TUHA R&D水力喷射深穿透射孔技术研究及应用吐哈石油钻采工艺研究院2005年8月目录前言一、立项背景二、水力喷射深穿透射孔技术简介三、水力喷射深穿透射孔技术的优点及应用范围四、水力喷射深穿透射孔技术在吐哈油田的适应性分析及选井条件五、射孔工具改进研究六、现场应用效果和经济效益七、认识和结论八、存在问题及改进方向水力深穿透射孔技术研究及应用吐哈油田钻采工艺研究院（2005.8）摘要：水力深穿透射孔的井下工具主要由控制部分、喷射系统和冲孔部分组成。
它利用油管传输动力液，分别驱动井下两个不同的液马达，一个马达驱动铣刀完成套管铣孔开窗，另一马达实现地层径向钻孔实现深穿透射孔的目的，从而在油层和井筒之间建立一个直径大、长度长、清洁无污染的液流通道，同时将地层岩屑带走，套管和水泥环不会受伤害。
由此克服了炮弹射孔粉压作用造成的二次污染。
水力深穿透射孔技术，是低渗地层完井、地层改造、提高采收率的一项有效新技术，为油田提供了一种改变传统增产增注和改善剖面矛盾的新技术。
本文主要介绍水力射孔技术在吐哈油田的研究、应用情况及效果等。
主题词：水力深穿透射孔控制部分地面系统井下工具应用效果前言最早的水力射孔主要以喷嘴固定和套管对称割缝等形式来实现，但它们都有一个共同的缺点，喷嘴在井下不能径向移动延伸，射出的孔眼径向距离短，孔道尺寸形状不规则，对油井套管和固井水泥环都有不同程度的伤害或损坏，射孔达不到预期的目的和效果。
从20世纪80年代中期开始，先后在美国、加拿大逐步发展起来的一种新型射孔技术，虽然该技术在数十年的发展中，进行了多次技术升级，但归根到底不外乎以下两种主要模式：第一、套管冲孔＋高压水力喷射切割岩石射孔；第二、套管钻孔开窗＋水力地层径向钻孔射孔。
前者是最早研制开发的，高压水力喷射深穿透射孔技术的实质是完全利用水力作用，液压冲击头冲开套管，带软管的喷射头从冲击头的中心孔中径向向外伸出，以高压流体切割地层的方式完成射孔的。
该技术已经比较成熟，在美国已应用数百口油水井，取得了良好的效果。
1989年成立的Penetrator加拿大公司对前者进行了升级，且产品已经商品化，进入工业化应用阶段，其主要特点是降低了射孔系统工作压力，由原来的70MPa 降低到24-26MPa，提高了现场施工的安全性、可靠性。
它是在作业的过程中利用油管传输动力液，在地面控制压力的变化，进而控制井下射孔工具，用井下液压马达驱动钻头钻孔的方法在油层和井筒之间建立一个直径大、长度长、清洁无污染的液流通道，从而实现深穿透射孔的目的。
到目前为止，该技术已比较成熟，在加拿大、阿曼等国家的油田应用了数百口油水井，见到了明显增油增注的效果，平均增产增注1-3倍，最高可达10倍以上，尤其应用在致密的低渗透油藏效果更佳。
一、项目背景和目的意义（一）、项目背景1、随着油田开采的不断深入，采油逐渐由I类储层向II、III类储层转变，Ⅱ、Ⅲ类储层层薄、物性较差（有效渗透率≤5×10-3um2），不能形成有效驱替，动用程度仅为60%和40%，而常规技术很难有效改善Ⅱ、Ⅲ类层储层开采状况。
鄯善油田厚度小于5m的井层180层821.6m，丘陵油田薄层厚度占总射开厚度的18.7%，2001年剖面资料表明，不动用层中连通的85层284.3米，其中II、III类层有63层153.2米，95.2%为薄层，薄层压裂有效率仅为56.3%，平均单层增注量仅为6.2m3/d。
压裂虽然仍是油井增产的主要措施，但由于其改造的重点从渗透性相对较好的主力产层转为物性相对较差的差油层、薄油层和含水油层，改造的难度增加，压裂效果逐年变差，而且对分层选压和裂缝控制要求较高，这就需要发展和配套适应低渗、特低薄油层和含水油层的高效增产增注工艺技术。
