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水力喷射逐层压裂工艺应用
作者：燕 勇 王新刚 宁 兵 潘靖华 王 慧 来源：《中国科技博览》2009年第02期
中图分类号：TE6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X(2009)01(b)-0100-01
水力喷射分段改造技术是90年代末发展起来的目前国外应用比较广泛的技术。1998年，Surjaatmadja首先提出了水力喷射压裂思想和方法。并用数值模拟和室内实验方法对其可行性进行了研究。之后，Sur-jaatrnadja和T.G.Love等不断总结现场施工经验，对水力喷射压裂的处理流程做了修改完善。虽然从提出水力喷射压裂的方法到现在时间很短，但该方法是目前为止被证明对低渗透油藏裸眼水平井进行压裂增产改造的有效方法。
水力喷射压裂技术一般包括了水力喷射射孔、水力压裂和环空联合泵入流体(用单独的泵入装置)等三个主要的过程。
一、工艺原理
水力喷射压裂是集水力射孔、压裂、隔离一体化的新型增产改造技术，利用水动力学原理，通过2套泵压系统分别向油管和环空中泵入流体，完成喷砂射孔和压裂而无需机械封隔装置。
在高速高压下重力的影响可以忽略，Bernoulli方程可表示为： v2/2+p/p (1)
由Bernoulli方程可知，流体通过喷射工具，油管中的高压能量被转换成动能，产生高速流体冲击岩石形成射孔通道，完成水力射孔。高速流体的冲击作用在水力射孔孔道顶端产生微裂缝，降低了地层起裂压力。射流继续作用在喷射通道中形成增压。向环空中泵入流体增加环空压力，喷射流体增压和环空压力的叠加超过破裂压力瞬间将射孔孔眼顶端处地层压破。环空流体在高速射流的带动下进入射孔通道和裂缝中，使裂缝得以充分扩展，能够得到较大的裂缝。产生裂缝条件可表示为： P增压+P环空≥P破裂 (2)
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控制喷射工具，压裂液和动能都聚焦于井筒的某一特定位置，因而可以准确选择裂缝方位。裂缝形成后，高速流体继续喷射进入孔道和裂缝中，这一过程与水力喷射泵作用十分相似，每一个射孔孔道就形成了“射流泵”。根据Bernoulli方程，射流出口附近的流体速度最高，压力最低，流体不会“漏到”其他地方。环空的流体则在压差作用下被吸人地层，维持裂缝的延伸。整个过程利用水动力学原理实现水力封隔，不需要其他封隔措施。通过拖动管柱，将喷嘴放到下一个需要改造的层段，可依次压开所需改造井段。水力喷射压裂技术可以在裸眼、筛管完井的水平井中进行加砂压裂，也可以在套管井上进行，施工安全性高，可以用一趟管柱在水平井中快速、准确地压开多条裂缝，水力喷射工具可以与常规油管相连接入井，也可以与大直径连续油管相结合，使施工更快捷，国内外已有数百口井用此技术进行过酸压或加砂压裂处理。水力喷射压裂原理示意图和拖动分段压裂示意图分别见图1和图2。
二、工艺特点
不需要机械封隔，能够自动隔离，可用于裸眼、套管完井； 一次管柱可进行多段压裂，施工局期短，有利于降低储层伤害； 喷砂射孔与加砂压裂联作，无须专门预先射孔； 需要两套压裂车组，满足油管、环空同时泵注； 可进行定向喷射压裂，准确造缝；
喷射压裂可以有效降低地层破裂压力，保证高破裂压力地层的压开和压裂施工； 该工艺压井次数少，对储层伤害小，而且施工程序简单，能够产生大的经济效益。
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三、适应性
水力喷射技术可以在裸眼、筛管、甚至套管完井的水平井以及石灰岩、砂岩等不同岩性上进行分段酸压或加砂压裂，而且施工安全快捷。
水力喷射压裂是低渗透油藏裸眼水平井压裂增产的有效技术，同样也适应于直井的压裂改造。
四、应用实例
1、试验井概况
白浅110井位于四川白马庙气田大兴潜伏鼻状构造沙溪庙组顶界构造的轴线上，裂缝及微裂缝发育。该井于2003年7月8日开钻，2003年9月2日钻至井深2250m沙溪庙组完钻，最大井斜为1.569°。之后开采生产了两年，由于产量很低，于2005年关井停产。自浅110井为该次试验井，根据油气显示和测井解释，1091～1105m、912～926m和749～760m三个层段为细砂岩气层，裂缝较发育，选定上述3层为连续油管水力喷射逐层压裂层段。
2、施工工艺
试验设备为美国HydraRig公司50.8mm大管径连续油管，包括连续油管主车和辅助车各一辆。连续油管允许通过的最大排量为2.0m3/min，承压为70MPa，总长度为2100m。 连续油管水力喷射逐层压裂层段具体施工步骤如下：①将连续油管准确下入施工层位；②维持连续油管内一定排量低替基液；③进行加砂射孔，为保证安全，控制连续油管压力低于65MPa。几分钟后，套管压力会突然下降，说明套管已被射穿，继续喷砂射孔，获得较为完善的射孔孔眼；④顶替弱交联液；⑤关闭套管进行试挤；⑥提高连续油管排量高挤前置液；⑦向环空中泵入液体，同时按照设计加砂程序通过连续油管高挤携砂液。此过程为防止连续油管和套管超压，需根据情况不断调整环空和油管排量；⑧加砂完毕，油管和环空停泵；⑨将连续油管下入下一施工层位，重复以上②～⑨步骤，完成连续油管水力喷射逐层压裂施工。
3、试验结果及分析