射孔损害机理研究

在实验室条件下(井压为6．9MPa、孔隙压力为10．3MPa、围压为31．0MPa)对贝雷砂岩靶进行负压射孔、流动测试。射孔实验后对贝雷砂岩靶进行了核磁共振等实验,结合聚能射孔弹产生射流的特点,分析了射孔孔道的形成过程及射孔损害机理。通过该研究进一步提高了对射孔损害的认识。     

聚能射孔弹在不同砂岩上的射孔效果研究

在实验室条件下，用同种聚能射孔弹在3种不同砂岩上进行负压射孔，然后进行流动测试。通过实验结果的对比分析，揭示了同种聚能射孔弹在不同砂岩上形成的孔道体积、损害程度不同，而组成砂岩的颗粒、胶结物性质的差异是造成这种现象的主要原因。通过研究对聚能射孔弹在不同砂岩上产生的射孔损害有了进一步的认识，希望为射孔优化设计提供理论依据。     

射孔压实带研究

聚能射孔弹射孔后产生射孔孔道 ,同时形成射孔压实带 ,压实带是射孔损害最重要的组成部分 ,严重影响油井产能。用实验手段对压实带进行了研究 ,实验用靶为标准贝雷砂岩靶 ,在APIRP4 3(第五版 )标准中第四章的标准实验条件下进行负压射孔 ,并进行流动测试。射孔流动实验后对靶体做了核磁共振、扫描电镜、电子探针、粒度分析等实验。结果证实 ,压实带区域颗粒接触紧密 ,孔隙连通性变差 ,小碎屑大量增加 ;由孔道入口到顶端压实带颗粒直径有增大的趋势 ,表明射孔损害程度降低 ;压实带中未发现爆轰残留物 ,杵体的主要成份为铜的氧化物。研究工作不仅进一步认识了压实带 ,并对聚能射孔弹的研制、射孔参数的优化设计提供了指导     

射孔和改善油气层的方法及其装置

射孔和改善油气层的方法和装置的作用是在套管井与地层之间形成液体通道。装有推进剂的壳体紧套在下井装置的射孔弹架周围、依靠射孔弹爆炸所产生的冲击波、热能或压力将推进剂物质点燃，推进剂物质燃烧产生的气体对射孔弹爆炸后，聚能射流所形成的射孔通道进行清理并扩展地层与井筒之间的液体对流通道。     

三级装药多脉冲射孔技术

常规复合射孔技术将聚能射孔与火药结合,在射孔的同时进行高能气体压裂,有效地破碎射孔孔道压实带;但其只装配了一级火药,火药燃烧产生的能量偏低,有效作用时间短,常规复合射孔效果受限于装药量和压力脉冲级数。三级装药多脉冲射孔技术通过增加火药级数,控制不同级次的火药燃速,形成多个高能气体压裂脉冲,压力峰值高,有效作用时间长。该技术提高了对近井带的改造程度,能实现井筒周边2 m以上造缝、延缝,增强了地层的渗流能力,为非常规油气开采提供了新的思路。     

平衡射孔与负压射孔的对比

聚能射孔弹射孔造成的地层伤害会限制井的产能。目前 ,负压射孔已逐渐成为减少这种地层伤害的最常用方法。采用负压射孔的目的是防止完井液中的微粒渗滤到地层 ,但同时人们也认为 ,负压冲击回流能将造成地层伤害的微粒从射孔孔道及其周围岩石中冲刷出来 ,从而形成一个干净、畅通的孔道。为了提供更好的设计指南 ,以满足负压射孔条件的需要 ,有必要了解射孔降低渗透率的机理 ,以及负压是如何克服它的     

