水力喷射分段压裂工艺研究
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水力喷射分段压裂工艺研究
作者：刘建红
来源：《装饰装修天地》2017年第20期
摘要：本文从水力喷砂射孔原理入手，分析了其技术特点及影响水力喷砂射孔效果的因素，并对施工参数进行了优化。
关键词：水力喷射；压裂技术；分段压裂；吐哈油田
1 水力喷射压裂技术的必要性分析
吐哈油田是一个典型的低渗透油田，但随着油田高效开发的持续进行，底水发育、油（气）层储层厚度小、水平井、筛管完井、油（气）层与水层间距离小以及固井质量差等油（气）井日益增多。
水平井、筛管完井具有压裂井段长的特点，常规压裂技术存在施工风险高、压裂目的层针对性不强，裂缝长度无法保证、压裂效果有限等问题；底水发育、油（气）层储层厚度小、油（气）层与水层间距离小的井压裂改造时，缝高失控、沟通水层的风险较高，施工规模与排量均难以提高，储层改造效果不理想。
2 水力喷射压裂技术研究
2.1 水力喷射压裂技术原理
水力喷射压裂技术通过安装在施工管柱上的水力喷射工具，利用水击作用在地层形成一个（或多个）喷射孔道，从而在近井地带产生微裂缝，裂缝产生后环空增加一定压力使产生的微裂缝得以延伸，实现水力喷射压裂，见图1。
该技术基于伯努利方程，见式（2-1），方程式表明流体中的能量维持常量。由方程可知流体束的速度变化引起压力反向变化。喷嘴出口处速度最高压力就最低，随着流体不断深入孔道速度逐渐减小，压力不断升高，到孔道端处速度达到最低压力最高。水力喷射压裂通过喷射流体在孔道内动能与压能的转换，利用喷射滞止压力破岩从而在喷射点处产生微裂缝。由于能量集中在孔道端处，井筒不受破裂压力的影响，从而消除了压力曲线中地层破裂时的压力峰值，并且近井筒地带扭曲问题很少出现。水力喷射压裂利用动态分流技术成功解决了水平井裂缝的定位控制问题，通过流体的动态运动让其进入地层的特定位置而不使用任何机械密封装置。
p+ρgh+1/2ρv2=const （2-1）
2.2 水力喷射工具
水力压裂安全技术要求
水力压裂安全技术要求 SY/T6566－2003 国家经济贸易委员会2003－03－18批准 2003－08－01实施 前言 本标准由石油工业安全专业标准化技术委员会提出并归口。 本标准起草单位：吉林石油集团有限责任公司质量安全环保部、井下作业工程公司。 本标准主要起草人：宋泽明、宫长利、朱占华、毛杰民、付新冬、崔伟。 引言 水力压裂施工是油田开发、评价和增产的重要技术措施，也是一项风险较大的作业。由于压裂施工应用高压技术，野外作业，流动性大，涉及其它相关作业，经常接触石油、天然气等易燃易爆和其它有毒有害物质，易发生人员伤亡、环境污染等事故。为加强井下压裂施工安全管理，规范操作，搞好全过程施工作业，最大限度地避免发生事故，促进油田开发，提高经济效益，特制定本标准。 1 范围 本标准规定了水力压裂安全施工方法和技术要求。 本标准适用于水力压裂及相关施工作业。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB 150 钢制压力容器 SY 5727 井下作业井场用电安全要求 SY/T 5836 中深井压裂设计施工方法 SY 5858 石油企业工业动火安全规程 SY/T 6194 套管和油管 SY 6355 石油天然气生产专用安全标志 3 压裂选井和设计及施工队伍要求 3．1 压裂选井和设计应按SY/T 5836执行，并符合下列安全要求： a）套管升高短节组配与油层套管材质、壁厚相符； b）使用无毒或低毒物质； c）下井工具、连接方式应能保证正常压裂施工，并有利于压裂前后的其它作业； d）通往井场的道路能够保证施工车辆安全通行； e）场地满足施工布车要求。 3．2 压裂设计中应包括下列与安全有关的内容： a）存在可能影响压裂施工的问题； b）施工井场、施工车辆行驶路线说明及要求； c）地面流程连接、施工设备检查要求； d）试压、试挤要求； e）施工交接、检查要求；
水力压裂工艺技术概述与分类
