QK-水力喷射压裂关键技术分析
水力喷射压裂机理分析与应用
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４ ６・
新 疆 石 油 科 技
２１ ０ ２年 第 ２期 （ ２ 第 ２卷 ） 将 环空 液 体 吸入 进 地 层 。有 了 高速 射 流 的 打击 压 力
开始起 裂造 缝 ；
（ ） 速射 流 经 喷 嘴射 穿 套 管进 人 地 层 后 ， 一 ４高 有
个射 流核 心 区（ 为初始 段 ） 在该 区域 内射流 保持 喷 称 ， 嘴 出 口速 度不 变 ，只是 射 流核 心 区横 断 面逐 渐缩 小 ，
新 疆 石 油 科 技
２１ ０ ２年 第 ２期 （ ２ 第 ２卷 ）
・ ５・ ４
水 力 喷射 压 裂 机 理分 析 与应 用
刘 亚 明① 黄 波 摘 王 万 彬 赵 文 龙
新 疆 油 田公 司栗 油 工 艺研 究 院 ，３ ０ ０ 新 疆 克拉 玛 依 ８４ ０
要 对水力喷射压 裂的机理 、 两次能量转换、 水射 流的打击力、 裂缝起裂位置等进行 了分析与讨论 ， 出了 自己的一 些认识 ， 提
３ 机 理 分 析 与 讨 论
（ ） 规水 力 压裂 依 靠压 力 能 压开 地 层 达到 造 １常
缝 的 目的。而 水力 喷射 压裂 有所 不 同 ， 它依据 伯努 利
原 理将 压 能转 换为 高速 动能 ， 再根 据 流体 的动 量定 理
准确 、 工周 期短 、 施 安全 性高 的优 点 ，应用 前景广 阔 。
通 过 现 场 的 实际 应 用验 证 自己的 结 论 。 同 时进 一 步 阐明 了水 力喷 射 压 裂的 技 术 优 势 与 应 用特 点 。
关键 词 水力喷 射 压 裂 机 理 应 用
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水平井的水力喷射压裂技术的研究
水平井的水力喷射压裂技术的研究发布时间：2021-09-22T02:45:18.587Z 来源：《工程管理前沿》2021年5月14期作者：靳玉强[导读] 水力喷射压裂工艺作为一类集射孔、压裂等一体化技术靳玉强中国石油天然气股份有限公司玉门油田分公司油田作业公司甘肃省酒泉市 735000摘要：水力喷射压裂工艺作为一类集射孔、压裂等一体化技术，主要适用于低渗透油藏直井、水平井的增产改造，具有良好的应用成效。
本文主要分析水平井水力喷射分段压裂基本原理、特征，明晰影响压裂实际工艺参数，介绍三种不同的管柱压裂工艺。
关键词：水平井；水力喷射压裂；技术要点水力压裂历经半个世纪发展，尤其自80年代末以来，处于压裂设计、添加剂、压裂设备等均获取大幅度提升，促使水力压裂技术在多领域获取新的突破。
现下水力压裂作为一项新工艺技术，其进一步改变流动方式，从本质层面降低实际渗流阻力，可实现增产增注的目标。
一、水力喷射压裂基本原理及特征1、水力喷射压裂的基本原理水力喷射压裂技术基本原理为，充分借助水力喷射压裂工具，通过两个环节完成地层裂缝开启，首先需将喷射分段压裂管放置于初期设定部位，实现水力喷射，利用高压射流处于地层内形成喷射孔道，其次待孔道形成后，压裂液通过油管内由喷嘴射入孔道内，同时环空注入基液补偿地层其他缺失的部位，以此保证环空自身压力，将孔道内压力提升至一定程度，保证孔内压力吻合压开地层实际水平，以免进入孔内压裂液从孔口返出环空，促使地层产生裂缝并逐步向更深层次延伸，从而实现对油气井改造增产目标。
射流射入孔道内实现增压过程中，压裂液定点注入仅产生局部增压，不会处于井筒内部其他部位产生高压，促使形成新的裂缝，亦或发现有裂缝再次张开。
水力喷射压裂工艺本质在于借力高速射流，可处于井下产生一个低压区域，保证环孔流体进入施工层段，无需选用机械进行密封。
2、水力喷射压裂射流密封计算模型结合实践数据系统性分析，射流密封压力与多个因素相关，其与喷嘴流量系数、试验回归系数、喷嘴直径均呈正相关，与套管控孔眼实际直径成反比，通过对试验数据进行回归性分析，最终获取计算模型公式如下：式中：K为试验数据回归系数；C为喷嘴流量系数，无量纲；p为射流密封压力，MPa，Pd为射流压力，MPa，D为套管孔眼直径mm，d 为喷嘴直径mm。
水力喷射压裂技术研究与应用
水力喷射压裂技术研究与应用1. 引言1.1 研究背景水力喷射压裂技术是一种在油田开发中广泛应用的新型技术，它通过高压液体射流作用于裂隙岩石，从而使岩石发生裂缝并增加渗透性，有利于油气的产出。
随着油气资源开采难度的增加，传统的压裂技术已经不能满足对高效、高产的需求，水力喷射压裂技术应运而生。
研究背景是水力喷射压裂技术在油田开发中的应用历史较短，相关研究相对较少，而且存在一些问题和挑战。
目前对水力喷射压裂技术的理论研究还不够深入，工程实践中存在一定的技术难点，如流体动力学特性、裂缝扩展规律等方面的研究仍需加强。
由于水力喷射压裂技术在油田开发中具有重要的应用价值，因此对其进行深入研究具有积极意义。
本文将对水力喷射压裂技术的原理、工艺流程、应用案例以及未来发展趋势进行探讨，旨在为该技术的进一步应用提供理论参考和实践指导。
1.2 研究意义研究水力喷射压裂技术的意义在于解决油气田开采中存在的一系列挑战和问题。
水力喷射压裂技术可以提高油气井的产能和采收率，加快油气的开采速度，从而提高油气田的经济效益。
水力喷射压裂技术还可以降低油井的产能下降速度，延长油气田的产出周期，延长油井的寿命。
水力喷射压裂技术的研究和应用不仅可以提高单井生产能力，还可以改善整个油气田的开发效果，为油气资源的高效开发和利用提供技术支持和保障。
深入研究水力喷射压裂技术的原理和工艺，探索其在油气田开采中的应用范围和效果，具有重要的实际意义和推广价值。
1.3 研究目的研究目的是为了深入了解水力喷射压裂技术在地下岩石中的应用及效果，为油气田的开发提供技术支持和指导。
通过研究水力喷射压裂技术的原理和工艺流程，探讨其在不同地质条件下的适用性和优势，为进一步优化和完善该技术提供参考。
通过分析水力喷射压裂技术的应用案例和发展趋势，可以为相关领域的研究人员和工程师提供实际操作的指导和经验分享，推动水力喷射压裂技术的进一步应用和推广。
