CN108915661B - 一种裸眼井爆燃压裂井下实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种裸眼井爆燃压裂井下实验方法，基于包括油管和变扣的油管传输爆燃压裂作业管柱，油管从上到下依次设有震击器、单流阀、减震器、丢枪装置、压力开孔起爆器、射孔枪、下挂火药压裂枪和P‑T测试装置。震击器、单流阀、减震器、丢枪装置用于确保油管传输爆燃压裂作业管柱在起下管柱过程、作业过程、卡钻过程的安全，该方法为裸眼井实施提供有效实验保障，并贴合现场作业井情况，进一步突破了常规实验方法对井深、井斜、压力、温度等条件限制，减少爆燃压裂产生的巨大能量对裸眼井井筒造成的风险，同时解决爆燃压裂产生的高温高压气体不易进入储层问题，提高了裸眼井爆燃压裂的安全性和有效性，并为裸眼井爆燃压裂实施提供了充足依据。

Description

一种裸眼井爆燃压裂井下实验方法

技术领域

本发明属于油气田储层改造技术及完井领域，具体涉及一种裸眼井爆燃压裂井下实验方法。

背景技术

爆燃压裂技术适合于低渗近水油藏的改造增产，是一项国内外重点研究攻关的低成本气体压裂技术。目前该项技术主要多应用于套管射孔井中，同时1985～1993年间用于500～5000m井深、井斜角小的裸眼井中，存在爆燃压裂产生的巨大能量对裸眼井井壁造成风险和爆燃压裂产生的高温高压气体不易进入储层两方面的问题难以解决，以后鲜有裸眼井中应用，导致技术应用范围较少，而以南海东部油田为代表的低渗储层裸眼井比例高，例如陆丰13-1油田，目前裸眼井比例占完井方式的50％以上，且近水低渗，欠缺有效增产技术手段，裸眼井爆燃压裂技术的进一步研究和推广的需求迫在眉睫。

目前技术研究手段中欠缺一种安全、适应范围广的裸眼井爆燃压裂井下实验方法，目前现有的实验方法或应用方法主要分为五种，均存在一定局限性。

方法一：“压裂弹”井下实验及应用方法

专利87215505.6公开了一种压裂弹，它采用三段装药，中心段为铸装炸药，上、下段为低燃速火药用于井下实验及应用方法。据《高能气体压裂的初步研究》(张廷汉，秦发动.西安石油学院学报，1986，1(2)：1-12)、《高能气体压裂在我国的研究和进展》(张廷汉，秦发动.石油钻采工艺，1987，9(5)：1-7)、《中深套管井高能气体压裂》(钱家騜.油气井测试，1991，6(2)：85-101)、《高能气体压裂施工工艺及其发展趋势》(刘发喜，秦发动.石油钻采工艺，1993，15(2)：63-69)、《我院高能气体压裂技术十年发展综述》(秦发动，吴晋军.西安石油学院学报，1997，12(3)：14-17)等文献报道，该技术采用电缆起下、液柱压挡、地面引燃施工工艺，并在延长七里村油矿进行井下实验。1985～1988年间，我国实施了100余口裸眼井爆燃压裂作业，效果显著，也验证了裸眼井具备技术实施的可行性。

但上述方法应用范围受限：井型均为1000m以下井深、井斜角小的裸眼井中，且地层压力不超过10MPa，地层温度不超过50℃；存在安全风险：压裂弹中段为TNT/RXD柱状炸药5kg两端为双芳-3火药，采用炸药解决了爆燃压裂气体进入储层的问题，但对应炸药段处井径扩大96mm，存在井筒坍塌等风险，且该火药存在不耐温、耐压情况，火药性能也不可调整。

方法二：“油层爆燃压裂器”井下实验及应用方法

专利89213979.X公开了油层爆燃压裂器，它由打捞环、电器接头、环氧玻璃布管管段、接箍和尾堵头可组成不同长度的管壳和装填各种燃速缓慢的火药及推进剂。据《高能气体压裂施工工艺及其发展趋势》(刘发喜，秦发动.石油钻采工艺，1993，15(2)：63-69)文献报道，该方法采用电缆起下、液柱压挡、地面引燃施工工艺，适用于1000～2000m井深、井斜角小的套管井或裸眼井，且地层压力10～20MPa，地层温度不超过80℃。该方法拓展了应用范围，但仍具有一定局限性。同时电缆作业存在受限于井斜角，同时存在作业瞬间电缆易拉断造成井筒落物等风险。

