阅读说明：本技术 一种预测非常规油气井储层射孔穿透深度的方法 () 是由 邓宽海 林元华 郭长永 潘勇 武元鹏 贾斌 马毓聪 唐亮 于 2019-09-20 设计创作，主要内容包括：一种预测非常规油气井储层射孔穿透深度的方法,其特征在于该方法根据API标准,首先,制备开展实弹射孔实验所需的标准靶样(套管、水泥块及岩心靶样)并测定靶样的硬度；其次,采用射孔枪开展靶样实弹射孔实验,测定射孔弹穿入和穿出靶样的速度,并计算出射孔弹穿透靶样的加速度；第三,建立射孔弹穿透靶样的加速度与硬度之间的函数关系；第四,准确获取预测井储层套管和水泥环厚度与硬度和选定的射孔枪及射孔速度,结合硬度和加速度之间的函数关系找出射孔弹穿透套管和水泥环的加速度,计算出射孔弹穿出套管和水泥环的速度；最后,结合储层岩石硬度及加速度,计算出射孔弹在储层岩石的穿透深度。本发明适合于非常规油气井钻采工程技术领域。()

一种预测非常规油气井储层射孔穿透深度的方法

技术领域

本专利涉及石油与天然气钻采工程技术领域，具体是一种预测非常规油气井储层射孔穿透深度的方法。

背景技术

近几年，国内钻探的致密油\气、煤层气、页岩油\气等非常规油气资源普遍采用射孔完井和水力加砂多级压裂增产技术，射孔是非常规油气井压裂改造前的必要工序，是沟通地层和井筒、打开非常规油气通道必不可少的措施之一，射孔孔眼不仅是油气流动的通道，也是水力压裂用压裂砂携带液的入口。基于非常规油气井射孔工艺及原理可知，为实现油气井压裂改造及压裂携砂，射孔弹必须先穿透储层套管(生产套管)，再穿透水泥环，最后穿透到储层岩石一定深度。由此可知，射孔穿透深度是产能评估、产率比计算的必备资料，也是射孔优化方案的基本条件。此外，水力压裂设计和采油效率评估通常都需要利用射孔穿透深度这一参数，长期以来，油田采用药量、***模型等间接手段来评价射孔穿透深度，而缺乏有效的直接测量及评价手段。

常见的间接手段如A.C.Seibi等人(Mathematical Model for EstimatingPerforation Penetration Depth,Petroleum Science and Technology,2008,26:1786-1795)利用药量等主动因素和套管厚度等被动因素建立起射孔***过程的数学物理模型，进而评价射孔穿透深度，这类方法不仅没有采用对应实验进行验证，也不需要使用水泥环及地层岩石硬度等信息就可以对射孔穿透深度进行评价，因而缺乏真实性和可靠性。斯伦贝谢公司于2007年(No.:US 2007/0104027A1)提出了一种利用井下测量信息直接评价射孔穿透深度的方法，其原理是，首先建立含射孔道地层共振频率和射孔道长度(穿透深度)的经验关系，然后利用超声波扫频测量获得射孔层段的共振频率，最后通过所建经验关系求得射孔穿透深度。该方法需要新的仪器支撑且对仪器性能要求较高，目前该方法应用在国内未见报道。基于相同的原理，中国石油大学苏远大等人于2018也提出了“一种定量评价射孔穿透深度的声学测井方法”。

随着我国经济的长期持续增长，天然气需求量的快速上升，长期过多依赖进口天然气 来满足国民经济的快速发展将会威胁国家能源安全。页岩气等非常规油气的勘探开发已经成 为我国能源战略的重中之重，而射孔又是非常规油气井压裂改造前的必要工序，射孔穿透深 度是产能评估、产率比计算的必备资料，也是射孔优化方案的基本条件。不难发现，射孔穿 透深度的准确预测十分重要，但现阶段国内外对这一方向的研究较为匮乏，国内外尚无准确 测试射孔穿透深度的精密仪器。为此，本发明针对非常规油气资源的勘探开发方式，提出一 种预测非常规油气井储层射孔穿透深度的方法，该方法准确预测储层射孔穿透深度，为非常 规油气井产能评估、产率比计算、射孔方案及水力压裂设计优化提供理论依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种预测非常规油气井储层射孔穿透深度的方法，以解决非常规油气井储层射孔穿透深度难以准确预测的技术难题，该方法使用简单，且极易满足不同井眼环境下的真实工况。

