水力噴射分段壓裂技術研究

1、水力噴射分段壓裂技術研究技術背景：水平井低產主要歸因于儲層低滲、非均質性，近井污染或表皮損害以及無效的改造技術。傳統(tǒng)水力壓裂應用于水平井改造增產效果并不理想，經常最多產生兩個主要裂縫區(qū)，而且位置也不確定。許多高產段仍然沒被改造而維持著表皮損害。水力噴射壓裂技術就是最近引入的可代替?zhèn)鹘y(tǒng)壓裂工藝的有效方法。水力噴射壓裂工藝技術是近年石油工程領域的新技術，它將水力噴射射孔和水力壓裂工藝合為一體，且自身具有獨特的定位性，能夠快速準確的進行多層壓裂而不用機械密封裝置。該技術在國外水平井已應用于幾百口井，在一些低壓、低產、低滲、多薄互層的油氣層壓裂改造中取得了較好的效果。 水力噴射壓裂技術原理： 水力噴射

2、壓裂技術結合了水力射孔和水力壓裂的新型增產工藝。該工藝由三個過程共同完成，水力噴砂射孔、水力壓裂（通過普通油管或鉆桿或連續(xù)油管）以及環(huán)空擠壓（通過另外一個泵）。通過安裝在施工管柱上的水力噴射工具，利用水擊作用在地層形成一個（或多個）噴射孔道，從而在近井地帶產生微裂縫，裂縫產生后環(huán)空增加一定壓力使產生的微裂縫得以延伸，實現(xiàn)水力噴射壓裂（見圖1）。該技術基于伯努力方程： 方程表明流體束中的能量維持常量，雖然實際上摩擦緩慢消耗能量使其轉化為熱能（但這個簡化方程不包含溫度因素） 。由方程可知流體束的速度變化引起壓力反向變化。噴嘴出口處速度最高壓力就最低，隨著流體不斷深入孔道速度逐漸減小，壓力不斷升高，

3、到孔道端處速度達到最低壓力最高。常規(guī)造縫方法需要對整個井筒加壓，大多數(shù)情況下觀察到的破裂壓力比裂縫擴展壓力要大得多，而且井內的每個裂縫都必須克服該壓力。水力噴射壓裂通過噴射流體在孔道內動能到壓能的轉換利用噴射滯止壓力破巖從而在噴射點處產生微裂縫。由于能量集中在孔道端處，井筒不受破裂壓力的影響，從而消除了壓力曲線中地層破裂時的壓力峰值（見圖2），并且近井筒扭曲問題很少出現(xiàn)。 水力噴射裂縫一旦形成，由于噴嘴出口周圍流體速度最高，其壓力就最低，故流體會自動泵入裂縫而不會流到其它地方。環(huán)空的流體也會在壓差作用下進入射流區(qū)被吸入地層。水力噴射壓裂利用動態(tài)分流技術成功解決了水平井裂縫的定位控制問題，通過流

4、體的動態(tài)運動讓其進入地層的特定位置而不使用任何機械密封裝置。水力噴射壓裂技術特點：（1）不需要機械封隔，能夠自動隔離, 可用于裸眼、套管完井；（2）一次管柱可進行多段壓裂，施工周期短，有利于降低儲層傷害；（3）可進行定向噴射壓裂，準確造縫；（4）噴射壓裂可以有效降低地層破裂壓力，保證高破裂壓力地層的壓開和壓裂施工；（5）該工藝壓井次數(shù)少，對儲層傷害小，而且施工程序簡單，能夠產生大的經濟效益。 水力噴射壓裂工藝施工過程：施工過程中要求噴射面必須與油藏裂縫延伸面近似吻合（差距不能超過30） 。為了把噴射器放置在裂縫延伸面方向上或在它的附近，工程人員必須首先預測這口油井的裂縫延伸面方向。預測裂縫延伸

