200907-新型水力喷砂射孔技术交流(中海油)

高压水射流技术的相关研究
围绕增产与提高采收率技术
着眼于低压低产、低渗难动用问题 注重与连续管技术的结合
清水射流 一、水力深穿透射孔技术
二、超短半径水平井技术 三、水射流钻径向分支井技术
磨料射流 五、磨料射流钻孔技术
六、水力喷砂深穿透射孔技术
七、水射流辅助压裂技术
四、连续管射流作业配套工具
八、水射流辅助连续管压裂
新型水力喷砂射孔主要应用 1、深穿透射孔，解除近井带堵塞
射孔解堵：双层套管井、特厚水泥环或深度污染地层
定向射孔：水平井、定向井、裂缝性地层
特殊场合射孔：深井超深井、高温高压井的射孔
2、辅助压裂
压裂预处理：降低破裂压力和孔眼摩阻
喷砂射孔与压裂连作：高寿命喷嘴适应压裂液冲蚀 连续油管压裂（连作）
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
水射流钻径向分支井技术取得突破
采用水射流径向钻孔的方式，以较低的作业成本，有 效提高油气井的单井日产量
——改造储层增产；近井解堵增产
（分支井规模） （射孔规模）
对象特征
1、有一定产能的常规油藏 2、常规方法难以经济有效动用
作业目标
单井日产为邻井的 3 倍以上 有效增产，实现经济开发，合
3、水力喷射压裂
不需机械封隔实现分段、分层压裂，特别适应水平井、大斜度 井的改造，在垂直井内的应用也日渐增多 连续管水力喷射压裂：进一步降低气井、水平井作业成本，提 高安全性
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
水力喷射压裂基本过程
射孔、压裂、隔离一体化，无须机械封隔可实现分段、分层作业
95 90 85
500 400
深度（mm）
时间与深度
喷嘴直径
射孔深度（mm）
排量
80 75 70 65 60 55 50 45 40 30 60 90 120 150 排量（L/min） 180 210 240 270 y = 2E-06x
试排结果m3/d 产油
29.1 14.1 30.9 9.96 13.5
产水
0 13.5 0 3.54 15
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
典型作业实例
SPE 88589
巴西海上油田，射孔衬管完井水平段1101m，垂深2015m， 设计半缝长36.6m 5段裂缝，加砂约20吨/缝 ，排量1.91m3/min，5个0.25″ 喷嘴 增产：初产提高到6倍，466天后2.2倍
技术方法
的特殊油藏 （低渗特低渗等） 理动用 3、能量衰竭、剩余储量难以开 改 善连通性 ，沟通 剩余储量 发，用常规措施无经济价值 的老井 4、污染严重、近井污染与伤害 深度较深的油水井 （死油区） ，有效增产，恢复 或提高产量 有效解堵，延长作业有效期， 恢 复或提高 产量// 增加注入 量、降低注入压力
井号 吴平1井 吴平5井 吴平6井 杏平7井 路平1井
压裂 段数 3 3 3 3 3
施工 次数 2 2 2 2 1
单段加砂 M3 30 30 30 30 15
油管排量 m3/min 1.8 1.8-2.0 1.8 1.6-1.8 1.8-1.9
套管排量 m3/min 0.76 0.76 0.76-0.8 0.55 0.6-0.7
新型喷砂射孔辅助压裂技术
中油集团钻井院江汉机械研究所
2009.7
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
江汉机械研究所——创建于1964年，是中国石油天然气集团公 司最早的直属研究院所之一，位于湖北省荆州市。 ——石油装备与技术开发 ——石油装备质量检测与监督 ——核心刊物《石油机械》杂志
1、连续油管技术与装备 2、高压水射流技术 3、油田污水处理技术与装备 4、油田杆管缺陷检测技术与装备 5、金属材料表面处理技术
美国购买
台湾定制
改进完善
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
套管钻孔研究试验
取得成功
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
地面配套装备
完成设计
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
新型喷砂射孔技术充分研究
依托的主要项目
中油股份公司“水平井复杂结构井开采 配套技术研究” 、“水平井低渗透改 造重大攻关项目” （子课题） 长庆“喷射配套工具研究” 钻井院“水射流辅助连续管压裂技术基 础试验研究” 国家863项目“连续管技术与装备” （子课题） 长庆“喷砂射孔与起裂地面模拟试验”
