刘蓉
大庆油田有限责任公司试油试采分公司射孔四队
摘 要：开发了针对非常规储层完井的定面、定向射孔工艺技术，分析了其技术原理、结构设计方法、参数优化及 应用特点。研究了定面、定向射孔对水力压裂的影响。技术成果在非常规水平井中进行了实验应用，取得了良好的效果。
关键词：定面、定向射孔技术；非常规储层；水力压裂
1 引言
目前，非常规水平井普遍采用六相位螺旋射孔，一方 面，在最大主应力方向上有效孔眼数量较少，压裂弯曲摩 阻比较大，增加了压裂施工难度。另一方面，若储层附近 存在断层，或井眼轨迹偏离主力产层，压裂导致部分缝网 偏离主产层或与断层连接，影响压裂效果和效率。基于以 上问题，斯伦贝谢开发了 31/ 、4in 和 5in 等一系列定面、 定向射孔器，在水力压裂中取得良好效果。
2 定面射孔技术
2.1 定面射孔技术原理
岩石是典型的脆性材料，孔边应力（σ）远大于无孔 的应力，孔眼周围呈现应力集中现象，如图 1 所示。当岩 石载荷增加时，应力集中处首先达到岩石破裂的强度极限 并产生裂缝。 应力集中大小和作用范围与孔径和相位有 关，同一平面内多孔眼的应力相互叠加，更利于裂缝扩展 和连通。孔眼根部起裂的裂缝更宽，裂缝通道更光滑，更 利于压裂施工和控制裂缝方向。
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利用有限元分析软件，在加载 30MPa 条件下，数值 模拟孔眼周围地层应力的分布矢量图，从图 2 可以看出定 面射孔的孔眼可形成更宽的应力分布面， 增加缝网完善程 度，常规射孔孔眼的应力分布是独立的，无法形成应力分 布面。
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定面射孔后在垂直于井筒平面上形成多个孔眼，通过 孔眼间相互作用，改变地应力分布，产生沿井筒横向的应 力集中，控制裂缝沿井筒横向扩展，降低地层破裂压力， 避免段与段之间裂缝交叉串通，同时在射孔平面内形成较 大波及面的人工裂缝， 提高缝网系统完善程度和压裂效 果。
2.2 定面射孔器设计
定面射孔器优化设计中须根据油气藏物性，综合考虑 临孔夹角、射孔弹组数、射孔相位、弹间干扰等因素，确 保射孔弹穿过水泥环进入储层后形成定面的孔眼。试验表 明，普通射孔弹在斜向侵彻过程中能量损耗较大，穿孔指 标低。因此，对射孔弹内腔和药型罩结构、药型罩成分配 比进行优化，设计出了超深穿透射孔弹，降低了炸高变化 对穿深的影响， 减小斜向穿深能量损耗，确保了穿孔指 标。
综合考虑定面射孔枪承载高压及射孔爆轰影响，对其 材质和结构进行优化设计，选用 35CRMo 管材作为定面射孔 枪主材，增加盲孔面积和改变盲孔角度，保证射流能够对 准盲孔中心位置，以降低射流对枪体影响。
2.3 定面射孔性能试验
采用 51/ in/12.34mm 试验套管，外浇注 240mm 厚水泥 环成型，表层采用外径 635mm，10mm 厚的外层套管加固。 定面射孔器置于试验套管内，如图 3 所示。射孔枪外径 89mm，射孔弹临孔夹角 60°，四方位定面布孔，试验如 图 4 所示。
试验结果表明：定面射孔弹发射率 100%，枪身最大 涨径 92.5mm，试验后外层套管孔眼定面效果良好，试验套 管内毛刺高度 2.3mm，总体达到设计要求。
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3 结论
①开发的非常规水平井定面、定向射孔器安全性和可 靠性达到了设计要求； ②定面射孔能够降低压裂破裂压 力，避免压裂串层，提高压裂效果；③定向射孔能够控制 裂缝方向，实现压裂改造针对性。
参考文献：
[1] 宋永芳 , 廖碧朝 , 张辉 , 等 . 桥塞射孔分段压裂工艺在页 岩气井中的应用 [J]. 石油化工应用 ,2014.
[2] 王淑玲 , 张炜 , 张桂平 , 等 . 非常规能源开发利用现状及 趋势 [J]. 中国矿业 ,2013,22(2):5-8.
[3] 唐凯 , 陈建波 , 陈华彬 , 等 . 定面射孔技术在四川盆地致 密气井中的应用 [J]. 测井技术 ,2014.