连续油管水力喷射压裂关键参数优化研究

1、倡本文受到中国石油天然气股份有限公司攻关项目“天然气多层开采技术研究”的资助。作者简介：马发明，年生，高级工程师，博士研究生；长期从事采油气工程技术研究和管理工作。地址：（）四川省广汉市广东路东段号。电话：（）。：连续油管水力喷射压裂关键参数优化研究倡马发明，桑宇（西南石油大学中国石油西南油气田公司采气工程研究院）马发明等连续油管水力喷射压裂关键参数优化研究天然气工业，（）：摘要连续油管水力喷射压裂是集不压井作业、水力喷射射孔、分段压裂于一体化的高效增产改造技术。为此，介绍了该技术中的连续油管压降参数、工具参数、工作液性能等关键参数的实验研究。应用其研究成果，优化了连续油管水力喷射分层压裂设计

2、参数，即喷嘴个数、大小。在不同喷嘴组合的泵压预测中实验了种喷嘴组合，在接近喷嘴压降的情况下，优选出个碬喷嘴，获得了最大排量。在四川油气田进行了国内第一口井连续油管水力喷射分层射孔及压裂现场试验，并取得了成功。主题词完井连续油管水力喷射压裂参数优化水力喷射压裂是一种新的增产作业措施，可借助连续油管将高压流体送入到改造层段后，通过喷嘴，实现高压射流能量转换产生的高速流体冲击套管和岩石形成射孔通道，完成水力射孔。射流连续作用在喷射通道中形成增压，同时向环空中泵入流体增加环空压力，喷射流体增压和环空压力的叠加超过破裂压力后将地层压破。环空流体在高速射流的带动下进入射孔通道和裂缝中，使得裂缝得以充分扩展

3、，裂缝形成后，高速流体继续喷射进入孔道和裂缝中，这一过程与水力喷射泵作用十分相似，每一个射孔孔道就形成了“射流泵”。根据方程：（）射流出口附近的流体速度最高，压力最低，流体不会流向其他地方。环空的流体则在压差作用下被吸入地层，维持裂缝继续延伸。只要系统中的连续油管和喷射工具不被损坏，不仅可以不下分层工具（如封隔器）就能实现上下分隔，而且还可以快速地多次重复作业，缩短作业周期。一、连续油管压降参数修正连续油管是流体从地面传递至井下的通道，在作业过程中，由于流体与管壁之间的摩擦力，将会产生摩擦压力损失。根据范宁（）方程，连续油管流体在管中流动的压力损失可由下式计算：（）式中：为流体在长度的连续油管

4、内的摩擦压力损失，；为流体密度，；为连续油管内流体平均速度，；为连续油管内径，；为摩阻；为连续油管长度，。实际施工中，由于压裂液的剪切稀释作用，压裂液在连续油管中的摩阻与理论计算有一定的误差（某些压裂液体的实际值与理论值会相差很大），因而需要对实际应用的压裂液体的摩阻和性能进行实验，可以对理论计算的结果进行修正。在碬套管内下入碬连续油管，在不同排量下，测试基液、交联液、黄原胶在连续油管中的摩阻。实验结果见表。研究表明：液体在连续油管中的摩阻都是随着排量的增加而增加，但是排量越大，增加的幅度越小。由实验结果可得出基液摩阻回归方程：（） 第卷第期天然气工业钻井工程 表黄原胶摩阻实验结果表 由回归方

5、程计算出不同排量下基液在连续油管中的摩擦阻力损失，见表。同样，由实验结果可得出交联液摩阻回归方程： （）由回归方程可以计算出在不同排量下交联液在连续油管中的摩擦阻力损失，见表。表不同排量下交联液的摩阻表黄原胶摩阻回归方程： （）由回归方程可计算出在不同排量下黄原胶在连续油管中的摩擦阻力损失，见表。表不同排量下黄原胶的摩阻表二、井下工具参数优化喷嘴个数、大小优化喷嘴个数、大小选择的原则是在保证穿深的前提下喷嘴压降最低。例如在不同喷嘴组合的泵压预测中实验了种喷嘴组合，在接近喷嘴压降的情况下，选择个碬喷嘴可以获得最大排量。喷砂射孔参数选择地面试验是确定射孔参数的主要依据。目的是确定磨料类型、射孔砂浓

