射孔是提高油井產(chǎn)量和采收率的重要手段之一，幾十年來，人們一直在努力改進(jìn)射孔技術(shù)。最近，美國的GEODynamics公司推出了自清潔聚能射孔技術(shù)?ConneX射孔，該技術(shù)采用了新的開發(fā)與質(zhì)量控制方法和反應(yīng)藥型罩概念，使射孔孔道的幾何形狀和流動性能得到極大的改善。實驗測試和實際應(yīng)用表明，ConneX射孔系統(tǒng)能夠產(chǎn)生清潔的孔道，大幅提高(30%以上)油井產(chǎn)量。ConneX身寸孔技術(shù)開發(fā)中的一些做法，如產(chǎn)品開發(fā)和質(zhì)量控制等，值得我們借鑒。
ConneX 射孔技術(shù)
近年來，GEODynamics、殼牌和QinetiQ公司一直在聯(lián)合研發(fā)新的射孔技術(shù)，并于2007年推出ConneX射孔技術(shù)，該技術(shù)的主要優(yōu)點有：
①與常規(guī)射孔技術(shù)相比，產(chǎn)量提高30%以上；
�、谌肟椎缼缀涡螤畹玫絻�(yōu)化(孔道的深度、表面積和流動體積均大幅增加)；
�、劭梢栽谡龎夯蜇�(fù)壓條件下作業(yè)， 無需很高壓差就能產(chǎn)生清潔的孔道，即便在弱膠結(jié)或各向異性地層也是如此；
�、軣o需高成本的孔道清洗作業(yè)，如酸處理、鹽水沖洗、水力壓裂，等等。
反應(yīng)藥型罩概念是Connex射孔技術(shù)的基礎(chǔ)，它改變了常規(guī)射孔彈的制造和點火后的反應(yīng)方式。ConneX射孔技術(shù)采用了在一定條件下壓制而成的雙金屬藥型罩材料，金屬藥型罩內(nèi)的雙金屬組合在巨大的爆炸壓力下產(chǎn)生強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，這種反應(yīng)在孔道形成的數(shù)毫秒內(nèi)發(fā)生，釋放的能量使孔道附近的壓力增加，產(chǎn)生向井內(nèi)的涌流，將碎屑從整個孔道(包括非滲透的破碎帶)清除，使流動通道得到優(yōu)化并接近理想狀況，最終實現(xiàn)清潔孔道、提高導(dǎo)流能力的目標(biāo)。因此，這種射孔技術(shù)也被稱為自清潔射孔技術(shù)。
ConneX射孔彈的穿透深度接近常規(guī)深穿透射孔彈，而且孔道的幾何形狀得到了優(yōu)化，孔道的入流面積增加了1倍以上。在中等和高強(qiáng)度砂巖中的測試已經(jīng)完成，在弱膠結(jié)砂巖中的測試正在進(jìn)行，碳酸鹽巖的早期測試顯示了良好的結(jié)果。ConneX射孔系統(tǒng)的實際應(yīng)用得到了極佳的油氣增產(chǎn)效果(圖1)。
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在中等應(yīng)力地層中，常規(guī)射孔的穿透深度為13in,并在孔道中殘留有碎屑。相比之下，新系統(tǒng)的射孔深度為14in,孔道清潔率達(dá)100%，產(chǎn)量提高30%。在高應(yīng)力地層中，兩者的穿透深度均為9in，但采用新系統(tǒng)射孔使流動能力提高了20%一40，且不需要負(fù)壓來清潔孔道中的碎屑。在Berea砂巖中的試驗進(jìn)一步驗證了ConneX系統(tǒng)的優(yōu)勢，與常規(guī)射孔系統(tǒng)相比，新系統(tǒng)的射孔深度提高44%；孔道表面積增加164% ；孔道體積增加355%；流動性能改善35%。
ConneX射孔系統(tǒng)的實際應(yīng)用也顯示了很好的效果，一家獨立石油公司用ConneX射孔系統(tǒng)使其產(chǎn)油量增加數(shù)倍。
