水力喷射压裂管柱

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射孔压裂封隔一体化压裂管柱的改进

射孔压裂封隔一体化压裂管柱的改进摘要:常规射孔地层污染大，不动管柱水力喷射压裂难以保证层间完全封隔，且底封拖动水力射孔压裂压后封隔器解封困难。

通过改进水力喷砂器和K344封隔器结构 ,采用滑套式K344封隔器+水力锚+滑套式水力喷砂器的结构单元，实现了水力射孔分层压裂与机械封隔一体化的管柱设计，达到定点压裂，定点改造，同时保证层间封隔的效果。

现场应用于苏25-A井，一趟管柱完成盒8段两层喷射压裂作业，压力平衡后，K344封隔器自动解封，施工安全可靠。

改进后的一体化压裂管柱实现了机械封隔、水力射孔、多级压裂联作工艺，具有推广价值。

关键词：分层压裂；射孔；K344封隔器；一体化管柱；水力喷砂器；滑套近年来，分层压裂技术已经成为低压、低渗透油气资源开发的主要手段 , 在国内外油气田得到广泛应用。

目前，针对薄互层改造主要采用滑套+K344封隔器组合和水力喷射两种类型的分层压裂工艺方式。

滑套+K344封隔器分层压裂技术施工迅速，现场操作方便、安全，机械封隔作用明显，封隔可靠。

但滑套+K344封隔器机械分层压裂方式需要提前进行常规射孔，常规射孔容易对油气层造成污染，降低射孔通道周围地层渗透率，对油气层造成极大的损害，且射孔后需要对炮眼位置进行刮削，施工周期较长。

水力喷射分层压裂方式可以实现对储层的定点射孔、定点压裂，储层改造针对性强。

水力喷射分层压裂主要包括不动管柱水力喷射分层压裂和底封拖动水力喷射分层压裂方式。

不动管柱水力喷射分层压裂在多个油田均有应用，其压裂方式依靠水力射孔、水力封隔，压后管柱易起出 ,但施工过程中难以实现层间的完全封隔；底封拖动水力喷射分层压裂采用水力射孔、机械封隔，可实现定点压裂，封隔可靠，但压后带压拖动压裂管柱存在解封困难、封隔器砂卡、施工风险高等问题。

为了实现定点压裂、定点改造，同时保证层间封隔效果，本文对水力喷砂器和K344封隔器的结构进行优化设计，通过内置滑套，每一级采用相同尺寸的滑套芯轴和压裂球，同时控制水力喷射器和K344封隔器的启动。

不动管柱水力喷射逐层压裂技术在现场成功应用

中准确造缝；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在一次增产过程中完成水力喷射射孔压裂，简化了工艺程序，节省了施工时间，提高了作业效率利用水动力学原理将已经压裂的裂缝进行封隔，不需要机械封隔工具，减少了作业风险和施工成本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
油层套管：177.8mm×10.36mm×N80（抗内压56.3MPa，抗外挤
48.4MPa）套管头：TF9⅝“-7“-35
采油树：KQ65-35
五、现场应用实例分析
339.7 mm×132.5m 444.5mm×134.0m
井身结构图
244.5 mm×1340.66m
311.2mm×1342.0m
排量(m^3/min)
60
6
五、现场应用实例分析
采用3只选择性喷射工具连续压裂3段，跨度182.34m，三段分别加入
20/40目陶粒29.50m3、14.69m3、41.22m3，平均单层加砂28.5m3 油管施工排量在2.4m3/min左右，环空施工排量在0.57 m3/min左右，最高泵压66.6MPa，最高套压32.9MPa，最高砂浓度734kg/m3，平均砂浓度 400kg/m3
安全接头上扶正器滑套式喷枪下扶正器上扶正器滑套式喷枪下扶正器上扶正器滑套式喷枪下扶正器生产筛管引鞋
不动管柱水力喷射分层压裂工艺井下管串结构
不动管柱水力喷射分层压裂施工层参数表
层数（层） 4 油管压力（MPa） 69.2 油管排量环空压力（m3/min）（MPa） 3 单井砂量（m3） 85.4 32.6 单层砂量（m3） 41.2
五、现场应用实例分析

