压裂施工井的射孔优化设计方法_李海涛
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欲压裂井射孔方案设计准则
根据以上的分析, 如果能精确确定当地主应力 的大小和方向, 并具有射孔定向能力, 那么最佳的射
孔策略是易于实现的。但国内大多数油气田离这一 水平还有差距, 特别是定向射孔能力, 不完全具备这 些硬件条件。因此, 应结合目前油气田的射孔工艺 水平、工艺现状以及射孔对压裂影响的机理制定出 合理的射孔方案才是可行的, 可操作的。对于小斜 度井, 其初始裂缝易相互连结起来, 因此完全可近似 为垂直井考虑。根据前面的分析, 制定射孔策略的 总原则为:
不难分析, 当孔眼位于最佳平面时: ¹ 0b相位布 孔比 180b相位布孔的破裂压力要大, 因为裂缝总是 成对出现的。当为 0b相位时, 裂缝首先在沿孔轴方 向起裂, 同时压裂液沿井筒壁面绕到孔眼对面位置 起裂, 形成双翼裂缝。这一过程不但增加额外能量 损失, 还将 引起一系列其它问题, 而 180b相位就不
Cp= D / D perf
( 5)
如果压裂液不含磨损性材料, C p 一般为 0. 5~ 0. 6,
但当泵入混砂液时, 由于孔眼被冲蚀, C p 变为 0. 6
~ 0. 95。C p 的变化将大大影响孔眼摩阻( p cf ) 的大 小, 因为孔眼摩阻与 C p 的平方成反比。但不论如
何, 孔密( D en) 越高, 射开程度越高, 孔眼摩阻将越
低; 孔径越大, 孔眼摩阻也将越小。同时, 孔径的大
小直接影响支撑剂尺寸和浓度, 孔径应足够大, 以避
免支撑剂在通过孔眼时桥堵。如果孔径太小, 压裂
液通过孔眼时, 由于高速将产生高的剪切速度使压 裂液降解, 严重影响压裂液性能, 影响压裂效果。另
一方面, 可以通过控制孔密、孔径和射开程度将孔眼 摩阻控制在合理范围内, 以达到限 流压裂的目的。 对于常规压裂来说, 射孔宜选大孔密, 大孔聚能弹,
第 18 卷第 2 期
天然气工业
钻采工艺与装备
压裂施工井的射孔优化设计方法
李海涛* 王永清 李洪建
( 西南石油 学院)
戈应文
( 滇黔桂石油勘探局百色 石油勘探开发公司)
李海涛等. 压裂施工井的射孔优化设 计方法. 天然气工业, 1998; 18( 2) : 43~ 46 摘 要 水力压裂施工几乎都是在射孔井上完成, 并通过孔眼泵入压裂液, 完成压裂施工 。因而不 同的射孔参 数必然会对施工效果产生不同程度的影响。文中通过射孔参数( 包括孔密、孔径、相位和射孔方式) 对压裂施工压 力 的影响分析和射孔参数如何影响压裂时初始裂缝产生的机理分析, 提出了对欲压裂施工井的射孔优化设计方法, 并 提供了具有广泛适用价值的射孔设计准则。该方法考虑了不 同施工作业 间的相互 影响, 有 利于降低 地层的破裂 压 力, 增加压裂施工的成功率, 提高作业的工艺管理水平。现场应用表明该方法是行之有效的。 主题词 完井 射孔 压裂 施工 优化设计 方法
射孔对压裂施工压力的影响分析
据统计资料表明, 对需进行压裂改造的井, 如何 做射孔设计, 很多油气田还没有开展这方面的深入 研究工作, 而目前压裂设计本身也没有对实际的射 孔完井给予足够的注意和考虑, 射孔参数的选择没 有考虑需水力压裂井的特殊要求。
水力压裂施工几乎都是在射孔井上完成, 通过 孔眼泵入压裂液。国外研究表明: 对欲进行水力压 裂的井, 在做射孔设计时必须尽量满足增产措施的 特殊要求。一般来说影响压裂施工的射孔关键参数 是孔 密、孔径、相位和射孔方式。在压裂施 工过程 中, 必须控制射孔孔眼摩阻的大小, 即达到最小孔眼 摩阻或在限流施工时使其达到 设计要求的孔 眼摩 阻。由于套管射孔井井筒周围的应力分布远比裸眼 完井复杂, 难以得出像裸眼井那样的应力分布解析 表达式, 因此裂缝起裂( 起裂表示初始裂缝的产生, 以下全采用该术语) 比裸眼完井复杂得多, 其主要受 当地应力分布和射孔参数的影响。因而研究射孔参 数对造缝的影响一般采用实验室模拟或数值模拟的 方法进行认识, 但裂缝总是在垂直于最小主应力平 面内产生这一点是不变的。