水力压裂工艺技术概述与分类 发表时间：2020-03-24T09:48:45.807Z 来源：《文化时代》2020年1期作者：刘帅 [导读] 水力压裂是油气井增产、水井增注的一项重要技术措施。当地面高压泵组将液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中时，在井底附近蹩起超过井壁附近地层的最小地应力及岩石抗张强度的压力后，即在地层中形成裂缝。随着带有支撑剂的液体注入缝中，裂缝逐渐向前延伸，这样，在地层中形成了具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝。由于压裂形成的裂缝具有很高的导流能力，使油气能够畅流入井，从而起到了增产增注的作用。 胜利油田东方实业投资集团有限责任公司山东东营 257000 摘要：水力压裂是油气井增产、水井增注的一项重要技术措施。当地面高压泵组将液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中时，在井底附近蹩起超过井壁附近地层的最小地应力及岩石抗张强度的压力后，即在地层中形成裂缝。随着带有支撑剂的液体注入缝中，裂缝逐渐向前延伸，这样，在地层中形成了具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝。由于压裂形成的裂缝具有很高的导流能力，使油气能够畅流入井，从而起到了增产增注的作用。 关键词：机理；裂缝；技术研究；增产；发展；探索。 一、水利压裂技术概述 水力压裂技术经过50 多年的发展，在裂缝模型、压裂井动态预测、压裂液、支撑剂、压裂施工设备、应用领域等方面均取得了惊人的发展，不但成为油气藏的增产增注手段，也成为评价认识储层的重要方法。近期水力压裂在总体优化压裂、重复压裂、大型压裂、高砂比压裂，端部脱沙压裂、CO2 泡沫压裂及特殊井（斜井、水平井、深井、超深井、小井眼井等）压裂技术方面有了进一步的完善和发展，压裂的单项技术也有了很大进展。国内压裂酸化技术在设计软件、压裂酸化材料、施工技术指标等方面，已接近国际先进水平。介绍了国内不同储层类型所适用的压裂技术，对更好地发挥水力压裂技术在油气田勘探与开发中的作用具有重要意义。 自1947 年美国进行第1 次水力压裂以来，经过50 多年的发展，水力压裂技术从理论研究到现场实践都取得了惊人的发展。如裂缝扩展模型从二维发展到拟三维和全三维；压裂井动态预测模型从电模拟图版和稳态流模型发展到三维三相不稳态模型，且可考虑裂缝导流能力随缝长和时间的变化、裂缝中的相渗曲线和非达西流效应及储层的应力敏感性等因素的影响；压裂液从原油和清水发展到低、中、高温系列齐全的优质、低伤害、具有延迟交联作用的胍胶有机硼“双变”压裂液体系和清洁压裂液体系；支撑剂从天然石英砂发展到中、高强度人造陶粒，并且加砂方式从人工加砂发展到混砂车连续加砂；压裂设备从小功率水泥车发展到1000 型压裂车和2000 型压裂车；单井压裂施工从小规模、低砂液比发展到超大型、高砂液比压裂作业；压裂应用的领域从特定的低渗油气藏发展到特低渗和中高渗油气藏（有时还有防砂压裂）并举。同时，从开发井压裂拓宽到探井压裂，使压裂技术不但成为油气藏的增产增注手段，如今也成为评价认识储层的重要方法。 二、水力压裂工艺技术分类 压裂是靠在地层中造出高渗透能力的裂缝，从而提高地层中流体的渗流能力。从一口井的增产来说，压裂主要解决有一定能量的低渗透地层的产量问题或井底堵塞而影响生产的井。对有足够的地层压力、油饱和度及适当地层系数的井，应选作压裂的对象。另外选井要注意井况，包括套管强度，距边水、气顶的距离，有无较好的遮挡层等。 在选井层的基础上，还要妥善地解决一些工艺技术的问题。保证压裂设计的顺利执行对多油层的油井压裂，在多层情况下，要进行分层压裂。利用封隔器的机械分层方法、暂堵剂的分层方法、限流法或填砂法都可以进行分层压裂作业。 1.堵球法分层压裂 堵球法分层压裂是将若干堵球随液体泵入井中，堵球将高渗透层的孔眼堵住，待压力蹩起，即可将低渗层压开。这种方法可在一口井中多次使用，一次施工可压开多层。施工结束后，井底压力降低，堵球在压差的作用下，可以反排出来。该方法的优点是省钱省时，经济效果好。 2.封隔器分层压裂 使用封隔器一次多层压裂的施工方法已被广泛采用，分层压裂管柱如图所示 共有三种方法，即憋压分层压裂、上提封隔器分层压裂、滑套分层压裂。