水力喷砂分段压裂技术
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现阶段，水力喷砂分段压裂工艺具有以下主要适应 性：
（1）适用于新井改造； （2）完井方式上，可应用于裸眼完井、筛管完井、套管完井，油 田主要应用于51/2“套管井，气田应用于41/2“套管井和6“裸眼井； （3）储层改造方式上，可应用于酸压或加砂压裂； （4）井深一般小于5000m。
4
3、水力喷砂分段压裂施工工艺过程
喷射器是影响喷射效果和施工效率的关键部 件。
主要影响因素：
Ø 喷嘴流道形状 Ø 喷嘴直径 Ø 喷嘴布放方式 Ø 喷嘴材质 Ø 喷射器材质 Ø 喷射方式
喷嘴螺旋布放时孔内流速分布图
10
(2)偏心定位器
当液流以较高速度流经偏心定位器时，在压力作用下，由于两个内 腔不同心，流体与内腔管壁交接处会出现旋流，产生向下的力，推动定 位器旋转方向。
• 水马力 (HHP) = 压力 (psi) x 排量 (BPM) 40.8
• 附加的备用泵 (50% - 100%）
(3)压裂施工
①正循环用压裂液基液替满井筒。 ②射孔：砂比8-10%的20-40目石英砂。 ③关闭套管旋塞。 ④第一段压裂作业：油管和套管按设 计注入。
7
⑤停泵关井。 ⑥反循环洗井，上提管柱至第二个喷 射位置。 ⑦按设计完成第二段压裂作业。 ⑧依次完成全部压裂施工，最后起管 柱完井。
11
(4)单流阀
• 保证射孔、压裂过 程中油管中液体只从 喷射器喷嘴中喷出； • 进行反循环洗井。
单流阀实物图 单流阀示意图
(5)眼管
反循环洗井过程中防止一些大杂物进入油管，堵塞喷嘴，另外， 为反循环洗井提供更大的过流通道。
眼管示意图
12
(6)堵头
• 下管柱时，起着导 向作用； • 封堵油管，保证反 循环洗井过程中液体 只从喷嘴和筛管通 过。
• 可实现定方位射孔； • 扶正作用，保证施工时各个喷嘴的喷距相同。
偏心定位器示意图
(3)万向节
• 提高钻具在复杂井眼井中的
通过能力，易于起下管柱；
• 与偏心定位器配合调整喷射
方位，使之与设计方位一致；
• 钻具活动空间增大，提高管 柱起钻解卡解堵的成功率。
15°
功能：在一定范围内在径向上和轴 向上可以自由活动。
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汇报提纲
一、原理及主要做法 二、关键工具及性能 三、前期试验及认识 四、近年技术研究与发展 五、应用情况
一、原理及主要做法
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1、水力喷砂分段压裂的技术原理？
水力喷砂分段压裂技术是通 过高速水射流射开套管和地层并 形成一定深度的喷孔，流体动能 转化为压能，在喷孔附近产生水 力裂缝，实现压裂作业。由于喷 孔内的压力要高于环空压力，喷 射压裂具有自动隔离的效果。
水力喷砂分段压裂技术
中国石油长庆油田分公司 二○一一年六月
前言
水力喷砂分段压裂技术起源于60年代末70年代初的水力喷砂射孔技术，作为 增产技术的一种，前期仅应用于射孔领域，直到1998年，Surjaatmadja提出水力喷 射压裂方法，水力喷砂开始延伸到压裂领域，形成了水力喷砂压裂技术，并应用于 水平井压裂，改变了裸眼水平井不能压裂的历史，在国外应用了数千口井。
2005年，以长庆油田为代表的国内油田开始引入水力喷射压裂工艺，针对射流 增压、喷孔形态等关键理论认识，开展了大量物模实验，许多研究成果改变了传统 理论认识，根据研究成果，长庆油田改进了水力喷砂压裂技术，在油田形成了水力 喷砂与小直径封隔器联作拖动压裂技术，在气田形成不动管柱多级滑套水力喷砂压 裂技术，至目前，在长庆油田应用了124口井，压后增产3倍以上，在长庆气田应用 47口井，增产3-5倍，目前已成为油气田水平井改造的主体技术之一。
二、关键工具及性能
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工具组成：
万向节+偏心定位器+喷射器+喷射器+单流阀+眼管+堵头
万向节
偏心定位器
单流阀
堵头
喷射器 水力喷砂压裂工具示意图
眼管
接头
调整短节 偏心定位器
万向节
喷射器+单流阀
工具实物图
眼管+堵头
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(1)喷射器
喷射器水力喷砂射孔压裂中的核心部件，由喷射器本体和喷 嘴组成。
• 产生高速射流，射开套管和地层，压开地层，实现射孔、压裂施工 一体化； • 根据储层特点，通过调整喷嘴位置、数量、大小可实现不同方位、 不同施工排量、压力下的压裂施工； • 提供高速射流，实现段间水力自动封隔功能。