一般地说, 射孔参数对造缝的影响在施工时直 观的反应就是施工压力的大小。地面施工压力由下 式表达。
p i= p ev+ p fr+ p cf- p h
( 1)
式中: p i 为地面注入压力, M Pa;
p ev为裂缝延伸压力, MPa;
p fr为油( 套) 管的摩擦阻力, MPa; p cf为孔眼摩擦力, M Pa; p h为井筒静水压力, M Pa。 又因
力的大小。如前者比后者小, 即井筒内压力的增加
速度小于油藏孔隙压力的增加速度越多, 地层的破 裂压力越小。而影响近井地带孔隙压力增加速度的
因素主要有泵入速度、压裂液粘度、地层渗透率、钻
井伤害和射孔伤害。因此, 在射孔时采用合理的负 压射孔以清洁孔眼, 最大程度减轻压实损害, 采用适 合于具体储层的优质射孔液以避免产生地层伤害都
# 44 #
全部射开施工油气层段为好。
图 1 压裂液通过孔眼的流动形态
射孔对裂缝起裂影响的机理分析
根据岩石的弹塑性力学理论, 裂缝的产生总是 沿垂直于最小主应力平面。对于垂直井来说, 其三 向应力状态可由图 2 描述。
图 2 井筒的三向应力状态( R1 > R2 > R3)
如果知道三个主应力的方向及大小, 那么孔眼 方向与垂直于最小主应力平面的夹角为 0b时, 将是 最佳孔眼方向。为了叙述方便, 我们将垂直于最小 主应力的平面称为最佳平面, 因而孔眼位于最佳平 面时, 只有 180b相位才是唯一正确的。
( 2) 采用大孔径深穿透聚能弹。大孔径可以减 小孔眼与最佳平面的夹角, 增大裂缝在孔眼处起裂 的机会。同时, 减小压裂液通过孔眼的摩阻。深穿 透可最大限度地增加裂缝与孔眼相遇的机会, 特别 是对于斜井, 因为斜井压裂时与裂缝连通的只是部 分孔眼。
( 3) 选用优质射孔液, 进行负压射孔。 ( 4) 准备进行限流压裂的井, 压前采用低孔密、 大孔径射孔, 压裂后采用较高孔密补孔以进一步提 高产量。 ( 5) 射孔参数的优化和最佳负压可根据西南石 油学院研制的优化射孔软件进行设计。
第 18 卷第 2 期
天然气工业
钻采工艺与装备
会出现该问题。 º不论 0b相位还是 180b相位布孔, 在考虑套管安全的情况下, 孔密越大, 井底破裂压力 越低。
当孔眼不位于最佳平面时, 由于孔眼不位于最 佳平面, 因此孔眼方向与最佳平面有一定夹角, 该夹 角越大, 井底破裂压力越高。同时, 夹角越大, 裂缝 从孔眼处起裂的机会就越小, 如图 3 所示即可能出 现的情形。如果有的裂缝不从孔眼处起裂, 那么就 有可能产生多条裂缝, 即小裂缝不能全部连通起来 而形成一条宽而长的高渗裂缝。这将严重影响压裂 井效果, 这也是压裂施工最忌讳的情形。
( p i) 越高, 也就是孔眼摩阻( p cf ) 越 高, 这种情况对 常规压裂是不利的。常规压裂的目的, 就是充分利
用地面泵组能力, 控制产生最小的射孔孔眼摩擦阻
力, 最大限度地压出一条具有最大缝宽和缝长的高 渗能力的裂缝, 有效提高油气井的产能。
实际上, 式( 3) 中孔眼摩阻 ( p百度文库cf ) 只代表压裂液 经过突然缩小的孔眼入口处的摩擦压降, 式( 3) 左边
图 3 孔眼方向对裂缝起裂的影响
由于射孔枪定向射孔的困难较大, 孔眼不能位 于最佳平面的机会较多。
事实上, 由于当地主应力方向和大小的不可预 知性, 因此射孔参数和枪弹的适当选择成了影响压 裂施工成功的重要因素。根据国外用三轴试验模拟 井下射孔井压裂的实验研究成果表明: ¹ 裂缝可能 在孔眼处产生, 也可能在过井筒轴线并与最佳平面 垂直的平面与井筒壁面的相交处产生; º裂缝的产 生与孔眼最佳平面的夹角密切相关; »裂缝的产生 与泵的排量有关; ¼ 所有裂缝在离井筒壁面大约一 个井筒直径范围之后, 都要重定向到最佳平面。