为实现上述目的，本发明所述的一种预测非常规油气井储层射孔穿透深度的方法，其特征在于该方法主要根据API RP19B标准，首先，制备开展实弹射孔实验所需的标准靶样(主要包括：非常规油气井储层常用钢级套管靶样、不同等级水泥块靶样和不同硬度等级的岩心靶样)并测定各标准靶样的硬度；其次，采用非常规油气井常用射孔枪及射孔弹开展各类标准靶样实弹射孔实验，测定射孔弹进入各类标准靶样速度及穿出靶样速度，并计算得到射孔弹穿透各类标准靶样的加速度；第三，建立射孔弹穿透各类标准靶样的加速度与靶样硬度之间的函数关系；第四，基于预测井井身结构准确获取储层套管厚度与硬度、水泥环厚度与硬度和选定的射孔枪及射孔弹速度，结合硬度和加速度之间的函数关系找出射孔弹穿透储层套管和水泥环的加速度，计算得到射孔弹穿出套管和水泥环的速度；最后，结合储层岩石硬度及加速度，计算得到射孔弹在储层岩石的穿透深度，具体采取的技术方案如下：

步骤一：基于API RP19B标准，采用非常规油气井储层常用钢级(如N80，T95，P110，Q125，TP140)的套管材料制备实弹射孔实验所需的标准靶样，即套管靶样(L₁×W₁×T₁)， L₁为靶样长度，W₁为靶样宽度，T₁为靶样厚度，并测定各钢级套管靶样的硬度h_1n；

步骤二：基于API RP19B标准，采用《GB/T 10238-2015油井水泥》标准规定的六级水泥(A级，B级，C级，D级，G级，H级)制备实弹射孔实验所需的标准靶样，即水泥块靶样(L₂×W₂×T₂)，L₂为靶样长度，W₂为靶样宽度，T₂为靶样厚度，并测定各级水泥块靶样的硬度h_2n；

步骤三：基于API RP19B标准，采用常见硬度等级(Ⅰ级，Ⅱ级，Ⅲ级，IV级，Ⅴ级， VI级，Ⅶ级，Ⅷ级，Ⅸ级，Ⅹ级)的岩石制备实弹射孔实验所需的标准靶样，即岩心靶样 (L₃×W₃×T₃)，L₃为靶样长度，W₃为靶样宽度，T₃为靶样厚度，并测定各级岩石靶样的硬度 h_3n；

步骤四：采用非常规油气井标准射孔枪开展标准套管靶样(L₁×W₁×T₁)的实弹射孔实验，并用测速仪测定射孔弹进入不同钢级套管靶样的速度V₁n及穿出的速度V₂n，从而计算得到射孔弹穿透不同钢级套管靶样的加速度n＝1，2，3，4…n，a_1n代表穿过不同钢级套管靶样的加速度；

步骤五：采用油气田标准射孔枪开展标准水泥块靶样(L₂×W₂×T₂)的实弹射孔实验，并用测速仪测定射孔弹进入不同等级水泥块靶样的速度V₃n及穿出的速度V₄n，从而计算得到射孔弹穿透不同等级水泥块靶样的加速度n＝1，2，3，4…n，a_2n代表穿过不同等级水泥块靶样的加速度；

步骤六：采用油气田标准射孔枪开展标准岩心靶样(L₃×W₃×T₃)的实弹射孔实验，并用测速仪测定射孔弹进入不同硬度岩心靶样的速度V₅n及穿出的速度V₆n，从而计算得到射孔弹穿透不同等级岩心靶样的加速度n＝1，2，3，4…n，a_3n代表穿过不同硬度岩心靶样的加速度；

步骤七：基于步骤一获取的各钢级套管靶样的硬度h_1n和步骤四获取的射孔弹穿透不同钢级套管靶样的加速度a_1n，建立射孔弹穿透套管靶样的加速度(a_1n)与套管硬度(h_1n)之间的函数关系，即a_1n＝f(h_1n)，记为第一函数关系；

步骤八：基于步骤二获取的各级水泥块靶样的硬度h_2n和步骤五获取的射孔弹穿透不同等级水泥块靶样的加速度a_2n，建立射孔弹穿透水泥块靶样的加速度(a_2n)与水泥块硬度(h_2n) 之间的函数关系，即a_2n＝f(h_2n)，记为第二函数关系；

