水力喷射压裂技术研究与应用
水平井的水力喷射压裂技术的研究
水平井的水力喷射压裂技术的研究发布时间：2021-09-22T02:45:18.587Z 来源：《工程管理前沿》2021年5月14期作者：靳玉强[导读] 水力喷射压裂工艺作为一类集射孔、压裂等一体化技术靳玉强中国石油天然气股份有限公司玉门油田分公司油田作业公司甘肃省酒泉市 735000摘要：水力喷射压裂工艺作为一类集射孔、压裂等一体化技术，主要适用于低渗透油藏直井、水平井的增产改造，具有良好的应用成效。
本文主要分析水平井水力喷射分段压裂基本原理、特征，明晰影响压裂实际工艺参数，介绍三种不同的管柱压裂工艺。
关键词：水平井；水力喷射压裂；技术要点水力压裂历经半个世纪发展，尤其自80年代末以来，处于压裂设计、添加剂、压裂设备等均获取大幅度提升，促使水力压裂技术在多领域获取新的突破。
现下水力压裂作为一项新工艺技术，其进一步改变流动方式，从本质层面降低实际渗流阻力，可实现增产增注的目标。
一、水力喷射压裂基本原理及特征1、水力喷射压裂的基本原理水力喷射压裂技术基本原理为，充分借助水力喷射压裂工具，通过两个环节完成地层裂缝开启，首先需将喷射分段压裂管放置于初期设定部位，实现水力喷射，利用高压射流处于地层内形成喷射孔道，其次待孔道形成后，压裂液通过油管内由喷嘴射入孔道内，同时环空注入基液补偿地层其他缺失的部位，以此保证环空自身压力，将孔道内压力提升至一定程度，保证孔内压力吻合压开地层实际水平，以免进入孔内压裂液从孔口返出环空，促使地层产生裂缝并逐步向更深层次延伸，从而实现对油气井改造增产目标。
射流射入孔道内实现增压过程中，压裂液定点注入仅产生局部增压，不会处于井筒内部其他部位产生高压，促使形成新的裂缝，亦或发现有裂缝再次张开。
水力喷射压裂工艺本质在于借力高速射流，可处于井下产生一个低压区域，保证环孔流体进入施工层段，无需选用机械进行密封。
2、水力喷射压裂射流密封计算模型结合实践数据系统性分析，射流密封压力与多个因素相关，其与喷嘴流量系数、试验回归系数、喷嘴直径均呈正相关，与套管控孔眼实际直径成反比，通过对试验数据进行回归性分析，最终获取计算模型公式如下：式中：K为试验数据回归系数；C为喷嘴流量系数，无量纲；p为射流密封压力，MPa，Pd为射流压力，MPa，D为套管孔眼直径mm，d 为喷嘴直径mm。
水力喷砂射孔压裂
环境保护与可持续发展
减少环境污染
优化水力喷砂射孔压裂的 作业流程，降低废水和废 气的排放，减少对环境的 污染。
节能减排
研发低能耗、低排放的设 备和工艺，降低水力喷砂 射孔压裂过程中的能源消 耗和碳排放。
资源回收利用
对水力喷砂射孔压裂过程 中产生的废料进行回收利 用，实现资源的循环利用。
市场应用前景与商业模式
煤层气开发
总结词
水力喷砂射孔压裂技术在煤层气开发中具有重要作用，能够提高煤层气的产量和采收率。
详细描述
煤层气是一种清洁能源，开发利用煤层气对于减少环境污染和能源需求具有重要意义。 水力喷砂射孔压裂技术能够有效地对煤层进行射孔和压裂，提高煤层气的产量和采收率。 该技术对于低渗透煤层和致密煤层的开发尤其有效，能够显著提高煤层气的开采效率和
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市场需求增长
随着油气勘探开发领域的不断发展，水力喷砂射 孔压裂技术的应用范围和市场前景将不断扩大。
商业模式创新
探索新的商业模式，如服务外包、技术转让等方 式，推动水力喷砂射孔压裂技术的商业化应用。
3
国际合作与交流
加强国际合作与交流，引进国外先进技术和管理 经验，提高我国水力喷砂射孔压裂技术的国际竞 争力。
水力喷砂射孔压裂的定义
定义
水力喷砂射孔压裂是指利用高压水流携带砂 粒或磨料对油井进行射孔，并在射孔的同时 对储层进行压裂的技术。通过这种方式，可 以在储层中形成更多的裂缝，增加油气的渗 透面积，从而提高油气的产量。
技术原理
水力喷砂射孔压裂技术的基本原理是利用高 压水流携带砂粒或磨料，通过喷嘴将水流和 砂粒或磨料高速喷射到油井的储层中。水流 和砂粒或磨料在撞击到储层岩石时产生冲击 力，这种冲击力能够使岩石破碎并形成孔洞 。同时，高压水流产生的压力能够使储层中 的裂缝扩大，进一步增加油气的渗透面积。