最终目的是为了推动油气勘探开发领域的技术创新和发展，提高油气勘探开发效率和产量，促进能源行业的持续发展和进步。
水力喷射分段压裂技术
04
技术实施步骤与注意事 项
现场勘察与准备
1 2
现场地质勘察
了解地层构造、岩性、储层物性等情况，为后续 压裂方案制定提供依据。
设备与材料准备
根据勘察结果，准备相应的压裂设备、材料，确 保满足施工需求。
3
施工场地布置
合理规划施工场地，确保作业安全、高效进行。
设备安装与调试
设备检查
对所有设备进行全面检查，确保设备性能良好、无故障。
应用案例二：天然气开采
总结词
水力喷射分段压裂技术在天然气开采中表现出良好的增产效果，尤其在低渗透气藏中具有显著优势。
详细描述
水力喷射分段压裂技术适用于天然气的开采，尤其在低渗透气藏中表现出良好的增产效果。通过高压 水射流对气藏进行分段压裂，可以增加气藏的渗透性和连通性，从而提高天然气的采收率和产量。此 外，该技术还可降低天然气的开采成本，提高经济效益。
的大规模开发提供有力支持。
应用效果对比分析
总结词
水力喷射分段压裂技术在不同领域的应用效果各异， 但均表现出良好的增产和经济效益。
详细描述
水力喷射分段压裂技术在石油、天然气和地热能开发等 领域均表现出良好的应用效果。在石油开采中，该技术 提高了采收率、降低了成本并减少环境污染；在天然气 开采中，它提高了产量和经济效益；在地热能开发中， 该技术则提高了地热资源的利用率和经济效益。总体而 言，水力喷射分段压裂技术在不同领域的应用效果均显 示出其独特的优势和潜力。
原理
利用水力喷射工具产生高速射流，在 井筒内形成高压，使地层产生裂缝， 然后通过砂浆等支撑剂的填充，保持 裂缝开启，提高油气的渗透性。
技术发展历程
起源
当前状况
水力喷射分段压裂技术起源于20世纪 90年代，最初用于水平井的压裂。
水力喷射压裂技术研究与应用
水力喷射压裂技术研究与应用引言水力喷射压裂技术是一种通过高压水将岩石破碎的技术，广泛应用于油气开采、地下水开采和岩层改造等领域。
随着我国石油、天然气资源勘探开发深入，水力喷射压裂技术的研究和应用也越来越受到重视。
本文将介绍水力喷射压裂技术的研究现状和应用前景，探讨其在油田开发中的重要作用。
一、水力喷射压裂技术概述水力喷射压裂技术是一种将水以极高的压力注入地层，通过水的冲击力使岩石破裂，从而增加地层渗透性的技术。
它通过高压水射流对地层进行破碎，增加油气流体的渗流能力，从而提高油气产量。
与传统的机械压裂技术相比，水力喷射压裂技术不需要大型设备和复杂的施工流程，施工成本低、效率高，对地层破坏小，有利于环境保护。
水力喷射压裂技术通常包括以下几个步骤：首先是选取合适的压裂液，通常使用水或液体二氧化碳；其次是确定压裂参数，包括压裂液的流量、压力和注入时间等；然后是进行压裂过程监测，通过监测岩石中的应力变化和裂缝扩展情况，以及岩石孔隙度和渗透率的变化情况；最后是对压裂效果进行评估，包括油气产量的变化、地层渗透性的增加等。
二、水力喷射压裂技术的研究现状1. 技术原理研究水力喷射压裂技术的研究主要包括压裂液的选择、压裂参数的确定、岩石破裂机理的研究等方面。
近年来，随着地质勘探和工程技术的进步，对压裂液的研究逐渐深入，不仅在稳定性、黏度、密度等方面进行了优化，还研究了特殊条件下的压裂液配方。
对压裂参数的确定也有了更加准确和系统的研究，通过对地层岩石物理力学性质的研究，确定最佳的压裂参数。
岩石破裂机理的研究也为水力喷射压裂技术提供了理论支持，为进一步提高压裂效果提供了依据。
2. 设备技术研究水力喷射压裂技术的研究还包括相应的设备技术研究。
目前，主要涉及高压水泵、压裂车、压裂管道等设备的研发和改进。
高压水泵是水力喷射压裂技术中最关键的设备之一，其性能的稳定性和耐用性对技术的应用起到了至关重要的作用。
压裂车和压裂管道的设计和制造也决定了施工的高效性和安全性。
浅析水力喷射压裂关键技术
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浅析 水 力喷 射压裂 关键 技术
王宗磊
（ 中国石 油长庆油田分公 司，陕 西 西安 ７ １ ０ ２ ０ １ ）
摘 要 ：本 文主 要探 讨 了水 力喷 射 压 裂这 一 关键技 术 在低 渗 透 油 田探 明储 量 中的应 用 ，重点 分析 了水 力喷射 压 裂 的关键 技术 。分析了压裂机理 ，工艺研 究进展 ，并简要 的介绍 了水力喷射压裂装置，以及在文章的最后简要论述 了技术特点。 关 键 词 ：水 力喷射 压 裂 ；机 理 ；研 究进 展 ；工 具和 装置 ；技 术特 点 中图 分类 号 ：Ｔ Ｅ ３ ５ ７ 文献 标识 码 ：Ａ 常规 的水平 井 压裂会 带来 很 多其他 严 重 的负面 影 响。水 力 喷射 压裂 思想 的首 次 提 出是 由ｓ ｕ Ｉ ｊ ａ ａ ｔ ｍ ａ ｄ ｊ ａ 在ｌ ９ ９ ８ 年提 出 的 ，该 方 法 能够 精准 的在 特 定位 置进 行裂 缝 的制 造 。而且 还 能够极 大 的缩 短作 业 时 间 ，减 少 作业 风 险 。 水 力喷 射压 裂机 理 通 过 能 量 守 恒 定 律 以 及 伯 努 利 （ Ｂ ｅ ｒ ｎ ｏ ｕ ｌ ｌ ｉ ）方程 可 知 ，携 砂 液通 过 喷射 工具和耐磨喷嘴 ，在这一过程 中油管中本 身 具有 的高压 能量 可 以被 转换 成 动能 ，岩 石 冲击 出孔就 是靠 被 转换 成 的动 能产 生 的
一
