124766-水力喷砂射孔压裂工艺简介pdf
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数。 （一）水力喷射射孔技术 主要机理：流体携带磨
料通过喷射工具，在高速流 动时对套管或地层形成冲蚀 而形成射孔。
特点： 1、穿透深。 2、对地层无压实作用。 3、可进行选择性定向射孔。 （二）射流射孔参数设计 1、喷嘴选择：要具有良好的耐磨性和较高的流量系数。 水力学中，任意一点处的速度可由下式求得： VL=CV0D/L 式中：VL——微粒喷嘴出口距离为 L 处的射流轴心速度； 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。
裂缝形成类型
1、井深在 800m 之内，形成半径约为
10-12m 的水平面裂缝，然后再形成
长约 70m 的垂直缝
2、井深在 800-1200m 之内，形成
水平缝和垂直缝，形成了纺锤形孔洞，
R=10~12m
孔洞直径达 120mm，在其末端形成约 50m 的垂直缝。
70~80m
3、井深在 1200m 之外，只能形成垂直缝，不可能形成水平缝；形成的垂直缝约
二、水力喷砂射孔定向压裂原理............................................................... 4 创新点一................................................................................................ 7 创新点二................................................................................................ 9 创新点三.............................................................................................. 10 4．1 水力喷射压裂的应用 ................................................................ 13 4．2 压裂后的日产动态 ..................................................................... 17
压力与推进压力叠加超过 FEP，裂缝持续延伸，调整环空压力，适应不同底地层压
裂射流孔口抽吸作用，强化封隔效果控制环空流量保持合适的环空压力至为关键补
偿井眼漏失、补充裂缝、维持压力）
喷砂射孔孔形特征—整体成钥匙形
射孔孔型：橄榄形（套管穿孔+入口反溅+ 缩径+主体段）冲蚀段+剑形冲蚀段
4
水力喷砂射孔压裂工艺简介
12
水力喷砂射孔压裂工艺简介 四、喷射压裂技术的应用及效果分析
4．1 水力喷射压裂的应用
郭 586-2 井压裂施工参数
喷点 位置
m
前置 液量 m3
携砂 液量 m3
顶替 液量
施工排量 m3/min
支剂撑量
m3
油管 套管
Kg
含浓砂度
Kg/m3
平均比砂
%
最限高压
MPa
套压管注力泵
试压泵力
MPa
MPa
645.5 20
允许的最高泵速由环空泵入胍胶基液；若套管压力超过 35MPa，则立即停泵，正挤酸液进行预处理，
直至压开地层方可进行套管注入。
注前置液 交联液 20 2.0
0.0 6.0
0.6
10.0
交联液 8.5
2.0
267 1.4 2.8
0.6
4.7 20/40 目石英砂
交联液 10
2.0
340 2.1 3.4
0.6
7
水力喷砂射孔压裂工艺简介
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，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。 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。 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
11
水力喷砂射孔压裂工艺简介
关键技术：应用了高耐磨喷嘴 喷射器（喷枪）
关键技术：应用了 SMBTW 超合金高耐磨喷嘴，单喷嘴过砂量达 10 方（6×Φ6mm 喷枪单枪过砂量达 60 方），特殊流线形喷嘴结构设计有效段喷射距离较其他喷嘴高 200mm—300mm。
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。
0
0.6
0.6
1.0 20/40 目石英砂
1.2
0.6
2.0
在加砂 2/3 后，按 0.01%-0.03%-0.05%在混砂车人工楔型追加 APS 。 3kg
关井 30min，采用 10mm 油嘴控制放喷，放压完毕后，用活性水 50m3 大排量反循环彻底洗井。
13
水力喷砂射孔压裂工艺简介