步骤九：基于步骤三获取的各级岩心靶样的硬度h_3n和步骤六获取的射孔弹穿透不同等级岩心靶样的加速度a_3n，建立射孔弹穿透岩心靶样的加速度(a_3n)与岩石硬度(h_3n)之间的函数关系，即a_3n＝f(h_3n)，记为第三函数关系；

步骤十：确定预测井(记为X井)选定的射孔枪及射孔弹，基于油气井储层射孔原理可知，射孔弹首先穿过套管(从内壁到外壁)，再穿过水泥环(从内壁到外壁)，最后进入到一定深度的储层岩石，由此可知射孔弹的发射速度就是其刚进入套管内壁的速度v_1x；

步骤十一：基于预测井井身结构准确获取储层套管厚度T_1x及其硬度h_1x，根据硬度h_1x和第一函数关系a_1n＝f(h_1n)找出射孔弹穿透套管材料的加速度a_1x，结合套管厚度T_1x求得射孔弹穿出套管的速度

步骤十二：基于预测井井身结构准确获取储层水泥环厚度T_2x及其硬度h_2x，根据硬度h_2x和第二函数关系a_2n＝f(h_2n)找出射孔弹穿透水泥环材料的加速度a_2x，结合水泥环厚度T_2x求得射孔弹穿出水泥环的速度根据射孔原理可知，v_3x＝v_2x，即

步骤十三：基于油气井储层射孔原理可知，射孔弹最后进入到一定深度的储层岩石，且最终速度降为0，根据预测井储层岩石取芯测得的硬度h_3x和第三函数关系a_3n＝f(h_3n)找出射孔弹穿透储层岩石的加速度a_3x，求得射孔弹在储层岩石的穿透深度根据射孔原理可知，v_5x＝v_4x，即

步骤十四：基于步骤十一、步骤十二和步骤十三可计算得到射孔弹在储层岩石的穿透深度其中v_1x、a_1x、T_1x、a_2x、T_2x和a_3x分别为射孔弹的发射速度(由射孔枪及射孔弹型号确定)、射孔弹穿透预测井储层套管的加速度、套管厚度、射孔弹穿透预测井储层水泥环的加速度、水泥环厚度、射孔弹穿透储层岩石的加速度。

本发明具有以下的优点：

本发明不需要借助任何先进测井仪器、工具及井下测量信息，如超声波扫频测量获得的射孔层段共振频率、声学测井获得的地层纵波慢度和纵波相对到时延迟等，只需知道预测井选用的射孔枪及射孔弹类型、储层套管硬度及壁厚、水泥环硬度及壁厚、岩石硬度就可直接计算得到射孔穿透深度；现有射孔穿透深度预测方法均是先通过声学测井方法获取地层共振频率、纵波慢度、声波全波阵列数据等信息，再采用变化积分及相关分析方法处理获取数据，最后间接预测射孔穿透深度，而本发明是直接根据储层射孔段套管、水泥环及岩石的相关参数来预测射孔穿透深度，预测结果可为非常规油气井产能评估、产率比计算、射孔方案及水力压裂设计优化提供重要支撑。

附图说明

图1是实弹射孔实验套管靶、水泥块靶和岩心靶结构之示意图。

图2是预测井储层套管、水泥环及岩石结构之示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明进行详细的描述。

参见附图，本发明提出了一种预测非常规油气井储层射孔穿透深度的方法，所述方法主要包括以下步骤：

步骤一：基于API RP19B标准，采用非常规油气井储层常用钢级(如N80，T95，P110，Q125，TP140)的套管材料制备实弹射孔实验所需的标准靶样，即套管靶样1(L₁×W₁×T₁)，L₁为靶样长度，W₁为靶样宽度，T₁为靶样厚度，并测定各钢级套管靶样1的硬度h_1n；

步骤二：基于API RP19B标准，采用《GB/T 10238-2015油井水泥》标准规定的6级水泥(A级，B级，C级，D级，G级，H级)制备实弹射孔实验所需的标准靶样，即水泥块靶样2(L₂×W₂×T₂)，L₂为靶样长度，W₂为靶样宽度，T₂为靶样厚度，并测定各级水泥块靶样2的硬度h_2n；

步骤三：基于API RP19B标准，采用常见硬度等级(Ⅰ级，Ⅱ级，Ⅲ级，IV级，Ⅴ级， VI级，Ⅶ级，Ⅷ级，Ⅸ级，Ⅹ级)的岩石制备实弹射孔实验所需的标准靶样，即岩心靶样3 (L₃×W₃×T₃)，L₃为靶样长度，W₃为靶样宽度，T₃为靶样厚度，并测定各级岩石靶样3的硬度h_3n；