他 可 以在施 工 的特定 部位 产生 裂缝 。在工 程 压 裂 施 工 过 程 中存 在 着 高 压 差 水 力 喷 射 ，压力 能 够使 压裂 液 由工作 管泵 入 以及 通过 喷射 工 具进 入地 层 ，而作 用 于地层 ， 进 而可 以有 效 的完成 裂缝 的产 生 以及 裂缝 的扩展。水力喷射辅助压裂技术环空压力 的维 持 主要 是利 用从 环 空 中泵 人 的液体 ， 而补充液体的损失需要大部分环空流体 ， 使得仅剩余少部分的环空流体进入到了裂 缝当中。和常规压裂方式具有相似之处 ， 水力 喷 射辅 助压 裂工 艺 ，是将 前 置液 、压 裂液和冲洗液从上而下地注入油管 内进行 高速的携砂液流体 冲击力 ，同时在这种高 压裂 工作 。 （ 三 ）水力喷射环 空压裂技术 。水 速 冲击力的作用下，可以在射流孔道前端 破 碎 岩石 或是 将 岩石 制造 出微 裂缝 。这样 力喷射压裂技术中的压裂液通过喷嘴进行 就 降低 了地层 岩 石而 引起 的起 裂压 力 。 除 运行 ，强大的压力对喷嘴的使用寿命有严 此之外 ，射出的高速液流可以在喷射通道 重的影响。在进行压裂工作中使用 的工作 中聚 集 。能够 形 成一 定 的压力 ，起 到增 压 管柱直径有限，会导致总流量和体积的减 的作用。然后 。通过环空中泵人流体增加 少 ，进而一定程度上抑制 了压裂效果。水 环空压力 ，在喷射流体和环空压力叠加到 力喷射环空压裂技术对该压裂技术进行 了 能够超过破裂压力的瞬间，能够将射孔孔 改进 ，改为事先向油管中泵入流体完成二 眼顶 端处 地层 压破 ，达 到压裂 目的 。因为 力水力射孔的过程，保证压裂时油管内的 在 喷 嘴 出 口的液 流速 度最 大 。因此 可 以根 流 量维 持较 小 的值 ，减小 压力 ，同时其 油 据伯努利方程 ，我们可以计算出 ，一旦形 管柱 还 能够 起到 静管 柱 的作用 ，可 以有 效 成 了水 力 喷射 裂缝 ，其压 力就 是最 低 的 。 的对作业过程中射孔等进行实时的监控 。 保 障流体会被 自动泵入裂隙 ，避免其流入 使用该技术在保障足够流量的前提下 ，可 到其他 的地方 。与此同时，在压差 的作用 以有效的、或是适当的延长喷嘴的寿命 。 下 ，环空的流体也会被泵人到地层 ，能够 该技术的该井对小的产层段单独压裂或把 充 分 的扩 展裂 缝 ，得 到较 大 的裂缝 。水 动 长井 段 分为 较小 井段 进行 压裂 非 常适用 。 力 学原 理 在整 个 过程 中是 不可 缺少 的 ，帮 对设备 的保养 和更换 与其他设备有所不 助 在 不需 要其 他 的措施 进 行封 隔 的条件 下 同 ，主要 是 在对 油管 进行 清理 的过 程 中 ， 实 现水 力封 闭 。 其静 液压力 不 能超过 破裂 压力梯 度 。 二 、水 力喷 射压 裂工 艺研 究进展 三、水力喷射压裂装置分析 （ 一） 水力 喷 射酸 化压 裂技术 。该 技 （ 一 ）喷射工 具分 析 。水力 喷射压 力 术 通 常被 应用 于地 层 上 ，也就 是说 只适 用 工艺 中的主体是喷射工具 ，较为常用的有 于在地 层 上形 成小 口 ，该 技术 的缺 点是 形 两种 ，一是 固定 式 ；二是 可调 式 。对构 造 成 的增 产 液容 易过 早 地与 近井 地层 发 生反 而 言两 者 的不 同是 ，前者 的 主体框 架 的两 应 ，从 而 对裂 缝 的延 伸造 成影 响 。水力 喷 侧有 多个 喷 嘴 ，高压 流体 可 以通过 这些 喷 射 酸化 压 裂技 术将 压裂 、酸化 和挤 酸 等技 嘴 喷出 。另 外就 是 回流装 置这 一 喷射装 置 术 结合 在 一起 ，其 工作 原 理是 通过 工作 管 的关 键部 件 之一 ，在 回流 装置 装有 渗透 挡 柱 将增 产 液运 送 到井底 。并 利 用 喷射装 置 板 ，而其 下 部主要 是 圆球 装置 。 圆球 能够 给 予增 产 液较 大 的流速 ，同 时结合 其他 气 防止 流体 从底 部 流 出 ，回流装 置 的工作 原 体如ｃ Ｏ 来使喷射流体混合产生泡沫混合 理是水力喷射过程中，圆球停留在装置底 物 ，来 冲击 井 简 ，当压 力 足够 时则 会使 地 部 ，阻止 液体 流 出 。相反 的 ，当高 压 流体 层出现裂缝 。但是这种方式需要多种化学 不经 过工 作 油管 注入 井简 时 ，流体 可通 过 试剂，同时操作复杂。 此装 置 回流 出井 筒 。可调 式 喷射工 具 主要 （ 二 ）水力喷射辅助压裂技术 。水力 由射流工具、外壁面和内壁面组成 。设有 喷 射是 施工 过 程 中进行 压 裂 的主要 方式 ， 旋转 套筒 ，其 可 以沿 着射 流力喷射压裂技术在水平井中 的 应 用探 讨 Ⅱ 】 ． 中 国石 油 和化 工标 准 与质
水力喷射分段压裂技术究
水力喷射分段压裂技术研究技术原理水力喷射分段压裂技术原理是根据伯努利方程，把压能转变为动能，油管流体加压后经喷嘴喷射而出的高速射流(喷嘴喷射速度大于126 m/秒)在地层中射流成缝。
水力喷砂射孔后，接着提高排量，在已射开孔上下部的井眼中产生负压值形成隔离，高速流体在地层岩石中形成孔洞，直接作用于孔洞底部，产生高于地层破裂压力的压势，在地层中造出一条裂缝(如图1所示)，然后加砂压裂。
工艺研究水力喷射分段技术是由水力喷射、水力压裂(油管注入)和环空组合注入、注液体封堵剂四种工艺技术组合而成的，具体的工艺如下：①通井和洗井；②向井筒内下入水力喷射分段压裂钻具；③水力喷砂射孔，先泵入基液和携砂液（切割阶段），当携砂液距喷嘴250m左右时，迅速提升泵速以确保获得切割射孔所需的足够的压差；④在喷砂射孔2-3min后，顶替；⑤常规的水力压裂，关闭套放闸门，按照设计环空排量或环空最高压力所允许的最高泵速由环空泵入胍胶基液，按照设计由油管的泵入交联胍胶和砂；⑥压后放喷，冲砂；⑦向井筒内注入液体暂堵剂；⑧上提钻具。
上提钻具至设计位置，压裂下一层，重复③~⑥步。
一套水力喷射压裂钻具和一套压裂机组，这个工艺过程就可重复多次，如图2~5所示。
在最后一个压裂作业结束后，压裂钻具被起出，然后清洗井筒，准备抽汲。
水力喷射分段压裂钻具研究水平井井下作业风险大、周期长、遇卡机率高，所以在设计水力喷射分段压裂钻具时，井下工具设计要求尽可能简化，可操作性好；在喷射和压裂过程中，要求工具定位准确、稳定性好；井下工具耐压、耐温、密封性能满足不同区块储层的压裂要求；喷射器工作寿命必须能够满足一趟管柱压裂两段以上的要求。
水平井水力喷射分段压裂钻具根据以上要求，水平井水力喷射分段压裂钻具主要万向节、偏心定位器、喷射器、球座等关键工具组成，钻具组合如示意图6所示。
水力喷射器(如图7所示)的喷嘴由加入钼的特殊等级碳合物的材料制成，孔眼根据设计要求被放置在几个平面上，针对不同地层的喷嘴尺寸可以不同，在某些地层中，喷嘴外径达到了3.68"，内径则为1.99"，喷嘴具有超大的壁厚以保证使用寿命。
水力喷射分段压裂技术研究
水力喷射分段压裂技术研究技术背景：水平井低产主要归因于储层低渗、非均质性，近井污染或表皮损害以及无效的改造技术。