憋压分层压裂是用几个封隔器隔开欲压的各个层段，在每个上封隔器的下面接一个单流凡尔球座，在球座下面的封隔器上安一个带喷嘴的短节，喷嘴用铜皮封隔。压裂时，先压最下面一层，然后投球封闭底层，再憋压将第二层压开，依次将各层压开。憋压法压裂一次可压 3层。封隔器上提分层压裂是用封隔器预先按施工设计卡开井下需要压裂的最下1～2个层段，压完后停泵使封隔器胶筒收缩，然后再按预先设计好的上提深度起出部分油管，启泵再进行上一个层段的压裂施工。滑套分层压裂自下而上进行，首先压裂最下层，压完后不停泵，用井口投球器投一钢球，使之坐在最下面喷砂器的上一级喷砂器的滑套上，憋压剪断销钉后，滑套便会落入下一级喷砂器上，使出液通道封闭，从而压裂第二层，依次类推，可实现多层压裂。 3.限流法分层压裂 限流法分层压裂工艺是当一口井中具有多层而各层之间的破裂压力有一定差别时，通过严格控制各层的孔眼数及孔径的办法，限制各层的吸水能力以达到逐层压开的目的，最后一次加砂同时支撑所有裂缝。 20、27.58 MPa，按射孔计划将各层按一定孔眼数射开，当注入的井底压力为26.20 MPa时，B层压开；然后提高排量，因为孔眼摩阻正比于排量，当B层的孔眼摩阻大到1.38 MPa，注入的井底压力达到27.58 MPa，此时C层被压开；继续提高排量，B层孔眼摩阻达到2.76 MPa时，注入的井底压力达到28.96 MPa，A层被压开。 限流法压裂的特点是在完井射孔时，按照压裂的要求设计射孔方案（包括孔眼位置、孔密度及孔径），从而使压裂成为完井的一个组成部分。由于严格限制了炮眼的数量和直径以及层内局部射开和层间同时压开，使得该工艺对套管和水泥环的损害较小，一般不会导致串
水力压裂技术
水力压裂水力压裂：： 一项一项经久不衰的技术经久不衰的技术经久不衰的技术 自从Stanolind 石油公司于1949年首次采用水力压裂技术以来，到今天全球范围内的压裂施工作业量将近有250万次。目前大约百分之六十新钻的井都要经过压裂改造。压裂增产改造不但增加油井产量，而且由于这项技术使得以前没有经济开采价值的储量被开采了出来（仅美国自1949年以来就约有90亿桶的石油和超过700万亿立方英尺的天然气因压裂改造而额外被开采出来）。另外，通过促进生产，油气储量的静现值也提高了。 压裂技术可以追溯到十八世纪六十年代，当时在美国的宾夕法尼亚州、纽约、肯塔基州和西弗吉尼亚州，人们使用液态的硝化甘油压浅层的、坚硬地层的油井。目的是使含油的地层破裂，增加初始产量和最终的采收率。虽然使用具有爆炸性的硝化甘油进行压裂是危险并且很多时候是违法的，但操作后效果显著。因此这种操作原理很快就被应用到了注水井和气井。 在十九世纪三十年代，人们开始尝试向地层注入非爆炸性的流体（酸）用以压裂改造。在酸化井的过程中，出现了一种“压力从逢中分离出来”现象。这是由于酸的蚀刻会在地层生成不能完全闭合的裂缝，进而形成一条从地层到井的流动通道，从而大大提高了产量。这种“压力从逢中分离出来”的现象不但在酸化的施工现场，在注水和注水泥固井的作业中也有发生。 但人们就酸化、注水和注水泥固井的作业中形成地层破裂这一问题一直没有很好的理解，直到Farris 石油公司（后来的Amoco 石油）针对观察井产量与改造压力关系进行了深入的研究。通过此次研究，Farris 石油萌生出了通过水力压裂地层从而实现油气井增产的设想。 第一次实验性的水力压裂改造作 业由Stanolind 石油于1947年在 堪萨斯州的Hugoton 气田完成（图 1）。首先注入注入1000加仑的粘 稠的环烷酸和凝稠的汽油，随后是 破胶剂，用以改造地下2400英尺 的石灰岩产气层。虽然当时那口作 业井的产量并没有因此得到较大 的改善，但这仅仅是个开始。在 1948年 Stanolind 石油公司的 J.B.Clark 发表了一篇文章向石油 工业界介绍了水力压裂的施工改造过程。1949年哈里伯顿固井公司（Howco）申请了水力压裂施工的专利权。 哈里伯顿固井公司最初的两次水力压裂施工作业于1949年3月17日，一次在奥克拉荷马州的史蒂芬郡，总花费900美元；另一次在位于得克萨斯州的射手郡，总花费1000美元，使用的是租来的原油或原油与汽油的混合油与100到150磅的砂子（图2）。在第一年中，332口井被压裂改造成功，平均增加了75%的产量。压裂施工被大量应用，也始料未及地加强了美国的石油供应。十九世纪五十年代中期，压裂施工达到了每月3000口井的作业量。第一个过五十万英镑的压裂施工作业是由美国的Pan 石油公司（后来的Amoco 石油，现在的BP 石油）于1968年10月在奥克拉荷马州的史蒂芬郡完成的。在2008年世界范围内单级花费在1万到6百万美元之间的压裂作业超过了5万级。目前，一般的单井压裂级数为8到40