D en为孔密, 孔/ m; D 为孔眼直径, m; Cp 为排出系数, 无因次;
h 为施工层段有效打开厚度, m; p cf 为孔眼摩阻, M Pa。
公式中排出系数或称流量系数( Cp) 实 质是指 孔眼入口( 上游) 收缩断面直径( D perf ) 与孔径( D ) 之 比( 如图 1 所示) , 即
应 用 实例
滇黔桂百 色石 油勘 探开 发公 司百 49 区 块于 1977 年开始钻探, 1991 年 11 月编制滚动勘探开发 初步方 案, 采取不规则三角形 井网, 共布井 28 口。 投产初期产油量均低于 5 t / d, 新井投产自然产能偏 低。
据分析资料表明, 百 49 区块大多数生产井都有 过压裂史, 但压裂的成功率较低, 除个别井外, 效果 都不甚 理想。压裂 井层 渗透 率都很 低, 井倾 角为 3b40c~ 5b。地层破裂压力很高, 平均为 39. 8 M Pa, 最 高 达 52. 05 M Pa, 破 裂 压 力 梯 度 平 均 为 0. 036 9 M Pa/ m。根据百色油田 1994 年开 发方案, 工作重点是如何动用百 49 区西部地质储量, 而具体
将有利于减小地层的破裂压力。 孔眼摩阻( p cf) 不但是现场施工影响裂 缝扩展
的重要参数, 同时也是限流压裂的关键参数。其大
小由下式确定:
p cf=
2. 330 @
10-
10 Q 2
Q
(
D en h)
2D4
C
2 p
( 4)
式中: Q 为泵排量, m3/ min;
Q为压裂液密度, kg / m3;
理应是压裂液从套管通过水泥层孔道, 由孔眼通过
地层到裂缝前缘过程中总的沿程阻力损失, 而孔眼 摩阻( p cf ) 只是其 中一个分 量, 但 又是最显 著的一 项。而其它项如压裂液通过水泥层孔道的压降可以
* 李海涛, 1965 年生, 讲师; 1987 年毕业于西南石油学 院采油工程 专业, 1990 年 获西南 石油学院 油气田 开发工 程专业 硕 士学位, 现从事教学和研究工作。地址: ( 637001) 四川省南充市。电话: ( 0817) 2229008。
实验还表明, 为了使裂缝在孔眼处产生, 并被 延伸, 孔眼与最佳主应力平面的夹角必须小于 20b。 如果大于 20b, 裂缝是否从孔眼处产生, 将取决于施 工时当地孔隙压力的建立速度。实验表明, 即使孔 眼没处于最佳方向, 裂缝也可能从孔眼处产生, 但并 不是所有裂缝都被延伸。未处于最佳方位的孔眼将 导致压裂液、支撑剂从孔眼沿井筒壁面进入裂缝, 易 产生砂堵, 这对压裂施工都是不利的。
# 43 #
钻采工艺与装备
天然气工业
1998 年 3 月
忽略, 压裂液经过由于射孔造成的压实带的能量损 失可通过合理的负压射孔将其影响降至最小。同时
根据油气田施工经验, 可以通过增加近井地区孔隙 压力来达到降低地层破裂压力的目的。而孔隙压力
的建立与泵入压裂液的速度有关, 在注入压裂液的
过程中, 井筒内和油藏内孔隙压力的增加速度是不 同的, 二者的比值( 即相对大小) 将影响地层破裂压
p ev = p sf+ p h
( 2)
式中: p sf 为瞬时地面关井压力, M Pa。 所以
p cf = p i- p sf - p fr
( 3)
瞬时关井压力( p sf ) 是由裂缝延伸压力控制, 即是由
地应力决定的, 不是可控参数。p fr是油( 套) 管摩擦
阻力, 与射孔参数无直接关系。因此地面施工压力