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
靶 时间 号 1 2 3 min 15 20 16
最高泵压 MPa 19 20 31
孔深 mm 105 120 164
射流速度158-180m/s 泵压20-30MPa
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
起裂后，射孔深度成倍增长 孔道不闭合，可保持连通
裂缝转向
作业管柱为主 流道，环空流 量约为主流量 的1/3 环空加压实现 小型压裂与瞬 时关井测试 2-7/8″油管 作业
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
2.3 作业过程的监控
典型作业实例 ——监控
SPE 88589
巴西海上油田，射孔衬管完井水平段1101m，垂深2015m， 设计半缝长36.6m 5段裂缝，加砂约20吨/缝 ，排量1.91m3/min，5个0.25″ 喷嘴。增产：初产提高到6倍，466天后2.2倍
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
工具研究配套与试验
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
不同规格的井下工具
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
水力喷砂射孔地面模拟试验
模拟试验条件：
模拟长6地层，较致密 喷嘴直径6.35mm，2-6喷嘴 射流速度158-180m/s，压力20-30MPa
高寿命喷射器，适应射孔压裂 多种工艺
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
喷砂射孔技术发展过程
水力喷砂射孔技术
早期应用：五六十年代或更早，喷嘴寿命短、应用不广泛 九十年代的发展：提高射孔深度，适应水平井、低渗油田开发 2002年以来的新发展：水力喷射压裂，喷砂射孔与压裂连作
新型喷砂射孔技术的主要进步
射流增压作用=水力封隔，无须机械封隔，降低井底压力 水力射孔的“尺寸效应+连通效果”，降低起裂压力
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
改进施工工艺的措施
射孔阶段：使用更高的射流速度 增加孔深、增大孔径 环空开放+低砂比、石英砂磨损小，有利于提高速度 压裂阶段：适当提高速度
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
水力深穿透技术应用近20口井
吴起
辽河
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
水力深穿透技术原理与基本组成
通过地面调节泵压控制井下工具动作：
泵——阀——执行机构 动作一：冲头冲开套管，实现套管开窗 动作二：喷管边钻进，形成深穿透射孔 动作三：喷管回收 动作四：冲头回收
① 分步实施简化工具，提高可靠性与成功率 ② 自牵引喷嘴+连续管送进，延长钻孔距离
设 备 构 成
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
自牵引钻孔喷嘴的研究试验 初步完成 试验目标：不仅适应软地层，更主要的是要适应国内油田3000m以内油井
的作业，径向穿透20m 已初步定型，确定了主要参数与结构
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
•国家认可石油机械检验实验室 •国家油气田井口设备质检中心
•集团公司石油机械质检中心
•全国工业产品生产许可证审查部 抽油设备审查部
钻井悬吊工具审查部
•集团公司授权设备监理机构
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
多个 20m 长以上 的径向分支井
多个 2～5m 长的 径向水平孔
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
原理与特点 1）每孔作业过程分三步实施：
① 导向器定位：用油管下入+定深、定向
② 套管开孔：连续管过油管钻孔 ③ 水射流钻孔：连续管过油管送进 2）多孔作业：重复 ① ～ ③ 3）主要特点：
一次下井最多作业三段，每段加砂量15-30 m3，压裂过程油 管排量1.6-2.4 m3/min，环控泵注量0.5-0.8 m3/min
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
