2010水力喷射分段压裂技术研究与应用
水力喷射压裂机理分析与应用
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４ ６・
新 疆 石 油 科 技
２１ ０ ２年 第 ２期 （ ２ 第 ２卷 ） 将 环空 液 体 吸入 进 地 层 。有 了 高速 射 流 的 打击 压 力
开始起 裂造 缝 ；
（ ） 速射 流 经 喷 嘴射 穿 套 管进 人 地 层 后 ， 一 ４高 有
个射 流核 心 区（ 为初始 段 ） 在该 区域 内射流 保持 喷 称 ， 嘴 出 口速 度不 变 ，只是 射 流核 心 区横 断 面逐 渐缩 小 ，
新 疆 石 油 科 技
２１ ０ ２年 第 ２期 （ ２ 第 ２卷 ）
・ ５・ ４
水 力 喷射 压 裂 机 理分 析 与应 用
刘 亚 明① 黄 波 摘 王 万 彬 赵 文 龙
新 疆 油 田公 司栗 油 工 艺研 究 院 ，３ ０ ０ 新 疆 克拉 玛 依 ８４ ０
要 对水力喷射压 裂的机理 、 两次能量转换、 水射 流的打击力、 裂缝起裂位置等进行 了分析与讨论 ， 出了 自己的一 些认识 ， 提
３ 机 理 分 析 与 讨 论
（ ） 规水 力 压裂 依 靠压 力 能 压开 地 层 达到 造 １常
缝 的 目的。而 水力 喷射 压裂 有所 不 同 ， 它依据 伯努 利
原 理将 压 能转 换为 高速 动能 ， 再根 据 流体 的动 量定 理
准确 、 工周 期短 、 施 安全 性高 的优 点 ，应用 前景广 阔 。
通 过 现 场 的 实际 应 用验 证 自己的 结 论 。 同 时进 一 步 阐明 了水 力喷 射 压 裂的 技 术 优 势 与 应 用特 点 。
关键 词 水力喷 射 压 裂 机 理 应 用
１
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水平井分段压裂技术应用论文
水平井分段压裂技术的研究与应用摘要：腰英台油田属于低渗透油田类型，直井压裂后开采有”三快三低”特征，即三快包括产量下降速度快，含水上升速度快，自然递减速度快；三低包括开采程度低，开采速度低，开采产能低。
围绕低渗透油田开发技术问题，腰英台油田试验水平井分段压裂改造低渗透储层的应用研究，其中主要包括滑套式封隔器分段压裂的应用研究，水力喷射分段压裂的应用研究，腰英台油田现场试验3口井，压裂改造后单井产量最高达到相邻直井的4.5倍，积累了大量的现场经验，为在低渗透油藏大规模应用水平井创造了条件。
关键词：低渗透油田水平井压裂改造分段压裂一、水平井分段压裂发展历程及技术现状[1]国内从1994年开展了水平井的压裂改造试验研究，国内各油田（大庆油田、胜利油田、吉林油田等）已对多口水平井进行了压裂改造的试验，制约水平井分段压裂的关键技术初步得到突破，分段压裂优化设计、分段压裂工具上基本配套完善，保证了水平井压裂技术在低渗透油气藏的应用[2]。
目前国内水平井分段压裂施工工艺有三种：水力喷射分段压裂技术、双封单卡分段压裂技术、滑套式封隔器分段压裂技术。
二、水力喷射分段压裂技术的应用1.水力喷射分段压裂机理1998年，surjaatmadja提出水力喷射压裂方法，并应用于水平井压裂。
水力喷射分段压裂（hjf）是集射孔、压裂、隔离一体化的增产措施，专用喷射工具产生高速流体穿透套管、岩石，形成孔眼，孔眼底部流体压力增高，超破裂压力起裂，造出单一裂缝（如图1）。
1—引鞋；2—多孔管；3—单流阀；4—扶正器；5—喷枪：6—安全接头；7—套管。
2.水力喷射分段压裂—yb1p1的应用2011年9月18日施工，对yb1p1井2320.8～2781.0m水平段分四段进行压裂改造，施工总时间7.97小时，累入地层液量1206.4m3，累入地层砂量111.1m3，最高砂比22.3%，平均砂比19.45%，排量2.4～2.5m3/min，破裂压力最高68.1mpa，最低21mpa，工作泵压50～66.8mpa。