不同靶体对同孔重复射孔穿孔性能影响试验

利用聚能射孔弹在不同靶体上进行同孔重复射孔,研究靶体对射孔效果的影响.DP44RDX38-3型聚能射孔弹放置在钢靶上射孔,向孔道内注满清水,对准孔道重复射孔.初次平均射孔深度148 mm,第2次、第3次同孔重复射孔后平均穿孔深度较初次射孔分别增加4.1％、15.3％,平均孔径分别增加11.1％、11.6％.DP44RDX38-3型聚能射孔弹在砂岩靶上初次平均射孔深度378 mm,第2次、第3次同孔重复射孔后平均穿孔深度分别增加22.8％、32.0％,平均孔径分别增加40.8％、72.7％.HS44RDX39-1型聚能射孔弹第2次、第3次同孔重复射孔后平均穿孔深度、平均孔径增加明显.液体-固体组合靶射孔穿孔深度随孔径的增加而增加.重复射孔时,金属射流通过注满清水的初次形成的孔道时,需要克服水、孔道壁的影响,径向扩展孔道壁以减小射流受到的反作用力的影响,有利于进一步提高穿孔深度;不同靶体对射流的影响不同,对同孔重复射孔形成的穿孔深度、平均孔径增加程度的影响也不同.研究成果有助于加深对射流开孔、扩孔过程及影响因素的认识,为研制新聚能射孔弹产品、探索新射孔工艺提供参考.     

高能复合射孔技术及其在低孔低渗储层中的应用研究

高能复合射孔技术将射孔与高能气体压裂解堵融为一体,用导爆索对射孔弹及复合固体推进剂同时点火,射孔弹沿不同相位爆轰射孔,可有效克服常规聚能射孔的穿深浅、无法突破近井污染带、存在压实伤害等缺陷,可有效破除常规聚能射孔在岩石基体中产生的压实带.固体推进剂爆燃产生的高压气体沿射孔孔眼压裂地层,在近井带形成的高导流孔缝网络,可大大提高射孔孔道附近地层的渗透率,大幅度增加渗流面积,改造低渗储层的效果比常规射孔技术更为明显.文中的现场应用效果表明,该技术增产增注效果明显、安全可靠、成本低,对提高低孔低渗油气田产能的效果显著.     

聚能射孔弹侵彻性能评价方法

为弥补射孔打靶物理试验的不足,完善聚能射孔弹优化设计方法,基于爆炸冲击动力学分析程序AUTODYN,采用Lagrange算法建立了聚能射孔弹侵彻性能评价数值方法,研究了聚能射流侵彻过程混凝土靶孔道形态及射孔枪/套管/靶体的动态响应。与室外打靶试验相比,混凝土靶体孔深数值分析误差为4.27%,孔径数值分析误差为5.26%,数值结果可靠;根据射孔弹侵彻过程动态仿真结果数据,可得到射孔枪/套管的穿孔形态、毛刺高度、混凝土靶损伤程度与压实带厚度等关键数据,为射孔弹优化设计及型号优选提供依据。     

激光技术在射孔和裸眼井多级压裂中的应用

采用聚能射孔弹射孔会造成地层损害,降低地层渗透率。新型光纤激光射孔不会产生细碎屑堵塞孔隙喉道,能有效增加岩石的孔隙度和渗透率;在水平井压裂中激光器不受地层原地层应力的影响,在水平段目的层开槽生成纵向洞眼,辅助裂缝的形成。激光射孔通过提高激光器功率,使岩石温度不断增加直至超过岩石熔点,岩石熔化或产生蒸发形成孔道。激光射开洞眼时在洞眼周围熔化状态下的岩石能够生成一种类似于陶瓷的熔化层,     

复合射孔爆炸与燃烧机理数值模拟分析

为了研究复合射孔爆炸与燃烧机理,建立了复合射孔有限元模型,利用LS_DYNA软件对模型进行了显性动力学数值计算,得出了射孔弹爆炸后枪身内产生的压力、温度分布情况。射孔弹爆炸后枪身内的压力和温度呈非均匀分布;时间越长、距起爆点距离越远时,冲击波、稀疏波在空气介质中形成的压力值越小。对弹间火药进行了冲击敏感性实验和热点火实验,在实验基础上,联系数值分析结果确定了枪身内火药的点火方式。通过实验得出弹间火药的热点温度在300～350℃之间;冲击敏感性为2.07～2.65GPa,延迟期为4μs。分析了枪身内射孔弹爆炸与火药燃烧耦合作用下火药燃烧性能和枪身内的压力的变化规律。火药的燃烧速度随压力、温度的升高而增快。p-t显示研究得出的复合射孔爆炸与燃烧机理具有较高的准确性。     

