子北--水力喷射

1、延长石油延长石油20102010年年1212月月 延长石油延长石油水力喷射压裂技术水力喷射压裂技术刘文晖刘文晖 延长石油延长石油发展情况：发展情况： 水力喷射压裂技术，是水力喷射压裂技术，是19981998年由年由HaliburtonHaliburton公司工程技术人员首先提出了水公司工程技术人员首先提出了水力喷射压裂思想和方法，哈利伯顿公司试验成功并应用于油气井压裂、酸化增力喷射压裂思想和方法，哈利伯顿公司试验成功并应用于油气井压裂、酸化增产等措施用，目前，水力喷射压裂技术已经是油气井增产的热门工艺技术，在产等措施用，目前，水力喷射压裂技术已经是油气井增产的热门工艺技术，在全世界范围内施工了

2、数千口水平井，上万口直井。全世界范围内施工了数千口水平井，上万口直井。 2005年年12月，由长庆油田分公司与月，由长庆油田分公司与Haliburton能源服务公司合作引进该工艺能源服务公司合作引进该工艺在鄂尔多斯盆地进行水平井压裂试验，首先在靖安油田靖平在鄂尔多斯盆地进行水平井压裂试验，首先在靖安油田靖平1井和西峰油田庄平井和西峰油田庄平3井顺利完成了压裂增产作业，这是该工艺在国内首次试验。井顺利完成了压裂增产作业，这是该工艺在国内首次试验。 由于水力喷射诱导压裂技术，是一种集射孔、压裂、隔离一体化的新型增产由于水力喷射诱导压裂技术，是一种集射孔、压裂、隔离一体化的新型增产措施，无须机械封隔

3、装置可实施分段压裂。施工周期短、造缝位置准确、作业措施，无须机械封隔装置可实施分段压裂。施工周期短、造缝位置准确、作业成本低（该技术可用于酸化、酸压、加砂压裂等），同时通过我公司拓展研究成本低（该技术可用于酸化、酸压、加砂压裂等），同时通过我公司拓展研究应用领域，可以广泛的应用于水平井分段压裂、直井分层压裂、裸眼井分层压应用领域，可以广泛的应用于水平井分段压裂、直井分层压裂、裸眼井分层压裂、底水油帽油层控水控缝压裂、注水井增注、油井解堵等油气井作业领域，裂、底水油帽油层控水控缝压裂、注水井增注、油井解堵等油气井作业领域，因此被广泛应用因此被广泛应用 。延长石油延长石油水力喷射压裂技术水力喷射压

4、裂技术 工艺原理：通过含砂的高压液流，高压液射流夹带射孔砂（磨料：通常采用石英砂）垂直冲击套管和岩石。并在岩石中形成一定规格的清洁通道，扩大了近井地层的渗流面积。 水力喷射压裂技术原理是根据伯努利方水力喷射压裂技术原理是根据伯努利方程，把压能转变为动能程，把压能转变为动能(即速度即速度),首先进行水首先进行水力喷砂射孔力喷砂射孔,接着再提高排量接着再提高排量,高速流体在地高速流体在地层中形成孔洞，通过液力传压将压力直接作层中形成孔洞，通过液力传压将压力直接作用于孔洞底部，产生高于地层破裂压力的压用于孔洞底部，产生高于地层破裂压力的压势，使地层发生破裂形成裂缝。另一方面高势，使地层发生破裂形成裂

5、缝。另一方面高速射流在孔眼的上、下部的井眼中产生负压，速射流在孔眼的上、下部的井眼中产生负压，形成隔离达到分段压裂施工的目的。形成隔离达到分段压裂施工的目的。 constPghv221延长石油延长石油 工作机理工作机理1 、诱导压裂机理、诱导压裂机理 射流动压转化原理射流动压转化原理 V2/2+P/=C 射孔过程：射孔过程：Pv+PhFEP，射流诱导起裂（调整环空压力，可适应不同，射流诱导起裂（调整环空压力，可适应不同地层的压裂）；地层的压裂）；2 、诱导裂缝延伸机理、诱导裂缝延伸机理 射流卷吸井底液流沿孔道流入裂缝，填充并诱导裂缝延伸；射流卷吸井底液流沿孔道流入裂缝，填充并诱导裂缝延伸； 射