水力喷射压裂技术在水平井中的应用探讨
水力喷射压裂技术在水平井中的应用探讨【摘要】水力喷射压裂工艺参数主要包括油管排量、环空排量、前置液量、顶替液量、最高砂比控制和环空压力控制，其中，精确控制环空压力是水力喷射压裂关键技术之一。
本文将应用基本方法，介绍如何优化设计水力喷射压裂工艺参数，最终给出设计实例。
【关键词】水力喷射压裂水平井工艺参数目前，各油气田储层物性逐步变差，随着开采的深入，储量的有效动用越来越难。
较为成熟的储层分段压裂改造技术是封隔器分段压裂，但封隔器分段压裂时存在固井问题、封隔器失效、后期管柱不能上提等缺点。
在此背景下，水力喷射分段压裂技术得到了大力发展和推广运用。
自中国首次水力喷射压裂试验成功以来，短短的五年间，水力喷砂射孔与分段压裂联作技术已在中国大庆油田、四川气田、中原油田等8个油气田进行了现场应用。
多数应用于水平井分段压裂，逐步成为中国水平井压裂新工艺之一。
1 水力喷射压裂工艺参数设计方法1.1 喷嘴参数优化合理选择喷嘴直径和喷嘴个数是前提条件。
如果选择小直径、个数少的喷嘴组合，那么施工排量将受限制；如果选择小直径、个数多的喷嘴组合，那么水力喷射压裂工具成本将会剧增：如果选择大直径、个数多的喷嘴组合，那么对地面泵功率要求较高。
因此，需要综合考虑施工排量要求，加砂量和喷嘴耐磨性等因素才能最终确定喷嘴直径及个数。
优选原则有三：（1）保证水力射孔穿深的情况下喷嘴压降最低，实践证明，保持射流速度在200～250m/s才能达到良好的射孔效果；（2）保证油管要求的施工排量；（3）满足加砂规模，降低单只喷嘴的磨损率。
1.2 确定喷砂射孔参数喷砂射孔参数包括磨料类型、射孔砂浓度、喷嘴压降、喷砂射孔时间等。
射孔液一般选择基液，磨料可选20～40目天然石英砂或陶粒，磨料最佳浓度值（体积浓度）为6%～8%，喷砂射孔时间控制在15～20min为宜。
根据油管排量和喷砂射孔时间就可以得出所需的射孔液量，然后确定磨料体积浓度，即可计算得到所需的磨料体积。
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。
水力喷射分段多簇压裂标准工艺及工具介绍
水力喷射分段多簇压裂工艺及工具简介
技术特点：通过带有底封封隔器旳双水力喷射器，分别对两个压裂点进行喷砂射孔及环空注入压裂，通过不同喷嘴数量调节各簇旳流量，实现各簇旳有效压开。
工具构造：从下至上依次为：堵头+筛管+单流阀+封隔器+喷射器+油管+喷射器+。
工具技术优势：
1、多喷射器同步喷砂：可根据储层优化射孔数目，布放喷射器，实现多簇射孔
2、新型水力喷射器具有防反溅装置，提高喷射器使用寿命，保证明现多段多簇射孔
3、采用环空加砂压裂，进一步提高了施工排量（最高排量估计10m3/min以上），配套自主研发旳Y型井口和防冲蚀油管短节，保障了大排量加砂。
防冲蚀短节
4、采用新型钢带封隔器，具有长胶筒、钢带连接、上下浮动腕等特点，实现大液量、长时间体积压裂作业下旳有效封隔（表白承压达到70MPa，反复打压22次均密封合格，无泄漏。
）。
长胶筒钢带式封隔器整体长度1650mm，胶筒长度700mm
整体旳工艺调节及工具性能提高后，工具稳定性及施工能力大大提高，单趟管柱从施工1-2段提高到最高9段，平均单趟管柱施工3.4段（6.8簇）。
目前长庆通过技术改善，大幅度减少作业周期。
重要时间在井段准备和备水换钻具等。
工具构成：（按一套工具计算，单井压裂10段正常准备
10
20
30
40
50
60
70
段数搬迁井筒准备备水配液等压裂车压裂换钻具抽汲其它合计天。
水平井分段压裂技术
47 49
44 46
41 43
38 40
35 37
32 34
29 31
26 28
22 25
喷枪结构及滑套材质——硬质合金
销钉剪切力提高
一、水力喷射分段压裂技术