传统水力压裂应用于水平井改造增产效果并不理想，经常最多产生两个主要裂缝区，而且位置也不确定。
许多高产段仍然没被改造而维持着表皮损害。
水力喷射压裂技术就是最近引入的可代替传统压裂工艺的有效方法。
水力喷射压裂工艺技术是近年石油工程领域的新技术，它将水力喷射射孔和水力压裂工艺合为一体，且自身具有独特的定位性，能够快速准确的进行多层压裂而不用机械密封装置。
该技术在国外水平井已应用于几百口井，在一些低压、低产、低渗、多薄互层的油气层压裂改造中取得了较好的效果。
水力喷射压裂技术原理：水力喷射压裂技术结合了水力射孔和水力压裂的新型增产工艺。
该工艺由三个过程共同完成，水力喷砂射孔、水力压裂（通过普通油管或钻杆或连续油管）以及环空挤压（通过另外一个泵）。
通过安装在施工管柱上的水力喷射工具，利用水击作用在地层形成一个（或多个）喷射孔道，从而在近井地带产生微裂缝，裂缝产生后环空增加一定压力使产生的微裂缝得以延伸，实现水力喷射压裂（见图1）。
该技术基于伯努力方程：方程表明流体束中的能量维持常量，虽然实际上摩擦缓慢消耗能量使其转化为热能（但这个简化方程不包含温度因素）。
由方程可知流体束的速度变化引起压力反向变化。
喷嘴出口处速度最高压力就最低，随着流体不断深入孔道速度逐渐减小，压力不断升高，到孔道端处速度达到最低压力最高。
常规造缝方法需要对整个井筒加压，大多数情况下观察到的破裂压力比裂缝扩展压力要大得多，而且井内的每个裂缝都必须克服该压力。
水力喷射压裂通过喷射流体在孔道内动能到压能的转换利用喷射滞止压力破岩从而在喷射点处产生微裂缝。
由于能量集中在孔道端处，井筒不受破裂压力的影响，从而消除了压力曲线中地层破裂时的压力峰值（见图2），并且近井筒扭曲问题很少出现。
水力喷射裂缝一旦形成，由于喷嘴出口周围流体速度最高，其压力就最低，故流体会自动泵入裂缝而不会流到其它地方。
水力喷射压裂的机理分析与应用
国外 油 田 工 程 第 ２ ６卷 第 １ １期 （ ０ ０ １ ） ２ １ ． １
水 力 喷 射压 裂 的 机理 分 析 与 应 用
夏 富国 郭 建春 曾凡辉 濮强 韩建 范玉斌。
（． 气 藏 地 质 及 开 发 工 程 国 家重 点 实 验 室 ・ 南 石 油 大学 ； １油 西 ２ ．西 南 油 气 田分公 司重 庆 气 矿 ；３ ．中石 化 胜 利 石 油 管理 局 井 下作 业 公 司）
情况 下使孔 内压 力高于 地层破 裂压力 ，从 而沿孔道
１ 水 力 喷射 压 裂机 理
水力 喷射压裂 是 一种联 作技术 ，它包 含水力 喷 射射 孔和水 力喷射 压裂两个 过程 。这 两个过程 的喷 射 机理与作 用是不 一样 的 ，下 面分别 阐述 ：
夏 富 国 等 ：水 力喷 射 压 裂 的 机 理 分 析 与应 用
操 作 性 。 通 过 对 水 力喷 射 压 裂 的 施 工 实例 的
体通过 油 管泵 送到 井下 喷嘴 喷出 ，形 成 高压 高速磨
料射 流 ，利 用高速 流体携 带 的磨 料颗 粒的高 频冲蚀 和消磨 作用来 切割 套管 （ 柔性 材料 ）和岩石 （ 脆性
材料 ） 。它 的优点 在 于克 服 了 近井 地 带 污染 和 常规
酸化 、水力 封 隔于一体 的新型 增产改 造措施 。它可 以准确定 点造 缝 ，无 需 机械 封 隔 ，节省 作业 时 间 ，
（ ５ ａ 如 ＯＭＰ ）下 ，砂粒 的速 度将 大大超过 使岩石 破
碎 的极 限速度 ，因而 可有效 切割 和破碎岩 石 。在 砂
粒 冲击岩 石产生 裂纹 的 同时 ，水 流在水楔 压力作 用
摘 要 水 力喷 射 压 裂 是 一 种 集喷 射 射
水力喷射压裂技术研究与应用
水力喷射压裂技术研究与应用水力喷射压裂技术是一种通过水力喷射将高压水射入地下岩层，使岩石裂缝扩大并增强岩石的渗透性和导流能力的一种工程技术。
它是一种高效、经济、环保的地下资源开采方法，可广泛应用于石油、天然气、煤层气等能源领域。
水力喷射压裂技术的原理是利用高压水射流对岩石进行冲击，使岩石裂缝扩大，并通过水压力将岩层内的岩屑和颗粒物冲刷出来，从而增加渗透性和导流能力。
具体而言，水力喷射压裂技术主要包括以下几个步骤：选用合适的喷射器和喷射剂，将高压水射入岩层，并对岩层进行切削和破碎；然后，通过喷射水压力将岩层内的岩屑和颗粒物冲刷出来，并形成一定大小的裂缝；利用压裂介质填充岩层裂缝，增加岩层的渗透性和导流能力。
水力喷射压裂技术在能源开采中具有重要的应用价值。
通过水力喷射压裂技术可以有效增强地下岩石的渗透性和导流能力，从而提高油、气等能源的开采效果。
水力喷射压裂技术可以减少能源开采过程中产生的地面挖掘和爆破等对环境的破坏，并减少对地下水资源的占用和污染，具有较好的环保效益。
水力喷射压裂技术还可以降低能源开采的成本，提高经济效益。
水力喷射压裂技术的研究与应用在国内外取得了显著成果。
近年来，国内外许多研究机构和企业都对水力喷射压裂技术进行了深入的研究和开发，并取得了一系列的创新成果。
国内某大型石油公司利用水力喷射压裂技术成功提高了某油田的产能，并实现了多层油藏的集中开采；国外某煤层气企业通过水力喷射压裂技术实现了煤层气的大规模开采，并取得了良好的经济效益。
水力喷射压裂技术是一种重要的地下资源开采技术，具有很大的应用潜力和发展前景。
未来，我们应加强水力喷射压裂技术的研究和开发，提高技术水平和应用能力，积极推动其在能源开采领域的广泛应用，为能源保障和经济发展做出更大的贡献。
水力喷射压裂工具问题分析及工艺优化
第 ４８ 卷 第 １ 期 周 后 俊 ，等 ：水 力 喷 射 压 裂 工 具 问 题 分 析 及 工 艺 优 化
Hale Waihona Puke · ５７ ·艺管柱方案、配套工具及施工方 案。在 苏 Ａ 井 进 行 １．２ 工具失效问题
在国内，该技术在 长 庆、江 苏、冀 东 等 油 气 田 应 用 比 较 广 泛 ，增 产 效 果 显 著 ，已 成 为 一 项 比 较 成 熟 的 措 施 改造技术。但是，在 水 力 喷 射 压 裂 施 工 过 程 中 广 泛 出现射孔效率低，工 具 失 效 等 问 题。 笔 者 总 结 了 水 力喷射压裂技术现 场 出 现 的 问 题 和 原 因，优 化 了 工
