本發(fā)明涉及油田開發(fā)優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種防止射孔引發(fā)套管損壞的優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

隨著油田的長期開發(fā)，地層的原始應(yīng)力被改變，表現(xiàn)為水平方向地應(yīng)力不相等，套管強(qiáng)度因射孔而被削弱，孔的方位與地應(yīng)力的方向?qū)μ坠軌勖拈L短影響顯著。但孔的方位與地應(yīng)力的大小和方向共同決定了初始水力裂縫的方位，如果不能有效控制水力裂縫的起裂位置，那么很難實(shí)現(xiàn)壓裂轉(zhuǎn)向的目的，因而如果只關(guān)心套管的保護(hù)而忽略了水力裂縫的起裂，將影響壓裂效果，造成油田減產(chǎn)。因此確定一種考慮射孔引發(fā)套管損壞并又兼顧水力壓裂效果的防治方法尤為重要。

在分析射孔與套管損傷之前，請分別參考圖1a、圖1b和圖1c所示，根據(jù)國外用三軸試驗(yàn)?zāi)M井下射孔井壓裂的試驗(yàn)研究成果可以得知：第一、裂縫起裂點(diǎn)有三種情況：a，裂縫1可能沿孔眼2起裂然后重新定向；b，裂縫面垂直于孔軸；c，裂縫1經(jīng)孔眼2沿井筒3起裂；第二、裂縫的產(chǎn)生與孔眼和最佳平面的夾角密切相關(guān)；第三、裂縫的產(chǎn)生與泵的排量有關(guān)，裂縫的起裂和套管的保護(hù)需做到有機(jī)統(tǒng)一，射孔方位角對起裂的方位具有重要影響。

同時，發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，射孔參數(shù)的選取對于套管損傷也具有緊密的關(guān)系。在不造成油田減產(chǎn)的前提下，確定好合理的射孔參數(shù)，可以減弱因射孔造成的套管抗擠毀強(qiáng)度，即射孔相位角、孔徑、孔密、射孔最優(yōu)時機(jī)等射孔參數(shù)都與套管保護(hù)直接相關(guān)。因此，綜合考慮水力壓裂增產(chǎn)與套管保護(hù)的有機(jī)統(tǒng)一是十分必要的，既要保證增產(chǎn)效果，又要最大限度減少套管損壞，對于射孔相位角、孔徑、孔密、射孔時機(jī)等多個因素需要給予合理的優(yōu)化設(shè)定，成為目前亟待解決的問題。

有鑒于此，本發(fā)明人根據(jù)從事本領(lǐng)域和相關(guān)領(lǐng)域的生產(chǎn)設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，研制出一種防止射孔引發(fā)套管損壞的優(yōu)化方法，以期解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是在于提供一種防止射孔引發(fā)套管損壞的優(yōu)化方法，從射孔相位角、孔徑、孔密、射孔時機(jī)等多個因素對射孔參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，既保證了油田增產(chǎn)效果，又最大限度地減少了套管損壞。

為此，本發(fā)明提出一種防止射孔引發(fā)套管損壞的優(yōu)化方法，包括以下步驟：

a)選取射孔槍的射孔相位角：當(dāng)最小水平地應(yīng)力和最大水平地應(yīng)力之差在5mpa以內(nèi)時，采用射孔相位角為90°進(jìn)行螺旋射孔，并使射孔方向與最大水平地應(yīng)力方向呈45°；

當(dāng)最小水平地應(yīng)力與最大水平地應(yīng)力相差大于7mpa時，使射孔方向沿著與最大水平地應(yīng)力方向呈180°定向射孔；

當(dāng)最小水平地應(yīng)力與最大水平地應(yīng)力之差介于5mpa與7mpa之間時，采用射孔相位角為90°進(jìn)行螺旋射孔并使射孔方向與最大水平地應(yīng)力方向呈45°，或者使射孔方向沿著最大水平地應(yīng)力方向呈180°定向射孔；

b)選擇射孔槍的射孔孔密和射孔孔徑：射孔孔密為13孔/米至16孔/米之間，射孔孔徑為10.2～12.6毫米；

c)確定射孔槍的直徑與套管內(nèi)徑的匹配：射孔槍的直徑比套管的內(nèi)徑小10～20毫米。

如上所述的防止射孔引發(fā)套管損壞的優(yōu)化方法，其中，在步驟b)中，射孔槍采用10.2毫米的射孔孔徑。

如上所述的防止射孔引發(fā)套管損壞的優(yōu)化方法，其中，還包括步驟d)射孔時機(jī)的選擇：當(dāng)固井水泥環(huán)彈性模量在15～20gpa時，射孔槍進(jìn)行射孔作業(yè)。

