水力喷射分段压裂技术研究

1、水力喷射分段压裂技术研究技术背景：水平井低产主要归因于储层低渗、非均质性，近井污染或表皮损害以及无效的改造技术。传统水力压裂应用于水平井改造增产效果并不理想，经常最多产生两个主要裂缝区，而且位置也不确定。许多高产段仍然没被改造而维持着表皮损害。水力喷射压裂技术就是最近引入的可代替传统压裂工艺的有效方法。水力喷射压裂工艺技术是近年石油工程领域的新技术，它将水力喷射射孔和水力压裂工艺合为一体，且自身具有独特的定位性，能够快速准确的进行多层压裂而不用机械密封装置。该技术在国外水平井已应用于几百口井，在一些低压、低产、低渗、多薄互层的油气层压裂改造中取得了较好的效果。 水力喷射压裂技术原理： 水力喷射

2、压裂技术结合了水力射孔和水力压裂的新型增产工艺。该工艺由三个过程共同完成，水力喷砂射孔、水力压裂（通过普通油管或钻杆或连续油管）以及环空挤压（通过另外一个泵）。通过安装在施工管柱上的水力喷射工具，利用水击作用在地层形成一个（或多个）喷射孔道，从而在近井地带产生微裂缝，裂缝产生后环空增加一定压力使产生的微裂缝得以延伸，实现水力喷射压裂（见图1）。该技术基于伯努力方程： 方程表明流体束中的能量维持常量，虽然实际上摩擦缓慢消耗能量使其转化为热能（但这个简化方程不包含温度因素） 。由方程可知流体束的速度变化引起压力反向变化。喷嘴出口处速度最高压力就最低，随着流体不断深入孔道速度逐渐减小，压力不断升高，

3、到孔道端处速度达到最低压力最高。常规造缝方法需要对整个井筒加压，大多数情况下观察到的破裂压力比裂缝扩展压力要大得多，而且井内的每个裂缝都必须克服该压力。水力喷射压裂通过喷射流体在孔道内动能到压能的转换利用喷射滞止压力破岩从而在喷射点处产生微裂缝。由于能量集中在孔道端处，井筒不受破裂压力的影响，从而消除了压力曲线中地层破裂时的压力峰值（见图2），并且近井筒扭曲问题很少出现。 水力喷射裂缝一旦形成，由于喷嘴出口周围流体速度最高，其压力就最低，故流体会自动泵入裂缝而不会流到其它地方。环空的流体也会在压差作用下进入射流区被吸入地层。水力喷射压裂利用动态分流技术成功解决了水平井裂缝的定位控制问题，通过流

4、体的动态运动让其进入地层的特定位置而不使用任何机械密封装置。水力喷射压裂技术特点：（1）不需要机械封隔，能够自动隔离, 可用于裸眼、套管完井；（2）一次管柱可进行多段压裂，施工周期短，有利于降低储层伤害；（3）可进行定向喷射压裂，准确造缝；（4）喷射压裂可以有效降低地层破裂压力，保证高破裂压力地层的压开和压裂施工；（5）该工艺压井次数少，对储层伤害小，而且施工程序简单，能够产生大的经济效益。 水力喷射压裂工艺施工过程：施工过程中要求喷射面必须与油藏裂缝延伸面近似吻合（差距不能超过30°） 。为了把喷射器放置在裂缝延伸面方向上或在它的附近，工程人员必须首先预测这口油井的裂缝延伸面方向。

5、预测裂缝延伸面的方向通常使用现有技术。压裂方向确定后，设计一套喷射系统并正确放置。根据井的情况不同，喷嘴数量和尺寸也有所不同。当对一口井进行水力喷射压裂时可能会产生两种情况。第一种情况, 通过地面旋转杆柱使喷射工具在井眼中的预期位置定位。为了准确确定工具的当前位置，工程人员需要在喷射工具上用相配套的引鞋连接电缆。如果不选择电缆，则定位传感器可以放置在喷射工具的下面，并且与无线数据传输系统连接起来。第二种情况，系统运用重力进行准确的定位，这种纯机械的方法比第一种类型更简单、更经济。工具定位后开始喷射压裂具体步骤如下：（1）清洗井眼，在钻杆、油管、大外径的连续油管上安装水力喷射压裂工具下到第一个设

6、计压裂段位置。（2）由高压泵向油管注入低浓度含砂液体, 通过喷射工具进行喷砂射孔。（3）水力射孔完成后环空注入清洁无支撑剂液体，保持井底压力达到刚刚低于预测的延伸压力让裂缝继续延伸，油管泵入压裂液（砂比浓度逐渐增加）经喷嘴喷射进入裂缝实现压裂（见图3）。 （4）压裂完成后用一个油管阀密封油管，水力喷射压裂工具上提到第二个设计压裂段位置重复上述施工过程。 通过上述过程，如图4一样复杂的裸眼水平井能够沿着井眼在任何位置成功的实施压裂改造。大小不等的裂缝能够由后到前被顺序定位。而且，在不同位置可以应用不同的压裂方案如酸化压裂、支撑剂压裂等。一次作业过程中，能够在±76.2mm 的误差内准确

7、定位12条裂缝的位置（误差是由压力或温度影响引起油管伸长或收缩所致）。与常规射孔压裂相比较的优势：水利喷砂压裂与常规射孔机械分层压裂和填砂打胶塞分层压裂相比较，在水平井分层压裂施工时优势明显。首先，在水平井射孔上，水力喷砂射孔比常规射孔弹射孔简单便捷、安全、效果好、射孔深度大、孔眼周围无压实带，特别是射孔压裂联作，减少了水平段射孔需油管传输的麻烦。其次，在压裂时，水力喷射压裂靠高压射流自封，不需对已压开的其他井段进行封堵，可以直接对目的井段进行射孔压裂，完成一层射孔压裂后，调整钻具即可以对上一层井段进行施工，而以往在水平井分层施工时，必须对已施工的井段进行填砂打胶塞或者下机械分隔工具封堵, 才

8、能进行下一步施工。射孔段越多，常规施工方法越繁琐、复杂, 周期越长，对地层的污染比喷射射孔压裂要大得多。另外，水力喷砂射孔压裂钻具结构简单，降低井下复杂事故的发生率，简化了施工程序，缩短了试油施工周期，降低了施工成本。水力喷射压裂的实施情况：美国路易斯安那州西部Janes Lime地层的3口井通过水力喷射压裂处理工艺提高了天然裂缝群的连通性，降低了采出气的单位成本。实践证明，水力喷射压裂处理工艺非常适用于多分支裸眼水平井的完井作业。长庆油田进行了6 口井22 层次的施工，取得了良好效果。从施工结果可看出，水力喷射压裂施工压力对排量比较敏感，提升排量时压力有明显的上升，在主压裂施工前加一个 砂量2m3 左右的段塞喷射开孔后进行主压裂。主压裂过程施工压力持续升高,高速水射流在 裂缝中的摩阻作用比较明显，施工结束后压力下降大，关井时可以观测到裂缝闭合时的压 降曲线。不同于普通压裂的是水力喷射是依靠高压水射流的动压能来压开地层的，经过喷 嘴节流，油压曲线比裂缝延伸压力要高，施工过程中每层施工压力区别明显，显示分层改 造过程中每一层都得到了相应改造。在主压裂以前采用