水力喷砂压裂技术研究与应用
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吐哈油田井下技术作业公司
第一部分:研究背景与意义
前期主要采用的改造方式: 1、超高排量笼统压裂。 2、封隔器、桥塞或化学胶塞分段改造。 工艺上成功,未能达到预期效果。 水力喷射定点压裂技术:是集射孔、压裂、封隔一体化的新技术,是 一种全新压裂技术。为哈里伯顿公司专有。
我国于2005年在靖安油田靖平1井与哈里伯顿公司合作,首次成 功开展了水力喷射分层压裂。该技术在我国属于起步阶段。
井号 油管排量(m3/min) 环控排量(m3/min) 平均砂比(%) 最高砂比(%) 合计砂量(m3)
水力喷砂压裂施工参数
DP1井 2
1.1 24 52 58
牛东平2 2.6 1 25 35 36
庙平1 2.5 1 30 45 36
F239H 2.5 1 31 40 38
吐哈油田井下技术作业公司
5、砂粒直径 砂粒直径越大,质量越大,冲击
力就越大。一般讲,砂粒直径取喷嘴 直径的1/6为最佳,确定选用40-70目 和20-40目的石英砂或陶粒均适用。
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分:关键技术及创新内容
㈡ 水力喷砂射孔参数设计优化
6、围压:射孔深度 随着围压的增大成 线性递减。
喷砂射孔施工参数:
汇报提纲
第一部分:研究背景及意义 第二部分:关键技术及创新点 第三部分:主要技术特点 第四部分:应用情况及效果分析 第五部分:经济及社会效益分析 第六部分:结论及认识
吐哈油田井下技术作业公司
第一部分:研究背景与意义
吐哈油田井下技术作业公司
第一部分:研究背景与意义
吐哈油田现有水平井99口。 水平井压裂改造难点: 1.改造井段长,采用分段改造。 2.一般需分3-5段压裂,封隔工具要求高。 3.多为裸眼完井和筛管完井,封隔难度大。 提高水平井压裂改造效果主要对策: 1.均衡改造。 2.有效封隔。 3.起裂位置裂缝形态确定。
1、2
3
4、5
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分:关键技术及创新内容
(三)水力喷砂压裂工艺步骤
1、洗井,下喷射工具到预定位置,进行水力喷砂射孔。
2、泵入前置液,环空迅速增压产生裂缝,排量增加到设计压裂排
量,进入主压裂施工程序,施工结束。 3、关井、放喷、压井上提油管到上一个压裂的位置。 4、重复以上步骤,至整个井段压裂结束。
第二部分:关键技术及创新内容
创新点三: 水力喷射压裂管柱结构设计,实现多段压裂,又能解
决砂堵后Βιβλιοθήκη Baidu反洗问题。
管柱结构:引鞋+筛管+单流阀+短节+喷枪+油管
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分:关键技术及创新内容
关键技术:应用了高耐磨喷嘴 喷嘴需承受高压和高速工作液的冲蚀,容易导致喷嘴变形、 破损。要求喷嘴具有高耐磨性,是保证工艺成功的关键。
环空压力+射流 增压使裂缝延伸
井号 射孔排量(m3/min) 砂浓度(kg/m3) 砂量(m3) 喷砂时间(min) 陶粒粒径
DP1 1.9 120
2 15 40-70目陶粒
牛东平2 2.5 120 2.4
15-20
庙平1
F239H
2.5
2.5
120
120
1.2
1.2
10
10
20-40目石英砂
青2-56H 1.8 120 1.6 15
C——为试验常数≈6;
V0——为射流初速度;
D——为喷嘴直径; L——为喷嘴出口至喷射物距离。 上式表明,当L=6D 时,其射流速度仍然保持起初速度的V0不变, 自该点之后,射流则按上述规律逐渐减小。
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分:关键技术及创新内容
㈡ 水力喷砂射孔参数设计优化
2、压力、流速 根据水力学的动量定律, 当喷嘴的截面一定时,射流速度 与压力成正比。试验证明,当通过喷嘴的流速保持在120米/ 秒、工作压力12MPa以上时,可以取得较好的切割效能。
为了提高水平井开发效果,开展了水力喷砂定点压裂技术研究。
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分:关键技术及创新点
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分:关键技术及创新点
创新点一:设计优化水力喷砂射孔所需的流速、最佳喷射时 间、喷砂液浓度、砂粒直径等参数。 ㈠ 水力喷砂射孔技术 主要机理:流体通过喷射工具,压能被转换成动能,高速 流体冲击形成射孔通道,完成水力射孔。
