成了影响压 裂施工成功的重要因素。根据国外用三轴试验模拟 井下射孔井压裂的实验研究成果表明: ¹ 裂缝可能 在孔眼处产生, 也可能在过井筒轴线并与最佳平面 垂直的平面与井筒壁面的相交处产生; º裂缝的产 生与孔眼最佳平面的夹角密切相关; »裂缝的产生 与泵的排量有关; ¼ 所有裂缝在离井筒壁面大约一 个井筒直径范围之后, 都要重定向到最佳平面。
( 2) 采用大孔径深穿透聚能弹。大孔径可以减 小孔眼与最佳平面的夹角, 增大裂缝在孔眼处起裂 的机会。同时, 减小压裂液通过孔眼的摩阻。深穿 透可最大限度地增加裂缝与孔眼相遇的机会, 特别 是对于斜井, 因为斜井压裂时与裂缝连通的只是部 分孔眼。
( 3) 选用优质射孔液, 进行负压射孔。 ( 4) 准备进行限流压裂的井, 压前采用低孔密、 大孔径射孔, 压裂后采用较高孔密补孔以进一步提 高产量。 ( 5) 射孔参数的优化和最佳负压可根据西南石 油学院研制的优化射孔软件进行设计。
D en为孔密, 孔/ m; D 为孔眼直径, m; Cp 为排出系数, 无因次;
h 为施工层段有效打开厚度, m; p cf 为孔眼摩阻, M Pa。
公式中排出系数或称流量系数( Cp) 实 质是指 孔眼入口( 上游) 收缩断面直径( D perf ) 与孔径( D ) 之 比( 如图 1 所示) , 即
# 45 #
钻采工艺与装备
天然气工业
1998 年 3 月
水平井分流压裂管柱设计与力学分析
刘巨保* 张学鸿
朱振锐
季海波
( 大庆石油学院)
( 大庆石油管理局采油研究所) ( 大庆石油管理局采油一厂)
刘巨保等. 水平井分流压裂管柱设计 与力学分析. 天然气工业, 1998; 18( 2) : 46~ 48 摘 要 国内对水平井进行分流压裂施工尚属首次* * , 压裂管柱 设计 及 力学 分析 是压 裂施 工的 关键 技术 问 题之一。水平井压裂管柱在井眼曲率作用下随井身产生初始弯曲, 弯曲后的 压裂管柱在 温度、自重、内 外压力和 局 部集中力的综合作用下再次产生变形, 变形后的 压裂管 柱必将 与套管 内壁产 生接触, 这种 接触状 态随井 深和井 眼 圆周方向随机分布, 是一种随机的多向接 触摩擦非线性问题。文中将运用/ 多向接触摩 擦间隙元 法0对 这一问题 求 解, 并结合大庆油田水平井分流压裂管柱工程实例 , 进行了受力变形计算, 给出了 不同工作 状况下压裂 管柱与套 管 内壁的接触摩擦状态、管柱下端变形、井口载荷以及管柱任一截面处的内 力和应力, 为压裂 管柱的设计 和施工提 供 了可靠的理论依据。经现场试验表明, 井口载荷的 理论计算值与实 测值的 相对误差 均在 13% 以内, 完全 满足于 工 程的需要, 并在水平井中成功地实施了大 型分流压裂作业。 主题词 水平井 分相流动 压裂 管柱 受力分析
不难分析, 当孔眼位于最佳平面时: ¹ 0b相位布 孔比 180b相位布孔的破裂压力要大, 因为裂缝总是 成对出现的。当为 0b相位时, 裂缝首先在沿孔轴方 向起裂, 同时压裂液沿井筒壁面绕到孔眼对面位置 起裂, 形成双翼裂缝。这一过程不但增加额外能量 损失, 还将 引起一系列其它问题, 而 180b相位就不
欲压裂井射孔方案设计准则
根据以上的分析, 如果能精确确定当地主应力 的大小和方向, 并具有射孔定向能力, 那么最佳的射
孔策略是易于实现的。但国内大多数油气田离这一 水平还有差距, 特别是定向射孔能力, 不完全具备这 些硬件条件。因此, 应结合目前油气田的射孔工艺 水平、工艺现状以及射孔对压裂影响的机理制定出 合理的射孔方案才是可行的, 可操作的。对于小斜 度井, 其初始裂缝易相互连结起来, 因此完全可近似 为垂直井考虑。根据前面的分析, 制定射孔策略的 总原则为:
低; 孔径越大, 孔眼摩阻也将越小。同时, 孔径的大
小直接影响支撑剂尺寸和浓度, 孔径应足够大, 以避
免支撑剂在通过孔眼时桥堵。如果孔径太小, 压裂
液通过孔眼时, 由于高速将产生高的剪切速度使压 裂液降解, 严重影响压裂液性能, 影响压裂效果。另
一方面, 可以通过控制孔密、孔径和射开程度将孔眼 摩阻控制在合理范围内, 以达到限 流压裂的目的。 对于常规压裂来说, 射孔宜选大孔密, 大孔聚能弹,