水平井水力喷射分段压裂应用现状及适用性分析
水平井水力喷射分段压裂应用现状及适用性分析 随着时代的发展，社会经济对石油天然气这类化石能源的需求越来越多，油气田的开采在很大程度上影响着社会的发展和人们的生活，因此，油气田的稳产稳收对我国社会的稳定发展起着重要的作用。而近些年来，油气田开采时间比较久，开采力度也比较强，同时受地质情况影响，我国油气田出现了很多低渗透油田，严重影响着油气开采的稳定性。而在现阶段，水平井和水力压裂技术是对低渗透油田有效开采的重要手段，而在水平井无法取得理想效果的油田，则需要利用分段压裂来提高产能。本文将就水平井水力喷射分段压裂技术的原理和应用等方面做出分析，从而帮助油气田开采更加顺利进行。 标签：水平井；分段压裂；应用现状；适用性 1 引言 近些年，随着我国油气田开采年限的增长和开采力度的加大，加之我国地质条件的特殊性，新油田更加复杂多样，老油田开采难度也逐年增加。而这些年，我国新探测的油田则是以低渗透油田为主，占到了新探明油田储量的一半以上。如何提高低渗透油田的采收率，提高单井产量，使当前油气开发面临的最为严重的问题之一。 2 水利喷射分段压裂机理 水力喷射分段压裂技术使集射孔、压裂、隔离为一体的新型技术，可以有效的提高单井的产量。根据伯努利原理，高速的射流在裂缝起裂之前进入孔眼，然后静止下来，高速射流由高速转为静止而产生静压能，使孔眼内的滞止压力远高于环空压力。当孔眼内滞止压力高于地层破裂所需要的压力的时候，高速射流所处的位置就会产生人工裂缝。而在人工裂缝形成之后，环空流体则会在高速水流的引导下被吸入裂缝之中，从而将裂缝封隔起来。与此同时，需要拖动管柱，将高速射流喷嘴下放到下一个层段，并依次进行井段改造。 该技术是充分利用了动态分流原理，不需要机械封隔装置来辅助，就可以有效的对油气井进行定向压裂改造。同时，由于在水力喷射压裂技术中，压力和排量是非常重要的环节，因此必须根据油气井的实际情况来选择合理的油管尺寸，并确定好油管的直径，在实际操作中，也需要根据现场的实际情况来进行改进。 3 水力喷射分段压裂应用现状 近些年来，水平井水力喷射分段压裂技术在各国油气田开发中被广泛应用，作为一项新型的增产改造技术，在全世界范围内约有150多口井成功采用这项技术实现增产增收，尤其是在低渗透油田上，该技术大大改善了其难以开采的现状。二十世纪初期，我国开始将这项技术应用到低渗透油藏的开发之中，并且取得了非常好的效果，在我国的水力喷射分段压裂技术的运用中，绝大部分都是低渗透
水力压裂综述
文献综述 前言 水力压裂是油田增产一项重要技术措施。由地面以超过地层吸收能力的排量高压泵组将液体注入井中，此时，在井底附近便会蹩起压力，当蹩气的压力超过井壁附近地层的最小地应力和岩石抗张强度时，在地层中便会形成裂缝。随之带有支撑剂的液体泵入缝中，裂缝不断向前延伸，这样，在地层中形成了具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝。由于压裂形成的裂缝提高了产油层导流能力，使油气能够畅流入井内，从而起到了增产增注的作用。 为了完成水力压裂设计，在地层中造成增产效果的裂缝，需要了解与造缝有关的地应力、井筒压力、破裂压力等分布与大小。这些因素控制着裂缝的几何尺寸，同时对与地面与井下设备的选择有关。同时，用于水力压裂的压裂液的性能、数量，支撑剂的排布情况关系到裂缝的几何尺寸，压裂技术-端部脱砂技术，对提高压裂效果起到很大作用，这些因素关系到能否达到油田增产的目的，需要进行详细研究。在建立适当的裂缝扩展模型的基础上，实现现场实际生产情况的模拟研究，对进一步优化水力压裂参数，提高压裂经济实用性起到很大作用。 