水力喷砂压裂技术研究与应用
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1、2 3
4、5
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分：关键技术及创新内容
（三）水力喷砂压裂工艺步骤
1、洗井，下喷射工具到预定位置，进行水力喷砂射孔。 2、泵入前置液，环空迅速增压产生裂缝，排量增加到设计压裂排 量，进入主压裂施工程序，施工结束。 3、关井、放喷、压井上提油管到上一个压裂的位置。 4、重复以上步骤，至整个井段压裂结束。
20-40目石英砂
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分：关键技术及创新内容
创新点二：利用水力喷砂射孔定点压裂工艺技术，不用机械 封隔一趟管柱实现多段改造。
㈠ 水力喷砂压裂技术 原理：射流在喷射通道中形成增压。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压开地层。
压开地层： P增+P环>P破裂
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分：关键技术及创新内容
㈡ 水力喷砂射孔参数设计优化
2、压力、流速
根据水力学的动量定律， 当喷嘴的截面一定时，射流速度 与压力成正比。试验证明，当通过喷嘴的流速保持在120米/ 秒、工作压力12MPa以上时，可以取得较好的切割效能。 3、喷射时间 在一定的工作压力下，当射流达到 一定深度后，继续延长喷射时间是 无意义的。喷射时间一般在15-20 分钟。
经济、安全的分段增产技术。
2、是解决裸眼井、割缝管完井、水平井、直井分段
压裂的尖端技术。 3、目前国内水力喷射工具与国外存在差距，普遍存 在磨损，尚需要进一步研究。
吐哈油田井下技术作业公司
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分：关键技术及创新内容
创新点三： 水力喷射压裂管柱结构设计，实现多段压裂，又能解
决砂堵后的反洗问题。
管柱结构：引鞋+筛管+单流阀+短节+喷枪+油管
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第二部分：关键技术及创新内容
关键技术：应用了高耐磨喷嘴
喷嘴需承受高压和高速工作液的冲蚀，容易导致喷嘴变形、 破损。要求喷嘴具有高耐磨性，是保证工艺成功的关键。
水力喷砂压裂施工参数
井号 油管排量（m3/min） 环控排量（m3/min） 平均砂比（%） 最高砂比（%） 合计砂量（m3） DP1井 2 1.1 24 52 58 牛东平2 2.6 1 25 35 36 庙平1 2.5 1 30 45 36 F239H 2.5 1 31 40 38
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DP1井水力喷射压裂技术实施情况
（1）DP1井井层概况 DP1井是鄂尔多斯盆地大牛地气田的一口水平井，水平井段612m，采 用裸眼完井方式完井。
根据测井解释结果，确定DP-1井水平井段水力喷砂射孔3个人工裂 缝的选择位置:
吐哈油田井下技术作业公司
DP1井水力喷射压裂技术实施情况
（2）压裂施工概况
吐哈油田井下技术作业公司
第二部分：关键技术及创新内容
㈡ 水力喷砂射孔参数设计优化
6、围压：射孔深度
随着围压的增大成
线性递减。 喷砂射孔施工参数：
井号 射孔排量（m3/min） 砂浓度（kg/m3） 砂量（m3) 喷砂时间(min) 陶粒粒径 DP1 1.9 120 2 15 40-70目陶粒 牛东平2 2.5 120 2.4 15-20 庙平1 2.5 120 1.2 10 F239H 2.5 120 1.2 10 青2-56H 1.8 120 1.6 15
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第二部分：关键技术及创新内容
㈡ 水力喷砂射孔参数设计优化
4、含砂浓度: 含砂量越高，切割效能越好。但是，过多的含砂量容易引 起砂堵，并会在途中互相碰撞，降低速度，影响喷射效果。确
定砂浓度120 kg/m3 。
5、砂粒直径 砂粒直径越大，质量越大，冲击 力就越大。一般讲，砂粒直径取喷嘴 直径的1/6为最佳，确定选用40-70目 和20-40目的石英砂或陶粒均适用。
8000多吨。
㈡ 社会效益
研究与现场应用表明，该技术有效解决了长期困扰水平
井分段压裂的技术难题，大大推动吐哈油田水平井压裂技术
进步，拓展了压裂技术的应用范畴。
吐哈油田井下技术作业公司
第六部分：结论及认识
吐哈油田井下技术作业公司
第六部分：结论及认识
1、水力喷射定点压裂是集水力喷砂射孔、压裂、封
隔一体化的新型改造技术，是一种精准、高效、
2008年8月井下公司与哈里伯顿公司合作，DP1井水力喷射定点压裂一 次成功，三层累计入井液量565.2 m3，加砂57.2m3，施工油管排量1.9-2.0 m3/min，套管排量1.1 m3/min，最高砂比52%，平均砂比最高达到了28%。
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DP1井水力喷射压裂技术实施情况
吐哈油田井下技术作业公司
第一部分：研究背景与意义
前期主要采用的改造方式：
1、超高排量笼统压裂。 2、封隔器、桥塞或化学胶塞分段改造。 工艺上成功，未能达到预期效果。 水力喷射定点压裂技术：是集射孔、压裂、封隔一体化的新技术，是 一种全新压裂技术。为哈里伯顿公司专有。 我国于2005年在靖安油田靖平1井与哈里伯顿公司合作，首次成 功开展了水力喷射分层压裂。该技术在我国属于起步阶段。 为了提高水平井开发效果，开展了水力喷砂定点压裂技术研究。