3×∮6mm,间距60mm 相位120°,长360mm。
直径6mm的喷嘴
吐哈油田井下技术作业公司
第三部分:主要技术特点
吐哈油田井下技术作业公司
第三部分:主要技术特点
水力喷射压裂技术是一项能有效控制裂缝起裂的增产措施。只 在指定的位置处进行压裂造缝。
序号
特性
常规压裂 水力喷射压裂
1 产生裂缝
压力
由射流产生裂缝
压裂排量:考虑压裂液摩阻、 喷嘴的节流压差、裂缝延伸压力、 喷射工具强度、套管强度、压裂 限压等。
压裂
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分:关键技术及创新内容
(二)水力封隔技术 原理:通过控制喷射工具,准确选择裂缝起裂的位置与方向; 裂缝形成后,高速流体喷射进入孔道和裂缝,孔道相当于 “射流泵”;环空的流体在压差的作用下被吸入地层,维持 裂缝的延伸,实现水力封隔。
特点: 1.穿透深度大。 2.无地层压实伤害。 3.能够选择定向射孔。
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分:关键技术及创新点
㈡ 水力喷砂射孔参数设计优化
1、喷嘴选择:要具有良好的耐磨性和较高的流量系数。
从水力学知识得知流束任意一点处的速度可由下式求得:
VL =CV0D/L 式中: V L——微粒喷嘴出口距离为L 处的射流轴心速度;
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分:关键技术及创新内容
创新点二:利用水力喷砂射孔定点压裂工艺技术,不用机械 封隔一趟管柱实现多段改造。
㈠ 水力喷砂压裂技术
原理:射流在喷射通道中形成增压。环空中泵入流体增加环空压力, 喷射流体增压和环空压力的叠加超过破裂压力压开地层。
压开地层: P增+P环>P破裂 环空压力:略低于裂缝的延伸压力
3、喷射时间 在一定的工作压力下,当射流达到 一定深度后,继续延长喷射时间是 无意义的。喷射时间一般在15-20 分钟。
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分:关键技术及创新内容
㈡ 水力喷砂射孔参数设计优化
4、含砂浓度: 含砂量越高,切割效能越好。但是,过多的含砂量容易引
起砂堵,并会在途中互相碰撞,降低速度,影响喷射效果。确 定砂浓度120 kg/m3 。
第一部分:研究背景与意义
前期主要采用的改造方式: 1、超高排量笼统压裂。 2、封隔器、桥塞或化学胶塞分段改造。 工艺上成功,未能达到预期效果。 水力喷射定点压裂技术:是集射孔、压裂、封隔一体化的新技术,是 一种全新压裂技术。为哈里伯顿公司专有。
我国于2005年在靖安油田靖平1井与哈里伯顿公司合作,首次成 功开展了水力喷射分层压裂。该技术在我国属于起步阶段。
井号 油管排量(m3/min) 环控排量(m3/min) 平均砂比(%) 最高砂比(%) 合计砂量(m3)
水力喷砂压裂施工参数
DP1井 2
1.1 24 52 58
牛东平2 2.6 1 25 35 36
庙平1 2.5 1 30 45 36
F239H 2.5 1 31 40 38
吐哈油田井下技术作业公司
5、砂粒直径 砂粒直径越大,质量越大,冲击
力就越大。一般讲,砂粒直径取喷嘴 直径的1/6为最佳,确定选用40-70目 和20-40目的石英砂或陶粒均适用。
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分:关键技术及创新内容
㈡ 水力喷砂射孔参数设计优化
6、围压:射孔深度 随着围压的增大成 线性递减。
喷砂射孔施工参数:
汇报提纲
第一部分:研究背景及意义 第二部分:关键技术及创新点 第三部分:主要技术特点 第四部分:应用情况及效果分析 第五部分:经济及社会效益分析 第六部分:结论及认识
吐哈油田井下技术作业公司
第一部分:研究背景与意义
吐哈油田井下技术作业公司
第一部分:研究背景与意义
吐哈油田现有水平井99口。 水平井压裂改造难点: 1.改造井段长,采用分段改造。 2.一般需分3-5段压裂,封隔工具要求高。 3.多为裸眼完井和筛管完井,封隔难度大。 提高水平井压裂改造效果主要对策: 1.均衡改造。 2.有效封隔。 3.起裂位置裂缝形态确定。
1、2
3
4、5
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分:关键技术及创新内容
(三)水力喷砂压裂工艺步骤
1、洗井,下喷射工具到预定位置,进行水力喷砂射孔。
2、泵入前置液,环空迅速增压产生裂缝,排量增加到设计压裂排