这项油田增产措施自发展以来，得到国内外广泛采用，并且经不断的开发试验，已取得很大成效。 水力压裂技术的发展过程 水力压裂技术自 1947 年美国堪萨斯州进行的的第一次试验成功以来，至今近已有60余年历史。它作为油井的主要增产措施，正日益受到世界各国石油单位的重视及采用 ,其发展过程大致可分以下几个阶段: 60 年代中期以前 ,各国石油公司的工作者们的研究工作已适应浅层的水平裂缝为主，此时的我国主要致力于油井解堵工作并开展了小型压裂试验。 60 年代中期以后 ,随着产层加深 ,从事此项事业的工作者以研究垂直裂缝为主。已达成解堵和增产的目的。这一时期 ,我国发展了滑套式分层压裂配套技术。 70 年代 ,工作进入到改造致密气层的大型水力压裂阶段。我国在分层压裂技术的基础上 ,发展了蜡球选择性压裂工艺 ,以及化学堵水与压裂配套的综合
滑套式水力喷射分段压裂技术
滑套式水力喷射分段压裂技术 【摘要】滑套式水力喷射分段压裂技术将投球打滑套工艺同水力喷射相结合。施工时从油管投入相应尺寸阀球，打开喷枪内置滑套，同时封堵下层。然后地面加压，在喷嘴形成高速射流，切开套管，水泥环，在地层中形成一定直径和深度的孔眼；同时油套环空小排量注入，使得环空压力略低于地层破裂压力，继续喷射，即可在喷射点形成裂缝。本层施工结束后，再从油管投入相应尺寸阀球，打掉上层喷枪滑套，封堵本层，即可进行上层施工。依此投入由小到大阀球可实现分层压裂。 【关键词】滑套式水力喷射 1 引言 滑套式水力喷射分段压裂工艺是基于定点水力喷射基础上研发的。滑套式水力喷射压裂工艺可以实现多层压裂，且无须拖动管柱，只需按顺序逐级投入由小到大阀球。操作简单、施工周期短、造缝位置准确、作业成本低，避免了机械封隔器分段压裂时可能带来的封隔器卡阻问题，适用于大部分水平井和直井分层段压裂，对于已射孔、井段大、无隔层压裂井改造非常有针对性。目前压裂公司已在辽河油区内外成功施工了6口井（4口直井、2口水平井），效果显著。 2 技术原理 滑套式水力喷射是将水力喷射和打滑套分层技术相结合的一门工艺技术。 水力喷射由油管及环空挤压共同完成。通过安装在施工管柱上的水力喷射工具，高压能量转换成动能，产生高速射流冲击（或切割）套管和岩石，在地层形成一个（或多个）喷射孔道，完成水力射孔。高速流体的冲击作用在近井地带产生微裂缝，裂缝产生后环空增加一定压力使产生的微裂缝得以延伸，实现水力喷射压裂。同时由于喷嘴出口周围流体速度最高，其压力最低，故流体会自动泵入裂缝而不会流到其它地方。环空的流体也会在压差作用下进入射流区被吸入地层（图1）。 滑套式水力喷射分段压裂工艺是基于水力喷射基础上研发的。在喷枪内安置滑套，由销钉固定。从油管投入钢球，销钉在一定压差下剪断，滑套打落，喷嘴露出，同时钢球落入球坐，封堵下层，然后进行水力喷射。 3 技术优势 （1）水平井或直井多段压裂不用封隔器或桥塞等隔离工具，可实现自动封隔，施工风险小且操作简便。 （2）利用滑套式喷射器实现不动管柱喷射压裂工艺，一次管柱可进行多段
水力压裂技术
第六章水力压裂技术 一、名词解释 1、水力压裂：常简称为压裂，指利用水力作用使油层形成裂缝的方法，是油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施，不仅广泛用于低渗透油气藏，而且在中、高渗油气藏的增产改造中也取得了很好的效果。 2、地应力：指赋存于地壳岩石中的内应力。 3、地应力场：地应力在空间的分布。 4、破裂压力梯度：地层破裂压力与地层深度的比值。 5、闭合压力（应力）：使裂缝闭合的压力，理论上等于最小主应力。 6、分层压裂：分压或单独压开预定的层位，多用于射孔完成的井。 7、裂缝的方位：裂缝的延伸（扩展）方向。 8、压裂液：压裂过程中，向井内注入的全部液体。 9、水基压裂液：以水为基础介质，与各种添加剂配制而成的压裂工作液。 10、交联剂：能将溶于水中的高分子链上的活性基团以化学链连接成三维网状型的结构，使聚合物水溶液形成水基交联冻胶压裂液。 11、闭合压力：使裂缝闭合的压力，理论上等于最小主应力。 二、叙述题 1、简述岩石的破坏及破坏准则。 