页岩气水平井射孔参数优化

水平井射孔完井参数优化设计水平井是一种常见的油气采收方式，射孔完井参数的优化设计对于提高水平井生产能力和经济效益具有重要的意义。

本文将从水平井的射孔完井原理入手，探讨射孔完井参数的优化设计，以及如何根据实际情况进行参数选择。

一、水平井射孔完井原理水平井射孔完井工艺一般包括三部分：射孔、完井和产出。

其中射孔是通过人工或机械在钻杆上安装炮管进行的，完井则是在射孔后进行的水泥注入以及管柱调整工作，产出则是通过油管将油气输送到地面。

射孔是水平井完井的关键环节，射孔长度和完井参数的选择将直接影响到水平井的产出效率。

二、射孔完井参数的优化设计1. 射孔长度水平井根据需求可以进行千米级别的射孔，但射孔长度过长会使得井底部受到压力过高，引起分支出现，在射孔时需要对井底特殊情况进行考虑。

2. 炮弹数量和炮距射孔时的炮弹数量和炮距的选择同样非常重要，对于提高射孔质量和减低成本具有重要意义。

炮弹数量的增加可以增加射孔的效率，但是同时会增加成本的花销。

炮距的设置也要根据实际情况来选择，如一些强差异的区域需要考虑较短的炮距，而一些平缓的地区则可以选择更长的炮距。

3. 射孔方向和角度射孔方向和角度的选择也影响到水平井的产出效率。

通常情况下，水平井射孔时会选择油水层的主导方向进行射孔，如出现深层裂缝的情况则需要考虑多个角度射孔，并根据地质构造进行调整。

4. 完井参数完井是在射孔后进行的填充和调整工作，通过水泥注入和管柱调整使得井壁更加稳定，促进产油。

完井参数的选择同样需要根据实际情况进行调整，如考虑地层富水或高砂含量的情况，则需要选择更加密实的水泥，而在平缓的地理条件下则可以选择更加轻松的参数。

三、如何进行参数选择1. 对井底实测数据进行分析并根据需求进行射孔长度的调整。

射孔长度不宜过长，否则会增加成本，以及引发井底压力过高等问题。

2. 根据地质环境及地层实际状况选择炮弹数量、炮距、射孔方向和角度。

在射孔方向上，需要考虑主导方向进行射孔，同时对于地质构造呈折线和平缓曲线段区域需要进行特别的处理。

近年来，我国进行外页岩气藏以及致密气藏开发的过程中，目前使用最为广泛的方法是采用泵送桥塞和射孔联作分段压裂联合进行的方式。

但是这种方法在实践当中也存在着大量的问题，常常在页岩气水平井泵送桥塞射孔联作分段压裂的施工过程中会遇到泵送桥塞会因为压力问题而不能够正常工作，桥塞出现问题等各种状况。

页岩储层因为自身具有优良的低孔低渗物性的特征，因此，国内外都在广泛地开展页岩气的开发工作，经过长期的工作过程，在进行页岩气开发的过程中，应用最为广泛的主体技术为水平井及分段大型压裂改造技术。

其中，泵送桥塞和电缆射孔联作分段压裂技术是当前较为成熟的一种水平井分段改造的技术，这种技术在长期的实践过程中不断取得成效，但是，也会常常在工作过程中出现一系列的问题，从而给施工过程中带来了不同程度的难度。

所以，必须要分析现状的原因，从而采取针对性的措施来解决问题。

1　开发的工艺过程和工具性能1.1　工艺过程在开发的过程中，泵送桥塞和电缆射孔联作分段压裂技术工艺联合使用的具体过程分为以下几点：第一，先将对井筒进行清理，从而确保井筒的清洁性，保障后续步骤的进行；第二，使用连续油管输送射孔射开第一层段；第三，进行光套管压裂第一段；第四，在井口带有电缆密封装置的条件下利用测井电缆将桥塞/选发射孔联作工具串输送到大井斜段，井口开泵水力推送工具串到达井下目的层段，分别完成桥塞坐封、分簇射孔，起出工具串，光套管压裂第二段；第五，重复上述过程；第六，等各段压裂完成后，使用油管对桥塞进行排液和试气。

