水平井储层改造新方法―水力喷射压裂技术_图文

1、第卷第期钻采工艺水平井储层改造新方法一水力喷射压裂技术刘永亮，王振铎，胥云，张光伟，陈作（西安石油大学中国石油勘探开发研究院廊坊分院）刘永亮等水平并储层改造新方法一水力喷射压裂技术钻采工艺；，（）：摘要：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。水力喷射压裂是一种利用水射流独特性质的储层改造新技术。该技术结合了水力射孔和水力压裂技术，能够沿着水平井横向在多个位置独立连续压裂改造而不使用任何机械密封装置。文章阐述了该技术的原理和工艺过程，介绍了其主要技术特点，分析了影响该工艺的关键因素，指出了该技术的局限性以及我国应用该技术的难度，最后表明射流参

2、数优化是该技术一个重要方面，应该成为今后的一个研究重点。关键词：水力压裂；喷射压裂；喷砂射孔中图分类号：文献标识码：文章编号：（）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，它将水力喷砂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

3、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。一、水力喷射压裂技术原理特点技术原理 水力喷射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，如图。该技术基于伯努力方程：秽一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

4、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，随着流体不断深入孑道速度逐渐减小，压力不断升高，到孑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篱加压，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（如图所示），并且近井筒扭曲问题很少出现。图水力喷射压裂原理水力喷射裂缝一旦形成，由于喷嘴出口周围流收稿日期：；修回日期：一中石油股份公司“水平井低渗

5、透改造重大攻关项目”。作者简介：刘永亮（一），西安石油犬学油气井工程硕士研究生，研究方向油气田增产技术。地址：（）陕西省西安市电子二路号西安石油大学信箱，电话：（），：钻采工艺年月体速度最高，其压力就最低，故流体会自动泵人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。图两种压裂井筒压力简化匕较图特点（）不需要机械封隔，能够自动隔离，可用于裸眼、套管完井；（）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；（）可进行定向喷射压裂，准确

6、造缝；（）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；（）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。二、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。）。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。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，

7、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：（）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计压裂段位置。（）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。（）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，油管泵人压裂液（砂比浓度逐渐增加）经喷嘴喷射进入裂缝实现压裂（酸化），如图。图水力喷射压裂过

8、程（）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±的误差内准确定位条裂缝的位置（误差是由压力或温度影响引起油管伸长或收缩所致）旧。图水平井喷射压裂改造过程三、影响因素分析水力喷射压裂过程中，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。如何优化射流参数尽可能充分地利用水力能量是该技术的关键之一。影响水力喷射压裂的因素主要包括

9、流体参数、磨料参数、围压以及岩石性质、川。流体参数的影响受压力、排量和喷嘴直径控制。喷射深度随压力的增加近似呈线性增加，孔径也随压力的升高而变大，但存在一个临界压力，低于临界压力就不能再破岩。每个压力下都有一个最大破裂第卷第期钻采工艺深度，当达到最大深度时增加喷射时间只能增加孔径而对孔深几乎没有影响。排量增加，射孑深度显著增加，这对现场应用来说是一个非常有用的结论。现场施工时可以通过提高排量来降低压力要求，大排量低压射孔不但孔径明显变大而且破碎情况有所改善，孔中基本没有残留颗粒堆积。由于磨料射流的有效速度增加，较大的喷嘴直径能增加喷射深度。磨料参数主要包括磨料类型、粒度、浓度。在一定压力和排量

10、下，磨料的切割能力随硬度的增加而增大，且带棱角的比不带棱角的切割能力强。喷射深度并不随磨料浓度和粒度的增加一直增加，相反在磨料粒径增加一定程度时射孑深度反而有下降趋势，表明磨料有一最佳浓度值和粒径值。根据实验结果，最佳浓度范围为一，适用浓度，最佳粒度为，现场推荐采用一，。最佳浓度随压力的增高而增大。围压对射流的影响很大，围压条件下射流流体能量损失很厉害。在其它条件相同的情况下，有围压时要比没围压时的喷射深度低很多。岩性对喷砂压裂也有较大影响，龙主要与岩石强度有关。四、技术局限性水力喷射压裂是一种新的油田增产措施，但并不能把它作为一种解决各种情况的通用方法。这项技术也有其局限性：施工过程中油管柱