双复射孔器

分析了现有射孔器存在的问题。论述了复式射孔枪和射孔弹的原理结构。双复式射孔器主要由复式射孔枪、复式射孔弹两部分组成。复式射孔枪是由内枪和外枪双层枪组合而成，可以尽量减薄枪壁的厚度并解决枪体胀径超标问题。外枪采用小直径薄底盲孔，以减小射流通过盲孔的能量损耗，不预制泄压孔；内枪采用全封闭结构，以实现复式射孔弹能量的集束释放。复式射孔弹是由增效头（内装火药）与肩台装药式射孔弹两部分同轴组合而成。复式射孔弹拉近了射流峰压与火药燃气峰压的时差，加速了火药燃气脉冲沿射流方向同轴加载的过程。射孔弹采用肩台式装药，进而增强扩孔造缝的威力。因为该型射孔器既可以适当扩大枪径，又具有穿孔深、孔容大、造缝、解堵力强、减小对套管损伤等特点，因此提出在新井（或新层）特别是中、低渗透油层中射孔，应当首选双复式射孔器。     

定面射孔套管结构动态响应分析及应用

定面射孔技术采用特殊的布弹方式,能在垂直于套管轴向同一横截面上形成多个射孔孔眼,改变井筒内同一横截面的井周地应力分布,制造射孔孔眼应力集中。它在造成地层应力集中和控制裂缝走向的同时也造成了套管局部应力集中,降低了套管的剩余强度。以解决定面射孔套管剩余强度评价和保障后续作业安全为目的,采用静力学分析、动力学响应仿真和试验测试相结合的方法,对定面射孔套管剩余强度综合分析研究,提出了以最大危险区域应力分布为依据的套管静力学剩余强度表达方法和以套管塑性应变区域体积与分布的套管结构剩余强度动力学响应表达方法,得到了不同参数下定面射孔的套管剩余强度。该技术的试验和应用为保障套管及井筒安全、大规模推广应用定面射孔技术奠定了坚实基础。     

双复射孔器性能实验研究与应用

双复射孔器由复式射孔枪和复式射孔弹组成。双复射孔器有2种系列,一种是射孔弹前仓配未装火药的适用于高渗透油藏的复式射孔器;另一种是射孔弹前仓配装火药的适用于中低渗透油藏的双复式射孔器。由于采用了复式射孔枪和复式射孔弹结构,使射孔弹和火药能量得到充分利用,与一般的枪径及弹型的射孔器比较,其穿孔深度提高7%以上,孔容提高10%以上。经地面枪体胀径实验、固弹方式、穿深对比实验证实,双复射孔器枪体胀径符合标准,固弹方式牢靠,其性能明显优于其他类型的射孔器。该项成果已在胜利油田应用400多口井,见到良好的效果。     

射孔侵彻过程固井水泥环损伤影响因素分析

射孔是连通油层与井筒的主要手段之一,射孔起爆产生的聚能射流在侵彻过程中会破坏水泥环的完整性,影响油井安全。为了分析射孔过程水泥环的损伤程度及其影响因素,建立了水泥环损伤分析数值模型。采用ALE算法描述射孔弹药型罩,模拟高速金属射流的非线性大变形; 采用Lagrange算法描述套管-水泥环-地层,模拟动态冲击载荷作用下水泥环的力学响应; 获得了评价水泥环损伤程度的塑性应变等关键数据。通过室内物理试验,验证了模型的有效性,并在此基础上,基于正交试验方法设计数值模拟方案,定量分析了水泥环损伤的影响因素及其影响规律。研究结果表明,水泥环材料参数及射孔弹装药量是影响水泥环损伤程度的主控因素,水泥环强度影响权重最大,水泥环厚度与射孔弹装药量次之; 聚能射孔侵彻过程中,水泥环表现出明显的脆性特征,随着影响参数的变化,损伤程度非线性变化。研究结果对合理选择射孔参数,完善水泥环抗损措施具有一定参考。     

