200907-新型水力喷砂射孔技术交流(中海油)

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
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
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不同规格的井下工具
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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
工具
套管
水泥环
污染层
目标层
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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℃
பைடு நூலகம்
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
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
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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
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
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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
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
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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
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
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
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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）
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
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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
美国购买
台湾定制
改进完善
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套管钻孔研究试验
取得成功
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地面配套装备
完成设计
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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”
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
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
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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
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水力深穿透技术应用近20口井
吴起
辽河
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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
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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
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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
高寿命喷射器，适应射孔压裂 多种工艺
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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
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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
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起裂后，射孔深度成倍增长 孔道不闭合，可保持连通
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
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
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
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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
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
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
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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
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
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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
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
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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
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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
多个 20m 长以上 的径向分支井
多个 2～5m 长的 径向水平孔
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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：
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）
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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