针对带通道的桥塞，需要先排液然后再钻桥塞。

1.2　工具性能目前在进行页岩气水平井施工过程中所采用的桥塞坐封工具一般是每段有两簇或者三簇，两簇的结构具体见图1。

大多数产品都是需要进口的。

在实际施工过程中使用的桥塞通常是Magnum复合材料桥塞。

桥塞自身要具有轻重量、易钻、耐压、耐温的特性。

2　当前存在的问题及对策2.1　现场具体情况2015年进行了30口页岩气水平井泵送桥塞/射孔联作，分段压裂施工过程中，进行每段正常压裂所需要的时间在3h左右，每一段进行起下电缆、泵送桥塞、坐封、射孔等操作所需要的时间在3～5h。

致密气藏压裂井定向射孔优化技术致密气藏压裂井定向射孔优化技术是一种提高致密气藏压裂效果和生产能力的关键技术。

致密气藏具有孔隙度小、渗透率低的特点，通过常规钻井和裂缝压裂已经不能满足生产需求。

定向射孔技术可以在选取了适当位置后，使压裂液更加均匀地传递至致密气藏中，从而提高其储集层的渗流能力。

本文将从致密气藏特点、射孔优化技术和研究现状等方面来对这一技术进行详细讨论。

一、致密气藏的特点致密气藏又称为页岩气藏，其具有以下几个特点：孔隙度低、孔隙连通性差、渗透率低、地层应力大、储层管道效应差等。

这些特点使得致密气藏的压裂难度较大，常规压裂技术效果不佳。

因此，需要采取更加先进的技术手段来提高致密气藏的完井效果。

射孔优化技术是指通过合理选择射孔方案，使得压裂液能够更好地传递到致密气藏中，增加储集层的渗透能力。

射孔优化技术主要包括井径选择、射孔弹道控制、射孔间距和角度控制以及射孔穿透径向控制等方面。

（一）井径选择井径选择是指根据致密气藏的特点和工程需求，选择适当的井径。

井径对射孔效果有很大影响，太小的井径会导致射孔弹道偏离目标区域，降低射孔质量；太大的井径会导致压裂液在裂缝中的流动速度过快，降低压裂效果。

因此，需要根据具体情况进行合理选择。

（二）射孔弹道控制射孔弹道控制是指在射孔作业中，通过合理选择炸药种类、装药量以及射孔深度等参数，来调整射孔弹道。

通过控制射孔弹道，可以使射孔点更加集中在目标区域内，从而提高射孔质量。

（三）射孔间距和角度控制射孔间距和角度控制是指在射孔作业中，通过合理选择射孔间距和射孔角度，来控制压裂液的传递路径。

较大的射孔间距可以增加裂缝长度，提高裂缝面积；而较小的射孔间距可以使压裂液更加集中，提高渗流能力。

射孔角度的选择也是根据具体情况来确定，一般来说，射孔角度要与地层主要应力方向垂直，以便更好地控制裂缝扩展方向。

（四）射孔穿透径向控制射孔穿透径向控制是指通过调整射孔深度和射孔径向位置，来实现对储集层的穿透和裂缝扩展控制。

5. 士呈岛油田射孔参数优化设计自1932年美国加利福尼业州洛杉矶MO油田首次采用射孔完井以来，至今已有65年的历史，目前它已成为国内外各油田所采用一种最主要的完井方法。

从整个钻井、开采、采油过程来看，射孔完井是这个大系统中的一个子系统，而就射孔完井本身而言，所要考虑的因素也是很多很复杂的；因此必须把射孔作为一个系统工程，针对不同储层和油气井特性，优化射孔设计和射孔工艺。