( 1) 尽量减小孔眼与最佳平面的夹角。如井筒 轴线位于最佳平面( 即最小主应力为水平应力, 一般 产生垂直缝) 建议在保证套管安全的前提下, 采用 高孔密, 螺 旋布孔, 低相位如 45b, 高孔 密有助于各 孔眼裂缝的连通。对老 井老层的重复 射孔压裂改 造, 由于过去已经射孔, 在保证深穿透前提下可降低 孔密要求如 18 孔/ m, 45b相位。对于老井新层在满 足深穿透和保证套管安全的前提下尽量使用高孔密 低相位, 比如使用孔密大于 22 孔/ m、相位小于或等 于 45b的射孔枪。
# 45 #
钻采工艺与装备
天然气工业
1998 年 3 月
水平井分流压裂管柱设计与力学分析
刘巨保* 张学鸿
朱振锐
季海波
( 大庆石油学院)
( 大庆石油管理局采油研究所) ( 大庆石油管理局采油一厂)
刘巨保等. 水平井分流压裂管柱设计 与力学分析. 天然气工业, 1998; 18( 2) : 46~ 48 摘 要 国内对水平井进行分流压裂施工尚属首次* * , 压裂管柱 设计 及 力学 分析 是压 裂施 工的 关键 技术 问 题之一。水平井压裂管柱在井眼曲率作用下随井身产生初始弯曲, 弯曲后的 压裂管柱在 温度、自重、内 外压力和 局 部集中力的综合作用下再次产生变形, 变形后的 压裂管 柱必将 与套管 内壁产 生接触, 这种 接触状 态随井 深和井 眼 圆周方向随机分布, 是一种随机的多向接 触摩擦非线性问题。文中将运用/ 多向接触摩 擦间隙元 法0对 这一问题 求 解, 并结合大庆油田水平井分流压裂管柱工程实例 , 进行了受力变形计算, 给出了 不同工作 状况下压裂 管柱与套 管 内壁的接触摩擦状态、管柱下端变形、井口载荷以及管柱任一截面处的内 力和应力, 为压裂 管柱的设计 和施工提 供 了可靠的理论依据。经现场试验表明, 井口载荷的 理论计算值与实 测值的 相对误差 均在 13% 以内, 完全 满足于 工 程的需要, 并在水平井中成功地实施了大 型分流压裂作业。 主题词 水平井 分相流动 压裂 管柱 受力分析
根据以上的分析, 如果能精确确定当地主应力 的大小和方向, 并具有射孔定向能力, 那么最佳的射
孔策略是易于实现的。但国内大多数油气田离这一 水平还有差距, 特别是定向射孔能力, 不完全具备这 些硬件条件。因此, 应结合目前油气田的射孔工艺 水平、工艺现状以及射孔对压裂影响的机理制定出 合理的射孔方案才是可行的, 可操作的。对于小斜 度井, 其初始裂缝易相互连结起来, 因此完全可近似 为垂直井考虑。根据前面的分析, 制定射孔策略的 总原则为:
不难分析, 当孔眼位于最佳平面时: ¹ 0b相位布 孔比 180b相位布孔的破裂压力要大, 因为裂缝总是 成对出现的。当为 0b相位时, 裂缝首先在沿孔轴方 向起裂, 同时压裂液沿井筒壁面绕到孔眼对面位置 起裂, 形成双翼裂缝。这一过程不但增加额外能量 损失, 还将 引起一系列其它问题, 而 180b相位就不
Cp= D / D perf
( 5)
如果压裂液不含磨损性材料, C p 一般为 0. 5~ 0. 6,
但当泵入混砂液时, 由于孔眼被冲蚀, C p 变为 0. 6
~ 0. 95。C p 的变化将大大影响孔眼摩阻( p cf ) 的大 小, 因为孔眼摩阻与 C p 的平方成反比。但不论如
何, 孔密( D en) 越高, 射开程度越高, 孔眼摩阻将越
低; 孔径越大, 孔眼摩阻也将越小。同时, 孔径的大
小直接影响支撑剂尺寸和浓度, 孔径应足够大, 以避
免支撑剂在通过孔眼时桥堵。如果孔径太小, 压裂
液通过孔眼时, 由于高速将产生高的剪切速度使压 裂液降解, 严重影响压裂液性能, 影响压裂效果。另
一方面, 可以通过控制孔密、孔径和射开程度将孔眼 摩阻控制在合理范围内, 以达到限 流压裂的目的。 对于常规压裂来说, 射孔宜选大孔密, 大孔聚能弹,
第 18 卷第 2 期
