1、2008年12月1日水力噴射壓裂技術 主要內容一、國內外水力噴射壓裂技術應用二、水力噴射壓裂技術簡介三、水力噴射壓裂項目進展狀況四、下步工作安排一、國內外水力噴射壓裂技術應用一、國內外水力噴射壓裂技術應用 國外應用狀況： Halliburton公司首先在美國得克薩斯州和新墨西哥州等多口油井進行了試驗和作業,效果顯著。 2003年,首次在巴西的Campus灣海上一口井試作業并取得成功。 2004年中期Hulliburton公司首次采用水力噴射環空壓裂技術進行直井增產作業。 2005年初美國的Barnett油田第1次在水平井使用水力噴射環空壓裂技術。一、國內外水力噴射壓裂技術應用 國外已應用超過1

2、000口井，美國路易斯安那州西部Jannes Lime地層(裸眼完井)水力噴射酸壓處理過80多口井，平均每口井造縫8條，共造縫600多條。 總體上看,水力噴射壓裂增產技術非常成功。水力噴射壓裂技術在全世界范圍內迅速發展,逐漸擴展到加拿大、巴西、哈薩克斯坦、俄羅斯等,技術主要由Halliburton公司和BJ公司等所掌握。一、國內外水力噴射壓裂技術應用 2005年12月,中國石油長慶油田分公司與Halliburton能源服務公司合作,采用常規油管在靖安油田靖平1井和莊平3井順利完成增產作業,這是該工藝在國內首次試驗。 2007年7月四川白淺110井的現場試驗首次成功實現了應用50.8 mm連續管

3、水力噴砂逐層壓裂、一天內連續加砂壓裂3層。該技術正受到國內工程技術人員的高度關注。 2008年8月-11月吐哈井下公司與與Halliburton能源服務公司合作在DP1井、牛東平2井、青2-56H井及玉門廟平11井、F239H井實施了水力噴射壓裂工藝技術。 目前國內各油田使用該技術累計10余口井。國內應用狀況：二、水力噴射壓裂技術簡介二、水力噴射壓裂技術簡介 原理：根據水動力學動量-沖量原理，固體顆粒受水載體加速，高速沖擊套管和巖石，產生切割作用。優點：一是可以增加穿透深度；二是不會造成像常規射孔那樣的地層壓實傷害；三是開孔的孔徑加大；四是可以根據分層和地應力的要求，有選擇定向射孔。 (一)水

4、力噴射原理 1、噴嘴的幾何形狀與射流分析： 噴嘴是能量轉換的工具，高壓液體通過噴嘴時，形成高速射流，因此，噴嘴應具備：良好的耐磨性；較高的流量系數；流速的質量高，等速核心的流速較大且不易擴散等。(二)水力噴砂射孔影響因素分析 從水力學知識得，流束任意一點處的速度可由下式求得： VL =CV0D/L 式中: VL微粒噴嘴出口距離為L 處的射流軸心速度； C為試驗常數6； V0為射流初速度； D為噴嘴直徑； L為噴嘴出口至噴射物距離。 上式表明，當L=6D 時，其射流速度仍然保持起初速度的V0不變，自該點之后，射流則按上述規律逐漸減小。 二、水力噴射壓裂技術二、水力噴射壓裂技術 2、壓力： 根據水

5、力學的動量定律，如果噴射液體的重率（指其含砂量）不變，則對目的物的沖擊力由流速決定。這說明，在水力噴射中流速是極為重要的因素。 磨料射流射孔能力隨壓力的升高而增強。試驗證明，當通過噴嘴的流速保持在120米/秒以上、工作壓力12MPa以上時，便可以取得較好的切割效能。二、水力噴射壓裂技術 3、含砂濃度、砂粒度： 含砂量與切割效能有密切關系。增加含砂量就增加單位時間內切割目的物的砂粒數。含砂量越高，切割效能越好。但是，含砂量過高容易引起砂堵影響噴射效果。最優濃度范圍為6%8%。 砂子的直徑對射孔直徑有直接影響。砂粒直徑越大，質量就越大，因而沖擊力越大。但砂粒直徑的增加受噴嘴直徑的限制。一般講，砂粒