郭 590-5 井压裂施工参数
喷点 前置 携砂 顶替 位置 液量 液量 液量
施工排量 m3/min
支剂撑量 含浓砂度 平均砂比 最限高压 套管压泵力注 试压泵力
m
m3
m3
m3
油管 套管
Kg
Kg/m3
%
MPa MPa MPa
697 20
60
2.2
1.8
0.6-1. 0
24300
405
25
45.0 ≤18 45.0
管排喷量砂0.射6-1孔.0基m液3/m4i8n.2，m油3，管砂注量入液3m量3；8主2.2压m裂3，砂套量管2注4.3入t液(1量5m432).，7m砂3比。25%，油管排量 ，套 1.8m3/min
3。
度，影响喷射效果。确定砂浓度 120kg/m 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。
6、围压：射孔深度随着围压的增大成线性 递减。
8
水力喷砂射孔压裂工艺简介
创新点二：利用水力喷砂射孔定向压裂工艺技术，突破了传统方式的机械隔离，实现
5.6 20/40 目石英砂
注携砂液 交联液 17
2.0
381 4.0 5.8
0.6
9.7 20/40 目石英砂
交联液 35
2.0
440 9.5 12.2
0.6
20.4 20/40 目石英砂
交联液 9.5
2.0
512 3.0 3.4
0.6
5.7 20/40 目石英砂
注顶替液 活性水 2
2.0
环空补液 基液 0
3
水力喷砂射孔压裂工艺简介
二、水力喷砂射孔定向压裂原理
水力喷砂射孔定向压裂的基本原理（伯努利方程）
p
V2
+ gz + = C
p
2
射孔过程：Pv+Ph<FIP （破裂压力）不压裂
环空加压：Pv+Ph+Pa>FIP，起裂
射流卷吸井底液流产生的推进压力可达到 2.0 MPa
环空压力< FEP（闭合压力），井筒其它部位不起裂也不会使先前的裂缝扩展。环空
水力喷砂射孔压裂工艺简介
水力喷射压力技术的应用
1
水力喷砂射孔压裂工艺简介
目录
一、技术背景介绍...................................................................................... 3 1.1、水力喷砂射孔定向压裂工艺简介................................................ 3 1．2、水力喷砂射孔定向压裂的特点： ............................................. 3
液体 类型
油管注 入液量
m³
油管排量 m³/min
砂浓度 kg/m³
砂量 m3
环空注 入液量
m³
环空排 量
m3/min
阶段时间 min
支撑剂 类型
基液
3.8
1.0
3.8
基液
8.0
1.6
120 0.6
5
20/40 目石英砂
基液
16.0
2.0
140 1.4
8
20/40 目石英砂
基液
10.0
2.2
160 1.0
80
2
2.0 0.6 32400 405 25.0 45.0 ≤18 45.0
喷砂射孔基液48.2m3，砂量3 m3；主压裂砂量32.4t(20m3)，砂比25%，油管排量2.0m3/min，套管排 量 0.6m3/min，油管注入液量 102m3，套管注入液量 35.4m3。
施工 阶段
低替
喷射砂孔
1．2、水力喷砂射孔定向压裂的特点：
通过液体携带磨料在射流的作用下，对套管、水泥环、地层形成射孔，压裂的 过程。当射流压力超过地层破裂压力时瞬间将地层压开，实现定向喷射压裂。 水力喷砂射孔定向压裂技术是集射孔、压裂、隔离一体化的新型增产措施工艺， 利用一个带喷嘴的喷射工具产生高速流体射透套管、水泥环、地层中形成孔洞，并随高 速流体直接作用下，产生高于地层破裂压力的压力，在地层中造出定向的一组裂缝，提 高了地层与井筒的流通面积。
90m。
直井（斜井）管柱结构
5
水力喷砂射孔压裂工艺简介
直井裸眼管柱结构 结构为下是水力喷射压力工具，上一个是滑套式喷射压力工具， 即建立在 不动管柱情况下的一种工艺。先对下部地层做压裂，之后投球对上部地层 对压裂。依此可以做多个地层的压裂。
6
水力喷砂射孔压裂工艺简介 三、关键技术及创新点
创新点一：优化水射流射孔所需的流速、最佳喷射时间、喷砂液浓度、砂粒直径等参液
6.6
2.2
3
基液
3.8
1.6
2.4
喷砂射孔阶段施工步骤和参数由现场压裂专家根据压力变化情况进行调整。
降排量至 1.2m3/min，关闭套放闸门，套管限压 35MPa，若顺利压开地层，待套压降至 18 MPa 时，迅速提排量至 2.0m3/min，若发现套压瞬间明显降低，则按照设计环空排量或环空最高压力所
了，隔离，压裂及封隔器不能使用环境的压裂。实现了一趟管柱可选择性的多段压裂增 产改造。