2、油田进入中含水期以后，地层压力保持水平低，油井供液能力下降，产量递减快，部分注水井长期欠注，水驱动用程度相对较低，须加强注水，以提高水驱动用程度，而注水井薄层压裂有效率及单层增注量低。
鄯善、丘陵、温米三大主力油田注水能力低于生产能力，虽然历年来采取了大量的增注措施，但高速开采导致地层压力保持水平仍较低。
如表1.1所示，目前三大油田平均地层压力为20.4～23.8MPa，总压降2.8～6.3MPa，与合理压力保持水平相差0.5～2.9 MPa，而且，部分井组地层压力更低。
目前尚有一批注水井仍然欠注，而且有射孔工具部分注水井长期欠注，经多次压裂、酸化效果均不佳，特别是薄层和薄夹层的改造技术未获得突破，增注效果差。
另外，由于回注污水水质难以达到低渗透油田水质要求，对储层吸水能力造成了一定伤害，导致吸水能力和剖面动用程度下降。
3、部分低效区块尚未发挥潜力，储量动用程度低。
吐哈油田低效区块地质储量2750万吨，占开发动用储量的15.3％。
这些低效区块普遍存在水驱控制程度低、地层压力下降快、产量递减幅度大等问题。
鄯善油田西Ⅲ区、西山窑、西Ⅳ区、温米油田温西十、丘陵油田陵3西、巴喀西区等区块采油速度平均0.5%、采出程度平均5.82%，详见表1.2。
这些区块在目前的技术条件下，难以实现经济有效地开发，迫切需要采用非常规技术的水力深穿透射孔（径向钻孔）和连续油管喷射侧钻水平孔段等新技术来提高这些难采储量，实现经济地开发。
表1.1 吐哈三大主力油田压力系统状况表1.2 吐哈油区主力油田采油现状分析油田区块地质储量(104t)采出程度(%)综合含水(%)采油速度(%)水驱控制程度(%)鄯善西Ⅲ区161 7.4 39.7 0.51 53.4 西山窑174 8.5 84.4 0.06西Ⅳ区285 12.6 54.4 0.52 57.6温米米登380 15.85 65.13 0.42 67.7 温西十380 4.7 58.27 0.46 66.8丘陵陵3西263 6.68 29.66 0.68 48.8 巴喀西区710 7.15 60.0 0.44 55神泉白垩系105 1.34 7.46 0.30 衰竭侏罗系神1块122 1.22 4.3 0.14 注水侏罗系神102块29 3.1 0 0.18 注水侏罗系神104块9 4.64 0 0 衰竭侏罗系神2块16 1.04 0 0 衰竭红连2号J2q-J2s 116 1.81 52.58 0.09 衰竭合计2750（二）、目的和意义1、薄层或薄夹层改造，提高剖面动用程度；2、动用未动用的难采储量，保持油田持续稳产；3、降低难注入层注水压力，增加注入量；4、穿透油水井近井地带作业流体产图2.1 工作原理示意图循环阀 机械锚过滤器控制部分喷射系统冲孔部分油管 图2.2 井下射孔工具示意图生的污染带，恢复油井产能。
二、 水力喷射深穿透射孔简介如图2.1所示,水力喷射深穿透射孔技术是完全利用水力作用，液压冲击头冲开套管，带软管的喷射头从冲击头的中心孔中伸出，以高压流体切割地层，喷嘴与软管一起随着切割的加深逐渐前进，射孔深度达2米以上，大大超过了近井地层污染带，并克服了炮弹射孔粉压作用造成的二次污染，是低渗地层完井、地层改造、提高采收率的一项有效新技术。
1、 工具系统其井下工具主要由三部分组成，总长11. 0m ，最大外径φ116-118mm ，这些部分包括控制部分、喷射系统和冲孔部分见图2.2。
