水力喷砂射孔技术介绍

4
a. b. c. d.
现 场 实 验
完成现场试验配套工具的加工准备 确定现场试验管柱工艺方案 确定现场施工水力喷砂射孔方案 完成现场施工两口井，井号为三厂克 浅十稠油井23254和23255
接泵车
闸门
防喷器
丝堵丝
压力表 闸门 返排管线
机具及规格
工具名 序号 称 单枪 喷嘴 数量
3
套管
压井阀
喷嘴 内径 直径 (mm) (mm)
40.0
34.0
6.48，6.28，6.38
由于地层较软，地层射孔深度和孔道直径远远大于地面打靶试 验数据 c. 由于管柱底部加反向单流阀，施工时地面管线不落地，用原液顶 替，提出管柱后井内未发现有沉砂的现象。 d. 施工开始时套管有返出液，加砂6 ~ 7% ，排量升到 2.4 方/ 分钟， 压力升高到 40.0 Mpa 后，套管无返出液达近 3 分钟。说明喷砂射 孔有一定的造缝功能。 e.由于水力射孔孔眼较大，因此必须要避开套管接箍位置。 f.从这两口井的施工情况看，套管孔眼与地层孔道都比较大，射孔 间距的选择与岩石硬度和地层物性有很大关系，成为影响产能的 关键。
图4 射孔深度 VS 喷嘴直径
喷嘴直径（mm）
图5 靶件中射孔孔眼平均直径 VS 喷嘴直径
喷嘴直径（mm）
7″靶件试验分析
从中可以明显看出，随着喷嘴直径的增加，套管壁面上的孔眼直径、 射孔深度以及靶件中的孔眼平均直径都随之增加。同时，喷射24分钟 停泵后，测量喷嘴直径变化情况，结果发现，这四个喷嘴直径扩大均 在2％以内，说明选择的喷嘴材料耐冲蚀性很好 。
7″靶件岩样中的孔道直径大小
5 1/2″靶件试验参数
作业时间：2004.10.19 （三次射孔） 靶件岩样强度： 44.02 MPa 施工参数:
施工泵压： 39~41 MPa（5.5min）， 加砂作业时间：16分钟 总液量： 27m3 总砂量：3.1 m3 喷嘴组合为： 4-5mm, 6-8mm 37 MPa （10.5min） 清水为携砂液 砂比：5~7 %
射孔参数
喷嘴直径 mm 套管孔眼直径 mm 射 深 mm 孔道直径 mm 射孔后的喷嘴直径 mm
8
12~19
600
130~150
8.02，８.05，8.04
6
9~13
550
130~140
6.12，6.18，6.1
5 4
12.2 11.6~22.0
360 350
70~80 80~90
6.1，6.2，5.66 4.6，4.58，4.86
1—10
30—40
是清水摩 阻的30%
胍胶与地层配伍性 能较好，携砂性能 稳定
另外，我们可以根据不同的情况，或者特殊的油藏 添加各类处理剂，如助排剂，粘土防膨剂，破乳剂， 杀菌剂等。
2.4 现场施工设计软件编制
该软件用visual basic6.0开发 主要功能包括： (1)数据输入 (2)数据计算与处理，计算所有数据，处理得 出所需结果数据 (3)数据输出功能 a 形成施工工艺设计说明书，包括技术所 需的所有最终结果 b 打印功能，包括数据打印和图像打印
1.2 技术特点
a.
和常规射孔相比，水力喷砂射孔技术克服了射孔弹 的压实作用，减少了对油藏的污染和伤害
射孔孔眼达 20mm ，地层孔道直径达 100 深度达 800 mm以上
~
b.
160mm,
c.
有一定的压裂效应和造缝功能，提高地层渗流面积
d.
一孔的产量相当于炮眼的 3
~
5 倍
1.3 主要技术参数
井下管柱结构图
3.7.1 23254井水力喷砂射孔施工总结
（1）油、水层基本数据
射开 稠 射 孔 厚度 油 井 段 （m） 层 （m） 位 319.0 324.0 完钻 日期 人工 井底 （m） 套管 套管 直径 壁厚 （mm） （mm）
常规射孔 水力射孔 2.4孔/米 YD-89 20孔 /m
J3q
压井阀
水力锚 319.0m
喷枪B B 321.5mm 油管短节 324.00m
喷枪 A 单流阀 反向单流阀
人工井底 342.68m
2.2 喷枪与喷嘴的优化设计
a. b. c. d. e.