射孔对油井产能的大小有很大的影响。

如果射孔作业得当,可以在很大程度上减少钻井对储层的损害，使油井产能达到理想；反之会对储层造成极大的伤害，从而降低油井产能。

射孔参数优化设计的目的就是针对不同的储层和不同的射孔目的，对射孔器、射孔条件、射孔方法进行优选。

对丁堤岛油田SH201井区来说，必须考虑砾石充填防砂完井的特殊性，把防砂的因素考虑到整个射孔系统中来，把油井出砂与否作为射孔优化设计的约束条件。

5.1射孔系统对油气井的影响5.1.1射孔过程对油气井产能的影响分析射孔时聚能弹产生的高速高压金届射流穿透套管和水泥环进入地层，形成一个孔道。

套管、水泥环、岩石受到高温、高压射流冲击后变形、破碎和压实，在射孔孔道的周围就会产生一个压实损害带。

一般情况下这一压实损害带厚度约为0.64~1.27cm,渗透率下降为原始渗透率的7%~20%,如图5-1所示。

图5-1 射孔损害示意图由丁射孔过程中通常可形成压实带及固相堵塞，因此增大了地层流体流向孔眼的流动阻力，从而降低了油井的生产能力。

5.1.2射孔几何参数对油井产能的影响分析射孔几何参数包括孔密、孔深、孔径、射孔相位、布孔格式等参数。

若射孔几何参数选择不当，将会引起流动效率的降低。

对丁防砂射孔完井来说，孔密和孔径相对更重要一些，它们对油井的产能的影响比较大0射孔几何参数越不合理（如孔密很低、射孔相位少、孔深很小等），附加压降将很大，油井的产能将越低。

5.1.3射孔压差对产能的影响分析正压射孔可使井筒内的流体在正压差的作用下侵入储层，若流体是损害型的，将对储层造成严重的伤害。

71与其他气藏相比，页岩气不但分布区域广阔，而且在开发的价值和开采潜力方面也有着其他气藏无法相比的优势。

20世纪90年代初期至今，世界上有许多的国家（诸如英国、法国、以及一些南美洲的国家等等）在页岩气的勘探和开采中取得了良好的效果，开发技术也相当成熟。

近几年，我国的页岩气开采技术也有了长足的进步。

1 分簇射孔原理和特点分析1.1 分簇射孔的原理分簇射孔，指的是确保井筒和地层间能够进行正确沟通的基础上，通过高速电缆来进行传输，并且严格依据泵送设计把射孔管串和复合桥塞，泵送到目标层位，完成桥塞坐封和多簇射孔联作。

分簇射孔技术的适用对象是4.6in~7in的直井，大斜度井或者水平井等不同类型的套管井。

而分族射孔技术也因为自身的优点和特性，被大量地运用到了页岩气、致密油气等非常规的油气藏水平井的开采过程当中。

1.2 分簇射孔配套技术的特点（1）只需要一次下井就能够完成桥塞坐封和多簇射孔联合作业，而且射孔的级数能够保持在20级左右。

（2）通过体积压裂工艺相结合，能够有效地扩展井筒和油气层的接触面，这对于提升页岩气的产能和效率具有重要的意义。

（3）运用套管加沙的方式能够进行大排量施工（通常情况下是11～15ｍ３/min）。

这样就能够顺利地降低施工水马力的损失及工程施工过程当中的隐患和风险，而这对减少工程施工的成本和提升工程施工质量具有重要的意义。

（４）工作效率高并且试油所使用的时间短，尤其是在施行‘工厂化’压裂开发模式的情况下，能够有效地减少完井作业所使用的时间和劳动力。

分簇射孔配套技术的操作流程：首先，通过持结性输送完成初级阶段的射孔作业，当完成之后进行压裂，将地层与井筒进行完整沟通。

其次，把复合桥塞和射孔联作管串系统泵送到目标层，然后再完成桥塞坐封，并对后续的层段多簇射孔。

值得注意的是，在进行压裂的时候分簇射孔施工只需要重复执行上述流程即可，最后再将复合桥塞钻掉后进行下一个环节作业。

2 分簇射孔配套技术2.1 连续油管输送射孔在进行页岩气水平井的施工过程当中，必须通过连续油管射孔的方式来完成第一段射孔作业，随后再将二级射孔器输送到目标层位当中，再运用井口正加压和环空加压的方式，将射孔器起爆。

