自清洁射孔技术在渤海油田的应用

张艺耀，李 进，冯 硕，孙帅帅，谭绍栩

(中海石油(中国)有限公司 天津分公司，天津 300459)①

随着油田的不断开发，因注采不平衡等因素，渤海油田部分区块沙河街组常压储层压力亏空较为严重。渤海油田沙河街组常压储层通常采用常规射孔弹，使用平衡射孔、负压返涌的射孔方式进行射孔作业[1-5]。常规射孔弹最初采用铜板罩，穿深浅还有杵堵问题，后来采用金属合金粉末罩，增加了混凝土靶穿深性能，追求穿深的同时孔道也变得细长，并且射流侵彻形成孔道时会破碎和压实周围的岩石，产生厚约0.64～1.27 cm的压实带，导致渗透率下降到原始渗透率的7%～20%，并且部分岩石碎屑和金属粉末会残留在射孔形成的孔道内，增大了地层流体流向井筒的流动阻力，影响了油井产出效果[6-8]。储层压力的亏空直接影响了射孔时的负压放喷对孔道的清洁效果，降低了对压实带的破坏、对孔道的清洗及孔道碎屑的排出；降低了孔道的渗透率，增加了表皮系数，影响油井射孔后的产能。为了更好地降低表皮系数，最大程度释放油藏产能，针对储层压力亏空严重的油井，采用自清洁射孔技术。该技术可有效清洁射孔孔道，从而改善导流能力。

1 自清洁射孔技术

1.1 自清洁射孔弹结构

自清洁射孔弹由壳体、炸药、含能材料和金属药型罩组成，如图1所示。和常规射孔弹相比，自清洁射孔弹主要是通过在常规射孔弹弹药中添加一种类似反应破片的含能材料，在射孔过程中既能保证足够的射孔深度，又能达到消除污染的目的。

1—壳体；2—炸药；3—含能材料；4—金属药型罩。

1.2 自清洁射孔原理

常规射孔弹射孔会在孔道周围形成一定厚度的压实带，并不可避免地留下一些射流残体，射孔压实带和射流残体的存在会降低孔道的渗透率，如图2所示。

图2 常规射孔弹孔道效果示意

自清洁射孔弹通过在金属药型罩内加入特殊的含能材料，射孔过程中，金属组合和含能材料随着射孔弹产生的射流进入射孔孔道内，含能材料在极短的时间内产生强烈的反应，释放的能量使孔道内的压力升高，产生反向的涌流流入井筒，清洁孔道的压实带。含能材料反应产生的大量气体和热量改善压实带渗流特性，并将孔道内脱落的岩石碎屑和金属粉末从整个孔道清除，并且在孔道末端产生裂缝。以此优化流通通道，实现清洁孔道、提高导流能力的目标[9-10]，如图3所示。

图3 自清洁射孔弹孔道改善效果示意

1.3 贝雷砂岩靶流量测试试验

贝雷砂岩靶流量测试对比试验如图4、表1所示。与普通深穿透射孔弹相比，自清洁射孔弹依靠专有的药型罩技术，射孔孔容增加110.9 %，流量增加17 %，射孔孔道清洁，末端有明显裂缝。

图4 贝雷砂岩靶流量测试试验

表1 贝雷砂岩靶流量试验数据

1.4 API混凝土靶射孔参数对比试验

模拟装127型射孔枪混凝土靶试验条件，采用常规SDP45HMX39-3型超深穿透射孔弹和SDPR45HMX39-1型自清洁超深穿透射孔弹进行API混凝土靶试验，对比2种射孔弹穿深、孔径及射孔弹起爆后产生的碎屑，如表2～3所示。

表2 API混凝土靶对比试验数据

表3 自清洁与常规超深穿透射孔弹起爆后产生碎屑量

由表2～3可知，自清洁高温超深穿透射孔弹与常规高温超深穿透射孔弹相比，套管平均穿孔孔径、射孔枪平均穿孔孔径同比提高11.3%和14.15%，自清洁射孔弹较常规超深穿透射孔弹起爆后产生的碎屑大幅降低。

1.5 自清洁射孔技术特点

自清洁射孔技术可实现在射孔孔道形成后的极短时间内产生高温高压气体，将孔道压出若干微裂缝，并使孔道内的气流反向喷向井筒，优化了流动通道，实现射孔过程中对孔道的高度清洁，从而改善导流能力。