水力喷射压裂技术研究与应用
水力喷射压裂技术研究与应用1. 引言1.1 研究背景水力喷射压裂技术是一种在油田开发中广泛应用的新型技术，它通过高压液体射流作用于裂隙岩石，从而使岩石发生裂缝并增加渗透性，有利于油气的产出。
随着油气资源开采难度的增加，传统的压裂技术已经不能满足对高效、高产的需求，水力喷射压裂技术应运而生。
研究背景是水力喷射压裂技术在油田开发中的应用历史较短，相关研究相对较少，而且存在一些问题和挑战。
目前对水力喷射压裂技术的理论研究还不够深入，工程实践中存在一定的技术难点，如流体动力学特性、裂缝扩展规律等方面的研究仍需加强。
由于水力喷射压裂技术在油田开发中具有重要的应用价值，因此对其进行深入研究具有积极意义。
本文将对水力喷射压裂技术的原理、工艺流程、应用案例以及未来发展趋势进行探讨，旨在为该技术的进一步应用提供理论参考和实践指导。
1.2 研究意义研究水力喷射压裂技术的意义在于解决油气田开采中存在的一系列挑战和问题。
水力喷射压裂技术可以提高油气井的产能和采收率，加快油气的开采速度，从而提高油气田的经济效益。
水力喷射压裂技术还可以降低油井的产能下降速度，延长油气田的产出周期，延长油井的寿命。
水力喷射压裂技术的研究和应用不仅可以提高单井生产能力，还可以改善整个油气田的开发效果，为油气资源的高效开发和利用提供技术支持和保障。
深入研究水力喷射压裂技术的原理和工艺，探索其在油气田开采中的应用范围和效果，具有重要的实际意义和推广价值。
1.3 研究目的研究目的是为了深入了解水力喷射压裂技术在地下岩石中的应用及效果，为油气田的开发提供技术支持和指导。
通过研究水力喷射压裂技术的原理和工艺流程，探讨其在不同地质条件下的适用性和优势，为进一步优化和完善该技术提供参考。
通过分析水力喷射压裂技术的应用案例和发展趋势，可以为相关领域的研究人员和工程师提供实际操作的指导和经验分享，推动水力喷射压裂技术的进一步应用和推广。
最终目的是为了推动油气勘探开发领域的技术创新和发展，提高油气勘探开发效率和产量，促进能源行业的持续发展和进步。
水利喷砂水力喷射
水力喷射定点压裂改造技术研究与应用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。
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。
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。
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。
6、围压：射孔深度随着围压的增大成线性递减。
（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。
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。
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。
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。
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。
水力喷射分段压裂技术
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技术实施步骤与注意事 项
现场勘察与准备
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现场地质勘察
了解地层构造、岩性、储层物性等情况，为后续 压裂方案制定提供依据。
设备与材料准备
根据勘察结果，准备相应的压裂设备、材料，确 保满足施工需求。
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施工场地布置
合理规划施工场地，确保作业安全、高效进行。