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ＺＨＯＵ Ｈｏｕｊｕｎ１，ＣＨＥＮＧＺｈｉｙｕａｎ１，ＹＡＮＧ Ｘｉａｏｙｏｎｇ１，ＷＡＮＧ Ｈａｉｘｉａ２， ＤＩＮＧ Ｋｅｙｕ１，ＬＩＵ Ｚｈｉｂｉｎ１，ＨＡＮ Ｙｏｎｇｌｉａｎｇ１，ＷＡＮＧ Ｙｕｅ１
水 力 喷 射 分 层 压 裂 技 术 是 集 射 孔 、压 裂 、隔 离 一 体 化 的 增 产 措 施 改 造 技 术 ，具 有 一 趟 管 柱 压 裂 多 段 ， 节省作业时 间，降 低 作 业 风 险 等 优 点 。 ［１］ 该 技 术 由 美 国 哈 里 伯 顿 公 司 １９９８ 年 首 次 提 出 ，并 投 入 现 场 应 用，至今已应用上 千 口 井，取 得 了 良 好 的 增 产 效 果。
（１．犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔犚犲狊犲犪狉犮犺犐狀狊狋犻狋狌狋犲，犅犎犇犆，犜犻犪狀犼犻狀３００２８０，犆犺犻狀犪； ２．犛犺犪犾犾狅狑 犠犪狋犲狉犇犲狏犲犾狅狆犿犲狀狋犆狅犿狆犪狀狔，犇犪犵犪狀犵犗犻犾犳犻犲犾犻犱，犆犖犘犆，犜犻犪狀犼犻狀３００２８０，犆犺犻狀犪）
水力喷射压裂关键技术分析
达 到有 效 改造 储 层和 提 高单 井产 量 的 目的。 关键 词 压 裂 水 力 喷射 喷 射器 低 渗透 地 层 改造
０ 引 言
在 低渗 透油 藏 ，针 对层 间差 异 大 的油井 ， 目前 主要采 用封 隔器 分层 压 裂工 艺 和连续 油 管拖 动分 层 压 裂工 艺来 提 高单井 产 量 。封 隔器分 层压 裂 工艺 对 多 产层 进行 分层 段压 裂 时存 在井 下工 具 管 串不能 取
２ ２ 单流 阀 ．
单流 阀 由上 接 头 、挡 球 板 、钢 球 与 下 接 头 组 成 ，用于保 证射 孔 、压裂 过程 中油管 中液 体只从 喷 射器 喷嘴 中喷 出 ，同时 ，可 以进行反 循环 洗井 。其 结构 如 图 ５所示 。
图 ２ 不动 管柱 水 力喷 射 分 段 压 裂 工 艺 管柱
从 油 管 内替前 置 液 ，提高 排 量和 压力 ，用 石英 砂进 行 射 孔 。关 闭 套 管 闸 门 ，同 时 给 套 管 加 压 进 行 围
水 力 喷射射 孔 、水力 压 裂 和双路 径泵 人 流体 等 多种
技 术 ¨ ，能较 准确 地 在指 定位 置 制造 裂 缝 ，无 需 Ｊ
机 械封 隔 ，可节 省作 业 时 间和降 低作 业风 险 。近 几
阀 、筛 管和丝 堵 组成 ，如 图 １ 所示 。
一
７ 一 ０
石 油
机
械
２１ ０ ０年
第３ ８卷
第６ 期
喷射 器 ，同时关 闭下 层 ，对上层 进行 压裂 。
供高 速射 流 ，实现段 问水 力 自动封 隔功 能 。而且 可
水力喷射压裂技术研究与应用
水力喷射压裂技术研究与应用
水力喷射压裂技术是一种将高压水射入井孔，使岩石产生裂缝，从而增加储层渗透率和产能的油气开发技术。
这种技术的研究与应用对于提高油气田储层的开采率具有重要意义。
本文将从水力喷射压裂技术的原理、研究现状及应用前景等方面进行介绍。
一、水力喷射压裂技术的原理
水力喷射压裂技术是通过管道将高压水射入井孔，形成高速射流冲击岩石，使岩石产生裂缝，从而改善储层渗透性和增加油气的产能。
在使用水力喷射压裂技术时，要首先选择合适的注水井，并通过高压泵将水注入到井下，在井孔中形成高速射流，冲击岩层，形成裂缝。
水力喷射压裂技术可以提高油气井的产量，同时也有利于油气田的长期开发。
二、水力喷射压裂技术的研究现状
目前，水力喷射压裂技术已经成为油气田开发中的重要技术手段之一。
在国内外，有很多研究机构在水力喷射压裂技术领域进行了深入的研究。
尤以美国在该领域的研究和应用最为广泛。
美国的石油开发企业对水力喷射压裂技术进行了大量的实验和应用，积累了丰富的经验。
美国的一些油气田通过水力喷射压裂技术，成功地提高了产能，使生产效益大幅度提高。
国内也有不少研究机构在水力喷射压裂技术方面进行了大量的研究，取得了一些重要的研究成果。
一些国内的油气田也开始应用水力喷射压裂技术，取得了一些成功的实践经验。
在未来，随着技术的不断进步，水力喷射压裂技术将得到更广泛的应用。
随着油气资源的逐渐枯竭，传统的油气开采技术已经不能满足日益增长的能源需求，水力喷射压裂技术将成为油气田开发的重要手段。
加大对水力喷射压裂技术的研究和应用力度，促进水力喷射压裂技术的进一步发展是十分必要的。
QK-水力压裂的现场质量控制技术及应用
个别罐吸空而造成砂比异常增高的情况发生； 在高 砂比阶段， 应根据压力情况和冻胶特性， 调整破胶剂 用量和交联比大小； 为保证加砂的连续性， 最好有两 个砂罐车并排放置， 以便当一罐砂加完后， 可由另一 罐砂及时补充。 ’)1 替置液阶段 如果压力未上升到井口限压之上， 应严格按设 计排量和替置液体积施工， 如有可能， 尽量多用活性 水顶替， 便于压后快速返排； 如压力上升较快， 并已 接近进口限压， 可适当降低排量， 以减少井眼摩阻， 并保证施工安全； 如有较深口袋， 也可实施欠顶替技 术， 此时的顶替液体积可按油层顶部以上的井眼容 积加上地面管线及混砂车水箱的体积计算。 -) 施工后的要求 -)$ 压降测试 如用压力监测仪， 应一直测试到有明显拐点为 止， 监测时间一般为压裂施工时间的 ’ 2 % 倍； 如用井 口压力表人工读数， 应至少 % !"# 读 $ 点， 且压力变 化快时应多读几个点； 即使达到闭合压力后， 也需再 多测一段时间。 -)’ 压后井温测试 应采用线测法， 而不宜用点测法； 到油层部位， 仪器下入速度应稍慢些； 测试井段应同压前， 且往油 层上下各多测一定的距离 （可由综合测井曲线初步 确定） 。 -)放喷时间及油嘴控制 以裂缝闭合时间为依据， 达到后就可立即放喷； 如油层渗透性很差， 闭合时间很长， 或者缝高更易于 向下延伸时， 宜采取裂缝强制闭合技术， 即压后立即 放喷 （根据压力变化由油嘴控制） ； 应准备一系列规 格的油嘴， 如 3-， 如压力降得很慢， 宜用相对 3%， 34， 较大的油嘴， 反之， 则用较小的油嘴。 -). 压裂液返排率 放喷时， 应用已知体积的放喷液罐进行计量， 最 好有 ’ 个放喷液罐， 以不影响放喷的连续进行； 放喷 到一定时间后， 应每隔几分钟对返排样进行一次化 验， 以确定最终的压裂液返排量。 -)% 返排液粘度 随放喷的进行， 应根据目测的粘度来确定检测 的时间间隔， 变化大时， 间隔小， 反之应大些。 -)1 油样分析化验 当放喷出油后， 应根据目测油样的变化， 随时检 测油样的成分， 目的在于分析。如油样含水， 是压裂 液还是地层水， 可借此判断裂缝的垂向延伸状况， 进 而可对压裂的规模和 5 或排量等施工参数进行评价。
