水力喷砂分段压裂技术
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水平井水力喷砂分段压裂技术
水平井水力喷砂分段压裂技术作者：刘爱民来源：《中国科技博览》2013年第33期[摘要] 水力喷砂射孔分段压裂技术是将射孔、分层压裂融为一体的新型增产措施，无需下封隔器，一趟管柱即可完成多层段射孔压裂，提高了措施的有效性和安全性。
[关键词]水力喷砂分段压裂油田工艺设计中图分类号：TK7一、水平井水力喷砂分段压裂工艺的内涵1、水平井分段压裂技术主要包括水力喷砂分段压裂、滑套封隔器分段压裂和双封单卡机械分段压裂。
其中水力喷砂分段压裂技术是一项以水力喷砂射孔与加砂压裂联作的储层改造技术。
2、水平井水力喷砂分段压裂技术功能主要有一下几点：（1）水力喷砂分段压裂通过采用喷砂射孔和加砂压裂联作，不需要使用封隔器与桥塞等隔离工具。
（2）采用负压封隔，具有井下工具作业简单、外径小，砂卡几率低，施工安全性高，受完井方式的限制小等优点。
（3）水平井水力喷砂分段压裂应用范围广，水力喷砂分段压裂适应于套管、裸眼和筛管等不同完井方式的中深水平井。
二、水平井水力喷砂分段压裂发展1、水平井水力喷砂分段压裂工艺现状水平井水力喷射分段压裂改造技术是90年代末发展起来国外应用比较广泛的技术，此项技术可以在裸眼、筛管、甚至套管完井的水平井以及灰岩、砂岩等不同岩性储层上进行分段压裂，而且施工安全快捷，对地层伤害小，是一种比较理想的水平井分段压裂改造技术。
本技术的关键在于喷砂工具的结构、喷嘴的尺寸、材质及使用，它们直接影响能否在地层中射流成缝以及加砂，可以满足水平井分段压裂改造技术的要求。
20世纪80年代，国内外开始致力于水平井压裂增产改造技术的研究，目前水力喷射分段改造技术是国外应用比较广泛的技术，这项技术是90年代末发展起来的，经过二十年的发展，分段压裂技术取得了很大的进展，目前国内针对低孔低渗，自然产能低、平面储层的变化非常大，非均质性强的水平井采用多段压裂完井工艺技术，油气井增产效益取得了最大化进展。
由于研究起步较晚，总体上来说，目前，水平井分段压裂改造工艺技术还不能满足实际上的生产需。
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
1 2
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。
水力喷砂压裂工具和技术
作业，在降压后支撑剂就留在压裂缝中。
产品使用情况介绍
由我公司设计、制造的新型压裂喷砂工具和技术在新疆油田施工 成功之后又在吉林油田、玉门油田施工，目前施工已超过10口，每套 产品均能下到喷砂压裂位置，并能完成水力喷砂压裂工艺要求，施工 结束后均能从井下顺利取出。
我公司对每次施工的情况都进行了仔细分析，对产品存在的不 足，都能及时改进，使产品的性能不断提高，目前已能实现每套工具 施工三层的要求。
中穿透的锻钢照片
地面试验结论
我公司研制的水力喷砂压裂工具在地面试验中，快速穿透了套管、钢 锭等金属件，单喷嘴加砂量超过了10m3，全套产品加砂量超过60m3，性能达 到了设计要求，经与国家压裂专家进行技术交流，认为本工具和技术完全 可用于井下施工。
水力喷砂压裂技术特点
1、安全：水力喷砂压裂技术经过理论计算和现场施工验证，证明安全可靠。 2、环保：无需射孔，对地层无污染。 3、节能：使用本技术不需专门射孔，只需下一次管柱，可以解决多层射孔
压裂，减少了作业费用。 4、高效：由于本技术施工无射孔工序，缩短了施工时间，提高了。工作效
率
新疆油田公司经与我公司进行技术交流，同意本工具和技术可以在 新疆油田试用，于是在2007年12月在新疆油田公司第二采油厂BJHW601井进 行了施工，施工效果显著，该井达到了日产原油38.2吨的高产。
水力压裂喷砂技术适用范围和同类比较
主要技术参数 适用套管规格：5 1/2″ 、 7 ″
与国内同类产品比较 目前国内尚无这一技术，我公司这一技术的成功开发，
水力喷砂压裂工具和技术