环空压力：略低于裂缝的延伸压力
压裂排量：考虑压裂液摩阻、 喷嘴的节流压差、裂缝延伸压力、 喷射工具强度、套管强度、压裂 限压等。
压裂
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第二部分：关键技术及创新内容
（二）水力封隔技术
原理：通过控制喷射工具，准确选择裂缝起裂的位置与方向；
裂缝形成后，高速流体喷射进入孔道和裂缝，孔道相当于 “射流泵”；环空的流体在压差的作用下被吸入地层，维持 裂缝的延伸，实现水力封隔。
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第一部分：研究背景与意义
吐哈油田现有水平井99口。
水平井压裂改造难点：
1.改造井段长，采用分段改造。
2.一般需分3-5段压裂，封隔工具要求高。
3.多为裸眼完井和筛管完井，封隔难度大。 提高水平井压裂改造效果主要对策： 1.均衡改造。 2.有效封隔。
3.起裂位置裂缝形态确定。
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第二部分：关键技术及创新点
㈡ 水力喷砂射孔参数设计优化
1、喷嘴选择：要具有良好的耐磨性和较高的流量系数。
从水力学知识得知流束任意一点处的速度可由下式求得： VL =CV0D/L 式中: V L——微粒喷嘴出口距离为L 处的射流轴心速度； C——为试验常数≈6； V0——为射流初速度； D——为喷嘴直径； L——为喷嘴出口至喷射物距离。 上式表明，当L=6D 时，其射流速度仍然保持起初速度的V0不变， 自该点之后，射流则按上述规律逐渐减小。
水力喷射定点压裂改造技术 研究与应用
汇报人：董玉玲 吐哈油田井下技术作业公司
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汇 报 提 纲
第一部分：研究背景及意义 第二部分：关键技术及创新点 第三部分：主要技术特点 第四部分：应用情况及效果分析 第五部分：经济及社会效益分析 第六部分：结论及认识
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第一部分：研究背景与意义
3×∮6mm，间距60mm 相位120°，长360mm。
直径6mm的喷嘴
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第三部分：主要技术特点
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第三部分：主要技术特点
水力喷射压裂技术是一项能有效控制裂缝起裂的增产措施。只 在指定的位置处进行压裂造缝。
序号 特性 常规压裂 水力喷射压裂
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第二部分：关键技术及创新点
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第二部分：关键技术及创新点
创新点一：设计优化水力喷砂射孔所需的流速、最佳喷射时 间、喷砂液浓度、砂粒直径等参数。 ㈠ 水力喷砂射孔技术 主要机理：流体通过喷射工具，压能被转换成动能，高速 流体冲击形成射孔通道，完成水力射孔。 特点： 1.穿透深度大。 2.无地层压实伤害。 3.能够选择定向射孔。
DP1井（3402m）压裂施工曲线图
压裂改造前该井一直停产4年多，压后日产气4.5×104m3， 压裂增产效果显著。
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第五部分：经济及社会效益分析
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第五部分：经济及社会效益分析
㈠ 经济效益
现场施工5井次11层，直接经济效益1445万元。平均单井
日增油8.5t/d，按有效期200天、有效率85%计算，累计增油
产生裂缝 裂缝位置
压力 无法精确 预测
由射流产生裂缝 环空压力+射流 增压使裂缝延伸 精确 可确定 水力封隔 一次多段
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裂缝初始方向 无法预测 封隔方式 机械 一段
第四部分：应用情况及效果分析
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第四源自文库分：应用情况及效果分析
现场应用5口井11层段，工艺成功率100％，有效率100％。 水力喷射最大深度4253-4259m。 施工最高砂比60%，单井最大加砂量50方，最大施工排量 3.5m3/min。 压后油井平均日增油8.9m3，单井最大日增油16m3，平均增产4.5倍，最 大增产9倍，气井压后增产15倍。
施工井号 DP1井 牛东平2井 青2-56H井 喷射压裂 段数 3 2 2 压前产量 压后产量 增产倍数 15 9.0 2.2 完井方式 裸眼 筛管 射孔
m3/d
气3000 2 11
m3/d
气45000 18 24
庙平-11井
F239H井
2
2
1.3
1.5
3.4
6
2.6
4.0
套管
套管
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第二部分：关键技术及创新内容
（三）水力喷砂压裂工艺步骤