方法三：“高能气体压裂用气体发生器”井下实验及应用方法

专利91227960.5公开了高能气体压裂用气体发生器采用活塞式，它轴向限压喷射、泄气管径向泄气式、加重防冲型金属装置,主要由打捞头(或撞击点火器)、泄气管、保护管、活塞、加重管、阻尼盘、引鞋、大型药柱和金属点火具组成。据《高能气体压裂施工工艺及其发展趋势》(刘发喜，秦发动.石油钻采工艺，1993，15(2)：63-69)文献报道，该方法采用电缆起下、液柱压挡、地面引燃施工工艺，适用于2000～5000m井深、井斜角小的套管井或裸眼井，且地层压力不超过55MPa，地层温度不超过150℃。该方法大大拓展了应用范围，但依然采用电缆作业方式，同时仍然采用单基药、双基药或三基药等军工类火药，存在耐温、耐压、易溶于油水等弱点，虽然通过金属外壳方式规避这些问题，但仍不具有普遍适应性。

方法四：“油管输送、封隔器加环压复合压挡、撞击引燃施工工艺”井下实验及应用方法

据《高能气体压裂施工工艺及其发展趋势》(刘发喜，秦发动.石油钻采工艺，1993，15(2)：63-69)文献报道，该施工工艺是用油管将气体发生器、P-t监测仪、撞击起爆器及封隔器等输送到设计井深。首先坐封封隔器，之后在油管与套管的环空加10～20MPa的平衡压力，最后在井口从油管内投棒撞击引燃。该方法采用撞击起爆器方式，也存在受限于井斜角问题，不适合大斜度井的实验或作业，此外采用封隔器进行密封，存在井下憋压管柱受损、封隔器解封困难等风险。同时管柱由于未有系列安全设计，存在管柱扭曲变形、卡钻等风险，因此，据文献报道不适合于裸眼井作业。

方法五：“多分支水平井裸眼射孔工艺”井下实验及应用方法

该方法是据今年代最近、目前较接近于专利技术方法，据《低孔低渗油气藏多分支水平井裸眼射孔工艺技术研究与应用》(李三喜，田继宏，闫波等.中国海上油气，2013，25(2)：74-78)文献报道，它采用外置式复合射孔技术、多级脉冲复合射孔技术，同时采用油管加压作业，并设计了单流阀、丢枪装置等安全工具，并用于4500m井深的井作业。它有效解决了裸眼井作业井深和井斜问题，同时验证了油管输送也可应用于裸眼井中，并设计了一些安全工具。但该方法侧重点在射孔，射孔孔密大、穿深长，射孔弹药用量多，火药用量小，火药仅为加强射孔效果，因此，瞬间起压更高。此外，对于火药耐温为160℃，并对火药燃烧速度、火药力未有系统安全限制，也易产生高压力和短缝。管柱上也未考虑起爆瞬间的冲击压力变化，还存在一定安全隐患。也无射孔参数限制、火药限制、安全压力限制和管柱综合安全性考虑，同时未对作业前后井径变化进行测量研究。

综上所述，目前国内缺少一种裸眼井爆燃压裂井下实验方法，即为裸眼井实施爆燃压裂技术提供一种井下实验方法，适用于500～5000m井深、井斜角不限、地层压力不大于75MPa、地层温度不大于200℃的裸眼井爆燃压裂井下实验。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种裸眼井爆燃压裂井下实验方法，该方法为裸眼井实施提供有效实验保障，并贴合现场作业井情况，进一步突破了常规实验方法对井深、井斜、压力、温度等条件限制，减少爆燃压裂产生的巨大能量对裸眼井井筒造成的风险，同时解决爆燃压裂产生的高温高压气体不易进入储层问题，提高了裸眼井爆燃压裂的安全性和有效性，并为裸眼井爆燃压裂实施提供了充足依据。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种油管传输爆燃压裂作业管柱，包括用于主体连接的油管及变扣，所述油管从上到下依次设有震击器、单流阀、减震器、丢枪装置、压力开孔起爆器、射孔枪、下挂火药压裂枪和P-T测试装置。所述的震击器、单流阀、减震器、丢枪装置用于确保油管传输爆燃压裂作业管柱在起下管柱过程、作业过程、卡钻过程的管柱安全，其中减震器数量为1～4个，震击器、单流阀、丢枪装置数量为1个。