在美國得克薩斯州，Crawford能源公司在兩口井中采用了ConneX射孔技術(shù)，第一口井的產(chǎn)層是厚5ft、滲透率20一100md的Luling砂巖，最初使用常規(guī)3in深穿透系統(tǒng)射孔，在用3in, 6孔/ft X 600 GonneX系統(tǒng)進(jìn)行二次射孔后，凈產(chǎn)油量增加了9倍(圖2)；第二口井的目的層是8ft厚的Y-3 Frazier砂巖，用3 in ConneX系統(tǒng)重新射孔后，井的產(chǎn)量提高了2倍(圖3)。
與常規(guī)聚能射孔彈相比，ConneX射孔彈的性能之所以得到大幅提升，除了與反應(yīng)藥型罩有關(guān)外，主要是優(yōu)化了ConneX射孔彈的設(shè)計，與產(chǎn)品開發(fā)和質(zhì)量控制期間采用“快速開發(fā)側(cè)試裝置”有很大的關(guān)系。
近20年來，射孔彈的優(yōu)化設(shè)計是以水泥靶為目標(biāo)，聚能射孔彈性能優(yōu)化研究的重點主要集中在加大標(biāo)誰水泥靶穿透深度等方面。然而，增大射孔深度并不一定能改善孔道的流動性能，在水泥靶中的穿透深度大并不意味著在天然巖石中的穿透深度也大，這一點已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可，表1中的數(shù)據(jù)充分證實了這一觀點。如表1所示，射孔彈A在水泥質(zhì)量控制靶中的穿深為42in，遠(yuǎn)大于射孔彈B的20in，但在應(yīng)力貝雷砂巖靶中的穿深只有10.6in，低于射孔彈B的11.4in。這說明需要以應(yīng)力巖石為目標(biāo)來優(yōu)化射孔彈的開發(fā)與質(zhì)量控制。
研究表明，使用常規(guī)技術(shù)以優(yōu)化應(yīng)力巖石射孔性能為目標(biāo)制造的射孔彈，比以混凝土為目標(biāo)的類似射孔彈的穿深大20，射孔性能提升10%一15%。
孔道的流動性能除了與穿深有關(guān)外，還與其幾何形狀有關(guān)。從技術(shù)上說，比較好的射孔彈優(yōu)化設(shè)計方法是基于(處于一定應(yīng)力下的)天然巖石來優(yōu)化孔道的幾何形狀與流動性能。然而，這種方法的缺點是反復(fù)測試需要大量的時間和費用，而且需要用天然巖石對產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量控制，成本會明顯增加。
針對上述問題，GEODynamics公司設(shè)計并建造了“快速開發(fā)測試裝置”(QDC )。QDC有助于快速加載巖心、組裝測試設(shè)備、巖心容器加壓、射孔以及射孔巖心提取，極大地減少了與應(yīng)力巖石測試相關(guān)的時間和費用。
在ConneX射孔彈的設(shè)計期間，用QDC反復(fù)測試了各種參數(shù)變化對射孔彈性能的影響，直到射孑L孔道的幾何形狀和質(zhì)量顯示出良好的流動潛力。然后，在模擬井眼條件的流動單元中進(jìn)行流動性能測試。以這種方式，只需對在QDC應(yīng)力巖石測試中顯示出良好潛力的設(shè)計進(jìn)行昂貴與耗時的流動測試。在ConneX射孔產(chǎn)品線開發(fā)期間，QDC促使射孔彈設(shè)計修改達(dá)到了前所未有的水平，試驗了一系列以前未曾使用過的參數(shù)，并對特定巖石和應(yīng)力條件調(diào)整設(shè)計。
QDC的廣泛應(yīng)用將驅(qū)使射孔彈的設(shè)計上一個臺階。QDC有助于將應(yīng)力巖石測試作為開發(fā)和質(zhì)量控制工具，能夠針對天然巖石提升射孔彈的質(zhì)量，確保射孔彈生產(chǎn)的一致性，有助于對特定的油田條件快速制造射孔系統(tǒng)，使得針對不同地區(qū)、地層或油田進(jìn)行射孔彈設(shè)計成為可能。
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