脉冲爆燃造缝解堵工艺技术与其现场应用_王江.pdf

202311工艺与设备172Modern Chemical Research当代化工研究脉冲爆燃造缝解堵工艺技术与其现场应用王江 张雷雷 黄磊*张宝劲 杜金龙（中国石油集团渤海钻探井下作业分公司 河北 062552）摘要：目前多数油田进入了低渗透、特低渗透储层的开发阶段，油水井受到不同程度的堵塞污染，地层近井区域的渗透率下降，致使单井产量严重下降。亟需研究出一种消除和碎解射孔污染、堵塞和压实带的技术。脉冲爆燃造缝解堵技术利用火药或火箭推进剂高速燃烧的方式，使井壁地层产生多条径向裂缝，与天然裂缝沟通，提高导流能力。该技术对近井地带的污染、堵塞具有很好的解堵作用，能有效降低表皮系数，提高渗透率，实现增产增注的目的。通过在岔20-55x等井的施工作业，证明了该技术具有良好的造缝解堵效果及应用前景。关键词：脉冲爆燃；造缝解堵；推进剂；高能气体中图分类号：V512 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.11.053Research and Application of Pulse Detonation Cracking and Blocking Removal TechnologyWang Jiang,Zhang Leilei,Huang Lei*,Zhang Baojin,Du Jinlong(CNPC Bohai Drilling Downhole Operation Branch,Hebei,062552)Abstract：At present,most oilfields have entered the development stage of low permeability and ultra-low permeability.Oil and water wells have been blocked and polluted to varying degrees,and the permeability of the near-well area of the formation has decreased,resulting in a serious de-cline in the production of single wells.It is urgent to develop a technology to eliminate and break perforation pollution,plugging and compaction zone.The pulse deflagration crack making and plugging removal technology uses the way of high speed combustion of gunpowder or rocket propellant to make multiple radial fractures in the wellbore formation communicate with natural fractures and improve the conductivity.This technology has a good effect on removing the pollution and plugging near the well,effectively reducing the skin factor,improving the permeability,and achieving the purpose of increasing production.Through field application in Cha 20-55x and other wells,it has been proved that this technology has good effect of fracture and plugging removal and application prospect.Key words：pulse-detonation；slotting forming fissure；propeiiant；high energy gas前言目前，国内各大油田的开采普遍进入中后期1，老旧的油井常常含有有机沉淀和复相堵塞物2-3。由此造成地层近井区域的渗透率下降，致使单井产量严重下降，对于多层系，为实现大跨度、多隔层、多薄层几十米至上百米地层同时改造，既要确保工艺成功，又要保护套管及水泥环不受破坏的要求。鉴于此，亟需一种消除和碎解射孔污染、堵塞和压实带，从而改善近井周围的渗流条件，完成对储层的解堵与改造，以达到增产增注目的4。众所周知，井爆产生的压力上升速率远大于推进剂的压力上升速率。GILLIAT等人5的研究指出，温和的受控脉冲过程应该比尖锐的爆炸过程更合适。由于高能炸药产生的爆炸会对井产生损坏问题、安全风险和不可预测的结果，因此用炸药增产的井的数量在大大减少，由火药或推进剂燃烧引起的刺激效果将比炸药引爆过程更可靠6。脉冲爆燃造缝解堵技术利用火药或火箭作为推进剂，不会引发爆炸，而是通过高速燃烧产生的高温高压气体，达到足够的压力脉冲和燃烧时间，在短距离内压裂地层形成多条自井眼向外放射的径向裂缝，从而提高地层的渗流能力7，对环境的适应能力强，无污染，在当前油气开发的形势下越来越受到重视。因此，有必要开展该技术的深入了解和研究。1.脉冲爆燃造缝解堵技术脉冲爆燃造缝解堵技术采用固体火箭推进剂或液体的火药，与炸药不同，推进剂的爆燃速度比声速慢，因此燃烧率可以在很宽的范围内变化。推进剂产生的压力和时间行为不同于炸药刺激，其中第一次产生的最大压力较低，燃烧时间较长。推进剂在爆燃过程中释放的气体会产生压力脉冲，在井下油层部位引火爆燃（而不是爆炸），产生大量的高温高压气体，在530ms之内使得油层近距离内在所有径向方向上产生裂缝，爆燃冲击波消失后裂缝并不能完全闭合，可以解决蜡质、沥青质、结垢等原近井地带发生的堵塞，达到了提高采收率增加油井产能的目的8。