6、直徑取噴嘴直徑的1/6到1/3為最佳。二、水力噴射壓裂技術 4、最優噴射時間： 最優噴射時間，是指在一定的工作壓力下，噴射獲得最大深度所需要的時間。當射流達到一定深度后，繼續延長噴射時間既無意義，也不經濟。我們認為，對套管和其他鋼材，噴射時間一般在20分鐘之內，即可達到滿意的效果，而對其它材料，噴射15-20分鐘即可。二、水力噴射壓裂技術 5、圍壓： 圍壓對射流的影響很大，在其他的條件完全相同時，有圍壓時的射孔深度要大大降低。通過對曲線的觀察可以看出，射孔深度隨著圍壓的增大近似成線性遞減。二、水力噴射壓裂技術 6、磨料類型： 硬度大、帶棱角的磨料材料射孔效果好。考慮到成本、原料來源等因素，現場

7、可采用石英砂。 7、巖性： 巖性對水力噴砂射孔能力有較大影響，隨巖石強度減弱，射孔深度增大。 (三)水力噴射壓裂技術原理 水力噴射壓裂是集水力噴砂射孔、壓裂、隔離一體化的新型增產改造技術。流體通過噴射工具，將高壓能量轉換成動能，產生高速流體沖擊（或切割）套管或巖石形成射孔通道。水力射孔易準確定位，在地層內形成定向孔，且穿透深，孔徑大，在地層中產生導引孔縫來輔助定向水力壓裂，可以降低起裂壓力更利于裂縫起裂。二、水力噴射壓裂技術簡介 （1）水力噴射壓裂技術利用高壓射流定向射孔，比常規炮彈射孔產生的孔洞大，和裂縫的聯通性好；高速高壓射流的沖擊沒有形成壓實帶污染；減輕近井筒地帶應力集中，有利于提高近井

8、筒地帶滲透率；穿透近井筒污染帶，泄油面積增大，提高油井產量。 （2）水力噴射壓裂技術是一項有效控制裂縫起裂的增產措施。水力噴射在射孔通道頂端產生較高的滯點壓力，在該處地層產生多條微裂縫，降低了裂縫的起裂壓力，更有利于壓裂過程生成大裂縫；利用水力噴射定向射孔，可以將噴射工具準確下到設計造縫位置，能夠在井中準確造縫；裂縫基本是在射孔通道的頂端產生并延伸，有效控制了起裂方向和裂縫延伸方向。二、水力噴射壓裂技術簡介 （3）水力射孔是作為整個水力噴射壓裂增產措施過程的一部分實施，在一次增產過程中完成水力射孔和壓裂工序，一個裂縫壓裂完成后可以直接移到下一施工處，不用頻繁起下管柱，簡化了工藝程序，節省了施工

9、時間，一般1到2天即可完成，整個過程不需要機械封隔裝置，減少了作業風險和成本。 （4）利用水動力學原理將已經壓裂的裂縫進行封隔，可以實現只在指定的位置處進行壓裂造縫，此位置以外的已壓裂裂縫不會重新開啟，避免了多余的重復壓裂。整個過程不需要機械封隔裝置，減少了作業風險和成本。 水力噴射壓裂技術雖然有很多的優點，但是也有其缺點：水力噴射工具磨損嚴重，噴射到地層的反流會對噴射工具表面造成損傷。二、水力噴射壓裂技術簡介 （一）總體思路： 進行水力噴射壓裂技術基礎資料的搜集、分析，在學習、交流、調研的基礎上，做好基礎理論研究工作；進行噴槍、噴嘴等工具的優化設計、制作、配套；編制地面試驗方案，進行地面水力

10、噴射試驗，改進、完善，優化施工參數；進行井筒水力噴射壓裂試驗，優化施工方案，進入現場施工應用；采用先易后難，先常規油管后連續油管的方式，進行水力噴射壓裂技術實施。三、水力噴射壓裂項目進展狀況（二）關鍵技術及預期成果： 關鍵技術：（1）噴砂射孔工具的設計；（2）噴砂射孔噴嘴研制；（3）噴砂射孔施工工藝的確定；（4）噴射壓裂工藝設計參數的優選。三、水力噴射壓裂項目進展狀況 預期成果：（1）成果研究報告；（2）噴砂射孔壓裂工藝管柱；（3）工具：噴砂射孔槍、噴嘴；（4）噴砂射孔壓裂工藝技術；（5）噴砂射孔壓裂工藝技術作業規程。（三）研究工作進展：三、水力噴射壓裂項目進展狀況（1）2008年初完成開題、

