水力喷射压裂技术推广与应用论文

分类：水利论文发表 时间：2012-03-10 09:58 关注：(1)

易军1 祁江林2 韩莉莉3

摘 要：现阶段水平井（特别是长裸眼水平井）的压裂工艺欠缺，并且现有常规压裂方式已经逐渐不能满足油田压裂增产任务，对老油田改造增产任务产生较大的制约。在这种情况下，2010年，采油四厂积极同中国石油大学以及各相关科研单位结合，引进适用于水平井以及各种井况复杂井的水力喷砂射孔压裂技术并在油田推广应用。2010年成功将水力喷射压裂技术应用于文南油田油井压裂9井次，取得良好的经济及社会效益。
关键词：水力喷砂射孔；水力压裂；分层压裂；水平井；特殊井况
随着油田开发时间增长，井下技术状况恶化，现有几种常规压裂方式已经不能完全满足油田压裂增产的任务，并且现阶段水平井（特别是长裸眼水平井）的压裂工艺欠缺，对老油田改造增产任务产生较大的制约。在这种情况下，2010年，采油四厂积极同中国石油大学以及各相关科研单位结合，引进水力喷砂射孔压裂技术并在油田推广应用。
水力喷射压裂是集射孔、压裂、隔离一体化的增产措施，经过专用喷射工具产生高速流体穿透套管、岩石，形成孔眼，孔眼底部流体压力增高，超破裂压力起裂，造出单一裂缝。该技术具有一次管柱可连续进行多段压裂，不需机械设备即可起封隔作用，施工程序简单、施工周期短、造缝位置准确、作业成本低等特点，在低渗透、水平井、老油田改造和分层作业方面具有极强的适用性。
2010年成功将水力喷射压裂技术应用于两口水平井W88-P1、W138-P1新投压裂，解决套变问题井压裂2口W43-9、W269-13，应用于4寸套小套管完井压裂1口W33-419H ,解决套损井无法卡封分层压裂应用1口井W33-177，解决固井质量差井压裂问题1口W72-426，成功解决特殊井压裂问题并取得良好增产效果及社会经济效益。
1、研究（推广）内容
水力喷射压裂工艺是集射孔、压裂、隔离一体化的新型增产改造技术，适用于低渗透油藏直井、水平井的增产改造，是低渗透油藏压裂增产的一种有效方法。
根据伯努利（Bernoulli）方程原理，将压能转变为动能，射流增压与环空压力叠加超过破裂压力并维持裂缝延伸。采用一种特殊的喷射/压裂工具，通过两个步骤将地层裂缝打开。
在2010年全年的现场应用过程中，针对水力喷射压裂的特点和要求，在射孔砂、支撑剂的粒径、砂比以及压裂液、施工流程、井下喷射工具等方面进行了深入研究，不断改进和完善，并应用于现场施工。
现阶段采油四厂水力喷砂射孔压裂技术主要应用于以下几个方面：
1.1 成功应用于水平井压裂。现阶段水平井压裂无有效的分层压裂工艺，常规工艺填砂卡封均无法实现，同时水力喷射压裂可以利用喷射射孔技术对生产层进行射孔，既节约了射孔成本，节约了生产周期，同时还可以利用该趟管柱对生产层进行有效的压裂改造，提高生产能力。
1.2 成功解决井况问题导致无法卡封分层压裂井压裂问题。随着时间推移，油井套管及井下状况复杂，老井套管缩径、错断现象频繁，这种情况下，封隔器无法安全送到井下，卡封分层压裂工艺无法实施，水力喷射压裂可以很好的解决这种问题，利用自身的水力封隔分段机理，可以克服井况问题，完成分层压裂工艺要求。
1.3 应用于４寸套小套管井。目前部分井下挂４寸小套管完井，对下井工具外径限制较大，导致分层压裂无有效压裂工艺。水力喷射压裂工艺喷枪外径小，无套管尺寸限制，可对小套管完井及侧钻井进行分层压裂。
1.4 解决管外窜井分层压裂问题。油井套管管外窜无法在井筒内实现分层压裂，因此可利用水力喷射压裂本身水力封隔分段机理实现分层目的。
2、技术创新内容
水力喷射压裂工艺是一种新的创新工艺，较常规压裂在多方面创新具备常规压裂无法比拟的优势：