西安东新石油设备厂有限公司 2009.04.12
水力压裂喷砂工具和技术
水平井水力喷射分段压裂改造技术是90年代末发展起来国外应用比较广泛的 技术，本技术可以在裸眼、筛管、甚至套管完井的水平井以及灰岩、砂岩等
水力喷射压裂技术
力喷射分段改造技术是90年代末发展起来的目前国外应用比较广泛的技术,其技术原理是根据伯努利方程,将压力能转换为速度,油管流体加压后经喷嘴喷射而出的高速射流(喷嘴喷射速度大于126 m/s)在地层中射流成缝,通过环空注入液体使井底压力刚好控制在裂缝延伸压力以下,射流出口周围流体速度最高,其压力最低,环空泵注的液体在压差作用下进入射流区,与喷嘴喷射出的液体一起被吸入地层,驱使裂缝向前延伸,因井底压力刚好控制在裂缝延伸压力以下,压裂下一层段时,已压开层段不再延伸,因此,不用封隔器与桥塞等隔离工具,实现自动封隔。
通过拖动管柱,将喷嘴放到下一个需要改造的层段,可依次压开所需改造井段。
水力喷射压裂技术可以在裸眼、筛管完井的水平井中进行加砂压裂,也可以在套管井上进行,施工安全性高,可以用一趟管柱在水平井中快速、准确地压开多条裂缝,水力喷射工具可以与常规油管相连接入井, 也可以与大直径连续油管( 60.3 mm)相结合,使施工更快捷,国内外已有数百口井用此技术进行过酸压或加砂压裂处理。
水平井压裂主要分为笼统压裂和分段压裂，笼统压裂产生纵向缝，全井段改造，解除深度井筒伤害；分层压裂产生横切缝，主要用来强化处理低渗油气层，而分层的方法有很多种，水力喷射压裂是其中一种。
水力喷射压裂技术（HJF），是集水力射孔、压裂、隔离一体化的新型增产改造技术，它是借助一种特殊的喷射/压裂工具、利用水动力学原理在直井中分层或在水平井段分段压裂而不需其他机械封隔的方法：通过油管把水力喷射井下装置下到指定层位，地面流体加压，通过井下装置喷嘴形成高压高速射流，在地层中形成一定直径和深度的孔眼；关闭油套环空，保持环空压力略低于地层破裂压力，继续喷射，根据伯努利方程，在孔眼顶部的驻点压力将高于地层破裂压力，此时地层中的裂缝将仅在水力喷射形成的孔眼里破裂、扩展，但水平段端部由于环空压裂液压力低于地层起裂压力而不再开裂所以水力喷射射孔压裂是基于伯努利（Bernoulli）方程式，维持低的井底压力并且进行有效的压裂。
PSK多级滑套水力喷射分段压裂技术的应用——以镇北油田水平井为例
２ ． １ ． ２ 工 作原 理
水 力 喷枪 的喷 嘴 和封 隔 器 的 坐 封 水 眼 被 滑 套 挡 住， 喷 枪 和封 隔器 都 不 工 作 ， 液流经过 Ｐ Ｓ Ｋ 工具 内 部 从下 工 具 串流 出。 当下 面 的喷射工 具失 效后 ， 从井 口投
在 镇平 × 井 第一 次 施 工 时 ，采 用 常规 水 力 喷 射钻 具． 在施 工第 ４段 的时 候 ， 因为反 溅损 害 掏空 了一 个 喷
球， 加 压剪钉 ， 打掉滑套 ， 同时钢 球 和滑套 一起 下 落 ， 经
过 封 隔器 中心管 进入 滑套 坐封 接头 ， 封堵 下 面管柱 。 通 过 改变 滑套 的 内径 ，可 以实 现 多级 Ｐ Ｓ Ｋ工 具 。 投 不 同尺 寸 的钢球 开启 对应 的 Ｐ Ｓ Ｋ工 具 。
嘴， 导致 工具 失效 ， 具体 情况 见 图 ４ 。 为 了将反 溅 损 害对 喷枪 本 体 的影 响 减 到最 小 ， 采 取 喷枪 本体 外表 面喷 涂高硬 度 的硬质 合 金技 术 ，来 对
图 １ 水 力喷 射 分 段 压 裂 管 柱 示 意
２ Ｐ Ｓ Ｋ多 级 滑 套 水 力 喷 射 分 段 压 裂
常规 水 力喷射 钻具 经过 多 年 的现 场应 用 ，暴 露 出
一
些 问题 ．如 ２ ０ １ １ —２ ０ １ ２年镇 北水 平井 完试 ４口， 平
图２ ２级 Ｐ Ｓ Ｋ 水 力 喷射 分 段 压 裂 管 柱 示 意
循 环通 道 。 １ ． ３ 水 力喷 射分 段压 裂技 术
２ ． ２ ． ２ 结 构设计 Ｐ Ｓ Ｋ ３ ４ ４ ． １ １ ０在 常规 封 隔器 的 基础 上 加 以改 进 ． 其
