水力喷射压裂技术

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Halliburton公司首先在美国得克萨斯州和新墨 Halliburton公司首先在美国得克萨斯州和新墨 西哥州等多口油井进行了试验和作业,效果显著。 西哥州等多口油井进行了试验和作业,效果显著。 2003年 首次在巴西的Campus湾海上一口井试作 2003年,首次在巴西的Campus湾海上一口井试作 Campus 业并取得成功。 业并取得成功。 2004年中期Hulliburton公司首次采用水力喷 2004年中期Hulliburton公司首次采用水力喷 年中期Hulliburton 射环空压裂技术进行直井增产作业。 射环空压裂技术进行直井增产作业。 2005年初美国的Barnett油田第1 2005年初美国的Barnett油田第1次在水平井使 年初美国的Barnett油田第 用水力喷射环空压裂技术。 用水力喷射环空压裂技术。
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二、水力喷射压裂技术简介
(1)水力喷射压裂技术利用高压射流定向射孔,比常规炮弹射 1 水力喷射压裂技术利用高压射流定向射孔, 孔产生的孔洞大,和裂缝的联通性好; 孔产生的孔洞大,和裂缝的联通性好;高速高压射流的冲击没有形 成压实带污染;减轻近井筒地带应力集中, 成压实带污染;减轻近井筒地带应力集中,有利于提高近井筒地带 渗透率;穿透近井筒污染带,泄油面积增大,提高油井产量。 渗透率;穿透近井筒污染带,泄油面积增大,提高油井产量。 (2)水力喷射压裂技术是一项有效控制裂缝起裂的增产措施。 水力喷射压裂技术是一项有效控制裂缝起裂的增产措施。 水力喷射在射孔通道顶端产生较高的滞点压力, 水力喷射在射孔通道顶端产生较高的滞点压力,在该处地层产生多 条微裂缝,降低了裂缝的起裂压力,更有利于压裂过程生成大裂缝; 条微裂缝,降低了裂缝的起裂压力,更有利于压裂过程生成大裂缝; 利用水力喷射定向射孔,可以将喷射工具准确下到设计造缝位置, 利用水力喷射定向射孔,可以将喷射工具准确下到设计造缝位置, 能够在井中准确造缝;裂缝基本是在射孔通道的顶端产生并延伸, 能够在井中准确造缝;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。 有效控制了起裂方向和裂缝延伸方向。
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二、水力喷射压裂技术简介
(3)水力射孔是作为整个水力喷射压裂增产措施过程的一部分实 3 施,在一次增产过程中完成水力射孔和压裂工序,一个裂缝压裂完成 在一次增产过程中完成水力射孔和压裂工序, 后可以直接移到下一施工处,不用频繁起下管柱,简化了工艺程序, 后可以直接移到下一施工处,不用频繁起下管柱,简化了工艺程序, 节省了施工时间,一般1 节省了施工时间,一般1到2天即可完成,整个过程不需要机械封隔装 天即可完成, 置,减少了作业风险和成本。 减少了作业风险和成本。 (4)利用水动力学原理将已经压裂的裂缝进行封隔,可以实现只 利用水动力学原理将已经压裂的裂缝进行封隔, 在指定的位置处进行压裂造缝, 在指定的位置处进行压裂造缝,此位置以外的已压裂裂缝不会重新开 启,避免了多余的重复压裂。整个过程不需要机械封隔装置,减少了 避免了多余的重复压裂。整个过程不需要机械封隔装置, 作业风险和成本。 作业风险和成本。 水力喷射压裂技术虽然有很多的优点,但是也有其缺点: 水力喷射压裂技术虽然有很多的优点,但是也有其缺点:水力喷 射工具磨损严重,喷射到地层的反流会对喷射工具表面造成损伤。 射工具磨损严重,喷射到地层的反流会对喷射工具表面造成损伤。
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二、水力喷射压裂技术 (二)水力喷砂射孔影响因素分析
1、喷嘴的几何形状与射流分析: 喷嘴的几何形状与射流分析: 喷嘴是能量转换的工具,高压液体通过喷嘴时,形成高速射流, 喷嘴是能量转换的工具,高压液体通过喷嘴时,形成高速射流,因 喷嘴应具备:良好的耐磨性;较高的流量系数;流速的质量高, 此,喷嘴应具备:良好的耐磨性;较高的流量系数;流速的质量高, 等速核心的流速较大且不易扩散等。 等速核心的流速较大且不易扩散等。
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二、水力喷射压裂技术