现场施工情况：
油管排量2.6-3.4 m3/min，套管排量0.5-1.0 m3/min，油管压力40-50MPa， 套管压力12-20MPa 单枪最大过砂量45m3，8层共加砂340m3，使用原胶液2800m3 东平2井: 单段（6×Φ6.0mm喷嘴）过砂量55+2＝57 m3 最后压了8段，其中第3段和第7段地层亏空严重，没压成。
• 随排量的增大，喷嘴压损急剧增加；
• 喷嘴直径的增大，喷嘴压损降低。
一、水力喷射分段压裂技术
6、围压对喷射压力的影响
• 随着围压的增大，喷射产生的附加压差减小； • 喷射后在很短距离内压力趋于稳定。
一、水力喷射分段压裂技术
7、不同射流速度对不同岩样穿透时间的影响
35 30 25 20 15 10 5 0 100 1:1水泥石 1：2水泥石 1:3水泥石 砂岩 灰岩
时间,min
磨料类型对喷射效果的影响
• 磨料硬度增加，喷射深度增加，但是影响幅度相对较小。
一、水力喷射分段压裂技术
10、 水力喷射射孔参数优化
最优喷嘴压降：28~35MPa 磨料粒度选择：20~40目石英砂
最优磨料体积浓度：6~8%
最优喷砂射孔时间：10~15min
一、水力喷射分段压裂技术
水平分段压裂技术
提 纲
一、水力喷
四、管外封隔器+投球滑套分段压裂技术
一、水力喷射分段压裂技术
水力喷射分段压裂是射孔、压裂、隔离一体化增产措施
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
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在大牛地气田DPI井的应用研究
阻 流量 （ ． － ０ ６ ×ｌ ／ ，为 了进 一 步 提 高 大 牛 地 气 田水 平 井 的 产 量 ， 针 对 不 同储 层 特 征 、 井 身结 Ｏ３ ．） Ｏ ｍ。 ｄ 构 试 验 应用 了水 平 井压 裂 技 术 ，并 初 见 成 效 。尤 其 是 采用 水 平 井 水 力 喷 射 定 点 压 裂 工 艺 ，使 得 Ｄ １井 天 Ｐ
大牛地 气 田是 中石化华 北分 公 司近几 年在鄂 尔 多斯盆地 北部 发现 的一个 大 型气 田 ，通过 近几 年 的勘 探开 发实 践和科 技攻 关 ，尤其是 针对 大牛 地气 田低渗 致密气 藏 的开 发工程 ，初 步形成 了低伤 害快 速钻 完 井技 术 、加砂压 裂 为主 的增产 技术 等 ，为大 牛 地气 田增 储 上 产提 供 了技术 保 障 ，储 量 产 能 逐年 大 幅提 高 ，截止 ２ ０ ０ ８年 １ ２月 ３ １日，大 牛地气 田已探 明天 然气储 量 ３ ２ ． Ｏ ０ｍ。 ５ ２ ３ ×１ ，建 成产 能 ２ ×１ 。 ３ ０ｍ。 随着 勘探 开发 的不断 深入 ，储层 越来 越复 杂 ，储 量动 用难度 增 大 。为 了进一 步 提高 单 井产 量 ，近 ２ 年 开展 了 水 平 井 试 验 ，截 止 目前 为 止 共 完 钻 水 平 井 ８ 口，４口 水 平 井 完 钻 后 试 气 无 阻 流 量 大 于 ５ ０ｍ。 ｄ ×１ ／ ，其他 井无 阻流 量 （． ～０ ６ ×１ Ｉ ｄ ０ ３ ．） ０Ｉ。 ，为 了进一 步 提高 大 牛地 气 田水 平井 的产 量 ，针 Ｔ／ 对 不 同储 层特 征 、井身结 构试 验应 用 了水 平井 压裂 技术 ，并 初见成 效 。
水平井水力喷射分段压裂技术连续擒获高产井
长庆石油报10月9日讯：9月21日，油气工艺研究院在油田开发处、工程技术管理部等部门领导与支持下，在超低渗产建项目部的大力配合下，顺利完成了超低渗油田第一口三叠系水平井庄平XX井现场试验，压后自喷，日产纯油84.3m3，这是进入9月份以来继罗平XX、靖平X1、靖平X2后又一口高产水平井。
随着近期一批高产水平井的不断出现，标志着油田水平井分段压裂技术取得了新的突破。