水力喷射压裂关键机理探讨
水 力 喷 射 压 裂 关 键 机 理 探 讨
马 飞 杨 逸 宋燕高 付育武
德阳 ６ ８０ ） １００ （ 中国石化西南油气分公 司工程技术研究院 ， 四川 摘
要 为 了更深入 地 了解水 力喷射压裂技术的部分机理 ，通过模 拟水力喷射射孔孔 内的压力分布并分析其
规 律 ，进行 了现 场工况条件 下喷嘴压 降对 孔 内压力 的定量分析和 不 同喷嘴直径 条件下喷嘴 压降与排量 关系的计、
ＭＰ ，地 层最 大 孔 眼直 径 为 ５ ｍｍ，孔 眼深 度 为 ５０ ａ ０一 ０
ｍ ｍ ｏ
２ 喷 嘴 压 降对 孔 内压 力 的影 响
为了定量分析孔 内压力 的变化情况 ，参考经典 的射 流分 析 方 法 ，选 择 在 射 流轴 线 上 的射 流 压 力分
布 进 行说 明 。分 别计 算 了喷 嘴 直径 为 ４ｍｍ 围压 为 ５ＭＰ ，射 流 喷 射 压 力 为 ３ ａ ５ ０ ５ ａ ０ＭＰ 、３ 、４ 、４ 、
ｌ 孔 内压力分布
数 值模拟计 算 中有 ３ 种压 力形式 ，具 体为某 一点 处 的静 压 、动 压 和 总压 。 由于分 子 不 规则 运 动撞 击 于管 壁 所 产 生 的 压力 称 为静 压 翻 ；流 体 流 动 时产 生 的压 力 为 动压 ；两 者之 和 为 总压 。分 析孔 内压 力可 以得 出孔 眼内部 的压力分 布规 律情况 。 根 据 网格 划分 策 略 及 所确 定 的计算 参 数 进 行 数
高 ，５种 压 力 所 对 应 的 孔 内压 力 分 别 为 ８ ａ ． ＭＰ 、 ７ ９ 、 １ ．、 １ ． ＭＰ 和 １ ． ＭＰ 。显 然 ，不 论 是 在 ． ０２ １１ ａ ４ １ ａ ８
离开喷嘴后 的速度衰减较快 ，从 １８ ９ ｍ／ｓ 迅速降低 到 １９ｍ／Ｓ ７ 。这 和普 通 的射 流 衰 减 规律 有 较 大 的不 同。普通射流都有一个较长的匀速 区域 ，在该区域 内射流速度基本等同于喷嘴出 口速度 ，一般该区域 距 离介 于 ５～５ 倍 喷 嘴直径 。该 现象从 表面上 看对射 ０ 流在井下射孔作业不利 ，但另一方面 由于射流速度 的衰减 ，从而把动能转化为射 流的静压能 ，会提高
QK-水力压裂技术的近期发展及展望
定技术， 期提高砂液比， 以 提高压裂效果〔。 ’ 〕
１８ 小井眼压裂技术 ． 小井眼是指小于 １ ｍ ２ ｍ的井眼或环空尺寸小 ７
于２． ｍ ５４ ｍ的井眼。 钻小井眼可使钻井费用降低 ３％一５ 平均降低５％左右； ５ ７％， ０ 泥浆用量及排放
钻屑量减少７％， ５ 井场占地减少７％， ５ 施工钻具用 量也大幅度下降， 对环保有利； 还可减少边远地区的
Байду номын сангаас
压裂多了一项重要的研究内容， 即储层就地应力场 的研究， 主要是最大主应力方位的研究。 针对低渗非常规油气藏裂缝方位变化较大的情 况， 中国石油勘探开发研究院廊坊分院压裂酸化技 术服务中心又提出了按地应力方位布井的优化压裂 技术， 以实现井网与水力裂缝系统的最佳匹配。 １３ 重复压裂技术 ． 国外主要在以下方面取得了重要进展。 （） １选井选层技术。综合应用专家经验、 人工 神经网络技术和模糊逻辑等技术， 开发了重复压裂 选井选层的模型。笔者也发表过有关重复压裂选井 选层的模糊识别模型文章。 （） ２ 重复压裂前储层就地应力场变化的预测技
效期长；３ 滤失伤害小；４ 克服非达西流影响； （） （） （） ５ 有效控制缝高等。 其技术要点有：１小型测试压裂获取准确的 （） 滤失系数；２ 斜坡式加砂程序设计；３ 优化射孔 （） （） 技术；４ 前置液优化技术；５ 楔形追加破胶剂技 （） （） 术； ） （ 裂缝强制闭合技术。 ６ １６ 特殊井压裂技术 ． （） １斜井、 水平井压裂技术。斜井压裂的主要 问 题是裂缝起裂、 近井筒裂缝扭曲（ ｒｏｔ ｔｔ ｓ ）多裂 ｏｕ ｉ 、 ｙ 缝起裂和产量模拟等。解决近井筒裂缝扭曲（ 早期 砂堵的主要原因） 的主要措施是： 优化射孔技术、 ４／０目 ０７ 小粒径支撑剂、 优化排量、 优化多段加砂技
QK-对水力压裂裂缝延伸方向平行于断层的认识
裂缝高 裂缝 备 度/ m 产状 注
井号
东翼缝 西翼缝 长/ m 长/ m
100
濮 7 - 100 2015 4319
110
濮 7 - 98 13118 3813
115
濮 4 - 30 13418 8718
45
濮 7 - 116 11818 9818
58
近 濮 7 - 104 13018 6918
65
似 濮 7 - 113 55
5017
60
直 立
平 行
濮 7 - 99
9116
7217
60
断 濮 7 - 78 7916 8519
56
层 濮 7 - 101 5510
5017
56
濮 7 - 107 10912 9915
65
濮 7 - 108 5513 5112
40
新濮 6 - 35 8418 6816
第 26 卷 第 6 期 开采工艺
钻 采 工 艺
·39 ·
对水力压裂裂缝延伸方向平行于断层的认识
周道全 ,杨全疆
(中原油田采油二厂地质大队)
摘 要 : 油田开发研究与实践认为 ,水力压裂裂缝延伸方向总是平行于地层最大水平主应力方向或垂直于断 层走向 。濮城油田沙三段油藏 2001 年压裂裂缝监测资料显示 ,一半以上压裂井的裂缝延伸方向平行或近似平行于 主断层或次级断层 ,重新认识研究后认为这种情况确实存在 ,深入研究其内在原因并提出准确预测压裂裂缝延伸 方向的解决办法 ,对油田开发井网的部署和压裂措施的实施具有重要指导意义 。