1) 孔道压裂及清洁效果较常规射孔弹更好。含能材料的全部能量直接作用在射孔孔道内部，产生压裂、冲刷和反涌作用，能量集中，压裂和清洁效果好。

2) 孔道渗流面积更大。自清洁射孔弹的穿孔深度与同型号普通射孔弹相当，但有效穿深(无射流残体堵塞部分的深度)和孔道直径增大，相应孔容、孔内渗流面积增加，有利于提高孔眼流动效率。对于生产井可降低生产压差，减少出砂。

3) 组装程序与常规弹相同。由于自清洁射孔弹仅是在其内部加入了特殊材料，其外形与普通射孔弹相同，使用装配与普通射孔弹毫无差别，所以其操作简便，使用范围不会受到限制，作业成本也不会增加。

4) 安全性高。含能材料是随聚能射流进入射孔孔道后才释放能量，不会对射孔枪和套管等造成伤害，不会增加射孔作业的风险，且射孔枪外表面及套管内壁毛刺高度大幅降低，射孔枪提升难度降低，大幅降低了遇卡事故的发生概率，提升了作业的安全系数。

2 现场应用

M井和K井为渤海湾南部X油田沙河街常压井，该油田压力系数1.01，温度梯度为3.26 ℃/100m，属正常压力和温度系统。该油田自投产以来，因注采不平衡等因素，沙河街储层压力出现了不同程度的衰减。M井是一口沙河街组采油井，井深3 316 m，射孔段3 081.3～3 247.6 m，采用平衡射孔负压返涌+优质筛管简易防砂工艺，共4层防砂段，采用Y分生产管柱生产，初期配产60 m3/d。K井是一口沙河街组先期排液注水井，井深3 339 m，射孔段2 925.1～3 225.9 m，采用平衡射孔负压返涌+177.8 mm(7英寸)分层封隔器工艺，共4层，采用Y分生产管柱生产，初期配产46 m3/d。

根据作业经验，TCP射孔的射孔枪外径与套管内径的间距为25.4 mm(1英寸)最理想，此时枪的对中效果较好，且能充分发挥聚能射孔弹的聚能效果，但同时考虑负压作用产生的地层砂返吐可能造成的枪身砂卡，177.8 mm(7英寸)尾管选用114.3 mm(4英寸)射孔枪。射孔弹的选择要考虑到射孔枪的尺寸和井底温度以及射孔弹在井下停留的时间，选用HMX射孔弹可以满足射孔枪下到井底后，各项作业以及其它复杂情况所造成的时间附加量。射孔孔径的选择与完井工艺有重要的关系，防砂完井要求大孔径，孔道的流动面积大，减少油气流动的阻力和速度，有利于提高产能和减少出砂。射孔优化设计是为了获得最高的油气井产能。根据油气层的岩性结构特性和流体类型特点，结合钻井污染程度、可供选择的射孔器材类型和不同条件下射孔参数对产能的影响程度，优化组合射孔参数使油气井获得最高产能[11-15]。

沙三段的定向井均为177.8 mm(7英寸)套管完井，因此全部采用114.3 mm(4英寸)射孔枪，相应射孔参数对产能比的影响如图5。对于致密储层，射孔穿深对产能的影响最大，表现出穿深的重要性。

图5 沙河街组储层射孔参数敏感性分析

综合完井工程质量控制标准，设计X油田射孔参数如表4所示。该要求为最低要求，在满足要求的基础上，尽量选择深穿透射孔弹。

表4 沙河街组射孔设计参数

为此，M井和K井选用SDPR45HMX39-3型自清洁射孔弹型，穿深1 503.7 mm、 孔径12.2 mm，如表5所示。

表5 射孔器材参数

通过M井和K井近1 a平均产油量分析，发现较之前相同油田层位的井产油量有明显改善，在地层压力亏空情况下，平均超出配产1.13倍，日增产原油119.32 m3，如图6所示。

图6 产油量对比

3 结论

1) 自清洁射孔技术有效解决了由于地层压力的衰竭，负压射孔时难以达到理想的放喷效果，造成对压实带破坏不彻底、孔道中的碎屑排除困难、流体流动效果不理想的问题，改善了导流能力，增产效果显著。

2) 自清洁射孔技术在渤海油田2口井的成功应用，为渤海油田沙河街常压储层后续的射孔作业提供了宝贵的经验及技术储备。

3) 建议针对渤海油田沙河街组亏空严重的储层采用自清洁射孔技术进行射孔作业，同时采用动态负压射孔等技术来优化流通通道，提高油井产能。