答案要点：脆性与塑性岩石：在外力作用下破坏前总应变小于3%的岩石叫脆性岩石，总应变大于5%的岩石叫塑性岩石，总应变介于3～5%的岩石叫半脆性岩石。 岩石的破坏类型：拉伸破坏；剪切破坏；塑性流动。其中拉伸破坏与剪切破坏主要发生在脆性岩石。塑性流动主要发生在塑性岩石。 2、简述压裂液的作用。 答案要点：按泵注顺序和作用，压裂液可分前置液、携砂液和顶替液。其中，携砂液是 压裂液的主体液。○1前置液的作用：造缝、降温；○2携砂液的作用：携带支撑剂、延伸造缝、冷却地层；○3顶替液的作用：中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有预防砂卡的作用；注完携砂液后要用顶替液将井筒中全部携砂液替入裂缝中，以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。 3、简述压裂液的性能及要求。 答案要点：滤失少；悬砂能力强；摩阻低；稳定性；配伍性；低残渣；易返排；货源广、便于配制、价钱便宜。 4、压裂液有哪几种类型？ 答案要点：水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液、乳化压裂液、醇基压裂液、胶束压裂液。 5、简述常用破胶剂及其作用。 答案要点：主要作用：是使压裂液中的冻胶发生化学降解，由大分子变成小分子，有利于压后返排，减少对储集层的伤害。 常用的破胶剂：包括酶、氧化剂和酸。生物酶和催化氧化剂系列是适用于 21～54 ℃的低温破胶剂；一般氧化破胶体系适用于 54～93 ℃，而有机酸适用于 93 ℃以上的破胶作用。 6、影响支撑剂选择的因素有哪些？ 答案要点：（1）支撑剂的强度：一般地，对浅地层（深度小于1500m ）且闭合压力不大时使用石英砂；对于深层且闭合压力较大时多使用陶粒；对中等深度（ 2000 m 左右）的地层一般用石英砂，尾随部分陶粒。 H p F F =α
水力喷射分段压裂工艺研究
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/b76628996.html, 水力喷射分段压裂工艺研究 作者：刘建红 来源：《装饰装修天地》2017年第20期 摘要：本文从水力喷砂射孔原理入手，分析了其技术特点及影响水力喷砂射孔效果的因素，并对施工参数进行了优化。 关键词：水力喷射；压裂技术；分段压裂；吐哈油田 1 水力喷射压裂技术的必要性分析 吐哈油田是一个典型的低渗透油田，但随着油田高效开发的持续进行，底水发育、油（气）层储层厚度小、水平井、筛管完井、油（气）层与水层间距离小以及固井质量差等油（气）井日益增多。 水平井、筛管完井具有压裂井段长的特点，常规压裂技术存在施工风险高、压裂目的层针对性不强，裂缝长度无法保证、压裂效果有限等问题；底水发育、油（气）层储层厚度小、油（气）层与水层间距离小的井压裂改造时，缝高失控、沟通水层的风险较高，施工规模与排量均难以提高，储层改造效果不理想。 2 水力喷射压裂技术研究 2.1 水力喷射压裂技术原理 水力喷射压裂技术通过安装在施工管柱上的水力喷射工具，利用水击作用在地层形成一个（或多个）喷射孔道，从而在近井地带产生微裂缝，裂缝产生后环空增加一定压力使产生的微裂缝得以延伸，实现水力喷射压裂，见图1。 该技术基于伯努利方程，见式（2-1），方程式表明流体中的能量维持常量。由方程可知流体束的速度变化引起压力反向变化。喷嘴出口处速度最高压力就最低，随着流体不断深入孔道速度逐渐减小，压力不断升高，到孔道端处速度达到最低压力最高。水力喷射压裂通过喷射流体在孔道内动能与压能的转换，利用喷射滞止压力破岩从而在喷射点处产生微裂缝。由于能量集中在孔道端处，井筒不受破裂压力的影响，从而消除了压力曲线中地层破裂时的压力峰值，并且近井筒地带扭曲问题很少出现。水力喷射压裂利用动态分流技术成功解决了水平井裂缝的定位控制问题，通过流体的动态运动让其进入地层的特定位置而不使用任何机械密封装置。 p+ρgh+1/2ρv2=const （2-1） 2.2 水力喷射工具
压裂工艺原理介绍)