步骤四：采用油气田标准射孔枪开展标准套管靶样1(L₁×W₁×T₁)的实弹射孔实验，并用测速仪测定射孔弹4进入不同钢级套管靶样1的速度V₁n及穿出的速度V₂n，从而计算得到射孔弹4穿透不同钢级套管靶样1的加速度n＝1，2，3，4…n，a_1n代表穿过不同钢级套管靶样1的加速度，具体如图1所示；

步骤五：采用油气田标准射孔枪开展标准水泥块靶样2(L₂×W₂×T₂)的实弹射孔实验，并用测速仪测定射孔弹4进入不同等级水泥块靶样2的速度V₃n及穿出的速度V₄n，从而计算得到射孔弹4穿透不同等级水泥块靶样2的加速度n＝1，2，3，4…n， a_2n代表穿过不同等级水泥块靶样2的加速度，具体如图1所示；

步骤六：采用油气田标准射孔枪开展标准岩心靶样3(L₃×W₃×T₃)的实弹射孔实验，并用测速仪测定射孔弹4进入不同硬度岩心靶样3的速度V₅n及穿出的速度V₆n，从而计算得到射孔弹4穿透不同等级岩心靶样3的加速度n＝1，2，3，4…n，a_3n代表穿过不同硬度岩心靶样3的加速度，具体如图1所示；

步骤七：基于步骤一获取的各钢级套管靶样1的硬度h_1n和步骤四获取的射孔弹4穿透不同钢级套管靶样1的加速度a_1n，建立射孔弹4穿透套管靶样1的加速度(a_1n)与套管硬度(h_1n) 之间的函数关系，即a_1n＝f(h_1n)，记为第一函数关系；

步骤八：基于步骤二获取的各级水泥块靶样2的硬度h_2n和步骤五获取的射孔弹4穿透不同等级水泥块靶样2的加速度a_2n，建立射孔弹4穿透水泥块靶样2的加速度(a_2n)与水泥块硬度(h_2n)之间的函数关系，即a_2n＝f(h_2n)，记为第二函数关系；

步骤九：基于步骤三获取的各级岩心靶样3的硬度h_3n和步骤六获取的射孔弹4穿透不同等级岩心靶样3的加速度a_3n，建立射孔弹穿透岩心靶样3的加速度(a_3n)与岩石硬度(h_3n)之间的函数关系，即a_3n＝f(h_3n)，记为第三函数关系；

步骤十：确定预测井(记为X井)选定的射孔枪及射孔弹4，基于油气井储层射孔原理可知，射孔弹首先穿过套管5(从内壁到外壁)，再穿过水泥环6(从内壁到外壁)，最后进入到一定深度的储层岩石7，由此可知射孔弹4的发射速度就是其刚进入套管5内壁的速度v_1x，具体如图2所示；

步骤十一：基于预测井井身结构准确获取储层套管5厚度T_1x及其硬度h_1x，根据硬度h_1x和第一函数关系a_1n＝f(h_1n)找出射孔弹4穿透套管5材料的加速度a_1x，结合套管5厚度T_1x求得射孔弹4穿出套管5的速度

步骤十二：基于预测井井身结构准确获取储层水泥环6厚度T_2x及其硬度h_2x，根据硬度h_2x和第二函数关系a_2n＝f(h_2n)找出射孔弹4穿透水泥环6材料的加速度a_2x，结合水泥环6厚度T_2x求得射孔弹4穿出水泥环6的速度根据射孔原理可知，v_3x＝v_2x，即

步骤十三：基于油气井储层射孔原理可知，射孔弹4最后进入到一定深度的储层岩石7，且最终速度降为0，根据预测井储层岩石7取芯测得的硬度h_3x和第三函数关系a_3n＝f(h_3n)找出射孔弹4穿透储层岩石7的加速度a_3x，求得射孔弹4在储层岩石7的穿透深度根据射孔原理可知，v_5x＝v_4x，即

步骤十四：基于步骤十一、步骤十二和步骤十三可计算得到射孔弹4在储层岩石7的穿透深度其中v_1x、a_1x、T_1x、a_2x、T_2x和a_3x分别为射孔弹4 的发射速度(由射孔枪及射孔弹型号确定)、射孔弹4穿透预测井储层套管5的加速度、套管 5厚度、射孔弹4穿透预测井储层水泥环6的加速度、水泥环6厚度、射孔弹4穿透储层岩石7的加速度。