6、流产生的推进压力与环空压力叠加超过射流产生的推进压力与环空压力叠加超过FEP（破裂压力）；（破裂压力）；3、液体动力封隔机理、液体动力封隔机理 裂缝的生成裂缝的生成/延伸基于射流的诱导作用，只会在当前喷射射孔的孔道内发生。延伸基于射流的诱导作用，只会在当前喷射射孔的孔道内发生。 环空压力低于环空压力低于FEP，不会在井筒的其它部位产生新裂缝，也不会使先前产，不会在井筒的其它部位产生新裂缝，也不会使先前产 生的裂缝扩展。生的裂缝扩展。 压裂液经作业管柱泵入，经喷嘴喷入射孔孔道内，极少进入井筒的其他部位。压裂液经作业管柱泵入，经喷嘴喷入射孔孔道内，极少进入井筒的其他部位。 射流在孔口的虹吸作用，强

7、化了封隔效果。射流在孔口的虹吸作用，强化了封隔效果。 控制环空流量保持合适的环空压力至为关键。控制环空流量保持合适的环空压力至为关键。 （补偿井眼滤失、补充裂缝维持压力）（补偿井眼滤失、补充裂缝维持压力）延长石油延长石油 1 1、水力喷射压裂工艺技术的应用不会形成压实带污染水力喷射压裂工艺技术的应用不会形成压实带污染,可以减小近井筒地带应力集中可以减小近井筒地带应力集中,有利于有利于提高近井筒地带渗透率。提高近井筒地带渗透率。2 2、利用水力喷射定向射孔利用水力喷射定向射孔,可以将喷射孔工具准确定位到设计造缝位置可以将喷射孔工具准确定位到设计造缝位置,能够在井中准确造缝，能够在井中准确造缝，高

8、速流体的冲击作用有效地降低地层起裂、压裂缝延伸压力高速流体的冲击作用有效地降低地层起裂、压裂缝延伸压力;裂缝基本是在射孔孔通道的裂缝基本是在射孔孔通道的顶端产生并延伸顶端产生并延伸,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，可准确控制造缝位置、方位；可准确控制造缝位置、方位；3 3、在一次施工过程中完成水力喷砂射孔和压裂在一次施工过程中完成水力喷砂射孔和压裂,简化了压裂工艺程序简化了压裂工艺程序,节省了施工时间节省了施工时间,提高提高作业效率。作业效率。4 4、利用水动力学原理将已经压裂的裂缝进行封隔利用水动力学原理将已经压裂的裂缝进行封隔,不需要封隔器及桥塞等机械隔

9、离工具不需要封隔器及桥塞等机械隔离工具,实现实现段自动封隔段自动封隔,降低了工具砂埋或砂卡的作业风险和施工成本。降低了工具砂埋或砂卡的作业风险和施工成本。5 5、双流道作业方式：、双流道作业方式： 环空压力低，可用于套管强度较低的场合；环空压力低，可用于套管强度较低的场合；油套联合注入系统改变了井底的流体状况油套联合注入系统改变了井底的流体状况,能有效地解决井底压裂液由于剪切粘度过低和提前砂堵等问题。能有效地解决井底压裂液由于剪切粘度过低和提前砂堵等问题。 可实现井底压裂液特性的瞬间调制，如泡沫特性、支撑剂浓度、化学添加剂浓度；可实现井底压裂液特性的瞬间调制，如泡沫特性、支撑剂浓度、化学添加剂

10、浓度； 控制灵活：在同一口井内，每段裂缝可控制大小、可采用不同方式压裂；控制灵活：在同一口井内，每段裂缝可控制大小、可采用不同方式压裂；6、每段分别作业，作业规模可调、周期短、成本低；、每段分别作业，作业规模可调、周期短、成本低；7、有效控制裂缝几何尺寸；、有效控制裂缝几何尺寸；8、井底破裂压力低，无效裂缝少，可有效改善填砂剖面；、井底破裂压力低，无效裂缝少，可有效改善填砂剖面；延长石油延长石油常规射孔损害带示意图水力喷砂射孔切割岩石原理示意图水力喷砂射孔与常规射孔孔眼对比水力喷砂射孔与常规射孔孔眼对比延长石油延长石油基本作业过程基本作业过程:1、管柱、工具入井定位（磁定位、管柱、工具入井定位