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压裂施工井的射孔优化设计方法
李海涛* 王永清 李洪建
( 西南石油 学院)
戈应文
( 滇黔桂石油勘探局百色 石油勘探开发公司)
李海涛等. 压裂施工井的射孔优化设 计方法. 天然气工业, 1998; 18( 2) : 43~ 46 摘 要 水力压裂施工几乎都是在射孔井上完成, 并通过孔眼泵入压裂液, 完成压裂施工 。因而不 同的射孔参 数必然会对施工效果产生不同程度的影响。文中通过射孔参数( 包括孔密、孔径、相位和射孔方式) 对压裂施工压 力 的影响分析和射孔参数如何影响压裂时初始裂缝产生的机理分析, 提出了对欲压裂施工井的射孔优化设计方法, 并 提供了具有广泛适用价值的射孔设计准则。该方法考虑了不 同施工作业 间的相互 影响, 有 利于降低 地层的破裂 压 力, 增加压裂施工的成功率, 提高作业的工艺管理水平。现场应用表明该方法是行之有效的。 主题词 完井 射孔 压裂 施工 优化设计 方法
射孔对压裂施工压力的影响分析
据统计资料表明, 对需进行压裂改造的井, 如何 做射孔设计, 很多油气田还没有开展这方面的深入 研究工作, 而目前压裂设计本身也没有对实际的射 孔完井给予足够的注意和考虑, 射孔参数的选择没 有考虑需水力压裂井的特殊要求。
水力压裂施工几乎都是在射孔井上完成, 通过 孔眼泵入压裂液。国外研究表明: 对欲进行水力压 裂的井, 在做射孔设计时必须尽量满足增产措施的 特殊要求。一般来说影响压裂施工的射孔关键参数 是孔 密、孔径、相位和射孔方式。在压裂施 工过程 中, 必须控制射孔孔眼摩阻的大小, 即达到最小孔眼 摩阻或在限流施工时使其达到 设计要求的孔 眼摩 阻。由于套管射孔井井筒周围的应力分布远比裸眼 完井复杂, 难以得出像裸眼井那样的应力分布解析 表达式, 因此裂缝起裂( 起裂表示初始裂缝的产生, 以下全采用该术语) 比裸眼完井复杂得多, 其主要受 当地应力分布和射孔参数的影响。因而研究射孔参 数对造缝的影响一般采用实验室模拟或数值模拟的 方法进行认识, 但裂缝总是在垂直于最小主应力平 面内产生这一点是不变的。
一般地说, 射孔参数对造缝的影响在施工时直 观的反应就是施工压力的大小。地面施工压力由下 式表达。
p i= p ev+ p fr+ p cf- p h
( 1)
式中: p i 为地面注入压力, M Pa;
p ev为裂缝延伸压力, MPa;
p fr为油( 套) 管的摩擦阻力, MPa; p cf为孔眼摩擦力, M Pa; p h为井筒静水压力, M Pa。 又因
力的大小。如前者比后者小, 即井筒内压力的增加
速度小于油藏孔隙压力的增加速度越多, 地层的破 裂压力越小。而影响近井地带孔隙压力增加速度的
因素主要有泵入速度、压裂液粘度、地层渗透率、钻
井伤害和射孔伤害。因此, 在射孔时采用合理的负 压射孔以清洁孔眼, 最大程度减轻压实损害, 采用适 合于具体储层的优质射孔液以避免产生地层伤害都
# 44 #
全部射开施工油气层段为好。
图 1 压裂液通过孔眼的流动形态
射孔对裂缝起裂影响的机理分析
根据岩石的弹塑性力学理论, 裂缝的产生总是 沿垂直于最小主应力平面。对于垂直井来说, 其三 向应力状态可由图 2 描述。
图 2 井筒的三向应力状态( R1 > R2 > R3)
如果知道三个主应力的方向及大小, 那么孔眼 方向与垂直于最小主应力平面的夹角为 0b时, 将是 最佳孔眼方向。为了叙述方便, 我们将垂直于最小 主应力的平面称为最佳平面, 因而孔眼位于最佳平 面时, 只有 180b相位才是唯一正确的。
( 2) 采用大孔径深穿透聚能弹。大孔径可以减 小孔眼与最佳平面的夹角, 增大裂缝在孔眼处起裂 的机会。同时, 减小压裂液通过孔眼的摩阻。深穿 透可最大限度地增加裂缝与孔眼相遇的机会, 特别 是对于斜井, 因为斜井压裂时与裂缝连通的只是部 分孔眼。