（一）水力喷射定向压裂技术 原理：射流携带砂粒在地层中把流体的动能转化为势能。并配合在环空中泵入流体 弥补环空压力，当喷射流体压力势能超过地层的破裂压力时，地层被压开。 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。 （二）水力封隔技术 原理：流体通过喷嘴时的高速流动，在地层 裂缝形成并延伸过程中，喷嘴周围产生一个极高的负压区，形成一个真空的腔体。在此 作用下，水力喷射压裂实现了在施工中“水力封隔”的施工模式。同时为避免套管在喷 嘴周围的负压过大造成套管损坏，施工中应及时对环空补压补液。
2
一、技术背景介绍 1.1、水力喷砂射孔定向压裂工艺简介
水力喷砂射孔压裂工艺简介
水力喷砂压裂工艺自本世纪９０年代 末问世，已在低渗透油藏开发中得到广泛应用， 成为一种有效开采薄储层、低渗透、稠油油气 藏的技术措施。常规水平井压裂会带来单一压 裂裂缝，裂缝仅出现在水平段两端，大部分水 平井段得不到改造。水力喷砂压裂工艺通过水 力喷砂射孔与水力压裂联合组成，可以快速准 确地进行多处压裂，同时使用于封隔器不能使 用的环境。特别对于水平井改造更为适用。
9
（三）水力喷砂射孔定向压裂工艺步骤
水力喷砂射孔压裂工艺简介
创新点三：水力喷砂射孔定向压裂管柱实现多段压裂,又能解决砂堵后的反洗问题。
管柱结构：由喷枪、喷嘴、水力锚、单向阀、扶正器、安全接头以及导向头引鞋等
10
水力喷砂射孔压裂工艺简介
结构组成； 喷枪： 本体，喷嘴、喷嘴固定套。 喷嘴： 喷射压裂核心部件,聚集高压能量转化为动能,获得冲击力以及环空液力封 隔。 水力锚：喷射压裂施工时通过水力锚作用防止管柱上下窜动。 扶正器：使喷枪位于中心位置，减少工具的摆动，避免因撞击造成损坏。 安全接头：当其下面管柱遇卡时，可将其上面管柱正旋倒扣丢手，取出上部管柱， 并对下端冲砂打捞。 单向阀：通过投球的方式，实现管柱的正循环，投球后建立单向流动或反洗。 筛管： 避免在施工中，因反洗井时有杂物或大颗粒的固体进入工具内。 盲堵: 配套筛管建立一个过滤通道。
五、作业业绩............................................................................................ 18 六、水力喷砂射孔定向压裂工艺的总结................................................. 18
料通过喷射工具，在高速流 动时对套管或地层形成冲蚀 而形成射孔。
特点： 1、穿透深。 2、对地层无压实作用。 3、可进行选择性定向射孔。 （二）射流射孔参数设计 1、喷嘴选择：要具有良好的耐磨性和较高的流量系数。 水力学中，任意一点处的速度可由下式求得： VL=CV0D/L 式中：VL——微粒喷嘴出口距离为 L 处的射流轴心速度； 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。
裂缝形成类型
1、井深在 800m 之内，形成半径约为
10-12m 的水平面裂缝，然后再形成
长约 70m 的垂直缝
2、井深在 800-1200m 之内，形成
水平缝和垂直缝，形成了纺锤形孔洞，
R=10~12m
孔洞直径达 120mm，在其末端形成约 50m 的垂直缝。
70~80m
3、井深在 1200m 之外，只能形成垂直缝，不可能形成水平缝；形成的垂直缝约
二、水力喷砂射孔定向压裂原理............................................................... 4 创新点一................................................................................................ 7 创新点二................................................................................................ 9 创新点三.............................................................................................. 10 4．1 水力喷射压裂的应用 ................................................................ 13 4．2 压裂后的日产动态 ..................................................................... 17
压力与推进压力叠加超过 FEP，裂缝持续延伸，调整环空压力，适应不同底地层压
裂射流孔口抽吸作用，强化封隔效果控制环空流量保持合适的环空压力至为关键补
偿井眼漏失、补充裂缝、维持压力）
喷砂射孔孔形特征—整体成钥匙形
射孔孔型：橄榄形（套管穿孔+入口反溅+ 缩径+主体段）冲蚀段+剑形冲蚀段
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水力喷砂射孔压裂工艺简介