一种裸眼井爆燃压裂井下实验方法，包括以下步骤：

(1)规划实验方案，包括作业段储层参数录入、射孔枪及射孔弹选择、火药选择、施工工具选择、模拟计算峰值压力及控制安全压力；

(2)在实验井中起出原井生产管柱，并将实验井处理干净；

(3)进行井径测试：利用井径仪测量实验井井眼直径的变化，记录预定作业深度附近20m以内井眼直径的数据；

(4)在实验井中下入所述油管传输爆燃压裂作业管柱至预定作业深度，同时在油管传输爆燃压裂作业管柱中灌满水；

(5)将油管传输爆燃压裂作业管柱与地面作业泵连接后打压，进行爆燃压裂；

(6)在实验井中起出油管传输爆燃压裂作业管柱；

(7)重复进行步骤(3)的井径测试，通过对比爆燃压裂作业前后实验井井眼直径的数据变化，获得垂直井径变化范围和井径最大变化率情况；

(8)检测P-T测试装置的峰值压力情况；

(9)根据实验结果，建立“储层参数-井下峰值压力-井径变化”相关性数据库文件。

进一步的，步骤(1)中的储层参数录入包括实验井斜深和垂深、作业段长度和井斜角、储层参数；射孔枪及射孔弹选择包括射孔枪尺寸、射孔枪抗压等级选择和射孔弹选择；火药选择包括火药类型选择、火药参数选择、装药方式选择；施工工具选择包括油管传输爆燃压裂作业管柱所述的震击器、单流阀、减震器、丢枪装置、压力开孔起爆器、射孔枪、下挂火药压裂枪和P-T测试装置；模拟计算峰值压力及控制安全压力包括采用不同火药用量进行爆燃压裂峰值压力预测，并进行压力安全控制，压力安全控制范围为1.1～1.5倍地层破裂压力。

进一步的，所述储层参数包括渗透率、孔隙度、杨氏模量、泊松比、地层压力和破裂压力；所述射孔弹选择包括孔密、孔径、穿深和火药量；火药参数选择包括火药尺寸、火药力和火药燃烧速度。

进一步的，步骤(7)中的垂直井径变化范围不超过作业实验井段长度的20％，井径最大变化率不超过爆燃压裂前井眼直径的5％，超过任意一个数据范围表示井径发生变化，即停止后续更大火药用量条件下的实验。

进一步的，步骤(9)中所述的“储层参数-井下峰值压力-井径变化”相关性数据库文件是指包含有实验井储层参数、井下峰值压力和爆燃压裂前后井径测试数据的文件，通过步骤(1)至步骤(8)的单组实验后，或重复实验后建立的汇总数据文件；通过上述文件可优选不超过井径变化的最大火药用量，同时为同类裸眼井爆燃压裂施工作业提供了充足依据。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1、突破常规实验方法或技术应用限制条件：适用于500～5000m井深、井斜角不限、地层压力不大于75MPa、地层温度不大于200℃的裸眼井爆燃压裂井下实验。

2、更加模拟现场实际情况：采用实验井进行井下实验，实验数据贴合现场作业井情况，为裸眼井实施提供有效实验保障。

3、解决了效果和风险两方面问题：通过火药选择和峰值压力模拟计算及压力安全控制，来确保限制峰值压力下的增产效果，采用建立井下测压和井径测试结合方式，解决裸眼井井壁坍塌风险问题。

4、提高了裸眼井爆燃压裂实验的安全性：采用震击器、单流阀、减震器、丢枪装置等工具组合，确保整体管柱安全性；通过低燃速、低火药力、粗尺寸火药，达到限制起裂峰值压力；通过提前峰值压力模拟计算及压力安全控制，进一步限制起裂压力；通过进一步降低射孔作用效果，采用低孔密、大孔径、低穿深的射孔方式，降低瞬时高压风险，同时解决爆燃压裂产生的高温高压气体不易进入储层问题。

5、为裸眼井爆燃压裂实施提供了充足依据：根据实验结果建立“储层参数-井下峰值压力-井径变化”相关性数据库文件，可根据作业井与实验井类似的储层参数和模拟井下峰值压力，来确定合适火药用量，确保对裸眼井井壁无影响。

附图说明

图1为本发明的油管传输爆燃压裂作业管柱示意图。

附图标记：1—作业段储层；2—裸眼井井眼；3—油管；4—变扣；5-震击器；6—单流阀；7—减震器；8—丢枪装置；9—压力开孔起爆器；10—射孔枪；11—射孔弹；12—下挂火药压裂枪；13—火药；14—P-T测试装置

