水力喷射压裂工艺技术研究

水力喷射压裂工艺技术研究

0水力喷射压裂工艺技术对于低渗透油藏的水井，为了提高单井产量，采用了封闭器分层压裂法和连续油压裂法，提高了单井产量。封隔器分层压裂工艺对多产层进行分层段压裂时存在井下工具管串不能取出的风险,后期修井作业难度大;同时由于多数井为大斜度、大位移井,封隔器在斜井段的磨损使得正式施工时密封不严,最终导致不能正常施工。连续油管由于管径小、摩阻高,所以施工排量达不到加砂压裂的要求。针对以上2种工艺存在的问题,开展了水力喷射压裂工艺技术研究。该技术综合了水力喷射射孔、水力压裂和双路径泵入流体等多种技术,能较准确地在指定位置制造裂缝,无需机械封隔,可节省作业时间和降低作业风险。近几年,国外油田的应用结果表明,水力喷射压裂是低渗透油藏油井压裂增产的有效技术,对开发低渗透油藏等难动用储量具有重要的意义和广阔的应用前景。1热水喷运压技术的管柱和施工工艺1.1管柱下井、管柱压裂管压裂施工该管柱结构主要由扶正器、水力喷射器、单流阀、筛管和丝堵组成,如图1所示。力喷射器;5—单流阀;6—筛管;7—丝堵。施工时,在管柱下井定位后,打开套管闸门,从油管内替前置液,提高排量和压力,用石英砂进行射孔。关闭套管闸门,同时给套管加压进行围压,提高油管内压力,用陶粒作为支撑剂进行压裂。压裂完成后,上提管柱,对上层进行压裂。1.2管道柱下井、管柱压裂该管柱主要由扶正器、滑套式水力喷射器、水力喷射器、密封座、单流阀、筛管和丝堵组成,如图2所示。施工时,在管柱下井定位后,打开套管闸门,从油管内替前置液,提高排量和压力,用石英砂进行射孔。关闭套管闸门,同时给套管加压进行围压,提高油管内压力,用陶粒作为支撑剂进行压裂。压裂完成后,投球加压,打开上层滑套式水力喷射器,同时关闭下层,对上层进行压裂。1.3心定位器、水力喷射器、单流阀、丝堵组成该管柱主要由扶正器、旋转接头、偏心定位器、水力喷射器、单流阀、筛管和丝堵组成,如图3所示。施工工艺同动管柱水力喷射分段压裂管柱工艺。2主要支持工具2.1段间水力自动封隔水力喷射器是工艺管柱的核心部件,由喷射刚体与喷嘴组成,其结构如图4所示。施工中,通过拖动管柱,将水力喷射器对准目标层,由喷射泵产生高速射流,射开套管和地层,压开地层,实现射孔、压裂施工一体化,并通过提供高速射流,实现段间水力自动封隔功能。而且可以根据储层特点,通过调整喷嘴位置、数量和大小,可实现不同方位、不同施工排量和不同压力下的压裂施工。2.2喷射器喷嘴加“反循环洗井”组喷射器回收工艺单流阀由上接头、挡球板、钢球与下接头组成,用于保证射孔、压裂过程中油管中液体只从喷射器喷嘴中喷出,同时,可以进行反循环洗井。其结构如图5所示。2.3挡环与下接头偏心定位器由上接头、偏心管总成、外套、挡环与下接头组成,用于大斜度井、水平井水力喷射压裂,保证喷射射孔、压裂方位与设计方位一致。其结构如图6所示。3射孔及裂缝封隔(1)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,有利于提高近井筒地带渗透率。(2)利用水力喷射定向射孔,可以将喷射工具准确下到设计造缝位置,能够在井中准确造缝;高速流体的冲击作用能有效地降低地层起裂压力、裂缝延伸压力;裂缝基本是在射孔通道的顶端产生并延伸,有效控制了起裂方向和裂缝延伸方向。(3)在1次施工过程中完成水力喷射射孔和压裂,简化了工艺程序,节省了施工时间,提高了作业效率。(4)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离工具,可实现段间自动封隔,降低了工具砂埋或砂卡的作业风险和施工成本。(5)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粘度过低和提前砂堵等问题,喷砂射孔与加砂压裂联作,无须专门预先射孔。