11、被下到井眼中在期望的深度定位工具。有接缝的油管或钻杆将需要某种装置才能到达指定位置。连续油管的应用使操作变得方便易行。但是，大部分连续油管对于喷射压裂的应用都有流量和或压力限制。流动过流面积问题。当需要高注入量的时候，为了泵送流体传统水力压裂技术经常利用套管的整个内部空间。这种新技术需下人一根油管，油管体积占据一部分流动空间。所以，工程师的工作就是调整油管尺寸优化排量。根据成功压裂应用所需要的最小排量，一些井的结构将不允许合适的排量从而不能应用水力喷射压裂技术旧。从原理上讲，实现水力喷射压裂由地面泵提供能量，利用喷嘴输出高压高速射流冲击岩石。然而在数千米的井下实施这项技术，实现冲破套管、穿透一

12、定深度岩层的目的却并不是一件容易的事。主要技术难度为加工制造和井下施工工艺两个方面。（）加工制造。由于作业环境差（井下数千米、空间小、温度和压力高）、作业方式独特（淹没式水力喷射），工具的加工制造难度大。主要是喷射器喷嘴在施工过程中由于受到高速磨料粒子的冲刷其磨损很严重，要求喷嘴材料必须具有高硬度、高耐磨性，二者缺一不可。（）并下施工工艺。因井下施工条件苛刻，许多地面上易实现的动作，在井下实现起来很困难，射流能量损失很厉害。主要表现为在不同围压条件下淹没式水力喷射工艺，即喷嘴结构、分布方式及喷嘴破岩能力与泵压、排量的优化组合技术，还不成熟。五、结论及建议（）水力喷射压裂工艺是一项集水力喷砂射孔

13、和水力压裂于一体的新型储层改造技术。该技术利用动态分流自动封隔，不需要任何机械密封装置。（）施工过程中应用喷射压裂能够有效降低井底地层破裂压力，可在任何位置准确造缝，而且不同位置可以采用不同压裂方案。（）一次管柱可连续进行多段压裂，施工程序简单、周期短、效益高。（）水射流是水力喷射压裂的关键，优化射流水力参数对喷射压裂施工起到重要的指导作用。（）国内应用该技术的难度在于加工制造和井下施工工艺。喷嘴材料优选及其结构、组合方式优化和相关水力参数的优化将成为今后研究的重点。参考文献撕。张玉荣裸眼水平井中运用选择性压裂可以提高产量国外油田工程，（）：牛继磊，李根生水力喷砂射孔参数实验研究石油钻探技术，

14、（）：于永，枥彪水力喷砂射孔在油气田开发中的应用特种油气藏，（）：蹰由”：（编辑：黄晓川） 水平井储层改造新方法水力喷射压裂技术作者：刘永亮， 王振铎， 胥云， 张光伟， 陈作， LIU Yongliang， WANG Zhenze， XU Yun，ZHANG Guangwei， CHEN Zuo作者单位：刘永亮,张光伟,LIU Yongliang,ZHANG Guangwei(西安石油大学， 王振铎,胥云,陈作,WANGZhenze,XU Yun,CHEN Zuo(中国石油勘探开发研究院廊坊分院刊名：钻采工艺英文刊名：DRILLING & PRODUCTION TECHNOLOGY年

15、，卷(期：2008,31(1被引用次数：6次参考文献(8条1. Surjaatmadja J B Unconventional Multiple Fracture Treatments Using Dynamic Diversion And DownholeMixingSPE 77905 20022. 于永;杨彪 水力喷砂射孔在油气田开发中的应用期刊论文-特种油气藏 2002(043. 牛继磊;李根生 水力喷砂射孔参数实验研究期刊论文-石油钻探技术 2003(024. 张玉荣 裸眼水平井中运用选择性压裂可以提高产量期刊论文-国外油田工程 2002(085. EastL Packerless M

16、ultistage Fracture-Stimulation Method Using CT Perforating and Annular PathPumpingSPE 96732 20056. Machiel Butter The Potential of Multiple Fractured Horizontal Wells in Layered ReservoirsSPE102633 20067. Surjaatmadja J B Effective Stimulation of Multilateral Completions in the James Lime FormationAchieved by Controlled Individual Placement of Numerous Hydraulic FracturesSPE 82212 20038. Loyd East Application of New Fracturing Technique Improves Stimulation Success for OpenholeHorizontal CompletionsSPE 86480 2004引证文献(6条1. 陈朋刚. 赵丽霞. 张莲忠. 史鹏涛 水平井压裂