11、（磁定位/定位）；定位）；2、油管（连续油管）内泵入射孔工作液，水力、油管（连续油管）内泵入射孔工作液，水力 喷砂射孔；喷砂射孔；3、油管内泵入压裂工作液维持喷嘴压降、环空、油管内泵入压裂工作液维持喷嘴压降、环空 加压，诱导孔内压开裂、裂缝延伸；加压，诱导孔内压开裂、裂缝延伸；4、回拉工具定位，第二段裂缝射孔、压裂；、回拉工具定位，第二段裂缝射孔、压裂；5、重复、重复4，完成多段压裂；，完成多段压裂；延长石油延长石油水力喷射射孔压裂步骤水力喷射射孔压裂步骤步骤1：喷砂射孔（油管注入、套管返出形成循环）；步骤2：关闭套管环空，油管注入、射孔孔眼内憋起高压， 压开地层，形 成裂缝；步骤3：油管、环

12、空同时注入，裂缝延伸，开始加砂作业施工；步骤4：上提管串，压裂第二层；环空套管注入环空套管注入油管注入油管注入延长石油延长石油油管注入油管注入套管注入套管注入放喷管线放喷管线水力喷射井口装置（水力喷射井口装置（KQ350/600型）型）延长石油延长石油水力喷射钻具结构（实物照片）油管油管扶正器扶正器单流阀单流阀眼管（筛管）眼管（筛管）延长石油延长石油水力喷砂射孔地面仿真实验水力喷砂射孔地面仿真实验长长6砂岩岩样实验件（砂岩岩样实验件（2X2m）水力喷砂射孔孔眼水力喷砂射孔孔眼孔径:18-22mm延长石油延长石油延长石油延长石油 庄平庄平XXXX井为庄井为庄4040试验区块试验区块一口水平采油井

13、，位于水一口水平采油井，位于水平注水井庄平平注水井庄平2 2井与庄平井与庄平5 5井之间，井距井之间，井距120m120m。渗透。渗透率率0.10.11010-3 -3 mm2 2。 该井采用水力喷射压裂技该井采用水力喷射压裂技术进行分段改造。共压裂术进行分段改造。共压裂四段，分两次施工，四段，分两次施工，压完压完下面两段后，起钻换钻具，下面两段后，起钻换钻具，然后再压裂上两段。然后再压裂上两段。 在长庆的应用在长庆的应用庄平庄平XXXX井试验情况井试验情况延长石油延长石油水力喷射压裂应用实例水力喷射压裂应用实例水平井分段压裂：水平井分段压裂：延长石油延长石油第一段（喷点位置2494.0、25

14、04.0m）砂量砂量24.3t(15m3)，砂比，砂比30%，油管排量，油管排量X.Xm3/min，套管排量，套管排量X.Xm3/min，油管注入液量，油管注入液量125.6m3，套管注入液，套管注入液量量28.7m3第二段（喷点位置2436.0、2446.0m）施工程序：砂量砂量11.3t(7m3)，砂比，砂比25%，油管排量，油管排量X.Xm3/min，套管排量，套管排量X.Xm3/min，油管注入液量，油管注入液量99.8m3，套管注入液量，套管注入液量17.6m3第三段（喷点位置2376.0、2386.0m）施工程序：砂量砂量11.3t(7m3)，砂比，砂比25.0%，油管排量，油管排

15、量X.Xm3/min，套管排量，套管排量X.Xm3/min，油管注入液量，油管注入液量99.8m3，套管注入液量，套管注入液量17.5m3，第四段（喷点位置2310.0、2320.0m）施工程序：砂量砂量11.3t(7m3)，砂比，砂比25%，油管排量，油管排量X.Xm3/min，套管排量，套管排量X.Xm3/min，油管注入液量，油管注入液量99.4m3，套管注入液量，套管注入液量17.4m3第五段（喷点位置2243.0、2253.0m）施工程序： 砂量砂量16.2t(10m3)，砂比，砂比30%，油管排量，油管排量X.Xm3/min，套管排量，套管排量X.Xm3/min，油管注入液量，油管