(6)施工时需要2套压裂车组,满足油管、环空同时泵注的要求,但成本较高。(7)施工时泵注压力比一般的压裂约高20MPa,不适用于深井压裂。(8)适应性广,适合于套管井、筛管井和裸眼井等多种完井方式,并可适用于直井、斜井和大斜度井,尤其是水平井的改造。4关键技术4.1射击孔的位置是最佳由于整个水力喷射射孔射厚比较薄,为了确保喷射射孔顺利实施,射孔位置应该选择物性最好、产油可能性最高的位置。4.2喷嘴压降优化在水力喷射压裂过程中,喷嘴的准确定位及喷嘴个数及大小的优化尤为关键。目前主要采用无线接箍定位器定位方法和相对深度校正的方法,对喷嘴进行准确定位。喷嘴的优化是通过调整喷嘴的个数和大小,在井口承压条件下,使喷嘴压降既能实施水力喷射射孔、压裂所需要的最小压降值,又能达到最大的施工排量。使用软件对不同尺寸喷嘴的压降进行预测,油管排量设定在2.0～2.5m3/min,分别选用尺寸为ϕ8mm×5.0mm、ϕ8mm×5.5mm、ϕ8mm×6.0mm的喷嘴进行预测,结果如图7所示。在同等排量下,尺寸为ϕ8mm×6.0mm的喷嘴压降最小,当达到最大排量2.5m3/min时,该尺寸喷嘴的施工泵压预测值为65MPa(见图8),在井口承压范围之内。通过优化可知,尺寸为ϕ8mm×6.0mm的喷嘴是最佳选择。4.3喷嘴延伸压力梯度环空压力以不使已经施工层段形成的压裂裂缝重新开启为主要目的。以某井为例,该井裂缝延伸压力为48.32MPa,采用尺寸为ϕ8mm×6mm的喷嘴,裂缝延伸压力梯度设为0.022MPa/m。在不同环空补液排量下,得出其地面套压,从而计算出井底环空压力。从预测结果来看(见图9),在环空补液排量达到0.84m3/min时,井底环空压力与裂缝延伸压力相等,因此环空补液排量要低于该临界值,才能使井底环空压力低于其裂缝开启值。5水平井施工方案水力喷射压裂技术于2009年8月13日首次在江汉油田王4-4井潜31层进行水力喷射加砂压裂试验。王4-4井于1990年8月投产潜322.4.52.4.52,套管完井,初期日产油11.7t,1996年2月转注,转注前日产油2.2t,含水质量分数为83%,累计产油14416t,累计产水43115t;1997年11月补潜31551分注,累计注水5.8×104m3。2009年6月三类井恢复,打塞32,转抽单采31551,无液,7月酸化,酸化措施改造不理想。通过测试分析,认为王4-4井有增产潜力。根据该井的地质要求,结合本区块邻井工艺措施及生产情况,对目的层段潜31551进行水力喷射压裂措施。措施前日产油为0,施工后稳定,日产油达2t。2009年10月,在王3平2井进行水力喷射分段压裂,该水平井于2008年2月17日投产,套管完井、最大井斜89.5°,长期低产低液,含水质量分数60.8%。对应水井王5水1井于2009年5月1日转为注水,累计注水2137m3。由于目前产量不理想,对目的层段潜31551实施水力喷射压裂。施工排量2.0～2.2m3/min,套管排量1.2～1.8m3/min,两段各加20～40目陶粒6m3,平均砂比20.9%。两段压裂均一次性成功,实施后日产液由3.9t上升到16.2t,日产油由1.2t上升到4.0t。表明这项技术对水平井有很好的适应性。该技术的应用,可实现对无法下入封隔器进行封隔压裂的薄层的措施改造,减轻地层污染和损害,增加地层渗流面积,可降低地层破裂压力,提高改造的成功率,作业周期短,1趟管柱可完成多段射孔压裂,还可有针对性地与其他技术组合应用,解决不同储层的不同问题,应用前景广阔。6全射孔水力喷射激光束固定剂水孔压裂管井系统(1)水力喷射逐层压裂技术作为一种新工艺成功应用于现场实践,为油气藏的增产改造提供新技术,尤其为大斜度井、水平井的高效开发提供了新的技术思路。(2)该技术在一次增产过程中完成水力喷射射孔