如上所述的防止射孔引發(fā)套管損壞的優(yōu)化方法，其中，在步驟d)中，當(dāng)固井水泥環(huán)彈性模量在15gpa時，射孔槍進(jìn)行射孔作業(yè)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的防止射孔引發(fā)套管損壞的優(yōu)化方法，具有如下的有益效果：首先，充分考慮射孔的方位與地應(yīng)力的大小和方向共同決定了初始水力裂縫的方位，既考慮了水力裂縫的起裂對壓裂的影響，又考慮了套管對于射孔條件下的保護(hù)；其次，從孔密和孔徑的角度，考慮了射孔與套管會產(chǎn)生應(yīng)力集中等不利因素影響，有效減弱了射孔套管的損傷；再者，從固井水泥凝結(jié)硬化時機(jī)方面，考慮了不同時間對于套管附加載荷的情況，并確定最佳射孔時機(jī)，減弱了套管損壞的程度。

附圖說明

以下附圖僅旨在于對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中：

圖1a至圖1c為裂縫走向與孔眼之間三種不同的關(guān)系圖。

圖2為本發(fā)明的防止射孔引發(fā)套管損壞的優(yōu)化方法的工作流程示意圖。

圖3a為本發(fā)明中射孔槍上相位角為90°的射孔分布圖；

圖3b為本發(fā)明中射孔槍上相位角為180°的射孔分布圖；

圖4為本發(fā)明中射孔方向與最大水平地應(yīng)力呈45°的平面示意圖；

圖5為本發(fā)明中射孔方向與最小水平地應(yīng)力呈180°。

4射孔槍41射孔

f射孔方向σh最大水平地應(yīng)力方向

具體實(shí)施方式

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對本發(fā)明提出的的具體實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征及功效，詳細(xì)說明如后。另外，通過具體實(shí)施方式的說明，當(dāng)可對本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效得以更加深入具體的了解，然而所附圖僅是提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。

請參見圖2，本發(fā)明提出一種防止射孔引發(fā)套管損壞的優(yōu)化方法，包括以下步驟：

a)選取射孔槍的射孔相位角：當(dāng)最小水平地應(yīng)力和最大水平地應(yīng)力之差在5mpa以內(nèi)時，采用射孔相位角為90°進(jìn)行螺旋射孔，即射孔槍上的射孔呈螺旋狀分布，且相鄰兩射孔之間的相位角為90°，另使射孔方向與最大水平地應(yīng)力方向呈45°，其中，具體請參見圖3a示意出射孔槍4上相位角為90°射孔41分布，此時，水力裂縫將沿著射孔方向起裂，射孔對套管的損傷將達(dá)到最??；

其中，上述射孔相位角、最大水平地應(yīng)力及最小水平地應(yīng)力均為本領(lǐng)域的公知術(shù)語，比如，射孔相位角是指是相鄰兩射孔彈之間的空間夾角，是射孔工藝設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)；最大水平地應(yīng)力又稱水平最大主地應(yīng)力，最小水平地應(yīng)力又稱水平最小主地應(yīng)力，這是巖石力學(xué)中一般情況下水平主地應(yīng)力的表示方法。

當(dāng)最小水平地應(yīng)力與最大水平地應(yīng)力相差大于7mpa時，使射孔方向沿著與最大水平地應(yīng)力方向呈180°定向射孔，此時，可在射孔槍4上采用相位角為180°分布的射孔41作業(yè)((請參見圖3b)，在此條件下，由于水力裂縫的起裂將與射孔方向無關(guān)，總是沿著最大水平地應(yīng)力方向起裂，沿該方向定向射孔將對套管起到很好的保護(hù)作用；

當(dāng)最小水平地應(yīng)力與最大水平地應(yīng)力之差介于5mpa與7mpa之間時，采用射孔相位角為90°進(jìn)行螺旋射孔并使射孔方向f與最大水平地應(yīng)力方向σh呈45°(請參見圖4)，或者使射孔方向沿著最大水平地應(yīng)力方向σh呈180°定向射孔(請參見圖5)；