新濮 110 2815 4319
裂缝 方位
7811 14716 12012 6018 11811 7712 14416 10519 7712 11618 4012 7115 7811
QK-水力压裂形成裂缝形态的研究
Ｔａ ｅ ２ Ｇｅｏｓ ｒ ｓ ｎ Ｓａ ｔｕ ｒ ｅ ｏｉ ｏ ｍ ａｔｏｎ ｂｌ ｔ ｅ ｓ ｉ ｍｒ ｅｓ ｒｖ ｒ ｆ ｒ ｉ
袖 层 部 位 嫩 江 组 下 部 萨 尔 图顶 部 萨 尔 图 中 部 萨 尔 图 ｌ２
维普资讯
１９ ９ ４年
（
Ｐ ＴＲ Ｅ ＯＬＥ ＵＭ ＥｘＰ ｏＲ Ｌ ＡＴＩ） Ｄ ＶＥ ｏＰ （Ｎ ＡＮ ＤＥ Ｌ ＭＥ ＮＴ
石油勘探与开发
第 ２ ｌ卷 第 ６期
水 力压 裂 形 成 裂 缝 形 态 的研 究
［一 Ｇ
广 摘要 、
胡江 明
井耀 油 田 挠 余 井号 ３ ＿Ｏ ５２ １＿３ ２１ 测 试 层 位
ｍ
地 应力 ／ ａ ＭＰ
４８ ２ ４９ ３
Ｂ７ ．７ Ｏ
ｌ． ０９ １ ． １７
７４ ． ７４ ．
油
田 新 民油 田
８２ ＇８
１ ９８
扶
橱 油 层
４９ ４
４ ５３
均 岩心裂缝密度为 ０ ２ ５ ｍ。其 中垂直裂缝 ３ ８ ， ． ３ 条／ ９ 条 占裂缝 总数 的 ６ ． ； １ １ 斜裂缝 ８ 条 ， ５
占 １ ；水 平 裂 缝 １ ０条 ．占 ２ ；不 规 则 裂 缝 ３ ３ ３ Ｏ ８条 ．占 ５ ８ 。垂 直裂 缝 属 张性 缝 ，裂 缝 ．
陌
编号 １ 编号 ２ 编号 ３ 编号 ‘ 编号 ５
９ ３９ ３ ． １０ ３ ４
．
１． ９１
２． １４
２ ． ３３
２ ． ６４
１ ． ６３
１． ８‘
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应用技术水力喷射压裂关键技术分析邹 皓(江汉油田分公司开发处)摘要 针对在低渗透油藏采用封隔器分层压裂工艺存在井下工具管串不能取出和封隔器在斜井段磨损密封不严,以及使用连续油管而施工排量达不到加砂压裂要求的问题,开展了水力喷射压裂工艺技术研究。
该技术综合了水力喷射射孔、水力压裂和双路径泵入流体等多种技术,能较准确地在指定位置制造裂缝,无需机械封隔,可节省作业时间和降低作业风险。
重点介绍了3种水力喷射分段压裂工艺管柱和为之配套的主要工具及技术特点。
现场应用表明,该技术在1次施工过程中可完成水力喷射射孔和压裂,简化了工艺程序,节省了施工时间,提高了作业效率,能达到有效改造储层和提高单井产量的目的。
关键词 压裂 水力喷射 喷射器 低渗透 地层改造0 引 言在低渗透油藏,针对层间差异大的油井,目前主要采用封隔器分层压裂工艺和连续油管拖动分层压裂工艺来提高单井产量。
封隔器分层压裂工艺对多产层进行分层段压裂时存在井下工具管串不能取出的风险,后期修井作业难度大;同时由于多数井为大斜度、大位移井,封隔器在斜井段的磨损使得正式施工时密封不严,最终导致不能正常施工。
连续油管由于管径小、摩阻高,所以施工排量达不到加砂压裂的要求。
针对以上2种工艺存在的问题,开展了水力喷射压裂工艺技术研究。
该技术综合了水力喷射射孔、水力压裂和双路径泵入流体等多种技术[1-3],能较准确地在指定位置制造裂缝,无需机械封隔,可节省作业时间和降低作业风险。
近几年,国外油田的应用结果表明,水力喷射压裂是低渗透油藏油井压裂增产的有效技术,对开发低渗透油藏等难动用储量具有重要的意义和广阔的应用前景。
1 水力喷射压裂工艺管柱及施工工艺1 1 上提管柱水力喷射分段压裂工艺管柱该管柱结构主要由扶正器、水力喷射器、单流阀、筛管和丝堵组成,如图1所示。
图1 上提管柱水力喷射分段压裂工艺管柱1 校深短节;2 水力锚;3 扶正器;4 水力喷射器;5 单流阀;6 筛管;7 丝堵。
施工时,在管柱下井定位后,打开套管闸门,从油管内替前置液,提高排量和压力,用石英砂进行射孔。
关闭套管闸门,同时给套管加压进行围压,提高油管内压力,用陶粒作为支撑剂进行压裂。
压裂完成后,上提管柱,对上层进行压裂。
1 2 不动管柱水力喷射分段压裂工艺管柱该管柱主要由扶正器、滑套式水力喷射器、水力喷射器、密封座、单流阀、筛管和丝堵组成,如图2所示。
施工时,在管柱下井定位后,打开套管闸门,从油管内替前置液,提高排量和压力,用石英砂进行射孔。
关闭套管闸门,同时给套管加压进行围压,提高油管内压力,用陶粒作为支撑剂进行压裂。
压裂完成后,投球加压,打开上层滑套式水力692010年 第38卷 第6期石 油 机 械CH I NA PETROLEU M M ACH I NERY喷射器,同时关闭下层,对上层进行压裂。
图2 不动管柱水力喷射分段压裂工艺管柱1 校深短节;2 水力锚;3、6、9 扶正器;4 上滑套式水力喷射器;5、8 密封座;7 中滑套式水力喷射器;10 水力喷射器;11 单流阀;12 筛管;13 丝堵。
1 3 水平井水力喷射分段压裂工艺管柱该管柱主要由扶正器、旋转接头、偏心定位器、水力喷射器、单流阀、筛管和丝堵组成,如图3所示。
施工工艺同动管柱水力喷射分段压裂管柱工艺。
图3 水平井水力喷射分段压裂工艺管柱1 校深短节;2 水力锚;3、8 扶正器;4、7 旋转接头;5 偏心定位器;6 水力喷射器;9 单流阀;10 筛管;11 导向丝堵。
2 主要配套工具2 1 水力喷射器水力喷射器是工艺管柱的核心部件,由喷射刚体与喷嘴组成,其结构如图4所示。
图4 水力喷射器结构示意图1 喷射刚体;2 喷嘴。
施工中,通过拖动管柱,将水力喷射器对准目标层,由喷射泵产生高速射流,射开套管和地层,压开地层,实现射孔、压裂施工一体化,并通过提供高速射流,实现段间水力自动封隔功能。
而且可以根据储层特点,通过调整喷嘴位置、数量和大小,可实现不同方位、不同施工排量和不同压力下的压裂施工。
2 2 单流阀单流阀由上接头、挡球板、钢球与下接头组成,用于保证射孔、压裂过程中油管中液体只从喷射器喷嘴中喷出,同时,可以进行反循环洗井。
其结构如图5所示。
图5 单流阀结构示意图1 上接头;2 挡球板;3 钢球;4 下接头。
2 3 偏心定位器偏心定位器由上接头、偏心管总成、外套、挡环与下接头组成,用于大斜度井、水平井水力喷射压裂,保证喷射射孔、压裂方位与设计方位一致。