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水力喷砂射孔压裂工艺简介 四、喷射压裂技术的应用及效果分析
4．1 水力喷射压裂的应用
郭 586-2 井压裂施工参数
喷点 位置
m
前置 液量 m3
携砂 液量 m3
顶替 液量
施工排量 m3/min
支剂撑量
m3
油管 套管
Kg
含浓砂度
Kg/m3
平均比砂
%
最限高压
MPa
套压管注力泵
试压泵力
MPa
MPa
645.5 20
允许的最高泵速由环空泵入胍胶基液；若套管压力超过 35MPa，则立即停泵，正挤酸液进行预处理，
直至压开地层方可进行套管注入。
注前置液 交联液 20 2.0
0.0 6.0
0.6
10.0
交联液 8.5
2.0
267 1.4 2.8
0.6
4.7 20/40 目石英砂
交联液 10
2.0
340 2.1 3.4
0.6
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水力喷砂射孔压裂工艺简介
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，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。 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。 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
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水力喷砂射孔压裂工艺简介
关键技术：应用了高耐磨喷嘴 喷射器（喷枪）
关键技术：应用了 SMBTW 超合金高耐磨喷嘴，单喷嘴过砂量达 10 方（6×Φ6mm 喷枪单枪过砂量达 60 方），特殊流线形喷嘴结构设计有效段喷射距离较其他喷嘴高 200mm—300mm。
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。
0
0.6
0.6
1.0 20/40 目石英砂
1.2
0.6
2.0
在加砂 2/3 后，按 0.01%-0.03%-0.05%在混砂车人工楔型追加 APS 。 3kg
关井 30min，采用 10mm 油嘴控制放喷，放压完毕后，用活性水 50m3 大排量反循环彻底洗井。
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水力喷砂射孔压裂工艺简介
郭 590-5 井压裂施工参数
喷点 前置 携砂 顶替 位置 液量 液量 液量
施工排量 m3/min
支剂撑量 含浓砂度 平均砂比 最限高压 套管压泵力注 试压泵力
m
m3
m3
m3
油管 套管
Kg
Kg/m3
%
MPa MPa MPa
697 20
60
2.2
1.8
0.6-1. 0
24300
405
25
45.0 ≤18 45.0
管排喷量砂0.射6-1孔.0基m液3/m4i8n.2，m油3，管砂注量入液3m量3；8主2.2压m裂3，砂套量管2注4.3入t液(1量5m432).，7m砂3比。25%，油管排量 ，套 1.8m3/min
3。
度，影响喷射效果。确定砂浓度 120kg/m 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。
6、围压：射孔深度随着围压的增大成线性 递减。
8
水力喷砂射孔压裂工艺简介
创新点二：利用水力喷砂射孔定向压裂工艺技术，突破了传统方式的机械隔离，实现
5.6 20/40 目石英砂
注携砂液 交联液 17
2.0
381 4.0 5.8
0.6
9.7 20/40 目石英砂
交联液 35
2.0
440 9.5 12.2
0.6
20.4 20/40 目石英砂
交联液 9.5
2.0
512 3.0 3.4
0.6
5.7 20/40 目石英砂
注顶替液 活性水 2
2.0
环空补液 基液 0
3
水力喷砂射孔压裂工艺简介
二、水力喷砂射孔定向压裂原理
水力喷砂射孔定向压裂的基本原理（伯努利方程）
p
V2
+ gz + = C
p
2
射孔过程：Pv+Ph<FIP （破裂压力）不压裂
环空加压：Pv+Ph+Pa>FIP，起裂
射流卷吸井底液流产生的推进压力可达到 2.0 MPa
环空压力< FEP（闭合压力），井筒其它部位不起裂也不会使先前的裂缝扩展。环空
水力喷砂射孔压裂工艺简介
水力喷射压力技术的应用
1
水力喷砂射孔压裂工艺简介
目录
一、技术背景介绍...................................................................................... 3 1.1、水力喷砂射孔定向压裂工艺简介................................................ 3 1．2、水力喷砂射孔定向压裂的特点： ............................................. 3