1、洗井，下喷射工具到预定位置，进行水力喷砂射孔。 2、泵入前置液，环空迅速增压产生裂缝，排量增加到设计压裂排 量，进入主压裂施工程序，施工结束。 3、关井、放喷、压井上提油管到上一个压裂的位置。 4、重复以上步骤，至整个井段压裂结束。
20-40目石英砂
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第二部分：关键技术及创新内容
创新点二：利用水力喷砂射孔定点压裂工艺技术，不用机械 封隔一趟管柱实现多段改造。
㈠ 水力喷砂压裂技术 原理：射流在喷射通道中形成增压。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压开地层。
压开地层： P增+P环>P破裂
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第二部分：关键技术及创新内容
㈡ 水力喷砂射孔参数设计优化
2、压力、流速
根据水力学的动量定律， 当喷嘴的截面一定时，射流速度 与压力成正比。试验证明，当通过喷嘴的流速保持在120米/ 秒、工作压力12MPa以上时，可以取得较好的切割效能。 3、喷射时间 在一定的工作压力下，当射流达到 一定深度后，继续延长喷射时间是 无意义的。喷射时间一般在15-20 分钟。
经济、安全的分段增产技术。
2、是解决裸眼井、割缝管完井、水平井、直井分段
压裂的尖端技术。 3、目前国内水力喷射工具与国外存在差距，普遍存 在磨损，尚需要进一步研究。
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第二部分：关键技术及创新内容
创新点三： 水力喷射压裂管柱结构设计，实现多段压裂，又能解
决砂堵后的反洗问题。
管柱结构：引鞋+筛管+单流阀+短节+喷枪+油管
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第二部分：关键技术及创新内容
关键技术：应用了高耐磨喷嘴
喷嘴需承受高压和高速工作液的冲蚀，容易导致喷嘴变形、 破损。要求喷嘴具有高耐磨性，是保证工艺成功的关键。
水力喷砂压裂施工参数
井号 油管排量（m3/min） 环控排量（m3/min） 平均砂比（%） 最高砂比（%） 合计砂量（m3） DP1井 2 1.1 24 52 58 牛东平2 2.6 1 25 35 36 庙平1 2.5 1 30 45 36 F239H 2.5 1 31 40 38
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DP1井水力喷射压裂技术实施情况
（1）DP1井井层概况 DP1井是鄂尔多斯盆地大牛地气田的一口水平井，水平井段612m，采 用裸眼完井方式完井。
根据测井解释结果，确定DP-1井水平井段水力喷砂射孔3个人工裂 缝的选择位置:
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DP1井水力喷射压裂技术实施情况
（2）压裂施工概况
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第二部分：关键技术及创新内容
㈡ 水力喷砂射孔参数设计优化
6、围压：射孔深度
随着围压的增大成
线性递减。 喷砂射孔施工参数：
井号 射孔排量（m3/min） 砂浓度（kg/m3） 砂量（m3) 喷砂时间(min) 陶粒粒径 DP1 1.9 120 2 15 40-70目陶粒 牛东平2 2.5 120 2.4 15-20 庙平1 2.5 120 1.2 10 F239H 2.5 120 1.2 10 青2-56H 1.8 120 1.6 15
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第二部分：关键技术及创新内容
㈡ 水力喷砂射孔参数设计优化
4、含砂浓度: 含砂量越高，切割效能越好。但是，过多的含砂量容易引 起砂堵，并会在途中互相碰撞，降低速度，影响喷射效果。确
定砂浓度120 kg/m3 。
5、砂粒直径 砂粒直径越大，质量越大，冲击 力就越大。一般讲，砂粒直径取喷嘴 直径的1/6为最佳，确定选用40-70目 和20-40目的石英砂或陶粒均适用。
8000多吨。
㈡ 社会效益
研究与现场应用表明，该技术有效解决了长期困扰水平
井分段压裂的技术难题，大大推动吐哈油田水平井压裂技术
进步，拓展了压裂技术的应用范畴。
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第六部分：结论及认识
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第六部分：结论及认识
1、水力喷射定点压裂是集水力喷砂射孔、压裂、封
隔一体化的新型改造技术，是一种精准、高效、
2008年8月井下公司与哈里伯顿公司合作，DP1井水力喷射定点压裂一 次成功，三层累计入井液量565.2 m3，加砂57.2m3，施工油管排量1.9-2.0 m3/min，套管排量1.1 m3/min，最高砂比52%，平均砂比最高达到了28%。
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DP1井水力喷射压裂技术实施情况
吐哈油田井下技术作业公司
第一部分：研究背景与意义
前期主要采用的改造方式：
1、超高排量笼统压裂。 2、封隔器、桥塞或化学胶塞分段改造。 工艺上成功，未能达到预期效果。 水力喷射定点压裂技术：是集射孔、压裂、封隔一体化的新技术，是 一种全新压裂技术。为哈里伯顿公司专有。 我国于2005年在靖安油田靖平1井与哈里伯顿公司合作，首次成 功开展了水力喷射分层压裂。该技术在我国属于起步阶段。 为了提高水平井开发效果，开展了水力喷砂定点压裂技术研究。