上接 头改 为水 力喷 枪 ，同时将 其 坐封 水眼也 设 计在 上 接 头上 。其 主要 由下接 头 、 剪钉 和密封 件组 成 。
水 力 喷枪 的喷 嘴 和封 隔 器 的 坐 封 水 眼 被 滑 套 挡 住， 喷 枪 和封 隔器 都 不 工 作 ， 液流经过 Ｐ Ｓ Ｋ 工具 内 部 从下 工 具 串流 出。 当下 面 的喷射工 具失 效后 ， 从井 口投
在 镇平 × 井 第一 次 施 工 时 ，采 用 常规 水 力 喷 射钻 具． 在施 工第 ４段 的时 候 ， 因为反 溅损 害 掏空 了一 个 喷
球， 加 压剪钉 ， 打掉滑套 ， 同时钢 球 和滑套 一起 下 落 ， 经
过 封 隔器 中心管 进入 滑套 坐封 接头 ， 封堵 下 面管柱 。 通 过 改变 滑套 的 内径 ，可 以实 现 多级 Ｐ Ｓ Ｋ工 具 。 投 不 同尺 寸 的钢球 开启 对应 的 Ｐ Ｓ Ｋ工 具 。
嘴， 导致 工具 失效 ， 具体 情况 见 图 ４ 。 为 了将反 溅 损 害对 喷枪 本 体 的影 响 减 到最 小 ， 采 取 喷枪 本体 外表 面喷 涂高硬 度 的硬质 合 金技 术 ，来 对
图 １ 水 力喷 射 分 段 压 裂 管 柱 示 意
２ Ｐ Ｓ Ｋ多 级 滑 套 水 力 喷 射 分 段 压 裂
常规 水 力喷射 钻具 经过 多 年 的现 场应 用 ，暴 露 出
一
些 问题 ．如 ２ ０ １ １ —２ ０ １ ２年镇 北水 平井 完试 ４口， 平
图２ ２级 Ｐ Ｓ Ｋ 水 力 喷射 分 段 压 裂 管 柱 示 意
循 环通 道 。 １ ． ３ 水 力喷 射分 段压 裂技 术
２ ． ２ ． ２ 结 构设计 Ｐ Ｓ Ｋ ３ ４ ４ ． １ １ ０在 常规 封 隔器 的 基础 上 加 以改 进 ． 其
上接 头改 为水 力喷 枪 ，同时将 其 坐封 水眼也 设 计在 上 接 头上 。其 主要 由下接 头 、 剪钉 和密封 件组 成 。
水力喷射分段压裂技术
04
技术实施步骤与注意事 项
现场勘察与准备
1 2
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。
3
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。
页岩气水平井分段压裂增产技术
膨胀率大，长 度2m以上,耐 压52MPa,适 用于井眼扩张 大的非标裸眼 井、套管井
适用于层间段 长井况，长度 50-500m,适 用于裸眼、套 管、筛管井
遇油、遇水封 隔器，长度 5.2-5.3m,耐 压70MPa,适 用于裸眼、套 管井
液压传统封隔器 高压扩张式封隔器
超长隔离段
遇烃（水）膨胀封隔器
一、水力喷射分段压裂技术案例分析
割缝管完井水平井喷射分段压裂－NDP2井
➢NDP2井是吐哈三塘湖盆地一口割缝管 水平井，割缝管长度596m。施工前产液 不足 2.0 m3/d。难以实施常规压裂。 ➢水力喷射分段加砂压裂，分别在21032105m、1989.6-1991.6m两层段加入陶 粒18.1m3和17.8m3，日产油13-19m3，是 压裂施工前的6.5倍以上。
压裂液 喷射压裂
工具
喷砂射孔 参数效率
一、水力喷射分段压裂技术
1.水力喷射分段压裂机理
• 射孔过程：Pv+Ph<FIP，不压裂
环空加压：Pv+Ph+Pa≥FIP，起裂 • 射流在孔底产生推进压力约2～3MPa，
调整Pa，与推进压力叠加>FEP，
裂缝持续延伸，适应不同地层压裂 • 射流孔口抽吸作用，强化封隔效果。
一、水力喷射分段压裂技术
5.低伤害压裂液配方优化
水力喷射压裂要求：高速剪切后仍有携砂能力； 配伍性好；易破胶；摩阻较低。
表面活性剂浓度优化
稳定剂(EDTA)用量的优化—最佳用量0.3% 氯化钾用量优化—最佳用量6% 氢氧化钾用量优化—最佳用量0.6%
7%氯化钾VES浓度影响
140
120
4%
1.水力喷射分段压裂机理
水力喷射压裂工艺技术介绍
技术简介
技术缺点
