[发明专利]水平井定面射孔方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于油气井开发的射孔方法及装置，尤其是一种水平井定面射孔方法及装置。

背景技术

在套管完井水平井分段压裂中，缝网系统的完善程度决定了在储层中是否能够获得最大的泄油面积，而储层裂缝的走向对缝网系统的完善程度影响很大。实践证明，对于水平井分段压裂，如果裂缝的走向垂直于井筒轴向并沿井筒径向进行扩展，就可有效避免段与段之间压裂裂缝的交叉串通，从而提高压裂效果，进而提高泄油面积。

在水平井的分段压裂工艺中，实施压裂前必须对套管进行射孔作业，目前在大多数情况下射孔都是采用常规聚能射孔技术。以往，常规聚能射孔通常采用在射孔枪内弹架上螺旋状排布射孔弹，射孔弹引爆后在井筒套管壁上形成螺旋状排列的多个孔眼，然后再实施压裂。由于套管上的射孔孔眼分布是呈螺旋状均匀排布的，多数情况下压裂裂缝只能沿垂直于岩层(储油层)天然最小主应力的方向扩展，裂缝走向不能控制，裂缝的走向并非沿井筒径向扩展，因而极易造成段与段之间压裂裂缝的交叉串通，影响压裂效果和泄油面积。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺点，其提供一种用于套管完井水平井分段压裂的定面射孔方法及装置，它可使岩层裂缝的走向尽可能地沿井筒径向扩展，避免段与段之间压裂裂缝的交叉串通。

本发明的基本思路是：采用定面射孔方法对水平井井筒套管及地层进行射孔，在套管同一横截面的套管壁上形成多个孔眼并按圆周分布。这些同一截面上的多个孔眼，形成了沿井筒径向的应力集中，可以有效引导裂缝向井筒径向扩展，控制裂缝的走向。关于应力集中及裂缝扩展机理属于公知常识，记载在很多公开资料中，例如可列举出例如《材料力学教程》(机械工业出版社1993年9月出版，刘鸿文主编)中的正文第43～44页“§2-9应力集中的概念”的内容及附图，以及该书正文第321页“§12-4影响持久极限的因素”中的“一、应力集中的影响”的内容，故在此不作赘述。

本发明的水平井定面射孔方法，包括以下步骤：

1)作为水平井水力压裂工艺的前序作业，射孔作业要先根据需要实施作业的储层特性(含各种参数)来确定射孔作业要满足的对地层开孔的数量；

2)根据射孔作业要满足对地层开孔的数量确定射孔弹的数量，在射孔装置中按预定的角度设置多发射孔弹；

3)对水平井套管及地层进行射孔，射孔弹爆轰后产生的射流在套管同一横截面的套管壁上形成多个按圆周分布的孔眼；

4)多个孔眼以及与多个孔眼对应的地层中的孔道在地层形成了沿井筒径向的应力集中，该应力集中引导压裂时裂缝向井筒径向扩展，以控制裂缝的走向。

通过对多个垂直于井筒轴向的具有若干射孔孔眼的套管壁截面进行压裂，可获得沿井筒轴向分布的缝网系统，最终提高压裂效果。

按照本发明水平井定面射孔方法的射孔装置，包括射孔枪身以及设置在射孔枪身中的至少一组射孔单元，射孔单元包括弹架以及安装在弹架上的多发射孔弹，多发射孔弹分别沿弹架轴向间隔布置，重要的是，每发射孔弹的轴线分别与射孔装置的轴线成预定的夹角，同一组射孔单元中各射孔弹轴线的延长线与水平井套管壁的交点在套管同一横截面上分布。

其中，对于射孔弹的安装方式，可以使多发射孔弹沿弹架周向交错分布，所述射孔单元中各射孔弹的轴线分别与所述射孔装置的轴线斜交成预定的角度5°～45°。

此外，对于射孔弹的安装方式，优选为：多发射孔弹沿弹架周向交错分布，所述射孔单元中有一发射孔弹的轴线垂直于所述射孔装置的轴线，其余射孔弹的轴线分别与所述射孔装置的轴线斜交成预定的角度5°～45°。

另外为了将射孔弹更牢固地固定在弹架上，优选的技术方案为：弹架上设置有弹套，先将弹套插入后自锁固定在弹架上。

此外，可以在弹套中插入射孔弹，弹套上设置的自锁结构可将射孔弹固定在弹套上，来确保射孔弹不会脱落。

对于本发明的水平井定面射孔装置，优选方案为：所述射孔装置设有偶数组射孔单元，相邻两组射孔单元组成一簇射孔单元，每一簇射孔单元的第一组射孔单元的各射孔弹所产生的射流在水平井套管壁上形成的孔眼位于水平井套管的第一横截面的半圆周上，第二组射孔单元的各射孔弹所产生的射流在水平井套管壁上形成的孔眼位于水平井套管的第二横截面的半圆周上，沿水平井的轴向观察：第一横截面的半圆周和第二横截面的半圆周组成一个整圆周，且每一簇射孔单元的各射孔弹在水平井套管壁上形成的孔眼以等分整个圆周范围的方式均匀分布。

此外，在上述的技术方案中，所述每一组射孔单元具有3～6发射孔弹。