云南化工Yunnan Chemical TechnologyMay.2018 Vol.45，No.52018年5月第45卷第5期在实际的气井开采过程中，在初次压裂后射孔簇普遍存在产气不均的现象，有1/3的射孔簇高于平均产量，有1/3低于平均产量，有1/3没有产量贡献。

[1]因此，实际的页岩气井具有非常大的挖潜空间。

采用光套重复压裂是目前在国际上比较通用的方法，这对补井井段的设计、实现潜力井段施液的分配是文章需要解决的问题。

为此，需要综合考虑各种裂缝应力对射孔簇间距的影响，从而有效提出孔簇的优化设计方法。

1　应力干扰的实际情况水力压裂所产生的裂缝总是垂直于最小水平主应力的方向。

裂缝内的净压力对裂缝周围的地应力有比较大的影响，主要体现在裂缝的横截面方向上。

如果人工裂缝的净压力基本不变，仅在裂缝的两端产生静压力。

在压裂过程中所产生的诱导应力在最小水平主应力方向上，其幅度最大，在最大水平主应力方向上，其会有所增大，但增大的幅度并不大，诱导应力也下降比较快，当垂直距离增加到裂缝半高的3倍后，诱导应力的变化就趋于平稳。

2　重复压裂水平地应力反转的有效条件压裂工艺是否能有效提高页岩气藏网的复杂程度，这主要取决于地应力反转及分支缝延伸分布的情况。

如果通过对重复压裂孔位置簇间距的优化设计，可以有效使水平地应力发生反转，形成更多平行于井筒方向的横向裂缝。

[2]由此我们可以得出，只要相邻裂缝干扰所形成的最小与最大水平主应力之差大于原地层水平主应力之差，就能够有效实现应力的反转。

在地层最大、最小水平主应力确定的情况下，应该通过计算相邻裂缝任意位置的干扰应力，就可以有效判断出是否出现了应力反转，这可以让我们有效对射孔簇间距进行优化设计。

3　补孔参数优化气井在经过长期的开采后，水平井段空隙压力往往存在较大的差异，在进行重复压裂时，各簇吸液的程度存在非常明显的差异，可以采用暂堵剂将最容易洗液的孔进行封堵，保证水平井段内有十多簇的射孔与补孔共同分配施液。

［收稿日期］２０１８－１０－１０　［基金项目］国家科技重大专项（２０１６ＺＸ０５０６０）。

　［作者简介］高东伟（１９８６－），男，助理研究员，现主要从事页岩气水平井压裂试气方面的研究工作，ｇａｏｄｗ．ｊｈｙｔ＠ｓｉｎｏｐｅｃ．ｃｏｍ。

［引著格式］高东伟．页岩气水平井压裂细分段密分簇优化设计及应用［Ｊ］．长江大学学报（自然科学版），２０１９，１６（４）：４０～４３．页岩气水平井压裂细分段密分簇优化设计及应用 高东伟　（中石化重庆涪陵页岩气勘探开发有限公司，重庆４０８０１４）［摘要］页岩气水平井压裂分段分簇设计的簇间距大小对页岩储层改造效果有重要的影响，针对涪陵焦石坝部分区块页岩储层埋深大、三向应力高、构造变形强等特点，通过气藏数值模拟和压裂设计模拟，提出了“细分段密分簇＋大孔径射孔”设计思路，对页岩气水平井进行细分段（３４～４７ｍ）、密分簇（１５～２１ｍ）。