（1）施工完一段后，需上提施工管柱到第二层位置处。对于高压气井 需在井口安装防喷器；→→这一点国内已通过打滑套方式逐层压裂解 决，而国外仍然需上提管柱。 （2）环空需要泵注液体； （3）由于喷嘴节流作用，施工压力比同等条件下加砂压裂泵注压力高 20-25MPa左右，深井应用可能受限。
同理，压裂第二层 利用原管柱排液生产
汇报提纲
技术背景
技术简介
典型井实例
典型井实例
国外应用概况
2002年7月62口井统计，裸眼水平井应用多，成功率较高。 平均增产30～60%，成本与单级压裂相当或稍高。
套管 井 衬管 井 17 6 垂直井 水平井 11 49 压裂 挤酸 52 10 酸 支撑砂 31 30 经济成 功 技术成 功 34 21
压裂完成后的工具
典型井实例 国内应用概况
（3）四川某气田水平井，油管拖动压裂 水平井：GA002-H9 垂深1700m，水平段500m； 用2 7/8”油管拖动喷射压裂2段，加砂50 m3
日产气由8,000m3/d增加至70,000m3/d。
典型井实例 国内应用概况
（4）四川某气田水平井，不动管柱（滑套实现选层）
技术简介
技术关键
关键是喷嘴选择，在高压下需耐大量陶粒的冲刷。要求喷嘴材料必
须具有高硬度、高耐磨性，二者缺一不可。
喷枪全貌（入井前）
技术简介
适用范围
（1）对完井方式没有特别要求，裸眼井、衬管完井、套管完井 均较适合； （2）对井型没有特别要求，水平井、直井均适合，直井多层分 压也可进行。 （3）井身条件差，封隔器无法有效密封的井； （4）喷嘴节流作用明显，不适用于高压井压裂
115.0
188.0
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• 水马力 (HHP) = 压力 (psi) x 排量 (BPM) 40.8
• 附加的备用泵 (50% - 100%）
(3)压裂施工
①正循环用压裂液基液替满井筒。 ②射孔：砂比8-10%的20-40目石英砂。 ③关闭套管旋塞。 ④第一段压裂作业：油管和套管按设 计注入。
7
⑤停泵关井。 ⑥反循环洗井，上提管柱至第二个喷 射位置。 ⑦按设计完成第二段压裂作业。 ⑧依次完成全部压裂施工，最后起管 柱完井。
现阶段，水力喷砂分段压裂工艺具有以下主要适应 性：
（1）适用于新井改造； （2）完井方式上，可应用于裸眼完井、筛管完井、套管完井，油 田主要应用于51/2“套管井，气田应用于41/2“套管井和6“裸眼井； （3）储层改造方式上，可应用于酸压或加砂压裂； （4）井深一般小于5000m。
4
3、水力喷砂分段压裂施工工艺过程
1
汇报提纲
一、原理及主要做法 二、关键工具及性能 三、前期试验及认识 四、近年技术研究与发展 五、应用情况
一、原理及主要做法
2
1、水力喷砂分段压裂的技术原理？
水力喷砂分段压裂技术是通 过高速水射流射开套管和地层并 形成一定深度的喷孔，流体动能 转化为压能，在喷孔附近产生水 力裂缝，实现压裂作业。由于喷 孔内的压力要高于环空压力，喷 射压裂具有自动隔离的效果。
堵头实物图
三、前期试验及认识
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2006-2008 年 ， 照 搬 国 外水力喷砂压裂的做法，在 以吴420长6为代表的油田开 展了早期的水力喷砂压裂现 场试验，其中仅吴420井区 完试16口井。
长庆油田区域分布图
吴旗油田
水平段长度：300－500m 改造段数：3-5段 单段加砂量：25-35m3 油管排量：1.8-2.0m3/min 套管排量：0.6m3/min 平均砂比：30-40% 支撑剂：20-40目石英砂
喷射器是影响喷射效果和施工效率的关键部 件。
主要影响因素：
Ø 喷嘴流道形状 Ø 喷嘴直径 Ø 喷嘴布放方式 Ø 喷嘴材质 Ø 喷射器材质 Ø 喷射方式
喷嘴螺旋布放时孔内流速分布图
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(2)偏心定位器
当液流以较高速度流经偏心定位器时，在压力作用下，由于两个内 腔不同心，流体与内腔管壁交接处会出现旋流，产生向下的力，推动定 位器旋转方向。