液体 类型
油管注 入液量
m³
油管排量 m³/min
砂浓度 kg/m³
砂量 m3
环空注 入液量
m³
环空排 量
m3/min
阶段时间 min
支撑剂 类型
基液
3.8
1.0
3.8
基液
8.0
1.6
120 0.6
5
20/40 目石英砂
基液
16.0
2.0
140 1.4
8
20/40 目石英砂
基液
10.0
2.2
160 1.0
80
2
2.0 0.6 32400 405 25.0 45.0 ≤18 45.0
喷砂射孔基液48.2m3，砂量3 m3；主压裂砂量32.4t(20m3)，砂比25%，油管排量2.0m3/min，套管排 量 0.6m3/min，油管注入液量 102m3，套管注入液量 35.4m3。
施工 阶段
低替
喷射砂孔
1．2、水力喷砂射孔定向压裂的特点：
通过液体携带磨料在射流的作用下，对套管、水泥环、地层形成射孔，压裂的 过程。当射流压力超过地层破裂压力时瞬间将地层压开，实现定向喷射压裂。 水力喷砂射孔定向压裂技术是集射孔、压裂、隔离一体化的新型增产措施工艺， 利用一个带喷嘴的喷射工具产生高速流体射透套管、水泥环、地层中形成孔洞，并随高 速流体直接作用下，产生高于地层破裂压力的压力，在地层中造出定向的一组裂缝，提 高了地层与井筒的流通面积。
90m。
直井（斜井）管柱结构
5
水力喷砂射孔压裂工艺简介
直井裸眼管柱结构 结构为下是水力喷射压力工具，上一个是滑套式喷射压力工具， 即建立在 不动管柱情况下的一种工艺。先对下部地层做压裂，之后投球对上部地层 对压裂。依此可以做多个地层的压裂。
6
水力喷砂射孔压裂工艺简介 三、关键技术及创新点
创新点一：优化水射流射孔所需的流速、最佳喷射时间、喷砂液浓度、砂粒直径等参液
6.6
2.2
3
基液
3.8
1.6
2.4
喷砂射孔阶段施工步骤和参数由现场压裂专家根据压力变化情况进行调整。
降排量至 1.2m3/min，关闭套放闸门，套管限压 35MPa，若顺利压开地层，待套压降至 18 MPa 时，迅速提排量至 2.0m3/min，若发现套压瞬间明显降低，则按照设计环空排量或环空最高压力所
了，隔离，压裂及封隔器不能使用环境的压裂。实现了一趟管柱可选择性的多段压裂增 产改造。
（一）水力喷射定向压裂技术 原理：射流携带砂粒在地层中把流体的动能转化为势能。并配合在环空中泵入流体 弥补环空压力，当喷射流体压力势能超过地层的破裂压力时，地层被压开。 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。 （二）水力封隔技术 原理：流体通过喷嘴时的高速流动，在地层 裂缝形成并延伸过程中，喷嘴周围产生一个极高的负压区，形成一个真空的腔体。在此 作用下，水力喷射压裂实现了在施工中“水力封隔”的施工模式。同时为避免套管在喷 嘴周围的负压过大造成套管损坏，施工中应及时对环空补压补液。
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一、技术背景介绍 1.1、水力喷砂射孔定向压裂工艺简介
水力喷砂射孔压裂工艺简介
水力喷砂压裂工艺自本世纪９０年代 末问世，已在低渗透油藏开发中得到广泛应用， 成为一种有效开采薄储层、低渗透、稠油油气 藏的技术措施。常规水平井压裂会带来单一压 裂裂缝，裂缝仅出现在水平段两端，大部分水 平井段得不到改造。水力喷砂压裂工艺通过水 力喷砂射孔与水力压裂联合组成，可以快速准 确地进行多处压裂，同时使用于封隔器不能使 用的环境。特别对于水平井改造更为适用。
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（三）水力喷砂射孔定向压裂工艺步骤
水力喷砂射孔压裂工艺简介
创新点三：水力喷砂射孔定向压裂管柱实现多段压裂,又能解决砂堵后的反洗问题。
管柱结构：由喷枪、喷嘴、水力锚、单向阀、扶正器、安全接头以及导向头引鞋等
10
水力喷砂射孔压裂工艺简介
结构组成； 喷枪： 本体，喷嘴、喷嘴固定套。 喷嘴： 喷射压裂核心部件,聚集高压能量转化为动能,获得冲击力以及环空液力封 隔。 水力锚：喷射压裂施工时通过水力锚作用防止管柱上下窜动。 扶正器：使喷枪位于中心位置，减少工具的摆动，避免因撞击造成损坏。 安全接头：当其下面管柱遇卡时，可将其上面管柱正旋倒扣丢手，取出上部管柱， 并对下端冲砂打捞。 单向阀：通过投球的方式，实现管柱的正循环，投球后建立单向流动或反洗。 筛管： 避免在施工中，因反洗井时有杂物或大颗粒的固体进入工具内。 盲堵: 配套筛管建立一个过滤通道。
五、作业业绩............................................................................................ 18 六、水力喷砂射孔定向压裂工艺的总结................................................. 18