2.1水力喷射压裂工艺是一项集水力喷砂射孔和水力压裂于一体的新型储层改造技术。该技术利用动态分流自动封隔 ,不需要任何机械密封装置。
2.2施工过程中应用喷射压裂能够有效降低井底地层破裂压力,可在任何位置准确造缝 ,而且不同位置可以采用不同压裂方案。
2.3管柱组合简单，喷射工具外径可根据不同要求定制，受井筒通径限制小，可解决套变、套损等复杂井况井压裂问题。
2.4一次管柱可连续进行多段压裂 ,施工程序简单、周期短、作业成本低。
2.5水力喷射压裂技术具有巨大的潜力，并且在今后的不断应用中可不断改进以完善该工艺技术以解决当前存在部分问题并且适应文南油田的开发现状：
2.5.1对滑套进行改进设计，可实现不动管柱水力喷射逐层压裂技术，不但实现了射孔、压裂、生产联作,还为合层开采提供了条件。
2.5.2改进喷嘴材料增加喷嘴寿命可试验一趟管柱动管柱多层水力喷射压裂；四川油田GA-002-H9水平井成功应用与不压井装备配合，拖动普通油管逐层压裂。
2.5.3 与压前酸处理结合，在喷嘴可适应条件下实施动管柱分段喷射酸化的工艺。
3、取得的技术、经济、社会效益
2010年全年，采油四厂共实施水力喷射压裂9井次，占全年压裂总井次的14.6%，累计增油量2207吨，累计有效期948天，平均单井有效期105.3天，平均单井日增油量2.328吨。总计投入压裂费用699.9万元，压裂增油效益2207.6吨，增气138.5759万方，总计取得经济效益870.1418万元，投入产出比：1：1.24。
4、认识与建议
4.1水力喷射压裂存在一定的局限性
4.1.1工艺对套管伤害情况仍在摸索中
因水力喷射过程中喷枪未锚定，故在压裂过程中，易对套管造成伤害，包括管柱震动伤害以及喷砂伤害，现今该方面处在探索阶段，目前已在W33-177井上进行压前多臂井径测井和压后电子探伤监测，通过对比进一步分析水力喷射对套管伤害的类型及伤害程度。2011年应加强压后套管伤害、裂缝监测方面的工作，指导压裂措施运行。
4.1.2喷嘴的耐压及使用寿命有待加强
水力喷射压裂装置寿命短，特别是喷射工具磨损严重，喷射返流会对喷射工具表面造成损伤。优化设计新型喷射工具，选择合适材料，有效延长喷射工具寿命十分关键。从2010年现场应用的六口井看，加砂压力较高，平均压力高于65Mpa，施工时间都在两小时以上，地层出水、反洗井或作业不当均有可能造成喷嘴脱落，因此，有待于研究适合高压地层的喷射工具及研究更换喷嘴二次利用喷枪技术。
4.1.3对套管要求较高
由试验及现场应用发现套管补液压力在40-60Mpa之间，套压较高，对油井套管具有较高要求，因此水力喷射压裂前需对套管进行处理并试压合格后方可实施该工艺。
4.2继续加大水力喷射工艺推广应用力度
4.2.1 水力喷射压裂技术的成功应用解决了水平井压裂的工艺欠缺问题，并且对于特殊境况无法实施卡封压裂的井提供了有效的解决方法，具有重要的前景及意义。
4.2.2 精细分析综合评价选井采取水力喷射压裂
水力喷射压裂对于解决井况问题、水平井压裂、小直径套管等原因无法常规压裂提供有效的技术手段，但是该技术不适用于层间跨度较大的井，同时压裂费用也相对较高，平均单井费用75.4万元。
4.2.3 在下步长期的生产实践中，水力喷射压裂技术可以得到进一步的完善与进步，针对水力喷射压裂机理研究缺乏的现状采用理论分析、数值模拟、室内试验和现场试验多种手段，深入研究水力喷射孔眼内外压力分布规律及其影响因素，合理确定水力参数，对地层、设备、经济性等多方面进行综合评价，选择合适的水力喷射压裂工艺形式，优化设计压裂施工方案，取得更好的增产效果和最大经济效益，使水力喷射压裂工艺技术更加适应文南油田的开采现状，在文南油田水平井以及复杂井况井的压裂措施中得到更广泛的推广与应用。