国外：
1998水力喷射压裂技术发明投入应用——2002开始规模应用，使用 连续管占18/62——2004与连续管结合形成水力喷射环空压裂技 术——2005应用超过130口井（其中，环空压裂45口）
靶号
最高泵压 孔的方位 MPa NW SW 9 32.1 S SE NE
孔深
354 268 279 290 230
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
射孔深度主要影响因素研究
160 140 120 100 80 60 40 20 0 -20 50 -40
160
射流 速度
1:1 1:2 1:3 砂岩 灰岩 多项式 多项式 多项式 多项式 多项式 70 90
喷嘴寿命大幅提高：喷嘴材质、结构 施工参数优化：
喷嘴直径、数量、布臵 射流速度、排量与施工压力
施工工艺发展：射孔/定向射孔/辅助压裂/压裂连作/喷射压裂
应用领域拓宽：
直井、大斜度井、水平井 油井、气井、水井 常规地层、低渗超低渗地层
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
包括酸化压裂、支撑剂压裂、组合压裂；涉及水平井、大斜度井和垂 直井；在裸眼井、衬管完井井眼和套管井中均有应用。
作业时可根据每一口井的情况，定制喷射工具参数与作业参数
结合连续管的两种方式——
2-3/8 ～2-7/8″连续管：常规水力喷射压裂，油管为压裂液通道
1.5～1.75″连续管：水力喷射环空压裂，环空为压裂液通道
中国石油集团钻井工程技术研究院江ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ机械研究所
Halliburton 的机理理论
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
Halliburton 的机理理论
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
水力喷射压裂国内外现状
国外自2002年起进入工业应用
初期以裸眼水平井分段改造为主，后期垂直井的应用增多 目前已作业数百口，主要用于酸化压裂、支撑剂压裂 一次下井后，一个工作日可完成5-8段的分段作业 国内的应用主要在长庆油田 从2005年引进国外技术开始，到2008完成40多口水平井的分 段压裂和近10口直井的分层压裂，全部为支撑剂压裂
工具
套管
水泥环
污染层
目标层
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
SLS114－15系统主要技术参数 高压泵：
井口工作压力：60 MPa
额定流量：80L/min
适用井况：
5.5″或7″套管井 最大井深：3000m 最高温度：120℃
穿透参数：
穿透深度：～2 .5m 成孔孔径：20mm以上 一次入井孔数：2～3个 每一射孔所需液量：～8m3 所需时间：～60min
140
射孔深度（mm）
120 100 80 60 40 20
深度（mm）
1:1水泥石 1:2水泥石 1:3水泥石
(1:3) (砂岩) (1:2) (1:1) (灰岩) 110 130
喷嘴 压降
150
170
190
210
230
0 0 5 10 15 20 25 30 35 喷嘴压降（MPa）
速度（m/s） 排量对射孔深度的影响
作业管柱为主 流道，环空流 量约为主流量 的1/3 环空加压实现 小型压裂与瞬 时关井测试 2-7/8″油管 作业
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
水力喷射压裂机理研究
环空开放，射孔过程
环空加压，起裂、孔道冲刷，裂缝延伸
技术实质：一种水力射孔与压裂联作 射流增压+环空加压——起裂、裂缝延伸
庄40 吴420
水平段长 油层长度 m (m) 500 443.1 500 395.5 504 147.9 435 398.3
钻遇率 (%) 88.7 79.1 29.6 91.6
压裂 段数
4 6 4 4
试排产量 单段加砂量 3 m 油，m3 水，m3 30 31.8 0 9.3 9.0 25 30 39.0 0 30 33.6 0
中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所
国内外技术发展现状
国内： 长庆2005开始引进国外公司水力喷射压裂作业服务，外方作业4口井， 压裂18段；2006自主试验已进行6口井，21段;至2009初，作业50 多口井
区块
庄9
井号
庄平7 庄平12 庄平3 吴平3
层位
长82 长82 长63 长61