一种页岩气水平井分段压裂变密度簇射孔方法及射孔枪

技术领域

本发明属于油气田增产开发领域，具体涉及一种页岩气水平井分段压裂变密度簇射孔方法及射孔枪，适用于非常规页岩气水平井分段压裂变密度簇射孔作业。

背景技术

在页岩气水平井分段压裂中，簇射孔参数的优化设计至关重要。目前的簇射孔优化主要集中在簇间距、簇长、每段总射孔数及射孔孔径、方位与穿透深度等方面，而簇射孔方式基本沿用直井常用的沿水平井筒轴向螺旋式射孔方式。该簇射孔方式及参数优化技术已在页岩气压裂实践中获得大量的成功应用，对提高页岩气的裂缝复杂性程度和改造体积，发挥了重要的作用。

但上述簇射孔优化技术也存在如下问题：

(1)簇长及射孔密度相同，难以保证每簇射孔处的储层得到均匀改造。由于沿压裂液的流动方向上，第一簇裂缝优先获得压裂液的注入机会，其它簇裂缝即使假设储层均质，每簇裂缝的改造程度也不同，有的簇裂缝延伸较长，有的则较短。

(2)孔径及穿深等参数也基本相同。没有考虑水平井筒不同位置处的应力及物性等的不同。实际上，应力大，物性差的位置，应当适当增加孔径及穿透深度，以保证其获得足够的改造强度。

(3)射孔方式基本是螺旋式射孔，难以充分保证压裂液集中进入地层，出现多裂缝的概率非常大，尤其是当页岩的非均质性较弱时，可能有多少个射孔眼就有多少个多裂缝，在这种情况下，每个裂缝只有一个孔眼进液，难以保证后续的充分改造和顺利加砂。

(4)簇间距设计开始是均匀分布，然后过渡到非均匀分布，都各有偏颇。均匀分布没有考虑到地质甜点与工程甜点的分布特征，而非均匀分布则不能利用相邻簇间裂缝的诱导应力干扰，对提高裂缝的复杂性程度不利。

因此，需要一种新的变参数簇射孔技术，以解决上述局限性，保证所有簇都能均匀起裂和延伸裂缝，所有射孔簇的设计都要保证水平井筒处的压力经过孔眼后的压力值相等或接近相等，如某簇页岩地应力高，应适当增加射孔密度，反之则适当降低，以保证各簇射孔能均匀进液和获得基本相同的裂缝长度。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种页岩气水平井分段压裂变密度簇射孔方法及射孔枪，优化簇射孔各种参数提高压裂裂缝的复杂程度，提高压裂增产效果，使各簇裂缝得到均衡改造。根据储层物性差异，优选合适的射孔孔径及穿透深度，以保证其获得足够的改造强度。优化射孔布孔方式充分改造和顺利加砂，优化簇间距设计提高裂缝的复杂程度和压裂增产效果。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种页岩气水平井分段压裂变密度簇射孔方法，包括：

S1，求取水平井筒方向地应力剖面、纵向地应力剖面和地质甜点及工程甜点；

S2，初步确定簇射孔参数；

S3，优化簇射孔参数：结合地质及工程双甜点评价结果，调整簇间距及各簇射孔的位置，在保证裂缝最大限度地覆盖地质甜点及工程甜点的基础上，使得相邻簇间的裂缝诱导应力干扰最高，以实现裂缝复杂性程度的最大化；

S4，在S3确定的射孔压裂位置上进行沿水平井筒周向上的射孔，这样，射孔眼分布在一个平面的圆周上，所有射孔眼的裂缝都会进入一个裂缝通道内；

S5，不同射孔簇采用变密度射孔：若沿水平井筒的地应力剖面差异大，则 在不同射孔簇采用变密度射孔；

S6，如果某射孔簇所处位置处的页岩地应力高，则在周向上增加此处的射孔的数量和或扩大孔径，反之则减少射孔的数量和或缩小孔径，以保证各簇射孔能够均匀进液和获得相同的裂缝长度。

所述S1是这样实现的：

依据常规的地质测井、录井及岩心实验求取沿水平井筒方向的地应力剖面和纵向地应力剖面资料，然后找出地质甜点及工程甜点。

所述S2是这样实现的：

采用渗流干扰模拟和诱导应力干扰模拟的综合方法初步确定分段数、每段簇射孔数量及簇间距，进而确定射孔压裂位置。

所述S3是这样实现的：

如果通过S2确定的射孔压裂位置不在地质甜点及工程甜点位置上，则把该射孔位置调整到地质甜点及工程甜点位置上或靠近地质甜点及工程甜点位置上。

所述S5是这样实现的：

用孔眼摩阻的差异抵消地应力的差异，即在地应力高的地方，在周向上增加射孔的数量和或扩大孔径，反之则减少射孔的数量和或缩小孔径，具体如下：

裂缝易上延处，在周向上增加向下的射孔的数量和或扩大孔径，反之则增加向上的射孔的数量和或扩大孔径；

如果井眼左或右侧靠近断层近，则在周向上减少射孔的数量和或缩小孔径。

一种实现所述页岩气水平井分段压裂变密度簇射孔方法的射孔枪，包括堵头、外罩、弹夹、射孔弹和引信；

在所述外罩内安装有弹夹，在所述弹夹的壁上开有沿周向分布的射孔；在射孔内安装有射孔弹，射孔弹与引信连接；

所述堵头安装在外罩的一端，将弹夹固定在外罩内。

所述射孔在周向上均布或非均匀分布。

所述射孔弹采用超高聚能弹。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过本发明的变密度簇射孔优化技术使各簇裂缝得到均衡改造。根据储层物性差异，优选合适的射孔孔径及穿透深度，保证了其获得足够的改造强度。优化射孔布孔方式充分改造和顺利加砂，保证各簇射孔能均匀进液和获得基本相同的裂缝长度。新设计的射孔枪满足了射孔要求。优化簇间距设计提高裂缝的复杂程度和压裂增产效果，具有很强的推广应用价值。