16、注入液量106.9m3，套管注入液，套管注入液量量21.0m3第六段（喷点位置2176.0、2186.0m）施工程序：砂量砂量16.2t(10m3)，砂比，砂比30.0%，油管排量，油管排量X.Xm3/min，套管排量，套管排量X.Xm3/min，油管注入液量，油管注入液量106.5m3，套管注入，套管注入液量液量21.0m3第六段（喷点位置2176.0、2186.0m）施工程序：砂量砂量16.2t(10m3)，砂比，砂比30.0%，油管排量，油管排量X.Xm3/min，套管排量，套管排量X.Xm3/min，油管注入液量，油管注入液量106.5m3，套管注入，套管注入液量液量21.0m3第七段

17、（喷点位置2084.0、2094.0m）砂量砂量11.3t(7m3)，砂比，砂比25.0%，油管排量，油管排量X.Xm3/min，套管排量，套管排量X.Xm3/min，油管注入液量，油管注入液量106.5m3，套管注入液，套管注入液量量21.0m3第八段（喷点位置2021.0、2031.0m）施工程序： 砂量砂量11.3t(7m3)，砂比，砂比25%，油管排量，油管排量X.Xm3/min，套管排量，套管排量X.Xm3/min，油管注入液量，油管注入液量97.2m3，套管注入液量，套管注入液量17.1m3试油结果：对八段进行水力喷射多簇压裂后试油产量为：试油结果：对八段进行水力喷射多簇压裂后试油

18、产量为： 油油98t/d、水、水2.6t/d延长石油延长石油油层油层水层水层 对于底水油帽油层，通过水力喷射可以有效定位、对于底水油帽油层，通过水力喷射可以有效定位、打开油帽由于水力喷射与地应力无关，孔洞沿射流方向延打开油帽由于水力喷射与地应力无关，孔洞沿射流方向延伸，同时由于裂缝形态的变化，可以有效控制裂缝高度，伸，同时由于裂缝形态的变化，可以有效控制裂缝高度，减少沟通底水或远距离沟通底水。减少沟通底水或远距离沟通底水。水油水过度带水油水过度带延长石油延长石油子北采油厂试验的子北采油厂试验的8083和和8058井区位置图井区位置图延长石油延长石油子北采油厂试验的子北采油厂试验的9342和和9

19、305井区位置图井区位置图延长石油延长石油加砂压裂阶段加砂压裂阶段喷砂射孔阶段喷砂射孔阶段水力喷射点油：30.8m3/m水：100.0m3/m8083-3井进行水力喷射压裂加砂5方；应用实例：子北8083-3井延长石油延长石油应用实例：子北应用实例：子北8058-3井井油：油：42.7t/m 水：水：133.7t/m延长石油延长石油子北采油厂9342-10井水力喷射压裂实例：喷砂射孔用砂3方，压裂加砂15方水力喷射压裂段综合测井图喷砂射孔阶段喷砂射孔阶段加砂压裂阶段加砂压裂阶段油：油：99.5t/m水：水：109.6t/m延长石油延长石油同井组常规压裂与水力喷射压裂效果对比同井组常规压裂与水力

20、喷射压裂效果对比延长石油延长石油同井组常规压裂与水力喷射压裂效果对比同井组常规压裂与水力喷射压裂效果对比延长石油延长石油同井组常规压裂与水力喷射压裂效果对比同井组常规压裂与水力喷射压裂效果对比延长石油延长石油同井组常规压裂与水力喷射压裂效果对比同井组常规压裂与水力喷射压裂效果对比延长石油延长石油井号压裂方式产液量含水含水（稳定含水）产油量（t）同井组增产同井组增产倍比倍比8058-3水力喷射压裂水力喷射压裂176.270%42.71.831.838058-4常规压裂124.380%23.48083-3水力喷射压裂水力喷射压裂131.070%30.83.21 3.21 8083-4常规压裂73.