h + P = const 2
其中： —表流量 —液体的局部压力
ρ—液体的密度 C—常量
P套 P油
Pc（地应力）
P入 P围
P孔
压力分布示意图
3
2、水力喷砂压裂的技术优势及适应性
①可用于裸眼、套管完井等多 种完井方式； ②实现射孔压裂一体化； ③在一定条件下，可以实现水 力自动封隔； ④一趟管柱可以进行多段压 裂，施工周期短，有利于降低 储层伤害； ⑤工艺具有降破压功能，储层 易压开。
堵头实物图
三、前期试验及认识
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2006-2008 年 ， 照 搬 国 外水力喷砂压裂的做法，在 以吴420长6为代表的油田开 展了早期的水力喷砂压裂现 场试验，其中仅吴420井区 完试16口井。
长庆油田区域分布图
吴旗油田
水平段长度：300－500m 改造段数：3-5段 单段加砂量：25-35m3 油管排量：1.8-2.0m3/min 套管排量：0.6m3/min 平均砂比：30-40% 支撑剂：20-40目石英砂
水力喷砂与小直径封隔器联作拖动压裂：
通井洗井 下喷射工具 射孔 压裂下层 反循环洗井 拖动油管 射孔 压裂上层 反循环洗井 起管柱完井
不动管柱多级滑套水力喷砂压裂：
通井洗井 下喷射工具 射孔 压裂下层 观察裂缝闭合 投球打开滑套 射孔 压裂上层 重复直至压完最后一层 完井
(1)通洗井
用合适尺寸通井规通井，并用活性水将井筒清洗干净。 其它要求： ①试压 ：对套管试压，确保套管完好。 ②油管校深 ：由于油管伸长量计算误差较大，因此，需对油管进行 校深作业(主要对直井段)，一般在油管传输测三样时进行校深（在直 井段下入校深短节，通过GR校深）。
5
(2)压前准备
按设计要求下入压裂施工管柱，并完成压裂设备、配液等施工准 备。
其它要求： ①油管和环空两套注 入系统。 ②套管闸门要求带旋 塞阀：方便喷砂结束 后快速关井。
水力喷砂压裂系统地面组成示意图
油管注入系统
套管注入系统
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③为保障足够的喷射排量和射孔阶段的连续，应合理选择压裂设备，施 工前对每台设备进行检查。
（1）适用于新井改造； （2）完井方式上，可应用于裸眼完井、筛管完井、套管完井，油 田主要应用于51/2“套管井，气田应用于41/2“套管井和6“裸眼井； （3）储层改造方式上，可应用于酸压或加砂压裂； （4）井深一般小于5000m。
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3、水力喷砂分段压裂施工工艺过程
喷射器是影响喷射效果和施工效率的关键部 件。
主要影响因素：
Ø 喷嘴流道形状 Ø 喷嘴直径 Ø 喷嘴布放方式 Ø 喷嘴材质 Ø 喷射器材质 Ø 喷射方式
喷嘴螺旋布放时孔内流速分布图
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(2)偏心定位器
当液流以较高速度流经偏心定位器时，在压力作用下，由于两个内 腔不同心，流体与内腔管壁交接处会出现旋流，产生向下的力，推动定 位器旋转方向。
• 水马力 (HHP) = 压力 (psi) x 排量 (BPM) 40.8
• 附加的备用泵 (50% - 100%）
(3)压裂施工
①正循环用压裂液基液替满井筒。 ②射孔：砂比8-10%的20-40目石英砂。 ③关闭套管旋塞。 ④第一段压裂作业：油管和套管按设 计注入。
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⑤停泵关井。 ⑥反循环洗井，上提管柱至第二个喷 射位置。 ⑦按设计完成第二段压裂作业。 ⑧依次完成全部压裂施工，最后起管 柱完井。
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(4)单流阀
• 保证射孔、压裂过 程中油管中液体只从 喷射器喷嘴中喷出； • 进行反循环洗井。
单流阀实物图 单流阀示意图
(5)眼管
反循环洗井过程中防止一些大杂物进入油管，堵塞喷嘴，另外， 为反循环洗井提供更大的过流通道。
眼管示意图
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(6)堵头
• 下管柱时，起着导 向作用； • 封堵油管，保证反 循环洗井过程中液体 只从喷嘴和筛管通 过。
• 可实现定方位射孔； • 扶正作用，保证施工时各个喷嘴的喷距相同。
偏心定位器示意图
(3)万向节
• 提高钻具在复杂井眼井中的
通过能力，易于起下管柱；
• 与偏心定位器配合调整喷射
方位，使之与设计方位一致；
