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。

3、水力喷射压裂技术特征

结合以往实践应用经验分析，水力喷射压裂技术主要包含以下特征：①可按照每个井自身实际状况，专项制定喷射工具与相关参数，按照每组裂缝自身实际要求明晰实际工艺流程，确定最终裂缝大小、选择压裂液；②通过灵活性调整喷射工具实际定位和角度调整优化，可进一步把控裂缝实际位置及其产生方向；③具有广泛的适应性。其可用于多种类型井内，如裸眼井、衬管完井眼和套管井内使用，按照实际需求可选用钻杆、油管或连续管作业；④一次管柱可进行多段压裂，整体施工耗损时间短，有助于减少对存储层损害。同时，实际压井频次较低，施工流程简易；⑤喷射压裂有助于降低地层破坏实际压力，保证高破裂压力地层的压开和压裂施工[1]。 二、影响水力喷射孔段压裂技术关键参数

一方面，喷嘴结构。水力喷射喷嘴结构应有助于液体和磨料实际速度提升，所以实际结构设计过程中需选用多级收缩组合。水力喷砂喷嘴设计过程中，需遵循以下基本原则：其一，整体能量转换率较高；其二，喷嘴自身耐磨性优良，使用年限较长；其三，产生射流密集性较佳。水力喷射喷嘴自身尺寸规格需吻合喷射射孔最理想速度要求，同时需保证吻合压裂施工中携砂液实际流通要求，需进一步综合考量施工中排量和砂比实际因素，以免出现泵压过高、砂堵的状况，综合性考量以上因素喷嘴孔径以偏大为宜。另一方面，喷射速度。实际研究数据显示，喷嘴出口实际流速控制在130-200m/s内可保证水力喷射穿孔破岩的目的[2]。 二、水力喷射压裂灌注及施工工艺分析研究1、动管柱水力喷射分段压裂工艺管柱及工艺

按照其内部是否存在封隔器，动管柱可将划分为两种类型，即无封器水力喷射施工管柱、有封隔器水力喷射施工管柱，前者主要是用于层间压裂差值较小的井段，后者主要适用于层间压裂实际差距较大层段。无封隔器水力是喷射分段压裂管柱主要是由多个元件构成，如安全接头、水力喷射器、单流阀等，正式施工之前需按照初期设计要求，将压裂管柱放置于合理部位，灵活性调整管柱自身长度，促使喷嘴与第一个压裂位置对正，实际工具定位之后逐步开始喷射压裂，该管柱主要通过上提管柱至与之匹配压裂层段方式，以此实现分段压裂目标。其实际施工工艺为将管柱放置于第一个设计部位，待下井定位工作完成之后，开启内部套管闸门，从油管内替入前置液后，进一步提高排量和压力，注入携砂液完成射孔工作，完成后关闭套管闸门，始终保证油管内实际排量，同时从套管内注入液体，提高地层压力形成压裂。有封隔器水力喷射分段压裂管柱结构，其主要是由水力喷射器、悬挂器、扶正器等元件构成，压裂施工工艺流程与单级水力喷射管柱施工较为相似，单流阀自身实际功能可保证封隔器完成坐封，充分利用封隔器以此强化封隔成效。该管柱也是依托上提管柱至与之吻合压裂层段方式，进一步实现分段压裂目标[3]。 2、不动管柱水力喷射分段压裂工艺管柱及工艺

单柱结构构成主要包含安全接头、扶正器、滑套式水力喷射器等，该管柱自身基本原理与上述动管柱基本相似，其主要差异性在于该管柱正式作业过程中，无需上提管柱，而是通过逐级投球方式，完成不同层段分段压裂实际改造。管柱完成下井定位工作之后，开启内部套管闸门，从油管内注入前置液体之后，进一步提高排量和实际压力，注入携砂液完成射孔，该项工作完成之后关闭套管闸门，以此保证油管自身实际排量。同时，从套管内注入液体，以此提高地层实际压力形成压裂。待各项工作完成之后投球打压，打开上层滑套式水力喷射器，同时关闭下层，完成上层射孔、压裂。结束语

水力喷射孔主要将流体利用专业工艺，将高压能量转化为动能，形成高速射流冲击套管，为获取较佳的射孔成效，通常在流体内加入石英砂等。该技术处于增产过程中完成水力喷射射孔和压裂，进一步优化实际作业流程，缩短实际施工时间提高作业效率。参考文献

[1]贾卫平.水力喷射分段压裂工艺在文留油田的突破应用[J].内蒙古石油化工,2019,359(11):32-33.

[2]周林波,刘红磊,解皓楠,等.超深碳酸盐岩水平井水力喷射定点深度酸化压裂技术[J].特种油气藏,2019,26(3):158-162. [3]许耀波,郭盛强.软硬煤复合的煤层气水平井分段压裂技术及应用[J].煤炭学报,2019,44(4):201-209.