环空压力：略低于裂缝的延伸压力
压裂排量：考虑压裂液摩阻、 喷嘴的节流压差、裂缝延伸压力、 喷射工具强度、套管强度、压裂 限压等。
压裂
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第二部分：关键技术及创新内容
（二）水力封隔技术
原理：通过控制喷射工具，准确选择裂缝起裂的位置与方向；
裂缝形成后，高速流体喷射进入孔道和裂缝，孔道相当于 “射流泵”；环空的流体在压差的作用下被吸入地层，维持 裂缝的延伸，实现水力封隔。
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第一部分：研究背景与意义
吐哈油田现有水平井99口。
水平井压裂改造难点：
1.改造井段长，采用分段改造。
2.一般需分3-5段压裂，封隔工具要求高。
3.多为裸眼完井和筛管完井，封隔难度大。 提高水平井压裂改造效果主要对策： 1.均衡改造。 2.有效封隔。
3.起裂位置裂缝形态确定。
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第二部分：关键技术及创新点
㈡ 水力喷砂射孔参数设计优化
1、喷嘴选择：要具有良好的耐磨性和较高的流量系数。
从水力学知识得知流束任意一点处的速度可由下式求得： VL =CV0D/L 式中: V L——微粒喷嘴出口距离为L 处的射流轴心速度； C——为试验常数≈6； V0——为射流初速度； D——为喷嘴直径； L——为喷嘴出口至喷射物距离。 上式表明，当L=6D 时，其射流速度仍然保持起初速度的V0不变， 自该点之后，射流则按上述规律逐渐减小。
水力喷射定点压裂改造技术 研究与应用
汇报人：董玉玲 吐哈油田井下技术作业公司
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汇 报 提 纲
第一部分：研究背景及意义 第二部分：关键技术及创新点 第三部分：主要技术特点 第四部分：应用情况及效果分析 第五部分：经济及社会效益分析 第六部分：结论及认识
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第一部分：研究背景与意义
3×∮6mm，间距60mm 相位120°，长360mm。
直径6mm的喷嘴
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第三部分：主要技术特点
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第三部分：主要技术特点
水力喷射压裂技术是一项能有效控制裂缝起裂的增产措施。只 在指定的位置处进行压裂造缝。
序号 特性 常规压裂 水力喷射压裂
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第二部分：关键技术及创新点
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第二部分：关键技术及创新点
创新点一：设计优化水力喷砂射孔所需的流速、最佳喷射时 间、喷砂液浓度、砂粒直径等参数。 ㈠ 水力喷砂射孔技术 主要机理：流体通过喷射工具，压能被转换成动能，高速 流体冲击形成射孔通道，完成水力射孔。 特点： 1.穿透深度大。 2.无地层压实伤害。 3.能够选择定向射孔。
DP1井（3402m）压裂施工曲线图
压裂改造前该井一直停产4年多，压后日产气4.5×104m3， 压裂增产效果显著。
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第五部分：经济及社会效益分析
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第五部分：经济及社会效益分析
㈠ 经济效益
现场施工5井次11层，直接经济效益1445万元。平均单井
日增油8.5t/d，按有效期200天、有效率85%计算，累计增油
产生裂缝 裂缝位置
压力 无法精确 预测
由射流产生裂缝 环空压力+射流 增压使裂缝延伸 精确 可确定 水力封隔 一次多段
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裂缝初始方向 无法预测 封隔方式 机械 一段
第四部分：应用情况及效果分析
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第四源自文库分：应用情况及效果分析
现场应用5口井11层段，工艺成功率100％，有效率100％。 水力喷射最大深度4253-4259m。 施工最高砂比60%，单井最大加砂量50方，最大施工排量 3.5m3/min。 压后油井平均日增油8.9m3，单井最大日增油16m3，平均增产4.5倍，最 大增产9倍，气井压后增产15倍。
施工井号 DP1井 牛东平2井 青2-56H井 喷射压裂 段数 3 2 2 压前产量 压后产量 增产倍数 15 9.0 2.2 完井方式 裸眼 筛管 射孔
m3/d
气3000 2 11
m3/d
气45000 18 24
庙平-11井
F239H井
2
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1.3
1.5
3.4
6
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4.0
套管
套管
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