• 钻具活动空间增大，提高管 柱起钻解卡解堵的成功率。
15°
功能：在一定范围内在径向上和轴 向上可以自由活动。
1
汇报提纲
一、原理及主要做法 二、关键工具及性能 三、前期试验及认识 四、近年技术研究与发展 五、应用情况
一、原理及主要做法
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1、水力喷砂分段压裂的技术原理？
水力喷砂分段压裂技术是通 过高速水射流射开套管和地层并 形成一定深度的喷孔，流体动能 转化为压能，在喷孔附近产生水 力裂缝，实现压裂作业。由于喷 孔内的压力要高于环空压力，喷 射压裂具有自动隔离的效果。
水力喷砂分段压裂技术
中国石油长庆油田分公司 二○一一年六月
前言
水力喷砂分段压裂技术起源于60年代末70年代初的水力喷砂射孔技术，作为 增产技术的一种，前期仅应用于射孔领域，直到1998年，Surjaatmadja提出水力喷 射压裂方法，水力喷砂开始延伸到压裂领域，形成了水力喷砂压裂技术，并应用于 水平井压裂，改变了裸眼水平井不能压裂的历史，在国外应用了数千口井。
2005年，以长庆油田为代表的国内油田开始引入水力喷射压裂工艺，针对射流 增压、喷孔形态等关键理论认识，开展了大量物模实验，许多研究成果改变了传统 理论认识，根据研究成果，长庆油田改进了水力喷砂压裂技术，在油田形成了水力 喷砂与小直径封隔器联作拖动压裂技术，在气田形成不动管柱多级滑套水力喷砂压 裂技术，至目前，在长庆油田应用了124口井，压后增产3倍以上，在长庆气田应用 47口井，增产3-5倍，目前已成为油气田水平井改造的主体技术之一。
二、关键工具及性能
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工具组成：
万向节+偏心定位器+喷射器+喷射器+单流阀+眼管+堵头
万向节
偏心定位器
单流阀
堵头
喷射器 水力喷砂压裂工具示意图
眼管
接头
调整短节 偏心定位器
万向节
喷射器+单流阀
工具实物图
眼管+堵头
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(1)喷射器
喷射器水力喷砂射孔压裂中的核心部件，由喷射器本体和喷 嘴组成。
• 产生高速射流，射开套管和地层，压开地层，实现射孔、压裂施工 一体化； • 根据储层特点，通过调整喷嘴位置、数量、大小可实现不同方位、 不同施工排量、压力下的压裂施工； • 提供高速射流，实现段间水力自动封隔功能。
h + P = const 2
其中： —表流量 —液体的局部压力
ρ—液体的密度 C—常量
P套 P油
Pc（地应力）
P入 P围
P孔
压力分布示意图
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2、水力喷砂压裂的技术优势及适应性
①可用于裸眼、套管完井等多 种完井方式； ②实现射孔压裂一体化； ③在一定条件下，可以实现水 力自动封隔； ④一趟管柱可以进行多段压 裂，施工周期短，有利于降低 储层伤害； ⑤工艺具有降破压功能，储层 易压开。
堵头实物图
三、前期试验及认识
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2006-2008 年 ， 照 搬 国 外水力喷砂压裂的做法，在 以吴420长6为代表的油田开 展了早期的水力喷砂压裂现 场试验，其中仅吴420井区 完试16口井。
长庆油田区域分布图
吴旗油田
水平段长度：300－500m 改造段数：3-5段 单段加砂量：25-35m3 油管排量：1.8-2.0m3/min 套管排量：0.6m3/min 平均砂比：30-40% 支撑剂：20-40目石英砂
水力喷砂与小直径封隔器联作拖动压裂：
通井洗井 下喷射工具 射孔 压裂下层 反循环洗井 拖动油管 射孔 压裂上层 反循环洗井 起管柱完井
不动管柱多级滑套水力喷砂压裂：
通井洗井 下喷射工具 射孔 压裂下层 观察裂缝闭合 投球打开滑套 射孔 压裂上层 重复直至压完最后一层 完井
(1)通洗井
用合适尺寸通井规通井，并用活性水将井筒清洗干净。 其它要求： ①试压 ：对套管试压，确保套管完好。 ②油管校深 ：由于油管伸长量计算误差较大，因此，需对油管进行 校深作业(主要对直井段)，一般在油管传输测三样时进行校深（在直 井段下入校深短节，通过GR校深）。
5
(2)压前准备
按设计要求下入压裂施工管柱，并完成压裂设备、配液等施工准 备。
其它要求： ①油管和环空两套注 入系统。 ②套管闸门要求带旋 塞阀：方便喷砂结束 后快速关井。
水力喷砂压裂系统地面组成示意图
油管注入系统
套管注入系统
6
③为保障足够的喷射排量和射孔阶段的连续，应合理选择压裂设备，施 工前对每台设备进行检查。