( 3) 选用优质射孔液, 进行负压射孔。 ( 4) 准备进行限流压裂的井, 压前采用低孔密、 大孔径射孔, 压裂后采用较高孔密补孔以进一步提 高产量。 ( 5) 射孔参数的优化和最佳负压可根据西南石 油学院研制的优化射孔软件进行设计。
第 18 卷第 2 期
天然气工业
钻采工艺与装备
会出现该问题。 º不论 0b相位还是 180b相位布孔, 在考虑套管安全的情况下, 孔密越大, 井底破裂压力 越低。
当孔眼不位于最佳平面时, 由于孔眼不位于最 佳平面, 因此孔眼方向与最佳平面有一定夹角, 该夹 角越大, 井底破裂压力越高。同时, 夹角越大, 裂缝 从孔眼处起裂的机会就越小, 如图 3 所示即可能出 现的情形。如果有的裂缝不从孔眼处起裂, 那么就 有可能产生多条裂缝, 即小裂缝不能全部连通起来 而形成一条宽而长的高渗裂缝。这将严重影响压裂 井效果, 这也是压裂施工最忌讳的情形。
( p i) 越高, 也就是孔眼摩阻( p cf ) 越 高, 这种情况对 常规压裂是不利的。常规压裂的目的, 就是充分利
用地面泵组能力, 控制产生最小的射孔孔眼摩擦阻
力, 最大限度地压出一条具有最大缝宽和缝长的高 渗能力的裂缝, 有效提高油气井的产能。
实际上, 式( 3) 中孔眼摩阻 ( p百度文库cf ) 只代表压裂液 经过突然缩小的孔眼入口处的摩擦压降, 式( 3) 左边
图 3 孔眼方向对裂缝起裂的影响
由于射孔枪定向射孔的困难较大, 孔眼不能位 于最佳平面的机会较多。
事实上, 由于当地主应力方向和大小的不可预 知性, 因此射孔参数和枪弹的适当选择成了影响压 裂施工成功的重要因素。根据国外用三轴试验模拟 井下射孔井压裂的实验研究成果表明: ¹ 裂缝可能 在孔眼处产生, 也可能在过井筒轴线并与最佳平面 垂直的平面与井筒壁面的相交处产生; º裂缝的产 生与孔眼最佳平面的夹角密切相关; »裂缝的产生 与泵的排量有关; ¼ 所有裂缝在离井筒壁面大约一 个井筒直径范围之后, 都要重定向到最佳平面。
D en为孔密, 孔/ m; D 为孔眼直径, m; Cp 为排出系数, 无因次;
h 为施工层段有效打开厚度, m; p cf 为孔眼摩阻, M Pa。
公式中排出系数或称流量系数( Cp) 实 质是指 孔眼入口( 上游) 收缩断面直径( D perf ) 与孔径( D ) 之 比( 如图 1 所示) , 即
应 用 实例
滇黔桂百 色石 油勘 探开 发公 司百 49 区 块于 1977 年开始钻探, 1991 年 11 月编制滚动勘探开发 初步方 案, 采取不规则三角形 井网, 共布井 28 口。 投产初期产油量均低于 5 t / d, 新井投产自然产能偏 低。
据分析资料表明, 百 49 区块大多数生产井都有 过压裂史, 但压裂的成功率较低, 除个别井外, 效果 都不甚 理想。压裂 井层 渗透 率都很 低, 井倾 角为 3b40c~ 5b。地层破裂压力很高, 平均为 39. 8 M Pa, 最 高 达 52. 05 M Pa, 破 裂 压 力 梯 度 平 均 为 0. 036 9 M Pa/ m。根据百色油田 1994 年开 发方案, 工作重点是如何动用百 49 区西部地质储量, 而具体
将有利于减小地层的破裂压力。 孔眼摩阻( p cf) 不但是现场施工影响裂 缝扩展
的重要参数, 同时也是限流压裂的关键参数。其大
小由下式确定:
p cf=
2. 330 @
10-
10 Q 2
Q
(
D en h)
2D4
C
2 p
( 4)
式中: Q 为泵排量, m3/ min;
Q为压裂液密度, kg / m3;
理应是压裂液从套管通过水泥层孔道, 由孔眼通过
地层到裂缝前缘过程中总的沿程阻力损失, 而孔眼 摩阻( p cf ) 只是其 中一个分 量, 但 又是最显 著的一 项。而其它项如压裂液通过水泥层孔道的压降可以