该技术适用于4.5英寸以上套管完井的物性相对较好而无自然产能或低产量油井增产、水井增注降压措施（包括垂直井、斜井、水平井）。或因各种井底“污染”造成产能下降或注水量下降的油水井，能显著提高单井产量或注水量，不损坏套管和水泥环，以及水力压裂202311工艺与设备173Modern Chemical Research当代化工研究不便施工的井底水油藏等。2.组成结构脉冲爆燃造缝解堵装置具有热能剂装药结构，其冲击能量大，能在射孔的同时对地层进行热能解堵导流和施工安全可靠的老井增产改造用射孔装置。脉冲爆燃造缝解堵枪通过单元式筛管枪设计，形成多级压力脉冲。在高温高压气体的脉冲加载和气蚀作用下，消除和碎解射孔污染、堵塞和压实带，改善近井周围的渗流条件，完成对储层的解堵与改造，达到增产增注效果。(1)脉冲爆燃造缝解堵枪脉冲爆燃造缝解堵枪身由一支或多支串接组成。利用筛管的原理，枪身上均匀分布筛管式盲孔，高能气体通过盲孔孔眼直接作用于井筒和目标地层，实现了金属残留物留在枪内的目的。枪管内安装有导爆索、中心管、引发剂模块和热能剂模块，导爆索设在中心管内部，引发剂模块和热能剂模块设在中心管与热能导流枪管之间。图1 脉冲爆燃解堵示意图图2 脉冲爆燃造缝解堵枪实物图(2)脉冲爆燃造缝解堵材料脉冲爆燃造缝解堵材料是不同燃速的固体推进剂：压裂火药和驱砂火药组成，因其与井液直接接触，火药均有耐油水介质的性质，并且在井下介质和压力温度环境下组分不发生任何变化。通过采用延迟点火理论，实施阶梯式点火燃烧反应控制多级装药燃烧，意味着推进剂燃烧速率随时间增加而更快地产生气体，能高效作用于地层的同时，使水泥环不受伤害，套管得到有效保护。当最大压力受到控制时，推进剂的阶梯式燃烧最为有效，从而允许将更多能量提供给地层。当燃烧过程较长时，会产生更多的气体并产生更长的裂缝。火药为管状结构，在井温100以下时，选择双基、三基火药药柱，采用螺压工艺，在井温100以上，选择复合火药，采用浇注、包覆工艺，火药的装药量（24kg/m）。耐温耐压有效期48h以上，复合火药选择耐水包覆型无壳药柱，包覆材料为环氧树脂或聚氨酯，耐水性好，且燃烧后无残渣，对地层无污染。图3 脉冲爆燃造缝解堵材料实物图3.主要作用机理及技术优势高能气体造缝解堵技术采用固体火箭推进剂或液体的火药，与炸药不同，推进剂的爆燃速度比声速慢，因此燃烧率可以在很宽的范围内变化。推进剂在爆燃过程中释放的高能气体会产生压力脉冲，将地层压开，使得近距离内在所有径向方向上产生裂缝，提高井筒附近地层的导流能力，使气井产量增加。高能气体对压裂处理的作用如表1所示。表1 高温高压气体对压裂处理的作用以及技术优势详情表名称具体效果机械作用火药或推进剂在燃烧后释放出高能气体，压力增大，高能气体瞬间产生的各项冲力大于地层破裂压力值9热作用推进剂燃烧会产生热量，使其地层温度升高。可以将油井附近的石蜡与沥青熔化，起到解堵的效果，并且高温时可以降低油的黏度10化学作用火药燃烧后会产生许多酸性气体，与水接触生成腐蚀性较强的酸性溶液，形成的溶液在高温条件下形成酸化的效果，起到解堵效果水力作用脉冲爆燃造缝解堵过程中，推进剂爆燃会产生裂缝，爆燃过程中会使油井中的液体产生震荡，持续的震荡过程可以有效地破坏颗粒杂质与油层的结合，起到解堵效果技术优势实施阶梯式点火燃烧反应控制多级装药燃烧，在推进剂燃烧时增加了表面积，允许将更多能量提供给地层。当燃烧过程较长时，会产生更多的气体并产生更长的裂缝，高效作用于地层，水泥环不受伤害，使套管得到有效保护4.应用案例岔20-55x井于2014年12月16日投产，83#、85#、86#层初期日产液8.9t，油8.8t。2017年9月4日202311工艺与设备174Modern Chemical Research当代化工研究80#、82#层补孔，措施后日产液2.5t，油2.2t。现对80#、82#、83#、85#、86#进行脉冲爆燃造缝解堵技术施工，提升储层产液能力。(1)脉冲爆燃造缝解堵施工工序方案设计：根据施工井信息做好施工设计，根据设计药量采用爆燃仿真计算进行软件模拟。经模拟本井预测压力峰值为47.7MPa。油层套管抗内压安全压力：P=P抗内压/1.25=73.3MPa/1.25=58.64MPa，故不会伤害套管。组装枪串：根据施工设计要求组装好脉冲爆燃造缝解堵枪。下入枪串：按照脉冲爆燃造缝解堵施工管柱图把校深短节以下的脉冲爆燃造缝解堵枪及压力起爆装置下入井内。测量校深：用伽马仪测量大于100m且包含校深短节的自然伽马和磁定位曲线（GR+CCL），校正调整目标位置。点火起爆：采用泵车油管加压的方式，引爆脉冲爆燃枪串。(2)应用效果表2 施工效果预测表名称峰值压力/MPa燃烧时间/ms裂缝长/mm裂缝宽/mm进入裂缝气体量/m3进入裂缝液体量/m3值47.7250127301.4921.060.014经过脉冲爆燃造缝解堵技术施工后，该井日产液8.3t，日产油4t，取得了较好的施工效果。5.总结与认识本文通过从工艺工具结构组成和作用机理等多个方面详细阐述脉冲爆燃造缝解堵工艺技术，总结可知采用脉冲爆燃造缝解堵技术进行作业有以下优势：（1）多级能量组合，延缝效果显著：比现有普通复合射孔技术增大3.0倍以上，对地层压力持续作用时间延长10倍以上，造缝长度延长23倍。（2）作用时间长：该技术采用实施阶梯式点火燃烧反应，在推进剂燃烧时增加了表面积，允许将更多能量提供给地层，使水泥环不受伤害，套管得到有效保护。（3）能量利用率高：依据地层改造的需要可灵活进行多级装药，多级压裂火药装药的组合，使射孔穿深、效率大幅度提高，且无射孔污染，增产增注效果显著。（4）施工工艺简便：脉冲爆燃造缝/解堵技术将射孔与脉冲爆燃压裂两次工艺集于一体，可用管柱或电缆传输一次完成，施工时间及施工费用大幅减少，且减少了二次作业的风险。（5）射孔与压裂联作工艺：充分