具体实施方式

为使本发明更容易被清楚理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

一种油管传输爆燃压裂作业管柱，包括用于主体连接的油管3及变扣4，油管3从上到下依次设有震击器5、单流阀6、减震器7、丢枪装置8、压力开孔起爆器9、射孔枪10、下挂火药压裂枪12和P-T测试装置14。

一种裸眼井爆燃压裂井下实验方法，适用于500～5000m井深、井斜角不限、地层压力≤75MPa、地层温度≤200℃的裸眼井爆燃压裂井下实验，包括以下步骤：

步骤一，实验方案设计；包括作业段储层1的参数录入、射孔枪10及射孔弹11选择、火药13选择、施工工具选择、峰值压力模拟计算及压力安全控制。

步骤二，在实验井中起出原井生产管柱，并将井筒处理干净；

步骤三，进行井径测试：利用井径仪来测量裸眼井井眼2直径的变化，需要重点记录预定作业深度附近20m以内裸眼井井眼2直径的数据。

步骤四，下入油管传输爆燃压裂作业管柱至预定作业深度，同时在作业管柱中灌满水；

步骤五，将油管传输爆燃压裂作业管柱与地面作业泵连接后打压，进行爆燃压裂；；

步骤六，起出油管传输爆燃压裂作业管柱；

步骤七，重复进行步骤三的井径测试，并进行数据对比；数据对比是指通过对比爆燃压裂前后裸眼井井眼2直径的数据变化，获得垂直井径变化范围和井径最大变化率情况。

步骤八，检测P-T测试装置14的峰值压力情况，P-T测试装置为可记录单位时间内井筒中爆燃压裂瞬时压力的存储式测试装置，耐压150MPa，测量密度为50μm，并具有较好抗震性，可重复进行测试；

步骤九，根据实验结果，建立“储层参数-井下峰值压力-井径变化”相关性数据库文件。

油管传输爆燃压裂作业管柱中的震击器5、单流阀6、减震器7、丢枪装置8工具部件主要用于确保爆燃压裂作业管柱在起下管柱过程、作业过程、卡钻过程的管柱安全，其中震击器5、单流阀6、丢枪装置7数量为1个，根据峰值压力大小和作业井深，减震器7数量可为1～4个。

步骤一中的储层参数录入包括实验井斜深和垂深、作业段长度和井斜角、储层参数(渗透率、孔隙度、杨氏模量、泊松比、地层压力、破裂压力)；射孔枪10及射孔弹11选择包括射孔枪尺寸、射孔枪抗压等级选择和射孔弹选择(孔密、孔径、穿深、火药量)，该组工具用以解决爆燃压裂产生的高温高压气体不易进入储层问题，为了减少射孔瞬时高压力对裸眼井筒的影响，本实施例使用孔密8-10孔/m、孔径12mm以上、穿深800mm以下的射孔方式；火药13选择包括火药类型选择、火药参数选择(火药尺寸、火药力、火药燃烧速度)、装药方式选择，使用耐压75MPa、耐温200℃、不溶于油或水的火箭推进剂火药，且参数上尽可能选择粗尺寸、低火药力和低燃烧速度的火药，推荐参数为外径尺寸70～110mm、火药力670KJ/Kg以上、燃烧速度6mm/s(6MPa)以下，以上参数可进一步扩宽实验井应用范畴，跟其它火药相比，可保证在同等火药用量下，产生低峰值压力和长裂缝，兼顾效果和安全，装药方式推荐采用下挂火药压裂枪12装药方式，确保足够的爆燃压裂火药量下的多组实验，并避免复合装药或袖套装药方式同等用量下易产生高压力风险；施工工具选择主要包括油管传输爆燃压裂作业管柱所述的震击器5、单流阀6、减震器7、丢枪装置8、压力开孔起爆器9、射孔枪10、下挂火药压裂枪12和P-T测试装置14，工具需要满足井筒尺寸和抗压两方面条件；峰值压力模拟计算及压力安全控制包括采用不同火药用量进行爆燃压裂峰值压力预测，并进行压力安全控制，压力安全控制范围为1.1～1.5倍地层破裂压力。

步骤七中的垂直井径变化范围建议为不超过作业井段长度的20％，井径最大变化率不超过爆燃压裂前井眼直径的5％，超过任意一个数据范围则表示井径发生变化，即可停止后续更大火药用量条件下的实验。

