水力噴射分段壓裂技術(shù)研究

1、水力噴射分段壓裂技術(shù)研究技術(shù)背景：水平井低產(chǎn)主要?dú)w因于儲(chǔ)層低滲、非均質(zhì)性，近井污染或表皮損害以及無(wú)效的改造技術(shù)。傳統(tǒng)水力壓裂應(yīng)用于水平井改造增產(chǎn)效果并不理想，經(jīng)常最多產(chǎn)生兩個(gè)主要裂縫區(qū)，而且位置也不確定。許多高產(chǎn)段仍然沒(méi)被改造而維持著表皮損害。水力噴射壓裂技術(shù)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(shù)是近年石油工程領(lǐng)域的新技術(shù)，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(dú)特的定位性，能夠快速準(zhǔn)確的進(jìn)行多層壓裂而不用機(jī)械密封裝置。該技術(shù)在國(guó)外水平井已應(yīng)用于幾百口井，在一些低壓、低產(chǎn)、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(shù)原理： 水力噴射

2、壓裂技術(shù)結(jié)合了水力射孔和水力壓裂的新型增產(chǎn)工藝。該工藝由三個(gè)過(guò)程共同完成，水力噴砂射孔、水力壓裂（通過(guò)普通油管或鉆桿或連續(xù)油管）以及環(huán)空擠壓（通過(guò)另外一個(gè)泵）。通過(guò)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(gè)（或多個(gè)）噴射孔道，從而在近井地帶產(chǎn)生微裂縫，裂縫產(chǎn)生后環(huán)空增加一定壓力使產(chǎn)生的微裂縫得以延伸，實(shí)現(xiàn)水力噴射壓裂（見(jiàn)圖1）。該技術(shù)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(shí)際上摩擦緩慢消耗能量使其轉(zhuǎn)化為熱能（但這個(gè)簡(jiǎn)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(dá)到最低壓力最高。常規(guī)造縫方法需要對(duì)整個(gè)井筒加壓，大多數(shù)情況下觀察到的破裂壓力比裂縫擴(kuò)展壓力要大得多，而且井內(nèi)的每個(gè)裂縫都必須克服該壓力。水力噴射壓裂通過(guò)噴射流體在孔道內(nèi)動(dòng)能到壓能的轉(zhuǎn)換利用噴射滯止壓力破巖從而在噴射點(diǎn)處產(chǎn)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(shí)的壓力峰值（見(jiàn)圖2），并且近井筒扭曲問(wèn)題很少出現(xiàn)。 水力噴射裂縫一旦形成，由于噴嘴出口周?chē)黧w速度最高，其壓力就最低，故流體會(huì)自動(dòng)泵入裂縫而不會(huì)流到其它地方。環(huán)空的流體也會(huì)在壓差作用下進(jìn)入射流區(qū)被吸入地層。水力噴射壓裂利用動(dòng)態(tài)分流技術(shù)成功解決了水平井裂縫的定位控制問(wèn)題，通過(guò)流

4、體的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)讓其進(jìn)入地層的特定位置而不使用任何機(jī)械密封裝置。水力噴射壓裂技術(shù)特點(diǎn)：（1）不需要機(jī)械封隔，能夠自動(dòng)隔離, 可用于裸眼、套管完井；（2）一次管柱可進(jìn)行多段壓裂，施工周期短，有利于降低儲(chǔ)層傷害；（3）可進(jìn)行定向噴射壓裂，準(zhǔn)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(kāi)和壓裂施工；（5）該工藝壓井次數(shù)少，對(duì)儲(chǔ)層傷害小，而且施工程序簡(jiǎn)單，能夠產(chǎn)生大的經(jīng)濟(jì)效益。 水力噴射壓裂工藝施工過(guò)程：施工過(guò)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(guò)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(yù)測(cè)這口油井的裂縫延伸面方向。預(yù)測(cè)裂縫延伸

5、面的方向通常使用現(xiàn)有技術(shù)。壓裂方向確定后，設(shè)計(jì)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(dāng)對(duì)一口井進(jìn)行水力噴射壓裂時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生兩種情況。第一種情況, 通過(guò)地面旋轉(zhuǎn)桿柱使噴射工具在井眼中的預(yù)期位置定位。為了準(zhǔn)確確定工具的當(dāng)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(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接起來(lái)。第二種情況，系統(tǒng)運(yùn)用重力進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，這種純機(jī)械的方法比第一種類型更簡(jiǎn)單、更經(jīng)濟(jì)。工具定位后開(kāi)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(gè)設(shè)計(jì)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(guò)噴射工具進(jìn)行噴砂射孔。（3）水力射孔完成后環(huán)空注入清潔無(wú)支撐劑液體，保持井底壓力達(dá)到剛剛低于預(yù)測(cè)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(jīng)噴嘴噴射進(jìn)入裂縫實(shí)現(xiàn)壓裂（見(jiàn)圖3）。 （4）壓裂完成后用一個(gè)油管閥密封油管，水力噴射壓裂工具上提到第二個(gè)設(shè)計(jì)壓裂段位置重復(fù)上述施工過(guò)程。 通過(guò)上述過(guò)程，如圖4一樣復(fù)雜的裸眼水平井能夠沿著井眼在任何位置成功的實(shí)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(yīng)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(guò)程中，能夠在76.2mm 的誤差內(nèi)準(zhǔn)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(zhǎng)或收縮所致）。與常規(guī)射孔壓裂相比較的優(yōu)勢(shì)：水利噴砂壓裂與常規(guī)射孔機(jī)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(shí)優(yōu)勢(shì)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(jiǎn)單便捷、安全、效果好、射孔深度大、孔眼周?chē)鸁o(wú)壓實(shí)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(shí)，水力噴射壓裂靠高壓射流自封，不需對(duì)已壓開(kāi)的其他井段進(jìn)行封堵，可以直接對(duì)目的井段進(jìn)行射孔壓裂，完成一層射孔壓裂后，調(diào)整鉆具即可以對(duì)上一層井段進(jìn)行施工，而以往在水平井分層施工時(shí)，必須對(duì)已施工的井段進(jìn)行填砂打膠塞或者下機(jī)械分隔工具封堵, 才能進(jìn)行下一步施工。射孔段

8、越多，常規(guī)施工方法越繁瑣、復(fù)雜, 周期越長(zhǎng)，對(duì)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低井下復(fù)雜事故的發(fā)生率，簡(jiǎn)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(shí)施情況：美國(guó)路易斯安那州西部Janes Lime地層的3口井通過(guò)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(shí)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(zhǎng)慶油田進(jìn)行了6 口井22 層次的施工，取得了良好效果。從施工結(jié)果可看出，水力噴射壓裂施工壓力對(duì)排量比較敏感，提升排量時(shí)壓力有明顯的上升，在主壓裂施工前加一個(gè) 砂量2m3 左右的段塞噴射開(kāi)孔后進(jìn)行主壓裂。主壓裂過(guò)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(jié)束后壓力下降大，關(guān)井時(shí)可以觀測(cè)到裂縫閉合時(shí)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(dòng)壓能來(lái)壓開(kāi)地層的，經(jīng)過(guò)噴 嘴節(jié)流，油壓曲線比裂縫延伸壓力要高，施工過(guò)程中每層施工壓力區(qū)別明顯，顯示分層改 造過(guò)程中每一層都得到了相應(yīng)改造。在主壓裂以前采用