沼气制油橇装装置的燃爆风险分析与优化设计

基于经济和技术可行性方面的考虑,沼气制油通常都采用小型模块式橇装化装置,但目前对于该类橇装装置的燃爆风险与优化设计方面的研究极少。为此,以某沼气制油橇装化装置为研究对象,采用HYSYS软件模拟沼气制油生产中可燃气体的动态泄漏过程,计算在过程控制系统干预下的动态气体泄漏速率,进而结合计算流体力学软件(FLACS)预测不同橇装模块(以下简称橇块)的安全间距、不同保护隔板排布方式下的爆炸强度和影响范围。研究结果表明:①增大橇块间的安全间距可以明显降低气云爆炸火焰传播造成的湍流扰动,其中爆炸远端压力监测板的爆炸超压最大值(p_(max))在安全间距为3 m时为721.1 Pa,在安全间距为9 m时则降低为83.68 Pa;②其他变量一致时,点火源位于橇块内部产生的p_(max)值大于两橇块之间;③在橇块两侧加保护隔板会加剧可燃气体爆炸后的超压,在装置实际工况下50 mm大孔动态泄漏导致的p_(max)值为5.784 kPa。结论认为,在橇块单侧增加保护隔板,可以在起到泄压作用的同时降低爆炸伤害(该排布方式不会产生过高爆炸超压);橇块间安全间距设置为6 m或者更大,可以在降低爆炸伤害的前提下尽可能节省装置的空间占位。     

气藏储层含束缚水的应力敏感性分析

在气藏开采过程中,由于气体的产出引起了孔隙流体压力降低,在巨大的上覆岩层压力下,岩石变形,孔隙度降低和孔隙喉道体积缩小,部分束缚水释放形成自由水并随着气体产出。这说明在岩石变形过程中,孔隙中的束缚水体积是缩小的,同时也合理地解释了某些气井在产量增加的过程中出现产水的现象。而储层岩石变形后其束缚水饱和度是增加的,这主要是由于储层岩石孔隙及喉道体积缩小的同时,也增加了孔隙及喉道中毛管力的缘故。因此,气藏储层束缚水的应力敏感性是存在的,且束缚水体积及束缚水饱和度与岩石有效应力之间的变化关系为指数关系。     

射孔新技术在川西地区的应用

在川西地区开展的直井定方位射孔、多脉冲复合射孔等射孔新技术.定方位射孔利用偶极声波测井各向异性处理结果和地层倾角测井的双井径资料估算地层应力方向,依据压裂资料对区域地应力进行评价.多脉冲复合射孔器采用三级增效火药,一次施工完成射孔和高能气体压裂2道工序.其突破了常规聚能射孔的局限性,有效降低了致密砂岩地层破裂压力,克服钻固井污染和射孔压实污染,沟通地层原生裂缝.对具有岩性致密、裂缝控气和高地层破压地质特征的川西中深层气藏的勘探开发有明显的作用.阐述了上述射孔新技术的原理,并对其应用情况进行了介绍.     

射孔器参数的优化设计方法

随着射孔技术的发展,对射孔器相关参数设计的要求越来越高。文中介绍了几种国内外射孔器相关参数的优化设计方法,对国内外所用的大孔径、高孔密射孔器进行了对比分析,同时还对相位角优化设计做了简单介绍。在高孔密、大孔径射孔器的设计中,为了使用最小外径的射孔弹,要对聚能罩开口端进行最小外径设计;为避免弹间干扰,要保证导爆索的中央与枪身中线的距离不大于枪身内径的10％。射孔器参数的优化设计主要是对射孔弹相位角进行优化,使射孔孔眼间距最大化,避免连接带的断裂。井筒半径、孔密、枪型都能决定孔眼间的最大距离。