控制部分是整个射孔工具系统在井下动作的关键和控制中枢，它是一个液压驱动的换向阀，低压时，液力回缩喷射系统和冲孔器冲头，高压时，换向阀换向使喷射系统和冲孔器冲头外伸。
喷射部分和冲孔部分都是双作用水力活塞总成，可实现喷射部分外伸和回缩喷射软管及冲孔部分外伸和回缩冲头。
喷射软管是一个1／2″的高压铠装半刚软管，其前面带有一个喷嘴，喷射部分提供切割地层岩石的高压流体。
除了上述三个主要部分之外，还有机械锚定器、高压过滤器、循环阀等附件。
锚定器起射孔过程中锚定油管柱、防止其上下移动的作用；过滤器作用是将高压流体中的固体颗粒过滤掉；循环阀的作用是允许液体反循环或射孔完毕后排出油管的液体。
2、地面系统地面系统见图2.3，包括一台车载式柴油机动力的三缸柱塞高压泵、地面控制操作室、水罐车和回水罐等。
地面高压泵装在地面作业车上，其功能是向井下射孔系统提供连续不断的可控的高压工作流体，额定压力为70.3MPa，额定流量5-8m3/h,高压泵的吸入压力由一台离心泵提供，并在吸放前加一道过滤器，防止高压泵吸空。
通过地面控制室的操纵台，可控制整个施工过程的各动作；水罐车向地面高压泵提供水源；回水罐是用来回收从环空返出的液体，达到环保要求。
3、主要技术参数总长：11.0 m最大外径：φ116～φ118mm 适用套管：5-1/2″套管钢级：< N80套管壁厚：<10mm过滤精度：20～40μm额定工作压力：68MPa额定排量：6 m3/h 径向射孔长度：2.0 m径向射孔孔径：>25.4 mm 喷射软管适用温度：<150℃平均单孔耗时：50-60min4、工作程序过程（1）如图2.4所示，管柱下到预定的射孔井段，校深合格后坐封油管锚定器，升压使控制部分换向阀切换到“外伸”位，此时压力28～42 MPa。
（2）冲孔器和喷射软管同时外伸，一旦冲孔器完成套管冲孔后，过一段时间（一般为10分钟左右）图2.3 水力射孔地面设备图2.4 射孔过程示意图喷射软管从工具腔内伸出喷射切割固井水泥环和地层岩石。
（3）升压至50～60 MPa ，喷射软管沿着冲头的中心孔径向伸出，伴随着高压喷射流体贴近地层射孔。
在高压喷射软管切入地层的过程中，同时它还以较慢的速度旋转着，以确保地层射出的孔水平、规则。
（4）当喷射孔完成后（以喷射时间来确定），降压使控制部分复位到“回缩”位，使冲孔器的喷射软管回退到工具腔内。
（5）降压到零后准备射下一个孔。
5、 目前技术水平◆ 射孔孔径为25mm 以上，径向长度达到2m 以上；◆ 射孔枪最大外径110～114mm ，工作压力70Mpa ；◆ 所有密封件及井下高压过滤器耐温性能超过120℃； ◆ 根据地层岩石的坚硬程度，喷射软管给进机构，实现智能化控制进给速度；◆ 射孔液实现选用地层水能够正常工作。
三、水力深穿透射孔技术的优点及应用范围1、技术优点根据高压水力喷射射孔原理和从现场应用效果来看，该技术适用范围广，采用了先进的密封技术、液压控制技术，同时采用了实时安全预警系统和作业全过程的各项数据实时监测，进而实现了井下射孔工具动作的地面实时监测，该技术操作安全可靠。
具体来说该技术具有以下主要优点：1）射孔孔道规则、无碎屑、清洁无污染；2）射孔孔道长(2～3m)，可大大穿越油层污染带；3）对套管、水泥环和地层无破坏，无压实带；4）以较柔和的方式实现油层深穿透；5）减少地层压降阻止潜在的锥进；6）在近井地带实现自然压裂；7）消除常规射孔对套管和固井水泥破坏的危险；8）在射孔过程中，可使用轻质配伍的流体；9）能显著提高油井产量或水井注水量（通常提高1～3倍，甚至10倍），并能提高最终采收率。