量,进入主压裂施工程序,施工结束。 3、关井、放喷、压井上提油管到上一个压裂的位置。 4、重复以上步骤,至整个井段压裂结束。
第二部分:关键技术及创新内容
创新点三: 水力喷射压裂管柱结构设计,实现多段压裂,又能解
决砂堵后Βιβλιοθήκη Baidu反洗问题。
管柱结构:引鞋+筛管+单流阀+短节+喷枪+油管
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分:关键技术及创新内容
关键技术:应用了高耐磨喷嘴 喷嘴需承受高压和高速工作液的冲蚀,容易导致喷嘴变形、 破损。要求喷嘴具有高耐磨性,是保证工艺成功的关键。
环空压力+射流 增压使裂缝延伸
井号 射孔排量(m3/min) 砂浓度(kg/m3) 砂量(m3) 喷砂时间(min) 陶粒粒径
DP1 1.9 120
2 15 40-70目陶粒
牛东平2 2.5 120 2.4
15-20
庙平1
F239H
2.5
2.5
120
120
1.2
1.2
10
10
20-40目石英砂
青2-56H 1.8 120 1.6 15
C——为试验常数≈6;
V0——为射流初速度;
D——为喷嘴直径; L——为喷嘴出口至喷射物距离。 上式表明,当L=6D 时,其射流速度仍然保持起初速度的V0不变, 自该点之后,射流则按上述规律逐渐减小。
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分:关键技术及创新内容
㈡ 水力喷砂射孔参数设计优化
2、压力、流速 根据水力学的动量定律, 当喷嘴的截面一定时,射流速度 与压力成正比。试验证明,当通过喷嘴的流速保持在120米/ 秒、工作压力12MPa以上时,可以取得较好的切割效能。
为了提高水平井开发效果,开展了水力喷砂定点压裂技术研究。
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分:关键技术及创新点
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分:关键技术及创新点
创新点一:设计优化水力喷砂射孔所需的流速、最佳喷射时 间、喷砂液浓度、砂粒直径等参数。 ㈠ 水力喷砂射孔技术 主要机理:流体通过喷射工具,压能被转换成动能,高速 流体冲击形成射孔通道,完成水力射孔。
3×∮6mm,间距60mm 相位120°,长360mm。
直径6mm的喷嘴
吐哈油田井下技术作业公司
第三部分:主要技术特点
吐哈油田井下技术作业公司
第三部分:主要技术特点
水力喷射压裂技术是一项能有效控制裂缝起裂的增产措施。只 在指定的位置处进行压裂造缝。
序号
特性
常规压裂 水力喷射压裂
1 产生裂缝
压力
由射流产生裂缝
压裂排量:考虑压裂液摩阻、 喷嘴的节流压差、裂缝延伸压力、 喷射工具强度、套管强度、压裂 限压等。
压裂
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分:关键技术及创新内容
(二)水力封隔技术 原理:通过控制喷射工具,准确选择裂缝起裂的位置与方向; 裂缝形成后,高速流体喷射进入孔道和裂缝,孔道相当于 “射流泵”;环空的流体在压差的作用下被吸入地层,维持 裂缝的延伸,实现水力封隔。
特点: 1.穿透深度大。 2.无地层压实伤害。 3.能够选择定向射孔。
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分:关键技术及创新点
㈡ 水力喷砂射孔参数设计优化
1、喷嘴选择:要具有良好的耐磨性和较高的流量系数。
从水力学知识得知流束任意一点处的速度可由下式求得:
VL =CV0D/L 式中: V L——微粒喷嘴出口距离为L 处的射流轴心速度;
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分:关键技术及创新内容
创新点二:利用水力喷砂射孔定点压裂工艺技术,不用机械 封隔一趟管柱实现多段改造。
㈠ 水力喷砂压裂技术
原理:射流在喷射通道中形成增压。环空中泵入流体增加环空压力, 喷射流体增压和环空压力的叠加超过破裂压力压开地层。
压开地层: P增+P环>P破裂 环空压力:略低于裂缝的延伸压力
3、喷射时间 在一定的工作压力下,当射流达到 一定深度后,继续延长喷射时间是 无意义的。喷射时间一般在15-20 分钟。
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分:关键技术及创新内容
㈡ 水力喷砂射孔参数设计优化
4、含砂浓度: 含砂量越高,切割效能越好。但是,过多的含砂量容易引
起砂堵,并会在途中互相碰撞,降低速度,影响喷射效果。确 定砂浓度120 kg/m3 。