深层气藏不动管柱水力喷射分段压裂技术

修订日期：２１ —０～１０２５０
作者简介：Ｉ｛ｕ，』Ｉｌ１ｊ姚ｎＪｌｌｌｌ．ｌ人普－ｎＪＩ】
４２／ａｒｌａｅｈｏｇｄＥｏｏＮｔａＧｓｃｎｌｙｎｃｎｍｙｕＴｏａ
不动管柱滑套水力喷射分段压裂工艺采用多套
喷枪组合并配套滑套开关，不需移动喷射管柱，通
过投球方式打开目的层段滑套即可进行压裂，管柱
水力喷砂射孔有利于降低地层破裂压力，以满足定点射孔、定点压裂的目的［１３。对套管和岩心进－４行喷射深度实验，结果如图２所示。从图２可知，随
ｘ
４７４５
图４水力喷射分段压裂管柱结构图
文献标识码：Ｂ
Ｏ引言
川西新场气田须四气藏埋深３５０～００４１０ｍ，砂岩孔隙度平均值为３３％～６２％，渗透率普遍小于－．０１０Ｄ，为特低孔、致密储层；地压系数为．×１～ｍ２０２１ａ０．４．ＭＰ／１０ｍ，属异常高压气藏。Ｘ１２５２— Ｈ
ｊｉＩ『Ｉ１１一：、、５１Ｉ６ｎｉ．．Ｉｉｌ２ｆ＿ｌ～２
总第３期３
天然气技术与经济・天然气开发
１● ●Ｊ ●●１●Ｊ ●●１●Ｊ●●１● Ｊ●●１●
时，高围压值对射孔深度影响不大，因此喷砂作业
油套注入排量，采用 “ 交联 ” 压裂液控制技术、环空压力控制技术，保证了顺利施工。过

连续油管水力喷射环空压裂管柱受力分析及校核

根据压裂工艺过程的特征，建立井口到井底整个压裂
束条件下对不同弯曲程度的油管进行轴测向力耦合分
析，建立三维空间管柱轴侧向载荷的力学模型，将管
柱分为ｎ段，依次从下向上进行计算，如图３．１所示：
（１）环空摩阻
／一
图３１三维空间管柱单元圆弧曲线
当压裂液只在管中流动时压力分布：
ｄＰ
：ｐ￣ｇｃｏｓ一ｆ
（２．５）
建立管柱单元平衡方程：
ｑｄｌｃｏｓｆ
一
一
一
＃（
２
＋
，
式中：Ｐ：管压，Ｍｐａ；Ｐ：注入液体密度，ｋｇ／ｍ；，：井
‘ ３・ ’
压裂过程中，压裂液流经射孔孔眼泵入地层，摩阻计
算公式：
ｎ２
Ｆ＝１１．３ＥＩＫｊ
式中：：测段平均井斜角，＝（．＋。）／２，。；，：管
０・０２２４４ —
△
空摩阻和近井摩阻，近井摩阻主要为射孔孔眼摩阻和近井弯曲摩阻。基于工程流体力学、岩石力学等相关理论，建立环空摩阻、射孔孔眼摩阻和近井迂曲摩阻的数学模型，并
对模型参数及物理意义进行分析和求解。准确计算压裂过程的压力对于压裂裂缝扩展模拟、压后产能评价、压裂管柱受力分析乃至施工成功完成具有重要意义。

不动管柱水力喷射逐层压裂技术在现场成功应用

不动管柱水力喷射逐层压裂技术在现场成功应用1. 引言不动管柱水力喷射逐层压裂技术是一种先进的油气田开发技术，通过在井筒内设置管柱、喷射器和压裂器等装置，实现对油气层逐层压裂，提高油气产量。

该技术在现场应用中具有较高的成功率和效果，本文将介绍该技术的工作原理、优势以及在现场应用中的成功案例。

2. 技术原理不动管柱水力喷射逐层压裂技术的基本原理是通过在油气井井筒内设置不动管柱和压裂器，在需要增产的油气层上设置喷射器，利用泵送压裂液体和高速射流，将油气层压裂，形成裂缝通道，提高油气的渗流能力，最终达到增产的效果。