在實(shí)際作業(yè)中，由于射孔必然會造成套管的抗擠毀強(qiáng)度減弱，其削減系數(shù)與水平地應(yīng)力的非均勻度和射孔方位有關(guān)，若最小最大水平地應(yīng)力相差在5mpa以內(nèi)，套管局部抗擠毀強(qiáng)度將削弱20％，若最小最大水平地應(yīng)力相差5mpa以上，套管局部抗擠毀強(qiáng)度將削弱30％。因此，射孔相位角的選取需要與水力裂縫起裂和套管強(qiáng)度削弱有機(jī)結(jié)合，由于油田的長期開采，地層原始地應(yīng)力被破壞，最大水平地應(yīng)力及最小水平地應(yīng)力的方向與水力裂縫的產(chǎn)生和套管的損壞關(guān)系密切，根據(jù)兩者之間的相互數(shù)值關(guān)系，采用上述方式分別處理，能最大限度的減弱對套管的損壞。

b)選擇射孔槍的射孔孔密和射孔孔徑：射孔孔密為13孔/米至16孔/米之間，射孔孔徑為10.2～12.6毫米，由此，通過低孔密與小孔徑相結(jié)合，可減弱射孔套管的應(yīng)力集中，有效減弱射孔套管的損傷；

c)確定射孔槍的直徑與套管內(nèi)徑的匹配：射孔槍的直徑比套管的內(nèi)徑小10～20毫米。以此，能避免出現(xiàn)因射孔槍的位置不居中，使套管兩側(cè)孔密不均而導(dǎo)致局部應(yīng)力過大的現(xiàn)象發(fā)生。

較佳地，在步驟b)中，射孔槍采用10.2毫米的射孔孔徑，10.2毫米的射孔孔徑對應(yīng)的最小應(yīng)力解(theminimumstress)比12.6毫米的射孔孔徑對應(yīng)的最小應(yīng)力解(theminimumstress)更小，因而能夠更好地減弱射孔時套管周圍的應(yīng)力集中和損傷面積。

進(jìn)一步地，還包括步驟d)射孔時機(jī)的選擇：當(dāng)固井水泥環(huán)彈性模量在15～20gpa時，射孔槍進(jìn)行射孔作業(yè)。根據(jù)實(shí)踐，固井水泥在未完全凝結(jié)硬化時為射孔的最佳時機(jī)，若距離固井時間過長進(jìn)行射孔作業(yè)，射孔套管將會產(chǎn)生8mpa左右的附加載荷，而且，隨著水泥環(huán)彈性模量的增加，套管承受的最大等效應(yīng)力及受力面積逐步增加，因此在水泥未完全凝結(jié)硬化狀態(tài)進(jìn)行射孔作業(yè)，可以對套管起到很好保護(hù)的作用。

其中，在步驟d)中，當(dāng)固井水泥環(huán)彈性模量在15gpa(1gpa＝1000mpa)時，射孔槍進(jìn)行射孔作業(yè)。由于15gpa的水泥環(huán)彈性模量對應(yīng)的最小應(yīng)力解(theminimumstress)和最大應(yīng)力解(themaximumstress)，均比20gpa的水泥環(huán)彈性模量對應(yīng)的最小應(yīng)力解(theminimumstress)和最大應(yīng)力解(themaximumstress)更小，因而能夠更好地減弱射孔周圍的應(yīng)力分布和損傷面積。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的防止射孔引發(fā)套管損壞的優(yōu)化方法，具有如下的有益效果：首先，充分考慮射孔的方位與地應(yīng)力的大小和方向共同決定了初始水力裂縫的方位，既考慮了水力裂縫的起裂對壓裂的影響，又考慮了套管對于射孔條件下的保護(hù)；其次，從孔密和孔徑的角度，考慮了射孔與套管會產(chǎn)生應(yīng)力集中等不利因素影響，有效減弱了射孔套管的損傷；再者，從固井水泥凝結(jié)硬化時機(jī)方面，考慮了不同時間對于套管附加載荷的情況，并確定最佳射孔時機(jī)，減弱了套管損壞的程度。需要說明的是，對于所采用射孔槍以及套管等，結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)大致相同，在此不再贅述。

以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。