21、883%9.69432-10水力喷射压裂水力喷射压裂209.142%99.52.782.789342-8常规压裂120.770%35.89305-6水力喷射压裂水力喷射压裂380.770%74.111.9511.959305-5常规压裂308.998%6.2水力喷射压裂和同井组常规压裂效果对比水力喷射压裂和同井组常规压裂效果对比延长石油延长石油 由上述产量曲线可得出进行水力喷射压裂的由上述产量曲线可得出进行水力喷射压裂的4口口井、同比进行普通常规压裂的井、同比进行普通常规压裂的4口井平均每日增口井平均每日增产原油产原油5.75吨；吨；4口普压井初月共产油口普压井初月共产油75吨，吨，4口口水力

22、喷射井初月共产原油水力喷射井初月共产原油247.1吨；吨； 水力喷射水力喷射4口井比常规压裂口井比常规压裂4口井，月增产原油口井，月增产原油172.1吨；吨；延长石油延长石油经济效益评价及计算术依据经济效益评价及计算术依据：原油单价（油田公司指导价）：2057元/吨水力喷射比常规压裂多投入：水力喷射费10万元/井次，多支出泵注费用：6万元/井次（定价偏高）；减少射孔费用：1万元/井次；减少通洗井费用：8000元/井次初周月水力喷射初周月水力喷射4井次累计生产原油：井次累计生产原油：247.1吨吨常规压裂4井次累计生产原油：75吨初年递减统一估算递减率：40%估算常规压裂4口井年累计产油：75+

23、75*11*0.6=570吨水力喷射压裂水力喷射压裂4口井年累计产量：口井年累计产量：247.1+247.1*11*0.6=1877.96吨吨常规压裂4口井的采出原油效益：570吨*2057元/吨=1172490元水力喷射压裂水力喷射压裂4口井采出原油效益：口井采出原油效益：1187.96吨吨*2075元元/吨吨=3862963.72元元水力喷射4口井估算净增效益：3862963.72元-1172490元=2690473.72元投入产出比： 水力喷射实际多投入：100000元+60000元-10000元-8000元=142000元 投入产出比：投入产出比：142000元元*4：2690473.

24、72元元=1 ：4.75延长石油延长石油 对于浅油层在压裂过程中形成水平对于浅油层在压裂过程中形成水平裂缝，在过去裸眼井压裂时是通过裸眼裂缝，在过去裸眼井压裂时是通过裸眼井封隔器进行多层次、多裂缝压裂，但井封隔器进行多层次、多裂缝压裂，但对于浅油层套管井，通过射孔压裂，一对于浅油层套管井，通过射孔压裂，一般由于射孔爆炸对固井水泥环会产生一般由于射孔爆炸对固井水泥环会产生一定的震动破坏，因此近距离的分层压裂、定的震动破坏，因此近距离的分层压裂、由于套管外由于套管外“串槽串槽”导致分层压裂失败！导致分层压裂失败！ 由于水力喷砂射孔是通过水力切割、由于水力喷砂射孔是通过水力切割、石英砂磨蚀冲刷形成孔

25、洞，不会损坏套石英砂磨蚀冲刷形成孔洞，不会损坏套管外固井水泥环，同时破裂压力和裂缝管外固井水泥环，同时破裂压力和裂缝延伸压力较低，对于油层厚度大于延伸压力较低，对于油层厚度大于3米米以上的，可以进行同层多裂缝压裂，提以上的，可以进行同层多裂缝压裂，提高油层的动用率和单井产量，最终提高高油层的动用率和单井产量，最终提高采收率。采收率。延长石油延长石油 对于裸眼井通过水对于裸眼井通过水力喷射压裂，由于压裂力喷射压裂，由于压裂过程不用封隔器进行封过程不用封隔器进行封堵分层，它是通过水力堵分层，它是通过水力学原理，高压射流产生学原理，高压射流产生负压、实现分层压裂，负压、实现分层压裂，因此水力喷射压裂工艺因此水力喷射压裂工艺是裸眼井分层改造的有是裸眼井分层改造的有效工艺技术效工艺技术 延长石油延长石油 对于注水井由于长时间注水造成近井地带堵对于注水井由于长时间注水造成近井地带堵塞，导致注水压力升高，注水量减少，通过水力塞，导致注水压力升高，注水量减少，通过水力喷砂射孔，可以有效改善注水通道，降低注水压喷砂射孔，可以有效改善注水通道，降低注水压力、增加注水量；由于水力喷砂射孔与地应力方力、增加注水量；由于水力喷砂射孔与地应力方位