试验结果表明，“细分段密分簇”压裂设计能够有效增加压裂裂缝面积、压后平均缝宽以及缝网复杂度。

综合考虑页岩气水平井地质以及工程特征，配合高黏胶液和中黏减阻水，形成了适用于焦石坝页岩储层“细分段密分簇”压裂优化设计方法，对指导页岩气水平井压裂优化设计具有重要的作用和意义。

［关键词］页岩气；细分段；密分簇；压裂设计；水平井；焦石坝［中图分类号］ＴＥ３５７［文献标志码］Ａ ［文章编号］１６７３－１４０９（２０１９）０４－００４０－０４页岩气水平井分段分簇优化是压裂设计的前提，为进一步提高页岩气水平井分段压裂的有效性，需要对页岩气水平井综合分段分簇方法进行优化［１］。

水平井分簇射孔间距是页岩气藏体积压裂设计的关键参数，簇间距大小对页岩气藏压裂改造具有重要的影响。

过小的簇间距设计将导致分簇主裂缝之间的改造区重叠，降低压裂改造效率；过大的簇间距设计则会在主裂缝之间产生未改造区，影响储层的动用程度［２］。

合理的页岩气水平井压裂簇间距优化设计具有重要理论价值和矿场实际意义，能有效改善水平井分段射孔布簇的盲目性［３～５］。

专利名称：一种页岩气水平井射孔簇间距的优化方法
专利类型：发明专利
发明人：付道明,刘欢乐,杨世刚,姚志良,段友智,吴俊霞,赵旭,彭汉修,朱明,艾爽
申请号：CN201610416496.X
申请日：20160614
公开号：CN107506840A
公开日：
20171222
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种页岩气水平井射孔簇间距的优化方法，属于石油行业完井领域。

该方法包括：(1)，建立页岩气井射孔的破裂压力预测模型，考虑应力干扰的影响，分析对比考虑应力干扰和不考虑应力干扰对破裂压力的影响；(2)，基于岩石力学理论及采油工程原理，考虑应力干扰的影响，分析多段分簇射孔及后续压裂产生网络裂缝的力学条件，建立裂缝转向区；(3)结合破裂压力获得水平井多段射孔最优簇间距，从而实现后续压裂产生网络裂缝最大化的目的，提高页岩气产量。

申请人：中国石油化工股份有限公司,中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院
地址：100028 北京市朝阳区中国北京朝阳区朝阳门北大街22号
国籍：CN
代理机构：北京知舟专利事务所(普通合伙)
代理人：郭韫
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第 51 卷 第 5 期石 油 钻 探 技 术Vol. 51 No.5 2023 年 9 月PETROLEUM　DRILLING　TECHNIQUES Sep., 2023doi:10.11911/syztjs.2023087引用格式：曾凡辉，胡大淦，张宇，等. 数据驱动的页岩油水平井压裂施工参数智能优化研究[J]. 石油钻探技术，2023, 51（5）：78-87.ZENG Fanhui, HU Dagan, ZHANG Yu, et al. Research on data-driven intelligent optimization of fracturing treatment parameters for shale oil horizontal wells [J]. Petroleum Drilling Techniques，2023, 51(5)：78-87.数据驱动的页岩油水平井压裂施工参数智能优化研究曾凡辉1， 胡大淦1， 张 宇1， 郭建春1， 田福春2， 郑彬涛3（1. 油气藏地质及开发工程全国重点实验室（西南石油大学）， 四川成都 610500；2. 中国石油大港油田分公司石油工程研究院，天津 300280；3. 中国石化胜利油田分公司石油工程技术研究院，山东东营 257000）摘　要: 针对目前数智化压裂施工参数设计针对性不足、流程不畅通等问题，建立了基于数据驱动的压裂施工参数智能优化方法。