二、关键工具及性能
8
工具组成：
万向节+偏心定位器+喷射器+喷射器+单流阀+眼管+堵头
万向节
偏心定位器
单流阀
堵头
喷射器 水力喷砂压裂工具示意图
眼管
接头
调整短节 偏心定位器
万向节
喷射器+单流阀
工具实物图
眼管+堵头
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(1)喷射器
喷射器水力喷砂射孔压裂中的核心部件，由喷射器本体和喷 嘴组成。
• 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； • 根据储层特点，通过调整喷嘴位置、数量、大小可实现不同方位、 不同施工排量、压力下的压裂施工； • 提供高速射流，实现段间水力自动封隔功能。
伯努利方程：
1 v 2 + gh + P = const 2
其中： —表流量 —液体的局部压力
ρ—液体的密度 C—常量
P套 P油
Pc（地应力）
P入 P围
P孔
压力分布示意图
3
2、水力喷砂压裂的技术优势及适应性
①可用于裸眼、套管完井等多 种完井方式； ②实现射孔压裂一体化； ③在一定条件下，可以实现水 力自动封隔； ④一趟管柱可以进行多段压 裂，施工周期短，有利于降低 储层伤害； ⑤工艺具有降破压功能，储层 易压开。
水力喷砂分段压裂技术
中国石油长庆油田分公司 二○一一年六月
前言
水力喷砂分段压裂技术起源于60年代末70年代初的水力喷砂射孔技术，作为 增产技术的一种，前期仅应用于射孔领域，直到1998年，Surjaatmadja提出水力喷 射压裂方法，水力喷砂开始延伸到压裂领域，形成了水力喷砂压裂技术，并应用于 水平井压裂，改变了裸眼水平井不能压裂的历史，在国外应用了数千口井。
11
(4)单流阀
• 保证射孔、压裂过 程中油管中液体只从 喷射器喷嘴中喷出； • 进行反循环洗井。
单流阀实物图 单流阀示意图
(5)眼管
反循环洗井过程中防止一些大杂物进入油管，堵塞喷嘴，另外， 为反循环洗井提供更大的过流通道。
眼管示意图
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(6)堵头
• 下管柱时，起着导 向作用； • 封堵油管，保证反 循环洗井过程中液体 只从喷嘴和筛管通 过。
水力喷砂与小直径封隔器联作拖动压裂：
通井洗井 下喷射工具 射孔 压裂下层 反循环洗井 拖动油管 射孔 压裂上层 反循环洗井 起管柱完井
不动管柱多级滑套水力喷砂压裂：
通井洗井 下喷射工具 射孔 压裂下层 观察裂缝闭合 投球打开滑套 射孔 压裂上层 重复直至压完最后一层 完井
(1)通洗井
用合适尺寸通井规通井，并用活性水将井筒清洗干净。 其它要求： ①试压 ：对套管试压，确保套管完好。 ②油管校深 ：由于油管伸长量计算误差较大，因此，需对油管进行 校深作业(主要对直井段)，一般在油管传输测三样时进行校深（在直 井段下入校深短节，通过GR校深）。
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(2)压前准备
按设计要求下入压裂施工管柱，并完成压裂设备、配液等施工准 备。
其它要求： ①油管和环空两套注 入系统。 ②套管闸门要求带旋 塞阀：方便喷砂结束 后快速关井。
水力喷砂压裂系统地面组成示意图
油管注入系统
套管注入系统
6
ห้องสมุดไป่ตู้
③为保障足够的喷射排量和射孔阶段的连续，应合理选择压裂设备，施 工前对每台设备进行检查。
• 可实现定方位射孔； • 扶正作用，保证施工时各个喷嘴的喷距相同。
偏心定位器示意图
(3)万向节
• 提高钻具在复杂井眼井中的
通过能力，易于起下管柱；
• 与偏心定位器配合调整喷射
方位，使之与设计方位一致；
• 钻具活动空间增大，提高管 柱起钻解卡解堵的成功率。
15°
功能：在一定范围内在径向上和轴 向上可以自由活动。