3. 技术优势不动管柱水力喷射逐层压裂技术相比传统的压裂技术具有以下优势： - 可逐层压裂：能够对油气层实现逐层压裂，更精细地提高产量。

- 不涉及管柱下楼：由于不动管柱的设置，无需进行管柱下楼，降低作业风险和成本。

- 操作简便：操作过程简单，易于实施，可大大提高作业效率。

- 高成功率：在现场应用中具有较高的成功率和效果，被广泛应用于油气生产。

4. 成功应用案例4.1 某油田A区块•在某油田A区块，采用不动管柱水力喷射逐层压裂技术，成功对多口井实施压裂作业。

•通过逐层压裂，油井产量平均提高了25%，有效延长了油田的产能。

•技术应用效果被相关公司评定为高效、稳定，为公司创造了可观的经济效益。

4.2 某天然气田B区块•在某天然气田B区块，应用不动管柱水力喷射逐层压裂技术，成功提高了天然气井的产量。

•经过压裂作业后，天然气产量明显增加，且产量维持稳定。

•技术应用效果得到了业内专家的高度评价，被认为是一种高效的提高产量的技术手段。

5. 结论不动管柱水力喷射逐层压裂技术在现场应用中取得了显著成功，通过逐层压裂可以实现油气产量的有效提高，对于油气田的开发具有重要意义。

技术的优势在于可逐层压裂、操作简便且成功率高，为提高油气产量提供了一种高效可行的方案。

不动管柱水力喷射逐层压裂技术有望在未来更广泛地应用于油气开发领域，为行业发展带来新思路和可能。

油气井井下水力喷射压裂酸化工具管柱结构[实用新型专利]

专利名称：油气井井下水力喷射压裂酸化工具管柱结构
专利类型：实用新型专利
发明人：朱炬辉,潘勇,张道鹏,陆灯云,张剑,谢宾,徐艳丽,钟兴久
申请号：CN200920079056.5
申请日：20090216
公开号：CN201367892Y
公开日：
20091223
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种油气井井下水力喷射压裂酸化工具管柱结构，涉及井下水力喷射压裂酸化管串的设计技术领域，包括引导段、扶正喷射段和安全连接段，引导段设置在最下端，扶正喷射段设置在中间，安全连接段设置在最上端；本实用新型适用于将高压液体的压能转化为动能，完成油气层喷射压裂酸化施工作业，采用本实用新型可有效控制地层射孔的裂缝，大幅度提高射孔深度和质量，为低渗薄互层油气藏开发提供了一种有效的手段。

申请人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司井下作业公司
地址：610051 四川省成都市成华区二环路北四段瑞丰巷6号
国籍：CN
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11 水力喷砂射孔孔道形态研究
12 分层压裂滑套与密封球受力分析研究
石油钻采工艺
石油机械
2012年第34卷第2期
已录用
三、取得的主要成果、知识产权
2、知识产权
被认定为2009年度集团公司自主创新重要产品，获第十九屇全国
发明展览会铜奖。
三、取得的主要成果、知识产权
2、知识产权
2012年水力喷射压裂管柱作为关键成果在第十四届深圳高新技术交易会上进行了展示，同时被列为集团公司32项技术利器。
管柱示意图无
第三阶段（技术形成）第四阶段（技术创新）
2007-2008
油田形成水力喷砂+小直径封隔器联作工艺管柱（2段 -3段）；气田使用油田压裂管柱开展首次探索试验。
油田完善改进水力喷砂+小直径封隔器联作工艺管柱（4段-5段）；气田研发形成不动管柱水力喷射压裂管柱（3段-7段-10段）。油田继续完善改进工艺管柱，攻关形成多级压裂管柱及大排量体积压裂管柱（6段-12段）；气田不动管柱水力喷射压裂管柱技术指标取得新的重大突破（15段 -23级）。
材质：35CrMo；承压：≥70MPa；抗拉：不低于65t；投球启动压力：15—20MPa；脱手拉力：4-8t。
二、水力喷射压裂管柱系列及应用情况
1、水力喷射压裂管柱系列（2）气田水平井：不动管柱水力喷射分段压裂工艺管柱
41/2″套管水力喷射分段压裂工艺管柱
6″裸眼水力喷射分段压裂工艺管柱
二、水力喷射压裂管柱系列及应用情况
关键工具
采用1/8″小级差钢球设计，研发了滑套式喷射器等关键工具。
滑套式喷射器工作原理：喷射器油套不连通，当下段完成压裂后，投入一定直径的钢球加压剪切滑套芯子，打开喷射器喷嘴通道使油套连通，同时封隔下部通道，实现本段的压裂改造。
滑套式喷射器滑套工作筒