设备安装与调试
设备检查
对所有设备进行全面检查，确保设备性能良好、无故障。
应用案例二：天然气开采
总结词
水力喷射分段压裂技术在天然气开采中表现出良好的增产效果，尤其在低渗透气藏中具有显著优势。
详细描述
水力喷射分段压裂技术适用于天然气的开采，尤其在低渗透气藏中表现出良好的增产效果。通过高压 水射流对气藏进行分段压裂，可以增加气藏的渗透性和连通性，从而提高天然气的采收率和产量。此 外，该技术还可降低天然气的开采成本，提高经济效益。
的大规模开发提供有力支持。
应用效果对比分析
总结词
水力喷射分段压裂技术在不同领域的应用效果各异， 但均表现出良好的增产和经济效益。
详细描述
水力喷射分段压裂技术在石油、天然气和地热能开发等 领域均表现出良好的应用效果。在石油开采中，该技术 提高了采收率、降低了成本并减少环境污染；在天然气 开采中，它提高了产量和经济效益；在地热能开发中， 该技术则提高了地热资源的利用率和经济效益。总体而 言，水力喷射分段压裂技术在不同领域的应用效果均显 示出其独特的优势和潜力。
原理
利用水力喷射工具产生高速射流，在 井筒内形成高压，使地层产生裂缝， 然后通过砂浆等支撑剂的填充，保持 裂缝开启，提高油气的渗透性。
技术发展历程
起源
当前状况
水力喷射分段压裂技术起源于20世纪 90年代，最初用于水平井的压裂。
油气开采中的水力压裂技术研究及应用
油气开采中的水力压裂技术研究及应用水力压裂技术，是一种利用水或其他压缩介质对岩层进行注入并形成裂缝，从而使地下气体、原油等资源能够顺利流出地面的技术。
自二十世纪七十年代进入人们的视野以来，水力压裂技术在国内外的油气开采中得到越来越广泛的应用，成为一项极具前景并备受关注的技术手段。
那么，为何水力压裂技术能够在油气开采中如此受到大家的欢迎和认可呢？今天，我们就来一探究竟。
一、水力压裂技术的优势1、适用范围广：水力压裂技术能够适应各种不同类型的岩层，包括致密砂岩、页岩、煤层气等。
由于能够从地下深处提取出可用资源，因此水力压裂技术在能源领域的应用广泛，被誉为能源产业的一员。
2、提高了油气开采效率：传统的油气开采方式效率低下，只能提取部分可用资源，而水力压裂技术则可以把地下被困住的资源都释放出来。
通过注入高压流体，可以使岩层产生裂缝，增加储层的通透性，提高了油气的开采率。
一项研究表明，美国采用水力压裂技术，每天可获得约五百万桶的油和天然气，为该国提供了重要的能源支撑。
3、减少了环境污染：水力压裂技术相对于传统的油气开采方式，可以让气体和原油更直接地流到地面，减少了可能产生的地下难以发现的泄漏和污染。
虽然水力压裂技术本身也存在一些环境问题，如地震风险等，但在恰当的条件下进行，它能够帮助减少对环境的负面影响。
二、水力压裂技术的具体操作过程在了解水力压裂技术优势的基础上，我们深入探究一下它是如何操作的。
1、注水管具备渐进性：从地面通过专门的管道将水流注入到地下裂隙中，使岩层开始渗漏。
2、压裂液的制备工艺：压裂液通常由水、沙子、粘土和化学添加剂组成，其中沙子是为了防止岩层过度裂开，化学添加剂则可以帮助减缓水的黏度并使粘土更容易与岩石结合。
还有其他的添加剂用于抑制气体溢出和防止水垢等问题。
3、添加化学物质：为了使压裂液更加适合与岩石结合，添加剂中常使用丙烯酸类物质来填补裂隙。
然后在岩层中注入高压止水措施来增加其中心腔的压力。
水力喷射压裂技术研究与应用
水力喷射压裂技术研究与应用引言水力喷射压裂技术是一种通过高压水将岩石破碎的技术，广泛应用于油气开采、地下水开采和岩层改造等领域。
随着我国石油、天然气资源勘探开发深入，水力喷射压裂技术的研究和应用也越来越受到重视。
本文将介绍水力喷射压裂技术的研究现状和应用前景，探讨其在油田开发中的重要作用。
一、水力喷射压裂技术概述水力喷射压裂技术是一种将水以极高的压力注入地层，通过水的冲击力使岩石破裂，从而增加地层渗透性的技术。
它通过高压水射流对地层进行破碎，增加油气流体的渗流能力，从而提高油气产量。
与传统的机械压裂技术相比，水力喷射压裂技术不需要大型设备和复杂的施工流程，施工成本低、效率高，对地层破坏小，有利于环境保护。