其结构如图6所示。
图6 偏心定位器结构示意图1 上接头;2 偏心管总成;3 下接头。
3 技术特点(1)水力喷射压裂工艺技术的应用不会形成压实带污染,可以减小近井筒地带应力集中,有利于提高近井筒地带渗透率。
(2)利用水力喷射定向射孔,可以将喷射工具准确下到设计造缝位置,能够在井中准确造缝;高速流体的冲击作用能有效地降低地层起裂压力、裂缝延伸压力;裂缝基本是在射孔通道的顶端产生并延伸,有效控制了起裂方向和裂缝延伸方向。
(3)在1次施工过程中完成水力喷射射孔和压裂,简化了工艺程序,节省了施工时间,提高了作业效率。
(4)利用水动力学原理将已经压裂的裂缝进行封隔,不需要封隔器及桥塞等机械隔离工具,可实现段间自动封隔,降低了工具砂埋或砂卡的作业风险和施工成本。
70 石 油 机 械2010年 第38卷 第6期(5)油套联合注入系统改变了井底的流体状况,能有效地解决井底压裂液粘度过低和提前砂堵等问题,喷砂射孔与加砂压裂联作,无须专门预先射孔。
(6)施工时需要2套压裂车组,满足油管、环空同时泵注的要求,但成本较高。
(7)施工时泵注压力比一般的压裂约高20M Pa ,不适用于深井压裂。
(8)适应性广,适合于套管井、筛管井和裸眼井等多种完井方式,并可适用于直井、斜井和大斜度井,尤其是水平井的改造。
4 关键技术4 1 射孔位置优选由于整个水力喷射射孔射厚比较薄,为了确保喷射射孔顺利实施,射孔位置应该选择物性最好、产油可能性最高的位置。
4 2 喷嘴准确定位与优化在水力喷射压裂过程中,喷嘴的准确定位及喷嘴个数及大小的优化尤为关键。
目前主要采用无线接箍定位器定位方法和相对深度校正的方法,对喷嘴进行准确定位。
喷嘴的优化是通过调整喷嘴的个数和大小,在井口承压条件下,使喷嘴压降既能实施水力喷射射孔、压裂所需要的最小压降值,又能达到最大的施工排量。
使用软件对不同尺寸喷嘴的压降进行预测,油管排量设定在2 0~2 5m 3/m i n ,分别选用尺寸为 8mm 5 0mm 、 8mm 5 5mm 、 8mm 6 0mm 的喷嘴进行预测,结果如图7所示。
在同等排量下,尺寸为 8mm 6 0mm 的喷嘴压降最小,当达到最大排量2 5m 3/m in 时,该尺寸喷嘴的施工泵压预测值为65M Pa (见图8),在井口承压范围之内。
通过优化可知,尺寸为 8mm 6 0mm的喷嘴是最佳选择。
图7不同尺寸喷嘴的喷嘴压降预测图8 喷嘴的施工泵压预测4 3 环空压力环空压力以不使已经施工层段形成的压裂裂缝重新开启为主要目的。
以某井为例,该井裂缝延伸压力为48 32M Pa ,采用尺寸为 8mm 6mm 的喷嘴,裂缝延伸压力梯度设为0 022M Pa /m 。
在不同环空补液排量下,得出其地面套压,从而计算出井底环空压力。
从预测结果来看(见图9),在环空补液排量达到0 84m 3/m i n 时,井底环空压力与裂缝延伸压力相等,因此环空补液排量要低于该临界值,才能使井底环空压力低于其裂缝开启值。
图9 不同环空补液排量下的井底压力预测5 现场应用水力喷射压裂技术于2009年8月13日首次在江汉油田王4-4井潜31层进行水力喷射加砂压裂试验。
王4-4井于1990年8月投产潜322 4 5,套管完井,初期日产油11 7,t 1996年2月转注,转注前日产油2 2,t 含水质量分数为83%,累计产油14416,t 累计产水43115;t 1997年11月补潜315分注,累计注水5 8 104m 3。
2009年6月三类井恢复,打塞32,转抽单采315,无液,7月酸化,酸化措施改造不理想。
通过测试分析,认为王4-4井有增产潜力。
根据该井的地质要求,结合本区块邻井工艺措施及生产情况,对目的层段潜315进行水力喷射压裂措施。
措施前日产油为0,施工后稳定,日产油达2t 。
2009年10月,在王3平2井进行水力喷射分71 2010年 第38卷 第6期邹 皓:水力喷射压裂关键技术分析段压裂,该水平井于2008年2月17日投产,套管完井、最大井斜89 5 ,长期低产低液,含水质量分数60 8%。
对应水井王5水1井于2009年5月1日转为注水,累计注水2137m3。
由于目前产量不理想,对目的层段潜315实施水力喷射压裂。
施工排量2 0~2 2m3/m in,套管排量1 2~1 8m3/m i n,两段各加20~40目陶粒6 m3,平均砂比20 9%。
两段压裂均一次性成功,实施后日产液由3 9t上升到16 2,t日产油由1 2 t上升到4 0t。
表明这项技术对水平井有很好的适应性。
该技术的应用,可实现对无法下入封隔器进行封隔压裂的薄层的措施改造,减轻地层污染和损害,增加地层渗流面积,可降低地层破裂压力,提高改造的成功率,作业周期短,1趟管柱可完成多段射孔压裂,还可有针对性地与其他技术组合应用,解决不同储层的不同问题,应用前景广阔。
6 结 论(1)水力喷射逐层压裂技术作为一种新工艺成功应用于现场实践,为油气藏的增产改造提供新技术,尤其为大斜度井、水平井的高效开发提供了新的技术思路。
(2)该技术在一次增产过程中完成水力喷射射孔和压裂,简化了工艺程序,节省了施工时间,提高了作业效率。
(3)喷枪喷嘴优化、射孔位置优选、喷嘴准确定位以及环空压力控制是确保该工艺技术成功的关键。
(4)现场应用效果表明,该技术能够有效改造储层和提高单井产量。
为了进一步提高该工艺的压裂改造效果,建议多开展现场试验,通过技术攻关扩大该项技术的应用范围,以便更好地用于低渗油气田的增产改造。
参 考 文 献[1] 田守嶒,李根生,沈忠厚,等 水力喷射压裂机理与技术研究进展[J] 石油钻采工艺,2008(2):58-62[2] Surjaa t m ad j a J B 水力喷射压裂可提高裸眼水平井的完井效率[J] 国外油田工程,2004(7):13-14 [3] 李根生,刘 丽,黄中伟,等 水力射孔对地层破裂压力的影响研究[J] 中国石油大学学报:自然科学版,2006,30(5):42-45作者简介:邹 皓,高级工程师,生于1963年,1983年毕业于江汉石油学院采油工程专业,现从事采油工程管理工作。
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