5、面的方向通常使用現(xiàn)有技術。壓裂方向確定后，設計一套噴射系統(tǒng)并正確放置。根據(jù)井的情況不同，噴嘴數(shù)量和尺寸也有所不同。當對一口井進行水力噴射壓裂時可能會產生兩種情況。第一種情況, 通過地面旋轉桿柱使噴射工具在井眼中的預期位置定位。為了準確確定工具的當前位置，工程人員需要在噴射工具上用相配套的引鞋連接電纜。如果不選擇電纜，則定位傳感器可以放置在噴射工具的下面，并且與無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接起來。第二種情況，系統(tǒng)運用重力進行準確的定位，這種純機械的方法比第一種類型更簡單、更經濟。工具定位后開始噴射壓裂具體步驟如下：（1）清洗井眼，在鉆桿、油管、大外徑的連續(xù)油管上安裝水力噴射壓裂工具下到第一個設計壓裂段位置

6、。（2）由高壓泵向油管注入低濃度含砂液體, 通過噴射工具進行噴砂射孔。（3）水力射孔完成后環(huán)空注入清潔無支撐劑液體，保持井底壓力達到剛剛低于預測的延伸壓力讓裂縫繼續(xù)延伸，油管泵入壓裂液（砂比濃度逐漸增加）經噴嘴噴射進入裂縫實現(xiàn)壓裂（見圖3）。 （4）壓裂完成后用一個油管閥密封油管，水力噴射壓裂工具上提到第二個設計壓裂段位置重復上述施工過程。 通過上述過程，如圖4一樣復雜的裸眼水平井能夠沿著井眼在任何位置成功的實施壓裂改造。大小不等的裂縫能夠由后到前被順序定位。而且，在不同位置可以應用不同的壓裂方案如酸化壓裂、支撐劑壓裂等。一次作業(yè)過程中，能夠在76.2mm 的誤差內準確定位12條裂縫的位置（誤

7、差是由壓力或溫度影響引起油管伸長或收縮所致）。與常規(guī)射孔壓裂相比較的優(yōu)勢：水利噴砂壓裂與常規(guī)射孔機械分層壓裂和填砂打膠塞分層壓裂相比較，在水平井分層壓裂施工時優(yōu)勢明顯。首先，在水平井射孔上，水力噴砂射孔比常規(guī)射孔彈射孔簡單便捷、安全、效果好、射孔深度大、孔眼周圍無壓實帶，特別是射孔壓裂聯(lián)作，減少了水平段射孔需油管傳輸?shù)穆闊?。其次，在壓裂時，水力噴射壓裂靠高壓射流自封，不需對已壓開的其他井段進行封堵，可以直接對目的井段進行射孔壓裂，完成一層射孔壓裂后，調整鉆具即可以對上一層井段進行施工，而以往在水平井分層施工時，必須對已施工的井段進行填砂打膠塞或者下機械分隔工具封堵, 才能進行下一步施工。射孔段

8、越多，常規(guī)施工方法越繁瑣、復雜, 周期越長，對地層的污染比噴射射孔壓裂要大得多。另外，水力噴砂射孔壓裂鉆具結構簡單，降低井下復雜事故的發(fā)生率，簡化了施工程序，縮短了試油施工周期，降低了施工成本。水力噴射壓裂的實施情況：美國路易斯安那州西部Janes Lime地層的3口井通過水力噴射壓裂處理工藝提高了天然裂縫群的連通性，降低了采出氣的單位成本。實踐證明，水力噴射壓裂處理工藝非常適用于多分支裸眼水平井的完井作業(yè)。長慶油田進行了6 口井22 層次的施工，取得了良好效果。從施工結果可看出，水力噴射壓裂施工壓力對排量比較敏感，提升排量時壓力有明顯的上升，在主壓裂施工前加一個 砂量2m3 左右的段塞噴射開孔后進行主壓裂。主壓裂過程施工壓力持續(xù)升高,高速水射流在 裂縫中的摩阻作用比較明顯，施工結束后壓力下降大，關井時可以觀測到裂縫閉合時的壓 降曲線。不同于普通壓裂的是水力噴射是依靠高壓水射流的動壓能來壓開地層的，經過噴 嘴節(jié)流，油壓曲線比裂縫延伸壓力要高，施工過程中每層施工壓力區(qū)別明顯，顯示分層改 造過程中每一層都得到了相應改造。在主壓裂以前采用