2005年，以长庆油田为代表的国内油田开始引入水力喷射压裂工艺，针对射流 增压、喷孔形态等关键理论认识，开展了大量物模实验，许多研究成果改变了传统 理论认识，根据研究成果，长庆油田改进了水力喷砂压裂技术，在油田形成了水力 喷砂与小直径封隔器联作拖动压裂技术，在气田形成不动管柱多级滑套水力喷砂压 裂技术，至目前，在长庆油田应用了124口井，压后增产3倍以上，在长庆气田应用 47口井，增产3-5倍，目前已成为油气田水平井改造的主体技术之一。
• 附加的备用泵 (50% - 100%）
(3)压裂施工
①正循环用压裂液基液替满井筒。 ②射孔：砂比8-10%的20-40目石英砂。 ③关闭套管旋塞。 ④第一段压裂作业：油管和套管按设 计注入。
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⑤停泵关井。 ⑥反循环洗井，上提管柱至第二个喷 射位置。 ⑦按设计完成第二段压裂作业。 ⑧依次完成全部压裂施工，最后起管 柱完井。
现阶段，水力喷砂分段压裂工艺具有以下主要适应 性：
（1）适用于新井改造； （2）完井方式上，可应用于裸眼完井、筛管完井、套管完井，油 田主要应用于51/2“套管井，气田应用于41/2“套管井和6“裸眼井； （3）储层改造方式上，可应用于酸压或加砂压裂； （4）井深一般小于5000m。
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3、水力喷砂分段压裂施工工艺过程
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汇报提纲
一、原理及主要做法 二、关键工具及性能 三、前期试验及认识 四、近年技术研究与发展 五、应用情况
一、原理及主要做法
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1、水力喷砂分段压裂的技术原理？
水力喷砂分段压裂技术是通 过高速水射流射开套管和地层并 形成一定深度的喷孔，流体动能 转化为压能，在喷孔附近产生水 力裂缝，实现压裂作业。由于喷 孔内的压力要高于环空压力，喷 射压裂具有自动隔离的效果。
堵头实物图
三、前期试验及认识
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2006-2008 年 ， 照 搬 国 外水力喷砂压裂的做法，在 以吴420长6为代表的油田开 展了早期的水力喷砂压裂现 场试验，其中仅吴420井区 完试16口井。
长庆油田区域分布图
吴旗油田
水平段长度：300－500m 改造段数：3-5段 单段加砂量：25-35m3 油管排量：1.8-2.0m3/min 套管排量：0.6m3/min 平均砂比：30-40% 支撑剂：20-40目石英砂
喷射器是影响喷射效果和施工效率的关键部 件。
主要影响因素：
Ø 喷嘴流道形状 Ø 喷嘴直径 Ø 喷嘴布放方式 Ø 喷嘴材质 Ø 喷射器材质 Ø 喷射方式
喷嘴螺旋布放时孔内流速分布图
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(2)偏心定位器
当液流以较高速度流经偏心定位器时，在压力作用下，由于两个内 腔不同心，流体与内腔管壁交接处会出现旋流，产生向下的力，推动定 位器旋转方向。
二、关键工具及性能
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工具组成：
万向节+偏心定位器+喷射器+喷射器+单流阀+眼管+堵头
万向节
偏心定位器
单流阀
堵头
喷射器 水力喷砂压裂工具示意图
眼管
接头
调整短节 偏心定位器
万向节
喷射器+单流阀
工具实物图
眼管+堵头
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(1)喷射器
喷射器水力喷砂射孔压裂中的核心部件，由喷射器本体和喷 嘴组成。
• 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； • 根据储层特点，通过调整喷嘴位置、数量、大小可实现不同方位、 不同施工排量、压力下的压裂施工； • 提供高速射流，实现段间水力自动封隔功能。