步骤九中的“储层参数-井下峰值压力-井径变化”相关性数据库文件是指包含有实验井储层参数、井下峰值压力和爆燃压裂前后井径测试等数据的文件，通过上述步骤一至步骤八的单组实验后，或多次重复实验后建立的汇总数据文件。通过该文件可优选不超过井径变化的最大火药用量，同时可为同类裸眼井爆燃压裂施工作业提供了充足依据。

本发明实验方法适用于500～5000m井深、井斜角不限、地层压力不大于75MPa、地层温度不大于200℃的裸眼井爆燃压裂井下实验。该方法为裸眼井实施提供有效实验保障，并贴合现场作业井情况，进一步突破了常规实验方法对井深、井斜、压力、温度等条件限制，减少爆燃压裂产生的巨大能量对裸眼井井筒造成的风险，同时解决爆燃压裂产生的高温高压气体不易进入储层问题，提高了裸眼井爆燃压裂的安全性和有效性，并为裸眼井爆燃压裂实施提供了充足依据。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种裸眼井爆燃压裂井下实验方法，爆燃压裂作业管柱包括用于主体连接的油管及变扣，所述油管从上到下依次设有震击器、单流阀、减震器、丢枪装置、压力开孔起爆器、射孔枪、下挂火药压裂枪和P-T测试装置，其特征在于，包括以下步骤：

（1）规划实验方案，包括作业段储层参数录入、射孔枪及射孔弹选择、火药选择、施工工具选择、模拟计算峰值压力及控制安全压力；

（2）在实验井中起出原井生产管柱，并将实验井处理干净；

（3）进行井径测试：利用井径仪测量实验井井眼直径的变化，记录预定作业深度上下20m以内井眼直径的数据；

（4）在实验井中下入油管传输爆燃压裂作业管柱至预定作业深度，同时在油管传输爆燃压裂作业管柱中灌满水；

（5）将油管传输爆燃压裂作业管柱与地面作业泵连接后打压，进行爆燃压裂；

（6）在实验井中起出油管传输爆燃压裂作业管柱；

（7）重复进行步骤（3）的井径测试，通过对比爆燃压裂作业前后实验井井眼直径的数据变化，获得垂直井径变化范围和井径最大变化率情况；

（8）检测P-T测试装置的峰值压力情况；

（9）根据实验结果，建立“储层参数-井下峰值压力-井径变化”相关性数据库文件。

2.根据权利要求1所述一种裸眼井爆燃压裂井下实验方法，其特征在于，步骤（1）中的储层参数录入包括实验井斜深和垂深、作业段长度和井斜角、储层参数；射孔枪及射孔弹选择包括射孔枪尺寸、射孔枪抗压等级选择和射孔弹选择；火药选择包括火药类型选择、火药参数选择、装药方式选择；施工工具选择包括油管传输爆燃压裂作业管柱所述的震击器、单流阀、减震器、丢枪装置、压力开孔起爆器、射孔枪、下挂火药压裂枪和P-T测试装置；模拟计算峰值压力及控制安全压力包括采用不同火药用量进行爆燃压裂峰值压力预测，并进行压力安全控制，压力安全控制范围为1.1~1.5倍地层破裂压力。

3.根据权利要求1所述一种裸眼井爆燃压裂井下实验方法，其特征在于，所述储层参数包括渗透率、孔隙度、杨氏模量、泊松比、地层压力和破裂压力；所述射孔弹选择包括孔密、孔径、穿深和火药量；火药参数选择包括火药尺寸、火药力和火药燃烧速度。

4.根据权利要求1所述一种裸眼井爆燃压裂井下实验方法，其特征在于，步骤（7）中的垂直井径变化范围不超过作业实验井段长度的20%，井径最大变化率不超过爆燃压裂前井眼直径的5%，超过任意一个数据范围表示井径发生变化，即停止后续更大火药用量条件下的实验。

5.根据权利要求1所述一种裸眼井爆燃压裂井下实验方法，其特征在于，步骤（9）中所述的“储层参数-井下峰值压力-井径变化”相关性数据库文件是指包含有实验井储层参数、井下峰值压力和爆燃压裂前后井径测试数据的文件，通过步骤（1）至步骤（8）的单组实验后，或重复实验后建立的汇总数据文件；通过上述文件选择不超过井径变化的最大火药用量，同时为同类裸眼井爆燃压裂施工作业提供了充足依据。

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