喷枪外径与套管间距的最佳匹配 喷嘴几何参数的优化设计 喷嘴材料优选 水力性能参数的检测 结构定型
2.3 水力射孔喷砂剂/携砂液的研究
5
2005. 5.24
342.68
177.8
8.05
套管接箍：323.42、313.29
（2）设计/施工参数
携 喷 射孔 施 工 总 用砂 套 施工 砂 砂粒 枪 间距 时 量 间 管 排量 液 压力 直径 间 3 (m) (min) 尺 (L/min) (m ) 3 距 （MPa） (m ) （m m） 寸 (m)
mm）和半圆形（直径为Φ 37mm）凹坑，两圆形凹坑在一个水平线上呈周 向分布，相位差为120度。
23254井连接喷枪的短节上被打出的圆形印迹
23254井
b.射孔参数分析 喷嘴直径 mm 套管孔眼直径 mm 射孔后的喷嘴直径 5.16, 5.1, 5.1 mm
6.12
5.05
35.0
32.0
~ ~
软件界面
软件的输入界面
输出管柱结构示意图
3
地 面 打 靶 试 验
a 经专家讨论，确定地面打靶试验方案 b 完成地面靶件的制作（两个靶件）
（1）5 1/2″套管靶件 5 1/2″套管短节长1.7mⅹ壁厚7.72mm 水泥岩样高 1.2mⅹ直径2.4m,分两层各高0.6m 外筒钢板长8.0mⅹ宽（高）1.25mⅹ壁厚4.0mm （2）7″套管靶件 7″套管短节长1.7mⅹ壁厚9.19mm 水泥岩样高 1.2mⅹ直径2.37m,分两层各高0.6m 外筒钢板长8.0mⅹ宽（高）1.25mⅹ壁厚4.0mm
程
压力 MPa 55.0
序
砂 比 % 砂量 m3 液量 m3 时间 min 3.0 2.0--3.0 3.0 备注
地面试压 清洗油管 停泵投球 携砂液 顶替液 2.3 2.3 0.8-1.0
原液 原液（套管 见液） Φ45.0 mm
2.0-5.0
40-44 40-44
6-7
2-3
51 8-10
22 5
40.0 2.3 （38-40） 10 60.0 0.47″ 160 2.5 1.0 0.8 （2.4）（38.3（7） （21+20） 39） 注：（1）括号内为实际施工参数，未标注的与设计相同 （2）顶替液为原液，砂比为6%—8%
（3）泵
序 号 1 2 3 4 5 作业内容
注
排量 m3/min
a.
套 管 射 孔 直 径 大 于 20mm ， 射 孔 深 度 大 于 800mm 适用井深：<4000米 适用套管直径：5 1/2″, 7″
~
b. c.
d.
射孔数量：上、下移动管柱可射 3
18 孔
接泵车
闸门
防喷器
2 管柱配套工 艺技术研究
丝堵丝堵丝 堵
压力表 闸门 返排管线
套管
2.1 管柱工艺技术方案 管柱工艺方案 锚定方式 确定防喷工艺方案 井下管柱定位方式
φ 10，缝长34 mm φ 9 ， 缝 长 32 mm
620 500 480 410
140~160 100~150 80~105 80~90
8.02，８.04，8.03 5.82，5.86，5.84 5.1，5.14，5.06 4.04，4.06，4.03
7″套管水力射孔孔眼
7″靶件岩样中的水力射深
施工参数: 施工泵压： 45-50 MPa 加砂作业时间： 24分钟 总液量： 55m3 总砂量：7.5 m3 砂比：5-7 % 喷嘴组合为： 4-5mm, 6-8mm 清水为携砂液 射孔参数
喷嘴直径 mm 套管孔眼直径 mm 射深 mm 孔道直径 mm 射孔后的喷嘴直径 mm
8 5.8 5 4
15.5~16 8.5~12
23255井连接喷枪的短节上被打出的圆形印迹
这主要是因为地层松软、射孔间距太短所致。可通过调整射孔间距加 以改进。
23255井
b.射孔参数分析
喷嘴直径 mm 套管孔眼直径 mm 射孔后的喷嘴直径 mm
6.05
5.08
30.0
28.0
~
~
32.0
32.0
6.18，6.12，6.13
5.16, 5.2, 5.21
17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 3 4 5 6 7 喷嘴直径（mm） 8 9
套管壁面上的孔眼直径（mm）
图3 套管壁上孔眼直径 VS 喷嘴直径
650
射孔深度（mm）
160
600 550 500 450 400 3 4 5 6 7 8 9
射孔孔眼平均直径（mm）
140 120 100 80 3 4 5 6 7 8 9
石英砂 原液
停泵（放压为零），上提管柱1.0m,重复序号4、5步骤。 总计 6-7 8-10 160.0 66.0
3.7.2 现场施工现象分析
23255井 a. 在连接喷枪的短节上（ 2.0 米）有两个明显的圆形凹坑，直径分别为
Φ 35mm×Φ 33 mm 与 Φ 35 mm×Φ 28 mm ，两圆形凹坑沿短节轴线呈直线 分布，相距52cm.