水力喷射压裂技术通常包括以下几个步骤：首先是选取合适的压裂液，通常使用水或液体二氧化碳；其次是确定压裂参数，包括压裂液的流量、压力和注入时间等；然后是进行压裂过程监测，通过监测岩石中的应力变化和裂缝扩展情况，以及岩石孔隙度和渗透率的变化情况；最后是对压裂效果进行评估，包括油气产量的变化、地层渗透性的增加等。
二、水力喷射压裂技术的研究现状1. 技术原理研究水力喷射压裂技术的研究主要包括压裂液的选择、压裂参数的确定、岩石破裂机理的研究等方面。
近年来，随着地质勘探和工程技术的进步，对压裂液的研究逐渐深入，不仅在稳定性、黏度、密度等方面进行了优化，还研究了特殊条件下的压裂液配方。
对压裂参数的确定也有了更加准确和系统的研究，通过对地层岩石物理力学性质的研究，确定最佳的压裂参数。
岩石破裂机理的研究也为水力喷射压裂技术提供了理论支持，为进一步提高压裂效果提供了依据。
2. 设备技术研究水力喷射压裂技术的研究还包括相应的设备技术研究。
目前，主要涉及高压水泵、压裂车、压裂管道等设备的研发和改进。
高压水泵是水力喷射压裂技术中最关键的设备之一，其性能的稳定性和耐用性对技术的应用起到了至关重要的作用。
压裂车和压裂管道的设计和制造也决定了施工的高效性和安全性。
水力喷射分段压裂技术研究
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，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。
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水力喷射压裂技术研究与应用
1. 引言
随着人类对能源需求的不断增长以及传统能源资源的逐渐枯竭，非常规能源资源的开发和利用变得愈发重要。
页岩气、煤层气等储层的开发就成为目前研究的热点之一。
而水力喷射压裂技术作为非常规能源勘探和开发中的重要手段之一，正扮演着越来越重要的角色。
本文将对水力喷射压裂技术的研究与应用进行深入探讨。
2. 水力喷射压裂技术的原理及特点
水力喷射压裂技术是指通过高压液体在井下将岩石进行压裂，从而使天然气和原油等可燃性气体及液体通过裂隙泄漏到井孔中，达到提高气田、油田开采生产的目的。
其原理主要是利用高压液体对目标储层进行压裂，从而增加目标储层的渗透性，提高产能。
与传统的压裂技术相比，水力喷射压裂技术具有以下几个特点：
1) 压裂过程中压力分布均匀，裂缝展状效果好；
2) 不用添加人工密实剂；
3) 无需基质砂层作保证层；
4) 液压裂解使用量小，经济效益好。
3. 水力喷射压裂技术的研究进展
随着非常规油气能源勘探的不断深入，水力喷射压裂技术的研究也在不断深化。
近年来，基于水力喷射压裂技术的研究成果主要集中在以下几个方面：
1) 水力喷射压裂技术的提高：包括液压裂解水质的改善、压裂液体的选取、压裂参数的合理配置等；
2) 目标储层特性的研究：包括对储层裂缝的特性、渗透性的影响等；
3) 水力喷射压裂技术与环保的结合：包括压裂液回收、废弃液处理等环保技术的研究；
4) 水力喷射压裂技术与智能化的结合：包括智能化的压裂液控制、自动化控制等技术研究。
4. 水力喷射压裂技术的应用案例
在国内外的一些非常规油气勘探开发中，已经有一些水力喷射压裂技术的成功应用案例。
下面举几个具体的应用案例进行介绍：
1) 美国马绍尔盖斯的页岩气勘探：水力喷射压裂技术在这一项目中得到了广泛的应用，并取得了不错的效果。
通过水力喷射压裂技术，该项目的产能明显提高，成为当地的一块明星气田。
2) 中国四川盆地的煤层气开发：在中国四川盆地的煤层气勘探中，水力喷射压裂技术也取得了不错的应用效果。
通过采用水力喷射压裂技术，提高了煤层气的产能，取得了良好的经济效益。
3) 欧洲北海油气勘探：在欧洲北海的一些非常规油气勘探中，水力喷射压裂技术也得到了应用。
通过水力喷射压裂技术的应用，一些传统油田的产能也得到了提升。
水力喷射压裂技术作为非常规油气储层开发中的重要手段，将在未来发挥越来越重要的作用。
通过深入的研究和不断的技术改进，相信水力喷射压裂技术一定会在非常规油气资源勘探开发中取得更大的成就。