* 李海涛, 1965 年生, 讲师; 1987 年毕业于西南石油学 院采油工程 专业, 1990 年 获西南 石油学院 油气田 开发工 程专业 硕 士学位, 现从事教学和研究工作。地址: ( 637001) 四川省南充市。电话: ( 0817) 2229008。
实验还表明, 为了使裂缝在孔眼处产生, 并被 延伸, 孔眼与最佳主应力平面的夹角必须小于 20b。 如果大于 20b, 裂缝是否从孔眼处产生, 将取决于施 工时当地孔隙压力的建立速度。实验表明, 即使孔 眼没处于最佳方向, 裂缝也可能从孔眼处产生, 但并 不是所有裂缝都被延伸。未处于最佳方位的孔眼将 导致压裂液、支撑剂从孔眼沿井筒壁面进入裂缝, 易 产生砂堵, 这对压裂施工都是不利的。
# 43 #
钻采工艺与装备
天然气工业
1998 年 3 月
忽略, 压裂液经过由于射孔造成的压实带的能量损 失可通过合理的负压射孔将其影响降至最小。同时
根据油气田施工经验, 可以通过增加近井地区孔隙 压力来达到降低地层破裂压力的目的。而孔隙压力
的建立与泵入压裂液的速度有关, 在注入压裂液的
过程中, 井筒内和油藏内孔隙压力的增加速度是不 同的, 二者的比值( 即相对大小) 将影响地层破裂压
p ev = p sf+ p h
( 2)
式中: p sf 为瞬时地面关井压力, M Pa。 所以
p cf = p i- p sf - p fr
( 3)
瞬时关井压力( p sf ) 是由裂缝延伸压力控制, 即是由
地应力决定的, 不是可控参数。p fr是油( 套) 管摩擦
阻力, 与射孔参数无直接关系。因此地面施工压力
( 1) 尽量减小孔眼与最佳平面的夹角。如井筒 轴线位于最佳平面( 即最小主应力为水平应力, 一般 产生垂直缝) 建议在保证套管安全的前提下, 采用 高孔密, 螺 旋布孔, 低相位如 45b, 高孔 密有助于各 孔眼裂缝的连通。对老 井老层的重复 射孔压裂改 造, 由于过去已经射孔, 在保证深穿透前提下可降低 孔密要求如 18 孔/ m, 45b相位。对于老井新层在满 足深穿透和保证套管安全的前提下尽量使用高孔密 低相位, 比如使用孔密大于 22 孔/ m、相位小于或等 于 45b的射孔枪。
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1998 年 3 月
水平井分流压裂管柱设计与力学分析
刘巨保* 张学鸿
朱振锐
季海波
( 大庆石油学院)
( 大庆石油管理局采油研究所) ( 大庆石油管理局采油一厂)
刘巨保等. 水平井分流压裂管柱设计 与力学分析. 天然气工业, 1998; 18( 2) : 46~ 48 摘 要 国内对水平井进行分流压裂施工尚属首次* * , 压裂管柱 设计 及 力学 分析 是压 裂施 工的 关键 技术 问 题之一。水平井压裂管柱在井眼曲率作用下随井身产生初始弯曲, 弯曲后的 压裂管柱在 温度、自重、内 外压力和 局 部集中力的综合作用下再次产生变形, 变形后的 压裂管 柱必将 与套管 内壁产 生接触, 这种 接触状 态随井 深和井 眼 圆周方向随机分布, 是一种随机的多向接 触摩擦非线性问题。文中将运用/ 多向接触摩 擦间隙元 法0对 这一问题 求 解, 并结合大庆油田水平井分流压裂管柱工程实例 , 进行了受力变形计算, 给出了 不同工作 状况下压裂 管柱与套 管 内壁的接触摩擦状态、管柱下端变形、井口载荷以及管柱任一截面处的内 力和应力, 为压裂 管柱的设计 和施工提 供 了可靠的理论依据。经现场试验表明, 井口载荷的 理论计算值与实 测值的 相对误差 均在 13% 以内, 完全 满足于 工 程的需要, 并在水平井中成功地实施了大 型分流压裂作业。 主题词 水平井 分相流动 压裂 管柱 受力分析