a 最大射深620mm，套管孔眼直径21.8mm，孔道直径160mm b 喷嘴耐磨性能良好
不论是作业一次的7″靶件（泵压：45 ~ 50 MPa ，加 砂作业时 间 24分钟）还是作业三次的5 1/2″靶件喷枪喷嘴的直径变化均不 大，耐磨情况良好。
c 射穿套管时间大约为60秒 d 靶件在水射流的冲击力和压力作用下发生部分破碎、错位， 致使水射流转向分流，因此降低了水射流的水平穿深能力。 现场作业时的射孔效果应会优于本次试验结果 e.有一定的压裂效应
c 完成试验准备和打靶试验
接泵车
靶 件
1200mm
管 串 示 意 图

Baidu Nhomakorabea堵丝
返排管线
水泥靶
套管 油管短节 喷枪 丝堵
ф 2548mm
套 管 (5 1/2″ 、 7″两种)
地面靶件射孔前的实物照片
地面靶件射孔后的实物照片
地面靶件射孔后剖开前的实物照片
7″靶件试验参数
作业时间：2004.10.19 靶件岩样强度： 44.4 MPa
水力喷砂射孔（磨料射流）是在高压水作用下加砂 射穿套管沟通地层的一种新技术和新工艺。
1.1 技术应用范围
a. b. c. d. e. f.
油层较薄（厚度1.0米）、无法进行压裂增产的井 特低渗透致密油藏，降低井底渗流阻力，常规射孔 难以求产的井 不宜实施酸化增产的酸敏油藏 油层污染严重的各种套管井的射孔 压裂前期预处理来降低地层破裂压力等场合 适用井深：<4000米
喷砂剂的筛选
影响因素：砂粒的粒径、椭圆度、硬度和砂比 实验表明： （1）含砂比(体积比)为5--8%时, 喷射效果最佳 （2）取粒径为0.4—0.8mm的石英砂可满足现场 施工要求
水力携砂液的筛选
要求: 携砂性能好、低磨阻、低滤失、不污染环境、 成本低。优选YSBD-1胍胶缓交联体系作为携砂液。该 体系具有以下特点： 交联时间 原液粘度 流动摩阻 分钟 mPa.S 携砂稳定性
5
外径 (mm)
长度 (mm)
水力锚 319.0m
1
喷枪A
58.0 145.0 280.0
喷枪B B 321.5mm 油管短节 324.00m
2
喷枪B
3
6
58.0 145.0 280.0
喷枪 A 单流阀 反向单流阀
3
压井阀
53.0
108
548.0
4
水力锚
62.0 145.0 526.0
人工井底 342.68m
由于地层较软，地层射孔深度和孔道直径远远大于 地面打靶试验数据 c. 第二次射孔时排量降至 1.5 方 / 分钟，提出管柱后发现 4~ 5 mm喷嘴组合砂堵。原因分析：地面砂进入造成； 地层砂上返。整改措施：管柱底部加反向单流阀，地 面管线不落地。针对井内有 10 米沉砂的现象，改用原 液顶替。
23254井 a 在连接喷枪的短节上（ 2.5 米）有一个圆形（直径分别为 Φ 36mm×Φ 43
3.7.3 现场试验结论
a. 该工艺技术成熟可靠，可以推广使用。 （喷嘴寿命、射孔参数、管柱结构和工艺可靠性） b. 岩石物性对射孔参数、射孔密度有较大的影响 c. 水力射孔不仅污染小，而且还有一定的造缝功能 d. 建议在有污染层的稀油井和薄油层上应用