11、立項。（2）進行的工作： 1）搜集、整理資料，進行了連續油管基礎理論研究：連續油管內循環磨阻、環空壓耗計算、連續油管直井、水平井下入起出過程中形變狀況研究、連續油管井下受力分析和計算、連續油管壽命分析等。 2）完成了水力噴砂射孔技術機理研究及對水力噴砂射孔技術影響因素分析,確定了水力噴砂射孔所要的流速、壓力、最優噴射時間、噴砂液濃度、砂粒徑。對射流流場進行了研究，驗證了流速、射流功率、射流沖擊力、噴嘴壓降等水力噴射參數計算公式。 3）完成了水力噴砂射孔、壓裂聯作的原理研究，優化壓裂液配方，提高壓裂液的抗剪切性能；優化了工藝步驟。工藝步驟：a. 先將井循環洗凈，將噴射工具下到第一個壓裂位置；b.

12、 以較高壓力將含有磨料液體泵入油管中，進行水力噴射射孔，在地層巖石上產生射孔通道；c. 射孔完畢后，泵入壓裂前置液，環空迅速增壓以產生裂縫，排量增加到預定的壓裂排量。d. 進入主壓裂施工程序，施工結束；e關井、放噴、壓井上提油管到上一個壓裂的位置；f. 重復以上工作，直到整個井段的壓裂工作結束。三、水力噴射壓裂項目進展狀況三、水力噴射壓裂項目進展狀況 4）完成了水力噴射壓裂管柱結構設計，既能實現多段壓裂，又能解決砂堵后的反洗問題。對壓裂液配方進行優化，可實現動態調整交聯比，使壓裂液通過噴嘴后仍具備攜砂能力，同時具有較高的剪切性能，完全滿足壓裂需要。 管串結構（單層）：引鞋+篩管+單流閥+短節+

13、噴槍+油管三、水力噴射壓裂項目進展狀況 5）根據該技術的施工特點，綜合考慮多方面的因素之后，對噴槍、噴嘴的選材、結構、加工、安裝等方面進行了研究，完成了三種射孔槍、三種噴嘴的設計，油管配套的單層射孔槍及噴嘴已加工完畢，多層射孔槍、連續油管射孔槍正在加工。 6）5月份完成了地面試驗方案的編制、討論，進行了壓裂全過程模擬試驗，驗證l了噴嘴的可靠性。三、水力噴射壓裂項目進展狀況三、水力噴射壓裂項目進展狀況7）在水平井篩管完井上試驗水力噴射分段壓裂技術，效果顯著。10月26日-28日，順利完成了牛東平2 井兩段水力噴射分段壓裂，最高砂比45%，兩段分別加入陶粒18.1m3和17.8m3，壓后合采，日產

14、液24.0m3/d，日產油19.8t/d，含水2%。噴槍扶正器絲堵外加厚油管三、水力噴射壓裂項目進展狀況牛東平2：完鉆井深2404米，水平位移長達996m，篩管完井,2008年3月氣舉投產，未出液,泡沫酸化后轉抽生產,日產液2m3/d，日產油1.16t/d.為提高單井產能，經研究決定對兩個層段進行水力噴射壓裂2103-2105m、1989-1991m。 三、水力噴射壓裂項目進展狀況牛東平2井水力噴砂壓裂技術實驗三、水力噴射壓裂項目進展狀況第一層：（總計基液252.1m3，活性水20m3，石英砂2.4 m3，陶粒17.6m3） 第二層：（總計基液248.3m3，活性水20m3，石英砂2.4 m3

15、，陶粒17.8m3） 三、水力噴射壓裂項目進展狀況井段：2103-2105m射孔砂量：2.4m3油管排量：2.6-3.0m3/min套管排量：0.9-1.0m3/min加砂量：18.1m3入井液量：174m3平均砂比：25%最高砂比：34% 10月26日-28日，順利完成了2103-2105m、1989.6m-1991.6m兩段水力噴射加砂壓裂。井段：1989.6-1991.6m射孔砂量：2.4m3油管排量：1.9-2.6m3/min套管排量：0.9-1.1m3/min加砂量：17.8m3入井液量：124.8m3平均砂比：25.0%最高砂比：35%三、水力噴射壓裂項目進展狀況 施工結束后，經初期投產測試，產油量由施工前的1.2t/d增加到施工后的19.4t/d，日增油18.2t/d，增產15倍，目前已生產36天，累計增油473t，目前穩定產量8.1t/d。取得了顯著的增產效果。四、下步工