附图说明

图1周向等间距射孔枪局部正视图

图2周向等间距射孔枪局部侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明在于提供一种页岩气水平井分段压裂变密度簇射孔方法及射孔枪，优化簇射孔各种参数提高压裂裂缝的复杂程度，提高压裂增产效果。

本发明采取的技术方案按照以下步骤进行：

(1)优化射孔方式，将目前采用的螺旋式分布射孔，改为沿水平井筒某一位置处(根据储层地质和工程双甜点优选的射孔压裂位置。)的周向射孔，这样，所有射孔眼的裂缝都会进入一个裂缝通道内，而且，即使水平井筒方向与最小水平主应力方向不一致，也不会改变所有孔眼压裂液进入一个主裂缝的结果，此时至多有些裂缝弯曲摩阻而已，且是近井的裂缝弯曲摩阻，可以通过支撑剂段塞技术进行打磨来消除之。

(2)在(1)的基础上，在水平井筒某个位置的周向内，也采用变密度的射孔技术。所述“某个位置”包括：裂缝易上延处，可适当增加向下的射孔密度或孔径，反之则适当增加向上的射孔密度和孔径。同样地，如井眼左或右侧 靠近断层近，应减小该方向的裂缝长度，则可适当降低该方向上的射孔密度或孔径等。

(3)在(1)和(2)的基础上，为保证所有簇都能均匀起裂和延伸裂缝，所有射孔簇的设计都要保证水平井筒处的压力经过孔眼后的压力值相等或接近相等，如某簇页岩地应力高，应适当增加射孔密度，反之则适当降低，以保证各簇射孔能均匀进液和获得基本相同的裂缝长度。

本发明一个实施例的具体步骤如下：

S1，求取水平井筒方向地应力剖面、纵向地应力剖面和地质工程双甜点。

依据常规的地质测井、录井及岩心实验等方法求取沿水平井筒方向的地应力剖面和纵向地应力剖面资料。按照目前成熟方法找出地质甜点及工程甜点。

S2，初步确定簇射孔参数。

依据目前较为成熟的方法(如采用渗流干扰模拟和诱导应力干扰模拟的综合方法)初步优化确定包括分段数、每段簇射孔数量及簇间距等参数。

S3，优化簇射孔参数。

在步骤S2的基础上，结合地质及工程双甜点评价结果，适当调整簇间距及各簇射孔的位置，即如果通过S2确定的射孔位置不在地质和工程双甜点位置上，就需要把该射孔位置调整到双甜点位置上或靠近双甜点位置上。这样，在保证裂缝最大限度地覆盖地质与工程双甜点的基础上，相邻簇间的裂缝诱导应力干扰又相对较高以实现裂缝复杂性程度的最大化，从而实现最佳的压后效果。

S4，进行可周向射孔的射孔装置设计。射孔眼分布在一个平面的圆周上，可以等间距均匀分布，也可考虑裂缝延伸特性采用非均匀间距设计。在常规51/2”井眼内常用最大射孔枪为108射孔枪，考虑射孔眼直径8-12mm设计，则一个平面圆周内最大的射孔数量即射孔密度即可确定。

其中周向等间距安装6个射孔弹的枪身结构如图1和图2所示，包括堵头1、外罩2、弹夹3、射孔弹4和引信5，在所述外罩2内安装有弹夹3，在所述弹夹3的壁上开有周向上的射孔，射孔在周向上均布或非均匀间距，在射孔内安 装有射孔弹4，射孔弹4与引信5连接。在外罩2的一端设有堵头1，堵头1将弹夹固定在外罩内。本发明射孔枪的布孔方式是周向射孔，而现有射孔枪是轴向螺旋式射孔。所述射孔弹选用超高聚能弹，其体积小，能量高。射孔深度达0.8米以上。

S5，不同射孔簇采用变密度策略射孔。

若沿水平井筒的地应力剖面差异较大，需要在不同射孔簇采用变密度射孔策略，适当调整每簇用射孔枪身结构及弹型等参数，确保不同簇裂缝获得几乎相同的排量及压裂液量从而获得接近相等的缝长及导流能力等要求。用孔眼摩阻的差异抵消地应力的差异，地应力高的地方，增加孔眼数量和/或扩大孔径，反之则减少孔眼数量和/或缩小孔径。具体来说，一簇就是指一个周向上的多个射孔，一个射孔枪上有一簇射孔，在井内根据实际情况安装多个不同的射孔枪。

S6，如沿水平井筒的地应力接近或相等，但个别簇的地质甜点及工程甜点非常高需要加大规模压裂，则可按S5同样的方法适当增加该簇的射孔密度(周向多布置射孔弹)或增大孔径等，以保证压后产量的最大化。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。