2010年随着水平井攻关的不断深入，水平井攻关课题组紧密围绕水平井改造技术瓶颈问题，通过深入开展压裂参数优化研究，加强特殊配套工具研发，大力开展现场试验与裂缝监测，强化项目组织管理，认真编制试验方案，及时总结分析，水平井分段改造技术攻关研究成效显著，实现了长庆油田“四个第一”，为超低渗油田水平井改造提供了新思路、新方向。
第一次将体积压裂理念应用于水平井：2010年为进一步提高水平井改造效果和效率，结合前期试验成果，积极转变改造思路，创新性的提出了水平井分段多簇压裂的技术思路。
第一次采用双喷射器分段多簇压裂工具：为克服了两簇间破压的差异进而形成多缝，油气工艺研究院技术人员持续开展科研攻关，迎难而上，积极创新，通过深入开展基础理论研究，利用水力喷射增压原理，研发了水力喷射双喷射器分段多簇压裂工具，并开展了喷射参数优化、喷嘴组合等一系列试验，实现了工具与工艺的配套。
第一次在水平井上采用井下微地震实时测试技术：为进一步了解裂缝扩展规律，提高对分段多簇压裂工艺的认识，广泛调研国际水平井测试技术最新进展，在庆平XX井上第一次使用了井下微地震实时测试技术，测试结果表明，前2段4簇微地震事件相互补充又重叠，形成了宽达170m的微地震事件带，实现了分段多簇压裂所预期的扩大泄流体积的目的。
第一次成功实现水平井分段多簇压裂试验：截至9月份，已开展了6口井现场试验，完试3口，平均单井加砂112m3，实现了最高10段20簇的压裂施工，取得了较好的改造效果，表明水平井分段多簇压裂是提高单井产量的一个有效途径：庄平XX井水平段长度390m,设计压裂5段10簇，压后自喷，日产纯油84.3 m3；靖平X1和X2，水平段长度分别为534m、511m,设计压裂10段20簇和8段16簇，投产后目前平均单井日产油15吨。
滑套式水力喷射分段压裂技术
滑套式水力喷射分段压裂技术【摘要】滑套式水力喷射分段压裂技术将投球打滑套工艺同水力喷射相结合。
施工时从油管投入相应尺寸阀球，打开喷枪内置滑套，同时封堵下层。
然后地面加压，在喷嘴形成高速射流，切开套管，水泥环，在地层中形成一定直径和深度的孔眼；同时油套环空小排量注入，使得环空压力略低于地层破裂压力，继续喷射，即可在喷射点形成裂缝。
本层施工结束后，再从油管投入相应尺寸阀球，打掉上层喷枪滑套，封堵本层，即可进行上层施工。
依此投入由小到大阀球可实现分层压裂。
【关键词】滑套式水力喷射1 引言滑套式水力喷射分段压裂工艺是基于定点水力喷射基础上研发的。
滑套式水力喷射压裂工艺可以实现多层压裂，且无须拖动管柱，只需按顺序逐级投入由小到大阀球。
操作简单、施工周期短、造缝位置准确、作业成本低，避免了机械封隔器分段压裂时可能带来的封隔器卡阻问题，适用于大部分水平井和直井分层段压裂，对于已射孔、井段大、无隔层压裂井改造非常有针对性。
目前压裂公司已在辽河油区内外成功施工了6口井（4口直井、2口水平井），效果显著。
2 技术原理滑套式水力喷射是将水力喷射和打滑套分层技术相结合的一门工艺技术。
水力喷射由油管及环空挤压共同完成。
通过安装在施工管柱上的水力喷射工具，高压能量转换成动能，产生高速射流冲击（或切割）套管和岩石，在地层形成一个（或多个）喷射孔道，完成水力射孔。
高速流体的冲击作用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。
同时由于喷嘴出口周围流体速度最高，其压力最低，故流体会自动泵入裂缝而不会流到其它地方。
环空的流体也会在压差作用下进入射流区被吸入地层（图1）。
滑套式水力喷射分段压裂工艺是基于水力喷射基础上研发的。
在喷枪内安置滑套，由销钉固定。
从油管投入钢球，销钉在一定压差下剪断，滑套打落，喷嘴露出，同时钢球落入球坐，封堵下层，然后进行水力喷射。
3 技术优势（1）水平井或直井多段压裂不用封隔器或桥塞等隔离工具，可实现自动封隔，施工风险小且操作简便。