伯努利方程：
1 v 2 + gh + P = const 2
其中： —表流量 —液体的局部压力
ρ—液体的密度 C—常量
P套 P油
Pc（地应力）
P入 P围
P孔
压力分布示意图
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2、水力喷砂压裂的技术优势及适应性
①可用于裸眼、套管完井等多 种完井方式； ②实现射孔压裂一体化； ③在一定条件下，可以实现水 力自动封隔； ④一趟管柱可以进行多段压 裂，施工周期短，有利于降低 储层伤害； ⑤工艺具有降破压功能，储层 易压开。
水力喷砂分段压裂技术
中国石油长庆油田分公司 二○一一年六月
前言
水力喷砂分段压裂技术起源于60年代末70年代初的水力喷砂射孔技术，作为 增产技术的一种，前期仅应用于射孔领域，直到1998年，Surjaatmadja提出水力喷 射压裂方法，水力喷砂开始延伸到压裂领域，形成了水力喷砂压裂技术，并应用于 水平井压裂，改变了裸眼水平井不能压裂的历史，在国外应用了数千口井。
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(4)单流阀
• 保证射孔、压裂过 程中油管中液体只从 喷射器喷嘴中喷出； • 进行反循环洗井。
单流阀实物图 单流阀示意图
(5)眼管
反循环洗井过程中防止一些大杂物进入油管，堵塞喷嘴，另外， 为反循环洗井提供更大的过流通道。
眼管示意图
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(6)堵头
• 下管柱时，起着导 向作用； • 封堵油管，保证反 循环洗井过程中液体 只从喷嘴和筛管通 过。
水力喷砂与小直径封隔器联作拖动压裂：
通井洗井 下喷射工具 射孔 压裂下层 反循环洗井 拖动油管 射孔 压裂上层 反循环洗井 起管柱完井
不动管柱多级滑套水力喷砂压裂：
通井洗井 下喷射工具 射孔 压裂下层 观察裂缝闭合 投球打开滑套 射孔 压裂上层 重复直至压完最后一层 完井
(1)通洗井
用合适尺寸通井规通井，并用活性水将井筒清洗干净。 其它要求： ①试压 ：对套管试压，确保套管完好。 ②油管校深 ：由于油管伸长量计算误差较大，因此，需对油管进行 校深作业(主要对直井段)，一般在油管传输测三样时进行校深（在直 井段下入校深短节，通过GR校深）。
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(2)压前准备
按设计要求下入压裂施工管柱，并完成压裂设备、配液等施工准 备。
其它要求： ①油管和环空两套注 入系统。 ②套管闸门要求带旋 塞阀：方便喷砂结束 后快速关井。
水力喷砂压裂系统地面组成示意图
油管注入系统
套管注入系统
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ห้องสมุดไป่ตู้
③为保障足够的喷射排量和射孔阶段的连续，应合理选择压裂设备，施 工前对每台设备进行检查。
• 可实现定方位射孔； • 扶正作用，保证施工时各个喷嘴的喷距相同。
偏心定位器示意图
(3)万向节
• 提高钻具在复杂井眼井中的
通过能力，易于起下管柱；
• 与偏心定位器配合调整喷射
方位，使之与设计方位一致；
• 钻具活动空间增大，提高管 柱起钻解卡解堵的成功率。
15°
功能：在一定范围内在径向上和轴 向上可以自由活动。
2005年，以长庆油田为代表的国内油田开始引入水力喷射压裂工艺，针对射流 增压、喷孔形态等关键理论认识，开展了大量物模实验，许多研究成果改变了传统 理论认识，根据研究成果，长庆油田改进了水力喷砂压裂技术，在油田形成了水力 喷砂与小直径封隔器联作拖动压裂技术，在气田形成不动管柱多级滑套水力喷砂压 裂技术，至目前，在长庆油田应用了124口井，压后增产3倍以上，在长庆气田应用 47口井，增产3-5倍，目前已成为油气田水平井改造的主体技术之一。