4、最优喷射时间: 最优喷射时间: 最优喷射时间,是指在一定的工作压力下, 最优喷射时间,是指在一定的工作压力下,喷射 获得最大深度所需要的时间。当射流达到一定深度后, 获得最大深度所需要的时间。当射流达到一定深度后, 继续延长喷射时间既无意义,也不经济。我们认为, 继续延长喷射时间既无意义,也不经济。我们认为, 对套管和其他钢材,喷射时间一般在20分钟之内, 对套管和其他钢材,喷射时间一般在20分钟之内,即 20分钟之内 可达到满意的效果,而对其它材料,喷射15-20分钟 可达到满意的效果,而对其它材料,喷射15-20分钟 15 即可。 即可。
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二、水力喷射压裂技术简介
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二、水力喷射压裂技术简介 (一)水力喷射原理
原理:根据水动力学动量-冲量原理, 原理:根据水动力学动量-冲量原理,固体颗粒受水载体加 速,高速冲击套管和岩石,产生切割作用。优点:一是可以增加 高速冲击套管和岩石,产生切割作用。优点: 穿透深度;二是不会造成像常规射孔那样的地层压实伤害; 穿透深度;二是不会造成像常规射孔那样的地层压实伤害;三是 开孔的孔径加大;四是可以根据分层和地应力的要求, 开孔的孔径加大;四是可以根据分层和地应力的要求,有选择定 向射孔。 向射孔。
水力喷射压裂技术
井下技术作业公司 2008年12月 2008年12月1日
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主要内容
一、国内外水力喷射压裂技术应用 二、水力喷射压裂技术简介 三、水力喷射压裂项目进展状况 四、下步工作安排
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一、国内外水力喷射压裂技术应用
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一、国内外水力喷射压裂技术应用 ⑴国外应用状况: 国外应用状况:
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二、水力喷射压裂技术简介
(三)水力喷射压裂技术原理
水力喷射压裂是集水力喷砂射孔、压裂、 水力喷射压裂是集水力喷砂射孔、压裂、隔离一体化的新型增产改 造技术。流体通过喷射工具,将高压能量转换成动能, 造技术。流体通过喷射工具,将高压能量转换成动能,产生高速流体冲 或切割)套管或岩石形成射孔通道。水力射孔易准确定位, 击(或切割)套管或岩石形成射孔通道。水力射孔易准确定位,在地层 内形成定向孔,且穿透深,孔径大,在地层中产生导引孔缝来辅助定向 内形成定向孔,且穿透深,孔径大, 水力压裂,可以降低起裂压力更利于裂缝起裂。 水力压裂,可以降低起裂压力更利于裂缝起裂。
从水力学知识得,流束任意一点处的速度可由下式求得: 从水力学知识得,流束任意一点处的速度可由下式求得: VL =CV0D/L 式中: ——微粒喷嘴出口距离为 处的射流轴心速度; 微粒喷嘴出口距离为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; ——为试验常数≈ 为试验常数 V0——为射流初速度; ——为射流初速度 为射流初速度; ——为喷嘴直径 为喷嘴直径; D——为喷嘴直径; ——为喷嘴出口至喷射物距离 为喷嘴出口至喷射物距离。 L——为喷嘴出口至喷射物距离。 上式表明, 其射流速度仍然保持起初速度的V 不变,自该点之后, 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。 射流则按上述规律逐渐减小。 吐哈油田井下技术作业公司
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一、国内外水力喷射压裂技术应用 ⑵国内应用状况: 国内应用状况:
2005年12月 中国石油长庆油田分公司与Halliburton 2005年12月,中国石油长庆油田分公司与Halliburton 能源服务公司合作,采用常规油管在靖安油田靖平1 能源服务公司合作,采用常规油管在靖安油田靖平1井和庄 平3井顺利完成增产作业,这是该工艺在国内首次试验。 井顺利完成增产作业,这是该工艺在国内首次试验。 2007年 月四川白浅110井的现场试验首次成功实现了 2007年7月四川白浅110井的现场试验首次成功实现了 110 应用Φ50.8 mm连续管水力喷砂逐层压裂 连续管水力喷砂逐层压裂、 应用Φ50.8 mm连续管水力喷砂逐层压裂、一天内连续加砂 压裂3层。该技术正受到国内工程技术人员的高度关注。 压裂3 该技术正受到国内工程技术人员的高度关注。 2008年 2008年8月-11月吐哈井下公司与与Halliburton能源服 11月吐哈井下公司与与Halliburton能源服 月吐哈井下公司与与Halliburton 务公司合作在DP1井 牛东平2 务公司合作在DP1井、牛东平2井、青2-56H井及玉门庙平11 DP1 56H井及玉门庙平11 井及玉门庙平 井、F239H井实施了水力喷射压裂工艺技术。 F239H井实施了水力喷射压裂工艺技术。 井实施了水力喷射压裂工艺技术 目前国内各油田使用该技术累计10余口井。 目前国内各油田使用该技术累计10余口井。 10余口井
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二、水力喷射压裂技术
3、含砂浓度、砂粒度: 含砂浓度、砂粒度: 含砂量与切割效能有密切关系。 含砂量与切割效能有密切关系。增加含砂量就增加单位时间 内切割目的物的砂粒数。含砂量越高,切割效能越好。但是, 内切割目的物的砂粒数。含砂量越高,切割效能越好。但是,含 砂量过高容易引起砂堵影响喷射效果。最优浓度范围为 ~ 。 砂量过高容易引起砂堵影响喷射效果。最优浓度范围为6%~8%。 砂子的直径对射孔直径有直接影响。砂粒直径越大, 砂子的直径对射孔直径有直接影响。砂粒直径越大,质量就 越大,因而冲击力越大。但砂粒直径的增加受喷嘴直径的限制。 越大,因而冲击力越大。但砂粒直径的增加受喷嘴直径的限制。 一般讲,砂粒直径取喷嘴直径的 到 为最佳 为最佳。 一般讲,砂粒直径取喷嘴直径的1/6到1/3为最佳。
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一、国内外水力喷射压裂技术应用
国外已应用超过1000口井,美国路易斯安那 国外已应用超过1000口井, 1000口井 州西部Jannes Lime地层 裸眼完井) 地层( 州西部Jannes Lime地层(裸眼完井)水力喷射酸 压处理过80多口井,平均每口井造缝8条,共造 压处理过80多口井,平均每口井造缝8 80多口井 缝600多条。 600多条。 多条 总体上看,水力喷射压裂增产技术非常成功。 总体上看,水力喷射压裂增产技术非常成功。 水力喷射压裂技术在全世界范围内迅速发展, 水力喷射压裂技术在全世界范围内迅速发展,逐 渐扩展到加拿大、巴西、哈萨克斯坦、俄罗斯等, 渐扩展到加拿大、巴西、哈萨克斯坦、俄罗斯等, 技术主要由Halliburton公司和BJ公司等所掌握。 技术主要由Halliburton公司和BJ公司等所掌握。 Halliburton公司和BJ公司等所掌握
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二、水力喷射压裂技术
5、围压: 围压: 围压对射流的影响很大,在其他的条件完全相同时, 围压对射流的影响很大,在其他的条件完全相同时, 有围压时的射孔深度要大大降低。 有围压时的射孔深度要大大降低。通过对曲线的观察可以 看出,射孔深度随着围压的增大近似成线性递减。 看出,射孔深度随着围压的增大近似成线性递减。
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二、水力喷射压裂技术
6、磨料类型: 磨料类型: 硬度大、带棱角的磨料材料射孔效果好。考虑到成本、 硬度大、带棱角的磨料材料射孔效果好。考虑到成本、原料 来源等因素,现场可采用石英砂。 来源等因素,现场可采用石英砂。 7、岩性: 岩性: 岩性对水力喷砂射孔能力有较大影响,随岩石强度减弱, 岩性对水力喷砂射孔能力有较大影响,随岩石强度减弱,射 孔深度增大。 孔深度增大。
二、水力喷射压裂技术
2、压力: 压力: 根据水力学的动量定律,如果喷射液体的重率( 根据水力学的动量定律,如果喷射液体的重率(指其含 砂量)不变,则对目的物的冲击力由流速决定。这说明, 砂量)不变,则对目的物的冲击力由流速决定。这说明,在 水力喷射中流速是极为重要的因素。 水力喷射中流速是极为重要的因素。 磨料射流射孔能力随压力的升高而增强。试验证明, 磨料射流射孔能力随压力的升高而增强。试验证明,当 通过喷嘴的流速保持在120 120米 秒以上、工作压力12MPa以上时, 12MPa以上时 通过喷嘴的流速保持在120米/秒以上、工作压力12MPa以上时, 便可以取得较好的切割效能。 便可以取得较好的切割效能。
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