6、度、喷嘴压降、喷射射孔时间等等。通过大量的地面试验，基本确定了砂浓度的具体范围、喷嘴压降的最低下限、射孔时间范围等。三、压裂液体优化研究因羟丙基瓜胶压裂液体系属于非牛顿流体，具有剪切稀释的特性，所以冻胶的耐剪切、悬砂、破胶性能等与液体的剪切关系密切。与常规压裂工艺不同，由于压裂液必须高速通过只有几毫米的喷嘴（一般选用的喷嘴直径只有，如个碬的喷嘴），从排量与剪切速率的对应关系来看，即使仅有很小的排量，所以，压裂液通过喷嘴时的剪切速率也高得惊人，压裂液通过喷嘴将经受剧烈的剪切破坏。在地面摩阻试验中观察到，常规冻胶过喷嘴后全部被剪切成清水状，黏度下降到，并且完全不具备悬砂能力。因此，压裂液的抗剪切性

7、能将是决定工艺成败的关键，如何使压裂液具有超强的抗剪切能力，保证压裂液过喷嘴后还可以携砂，将是很大的难题。在室内实验中，笔者确定的研究内容包括：根据现场对延迟交联时间的要求（）确定延迟交联剂、的最佳配比；将确定的最佳配比进行可控延迟时间最高加量测定；在尽量满足推荐用量及保证环空呈弱凝胶的前提下确定环空和油管中交联剂的加量。通过测试结果确定出、最佳配比为；最高加量为；环空交联剂最佳加量为。两种液体在喷嘴处可快速成胶，在该交联剂浓度下的破胶也是可控的，由此说明采用上述的加入方法是可行的。室内实验表明：经过高速剪切后，压裂液能在内恢复黏度；恢复交联后在转速下剪切，黏度始终稳定在携砂性能好。四、现场施

8、工评价白浅井储层基本情况白浅井是白马庙构造蓬莱镇组的一口开发井，产层井深为，间断有个含气层段。储层砂岩为灰绿色、紫红色细粒，分选为中等好，次棱角棱角状，灰质胶结为主，较致密。钻井工程天然气工业年月据岩心资料分析结果，蓬莱镇组气藏最大孔隙度为，最小为，平均为；气测渗透率最大为×，最小为×，平均为×；含水饱和度（水基钻井液取心）最大值为、最小值为，平均为，储层物性总体表现出低中孔、低渗、高含水饱和度的特征。本次施工选择了储层物性较好、层间间隔合适的层进行压裂。施工评价经现场施工及资料分析表明，白浅井采用碬连续油管实施逐层压裂，在时间连续加砂压裂层。其破裂压力分别为：、

9、，表明压开了个独立的产层。为判别喷砂射孔射开地层的效果，利用多臂井径仪对试气井段进行了孔眼监测。分别在、检测到个孔眼，孔之间夹角为°，单孔孔径为，与喷嘴分布完全吻合。压后生产测井结果表明，在个加砂压裂位置都存在对应的产气剖面，同样证明了成功实施了分层压裂。层累计加入目陶粒（），累计挤入地层压裂液。连续油管排量最高达到。压后获得天然气产量×，并且以×的产量稳定生产，压裂效果明显，标志着连续油管逐层压裂工艺在国内获得成功应用。五、结论与建议（）实践证明，把连续油管技术和水力喷射压裂技术结合起来形成连续油管逐层压裂工艺技术是可行的，白浅井工艺试验的成功，为国内多层压裂提

10、供了一条新的途径。（）研究形成的水力喷射压裂参数优化设计方法为新工艺的成功实施奠定了基础，实践证明方法是合理的、可行的。（）通过测井手段验证了白浅井连续油管定位准确、喷砂射孔成功有效、并且按照设计成功压开了个不同层段，获气×，并且以×的产量稳定生产。（）受连续油管长度和内径影响，采用连续油管逐层加砂压裂始终难以用于深井，也难以达到较高排量，但比较适合于浅气层压裂。对于深井或者高渗油气藏，建议采用常规油管代替连续油管，可以大大拓宽该项工艺的应用范畴。参考文献王步娥，舒晓晖水力喷射射孔技术研究与应用石油钻探技术，（）：赵彦整，刘方玉水力喷射射孔效果初探测井技术，（）：胡风涛水力喷射射孔