关键工具：喷射器、封隔器、安全丢手等
喷射器工作温度： 120℃；工作压力：70MPa；本体及喷嘴压帽材质：42CrMo；喷嘴材质：硬质合金YJF03X或者ROCTEC500；喷嘴硬度：HRA93。
最大直径：108mm；承压：≥70Pa；耐温：≥120℃；抗拉：不低于65t；重复坐封能力：10次以上。
二、水力喷射压裂管柱系列及应用情况
1、水力喷射压裂管柱系列不动管柱水力喷射分段压裂工艺管柱
工作原理
利用油管一次下入水力喷射压裂工具串，将各喷射器分别对准改造段，
首先完成第一段水力喷砂射孔、压裂，通过投球打开第二级喷射器滑套，同时封堵下部通道，实施第二段水力喷砂射孔、压裂，依次类推，在不动管柱情况下完成剩余层段的改造，最后合层排液求产。
三、取得的主要成果、知识产权
汇
报
提
纲
一、水力喷射压裂管柱发展历程
二、水力喷射压裂管柱系列及应用情况
三、取得的主要成果、知识产权
一、水力喷射压裂管柱发展历程
长庆油田自上世纪九十年代开始就在安塞、靖安油田开展了水平井改造先期试验，未获得突破。从2005年起，瞄准国际先进的水力喷砂压裂技术，深化基础理论认识，加强工
二、水力喷射压裂管柱系列及应用情况
2、技术指标
（1）油田水平井水力喷射分段压裂管柱：耐温120度，承压50MPa，一趟管柱可以完成3-5段压裂施工，可实现拖动管柱无限级分段压裂；（2）油田水平井水力喷射分段多簇压裂管柱: 耐温120度，承压50MPa，一趟管柱可施工2段以上，最大加砂量可达150方，最大施工排量10m3/min；（3）油田水平井多级水力喷射压裂管柱：耐温120度，承压50MPa，一趟管柱可施工6~12段，最大加砂量可达240方，最大施工排量6m3/min；（4）油田水平井大排量水力喷射体积压裂工艺管柱: 耐温120度，承压50MPa，一趟管柱最高
二、水力喷射压裂管柱系列及应用情况
3、应用情况
2006-2013年历年油气田水力喷射工作量统计
年度 2006 水平井（口） 13 段数 39 定向井（口） 0 层数 0 年度 2006 水平井（口） / 段数 / 直井（口） / 层数 /
2007
油田 2008 2009 2010 2011 2012 2013 小计
/
16 / / / /
/
17 / / / /
48
141
小计
16
17
2006-2013年，油气田共完成水力喷射工作量1436口、11094层（段），其中
油田1093口、8888层（段），气田343口、2206层（段）。
二、水力喷射压裂管柱系列及应用情况
4、技术优势及应用前景
水力喷射压裂管柱系列实现了水平井的少井高产，有效减少了钻井数量，
被权威专家誉为“国内首创、国际领先”的“水力喷射压裂管柱”就是其中的一朵“奇葩”。目前该工具实现了工业化
应用，助推了长庆低渗油气藏开发方式的重大转变，已成为长
庆油气田水平井改造的主要技术手段。
袁士义院士
沈忠厚院士、苏义脑院士
原股份公司副总裁胡文瑞
汇
报
提
纲
一、水力喷射压裂管柱发展历程
二、水力喷射压裂管柱系列及应用情况
1 水力喷射孔内射流增压规律试验研究
2 水力喷砂射孔压裂喷嘴的损伤试验与分析 3 水力喷砂射孔与起裂大型物理模拟试验 4 水力喷射分段压裂密封机理 5 水力喷射工具地面模拟试验论文 6 射孔水平井分段压裂起裂压力理论研究
流体机械
石油矿场机械中国石油大学学报石油学报石油矿场机械石油钻探技术
中国石油
水力喷射压裂管柱
长庆油田公司油气工艺研究院二○一四年二月
多年来，在中国石油天然气集团公司的正确领导下，长庆油
田科技人员依托低渗透油气田勘探开发国家工程实验室和集团公司重大专项，解放思想，锐意进取，在工具研发方面成果斐然，一批批先进实用的科技利器应运而生，为油田上产提供了强大的科技引擎。
开发方式的转变，为油田增储上产提供了强有力的技术支撑。
三、取得的主要成果、知识产权
2、知识产权
水力喷射压裂管柱拥有集团公司企业标准1项、油田分公司企业
标准2项。
Q/SY 1460-2012 水平井分段压裂工艺技术规范 Q/SY CQ3449—2012 油田水力喷砂压裂工艺操作规范 Q/SY CQ3447—2012 气田水平井不动管柱水力喷砂分段改造工艺操作规范
可施工6段，最大加砂量580方，最大施工液量5561方，最大施工排量9m3/min；
（5）气田水平井不动管柱水力喷射分段压裂工艺管柱:耐温120度，承压70MPa，41/2″套管条件下一趟管柱可连续分压10段；6″裸眼条件下一趟管柱可连续分压23段，最大加砂量可达
1000方以上，最大施工排量11m3/min以上。
2009-2010
第五阶段（持续创新）
2010-2013
汇
报
提
纲
一、水力喷射压裂管柱发展历程
二、水力喷射压裂管柱系列及应用情况
三、取得的主要成果、知识产权
二、水力喷射压裂管柱系列及应用情况
1、水力喷射压裂管柱系列（1）油田水平井：水力喷射分段压裂工艺管柱