以CD区块32口页岩油井为研究对象，采用主成分分析法处理代表储层地质特征、工程品质和施工参数的15项产量影响因素，使之降低维度，引入高斯隶属函数和熵权法进行储层压裂非均质性模糊综合评价，结合支持向量回归和粒子群优化算法，以产量最高为目标，推荐射孔位置、段长、簇间距、单位长度液量、单位长度砂量和排量。

研究结果表明，渗透率、孔隙度、热解游离烃含量、单位长度液量和单位长度砂量为研究区块的产量主控因素。

页岩气层关键参数评价及射孔压裂优化选层
赵俊峰
【期刊名称】《海洋石油》
【年(卷),期】2022(42)3
【摘要】针对四川盆地海相页岩气藏,以岩心分析为基础,综合利用钻井、测井、录井、地质、试气、岩心等资料,构建有机碳含量(TOC)、孔隙度(POR)、含气量(GAS)、脆性指数(BI)、破裂压力(PF)等页岩气层关键参数评价模型,依次优先考虑TOC、POR、GAS和BI四参数,分区块建立了页岩气测井解释标准,提出了页岩水平井射孔-压裂优选层原则。

在四川盆地两个国家页岩气示范区应用30口井,页岩气层关键参数相对误差最大为7.6%,页岩气层测井识别正确率达95.0%,有力驱动了我国南方页岩气的勘探开发。

【总页数】8页(P54-61)
【作者】赵俊峰
【作者单位】中石化经纬有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】P618.13
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页岩气水平井应用泵送射孔工艺中的关键影响因素分析摘要：水平井及分段压裂技术是改造水平井储层的有效技术，泵送射孔技术在众多的水平井分段压裂技术中以其施工速度快，成本低廉，现场设备操作简单等优势被广泛应用于页岩气藏的开发。

研究发现水平井泵送射孔时的关键施工参数为泵送排量，而泵送排量则受多重因素影响，如何分析这些因素对泵送排量的影响则需要通过泵送排量计算模型来详细评价。

基于此，本文采用建立的考虑射孔枪串组成、特征、泵送液性质以及流体冲击力计算方式的泵送排量计算模型，分析泵送液浮力、射孔枪与套管之间的摩阻系数、射孔枪电缆头、枪斜、泵送液密度、桥塞工具、泵送液冲击力、液体流速计算方式、射孔枪重量对泵送排量的影响。

分析结果表明，浮力、摩阻系数、泵送液密度、冲击力计算方式和枪重对泵送排量的影响非常大，计算时不能忽略，其余参数可忽略。

关键词：水平井；泵送射孔；影响因素；页岩气0前言水平井由于受到井筒条件的限制，一般采用油管传输定向射孔工艺，射孔工艺复杂、施工周期长、成本高，因此发展了泵送射孔工艺。

水平井已经成为页岩气高效开发的重要方式,而实现水平井页岩气储层段的有效动用离不开泵送射孔工艺，并已经成为制约页岩气“甜点”能否高效开发的“卡脖子”因素。

在射孔时，用泵送液将电缆传输射孔枪送入水平段射孔位置，然后通电射孔，射孔后将射孔枪提出井筒，这就是泵送射孔工艺。

水平井泵送射孔工艺的关键设计参数为泵送排量，定义为在水平井段能把射孔枪向前推送的最小泵送液排量。

影响泵送排量的参数包括泵送液浮力、射孔枪与套管之间的摩阻系数、射孔枪电缆头、枪斜、泵送液密度、桥塞工具、泵送液冲击力、液体流速计算方式及射孔枪重量，但各个因素影响程度不同。

如果能识别出关键影响因素，在现场计算时就可以采用简化的模型进行施工参数快速计算，节约施工时间。

本文的目的就是采用建立的泵送排量计算模型，分析影响泵送排量的因素的重要程度，以便建立简化泵送排量计算模型。