水力压裂 水力压裂水力压裂水力压裂在油田开发中，人们发现，在对油层进行高压注水时，油层的吸水量开始随注水压力的上升而按一定比例增加。开始当压力值突破某一限度时，就会出现吸水量成几倍或几十倍的增加，远远超出了原来的比例，而且当突破某一限度后即使压力降低一些，其吸水量仍然很大。实践中的这一偶然发现，给人们以认识油的新启示：既然油层通过高压作用能提高注入量，那么通过高压作用能否提高油层的产量呢？经过多次证明：油层通过高压作用后，不但可以提高产量，而且能较大幅度的提高产量。最早进行压裂工作的是1947年在美国的湖果顿气田克列帕1号井进行的，苏联是1954年开始的，而我国是1952年在延长油矿开始的。40年代末水力压裂常作为一口井的增产措施来对待，但发展至今在油气田开发中的意义，已远远超过了一口井的增产增注作用。在一定条件下能起到改善采油或注水剖面，提高注水效果，加快油田开发速度和经济效果的作用。近些年来，国外在开发极低渗透率（以微达西计）的气田中，水力压裂起到了关键性的作用。本来没有开采价值的气田，经大型压裂后成为有相当储量及开发规模很大的气田。从这个意义上讲，水力压裂在油气资源的勘探上起者巨大的作用。由于上述原因，水力压裂无论在理论上、设备上、工艺上，在短短的几十年来发展的很快。现今的压裂设备能力，一次施工可用液量3000~4000米3，加砂300米3，可压开6000米的井深，裂缝长达1000米。从实践中，我们认识到压裂是油气井增产、注水井增注的一项重要措施。其优点是：施工简单、成本较低、增产（注）显著。适用于岩性微密、低渗透地层。§§§§4.1 压裂的增产原理压裂的增产原理压裂的增产原理压裂的增产原理一一一一. 压裂的过程压裂的过程压裂的过程压裂的过程压裂是靠水（液体）传导压力的，故也叫水力压裂。其过程是：在地面采用高压大排量的泵，利用液体传压的原理，将具有一定粘度的液体以大于油层吸收能力的排量向井内注入，使井筒内的压力逐渐提高。当压力增高到大于油层破裂所需要的压力时，油层就会形成一条或几条水平或垂直裂缝。当继续注入液体时，裂缝也会向油层深处延伸与扩展，直到液体注入速度等于油层渗透速度时，裂缝才会停止延伸与扩展。如果地面停止注入夜体，油层由于外来压力消失，又会使裂缝闭合，为了防止停泵后裂缝闭合，在挤入的液体中加入支撑剂（如石英砂、核桃壳等），使油层中形成导流能力很强的添砂裂缝。 导流能力导流能力导流能力导流能力=添砂裂缝渗透率添砂裂缝渗透率添砂裂缝渗透率添砂裂缝渗透率Kf××××裂缝宽度裂缝宽度裂缝宽度裂缝宽度W 二二二二. 增产
水力喷射压裂理论与应用(B卷答案)
水力喷射压裂理论与应用（B卷答案） 一.名词解释 1、把混有研磨材料的高压水射流称为磨料射流 2、是粒子冲击材料表面造成的破坏。 3、就是在流体运动边界上控制方程应该满足的条件。 4、采用混有一定浓度天然石英砂的压裂液基用为射孔液的一种射孔。 5、钻井完井对地层的损害，使得近井筒地带渗透率下降，这一区域称为污染带或钻井伤 害带。 二、填空题 1、磨料在加速和冲击物料的过程中会发生（研磨）和（碰撞） 4、影响水力喷砂射孔的因素主要有（磨料冲击速度）、（料浓度）、（磨料性质）和（套管材料性质） 3、现场应用水力射的孔径一般为（15～20 mm）,最大为(60mm) 10、水力射孔套管会在孔眼处造成（应力集中），使得局部应力过大而削弱了（套管）和（水泥环）的强度，可能会影响套管的（使用寿命）。 12、水力射孔对套管强度以的影响主要反映在两方面：（一是孔眼存在削弱了套管的有效抗拉压面积）；（二是开口引起的孔边应力集中造成套管局部应力增大）。 3、影响水力喷射孔内压力和射孔增压的因素主要包括（环空围压）、（喷嘴压降）、（喷距）、（喷嘴直径）、（套管壁孔眼直径）、和（射孔眼深度） 7、污染带厚度一定时，（产能比）随射孔深度的（增大）而增大，射孔深度的增加对于（产能比）的影响比较明显。污染带厚度越大，相同孔深下的（产能比就越小）。 15、水力喷射压裂包括（水力射孔）和（喷射压力）两个阶段。（水力射孔）阶段为获得较为完善的孔眼，要求射流速度达到（180～200m/s），持续喷射（10～15min）喷射压力阶段11、处于复杂应力状态的结构，只要其（有效应力）不超过材料的（单轴应力）强度，我们认为结构的（强度足够）。 14、当孔径（小于30mm）时，孔径（增加）应力集中系数（略有增加），孔径（大于30mm）后，孔径增加应力集中系数增幅明显。 6、地层内的速度场基本上为（水平直线），在压力驱动下流体在油藏中的流动（比较均匀），（流速较慢），从油藏边界汇流到裸眼井筒内（流线方向）才发生改变。 三、简答题 1、答：在冲击初期，强大的冲击载荷产生的拉应力将首先在岩石表面引起环状的赫兹锥形裂纹。然后，随着接触力的增加，磨料冲击的正下方将产生塑性变形，切向应力分量引起一系列垂直于冲击表面的径向裂纹。水流在水楔压力作用下挤入裂纹，起到延伸和扩展裂纹的附加作用，从而增强冲蚀破碎能力。