水力喷射分段多簇压裂工艺管柱

2011/4/20
2011/4/27 2011/5/25 2012/1/11
实用新型
发明专利
2012/5/9
2009/12/23
……
三、取得的主要成果、知识产权
2、知识产权
发表学术论文12篇，其中核心期刊7篇。
序号文章题目期刊名称出版年份，卷号（期号） 2009年第37卷第2期 2009年第38卷第2期 2011年第35卷第6期 2011年第32卷第3期 2011年第40卷第8期 2011年第39卷第4期 2009年第38卷第8期
艺技术、关键工具的配套研究，通过不断的探索与试验，实
现了水平井分段压裂工艺管柱的重大创新和突破。
一、水力喷射压裂管柱发展历程
长庆油田水平井水力喷射压裂管柱发展历程
阶段第一阶段（先期试验）第二阶段（引进研发）年份 1994-1996 2005-2006 研发历程及技术指标
填砂＋液体胶塞分段压裂，无主体施工管柱引进国外水力喷射分段压裂工艺管柱，06年10月完成自主工具的研发及试验（1段-2段）。
汇报结束
敬请领导、专家批评指正！
汇
报
提
纲
一、水力喷射压裂管柱发展历程
二、水力喷射压裂管柱系列及应用情况
三、取得的主要成果、知识产权
三、取得的主要成果、知识产权
1、取得的主要成果
研发了具有自主知识产权的油气田水力喷射压裂管柱并实现了
系列化，满足了长庆油气田水平井改造的技术需求，整体达到了国
际先进水平。
水力喷射压裂管柱的应用大幅度提高了单井产量，助推了油田
节约了土地资源，改变了油气田开发方式，推动了致密油气藏的经济有效开
发。能够满足油气田不同完井方式、施工参数、地层压力等条件下的水平井
分段改造，可以快速高效完成作业,具有施工风险小、效率高、成本低等特点。
2014年油气田水平井数量仍然保持较高水平，水力喷射压裂管柱作为改造的
主体科技利器，将进一步得到广泛的推广应用，具有广阔的应用前景。
27
29 24 30 97 245 580 1045
81
145 192 210 679 2205 5196 8747
1
2 5 8 15 17
1
6 15 24 45 50 气田
2007
2008 2009 2010 2011 2012 2013
/
2 4 20 36 101 164 327
/
3 11 118 237 641 1179 2189