支撑剂段塞冲刷的水力压裂新工艺_沈建国
作者简介:沈建国,1969年生,工程师;1993年毕业于西安石油学院石油工程系,现从事压裂酸化工作。地址:(642150)四川省隆昌县。电话:(0832)3919147。 支撑剂段塞冲刷的水力压裂新工艺 沈建国1 陆灯云1 刘同斌2 (1.四川石油管理局井下作业处 2.四川石油管理局) 沈建国等.支撑剂段塞冲刷的水力压裂新工艺.天然气工业,2003;23(增刊):92~94 摘 要 水力压裂是一项高投入、高产出、高风险的复杂系统工程,其高风险体现在施工成功和施工效果上。从人工裂缝的形成来看,有三大因素制约施工:1近井裂缝扭曲;o主体裂缝宽度不够;?液体滤失过大,动态缝的空间不足。而近井裂缝扭曲对施工成功的影响最大,需要在实践中探索和创新一种工艺,从而消除或降低近井裂缝扭曲,确保施工成功。通过近年来不断摸索、总结和借鉴,我们已初步形成了一种新的压裂工艺)))支撑剂段塞冲刷,该工艺根据测试压裂分析的近井裂缝摩阻数据,科学合理地进行段塞冲刷设计,并实时分析评价段塞冲刷的效果,合理调整携砂液阶段的砂浓度和砂量,并最大限度地提高施工砂浓度,确保施工成功和施工效果。文章介绍了近井裂缝扭曲摩阻的成因、判别和解决办法,并举例说明段塞冲刷工艺在水力压裂中的应用情况以及支撑剂段塞冲刷对压裂施工效果的影响。 主题词 水力压裂 近井裂缝 扭曲 摩阻 支撑剂段塞 工艺 最近在湖北、广西、四川油气田的压裂作业中,遇到最突出的问题是压裂施工不能按设计顺利完成,主要表现在携砂液进入储层困难,即使是低浓度的携砂液也如此。笔者最近参加了几口井的压裂作业,通过理论分析和现场实践,发现造成问题的根本原因在于近井裂缝宽度过窄,并提出了解决这一突出问题的工艺和方法,通过实践取得了较好的效果。 近井裂缝扭曲摩阻的成因 根据Griffith 准则可知,水力压裂人工裂缝的启裂机理是弱面破裂,而人工裂缝的拓展机理是人工裂缝方向垂直于最小主应力方向。因此,在人工裂缝启裂机理和拓展机理的双重作用下,人工裂缝在射孔孔眼附近和近井筒地区极易发生弯曲或扭曲,我们将这种现象称为近井裂缝扭曲。当流体通过孔眼进入主体裂缝之前,由于近井裂缝扭曲,流体的方向必然发生改变,流体方向的改变必然引起能量的损耗,这种能量的损耗是由近井裂缝扭曲所引起,称之为近井裂缝扭曲摩阻。导致近井裂缝扭曲摩阻的原因有4种:1天然裂缝与人工裂缝在近井筒附近的交汇;o多裂缝竞争缝宽;?射孔方位不当;?固井质量较差。相对而言,消除或降低由前两种原因 所引起的近井裂缝扭曲摩阻,其难度要大于由后两种原因所引起的近井裂缝扭曲摩阻。 近井裂缝扭曲摩阻的判别 判别近井裂缝扭曲摩阻的工艺方法是降排量测试分析。降排量测试分析实施简易,主要用于鉴别井筒和主体裂缝之间的近井筒连接特性;通过降排量测试,量化分析孔眼摩阻P pf 和近井裂缝扭曲摩阻P nwb 的大小,从而采用不同的工艺措施确保施工成功和施工有效。 (1)降排量测试分析的理论基础。裂缝进入摩阻典型地表征为孔眼摩阻P pf 和近井裂缝扭曲摩阻P nwb 的综合。孔眼摩阻P pf 是流体以高速度流动通过一小孔时作用于流体上的动能损失。因此孔眼摩阻P pf 与施工排量Q 的平方呈正比: $P pf μK pf Q 2 上式中的比例常数K pf 由流体密度Q ,孔眼直径D p ,射孔数N 和流出系数C 按英制油田单位决定。 K pf =0.237 Q N 2 D p 2C 2 而近井裂缝扭曲摩阻P nwb 粗略地与施工排量Q <1的指数成正比,由于流体在近井筒压力敏感的 # 92#钻井工程 天 然 气 工 业 2004年4月