高效水力喷射（共7篇）
高效水力喷射 篇1
在地下原油的开采、生产、运输过程中, 地层中的部分泥沙会随着采出液一起被带到地面集输系统中, 地面的一些日常性维护作业也经常会将泥土、杂物等带入集输系统中, 特别是在污水处理过程中, 加入了多种化学药剂, 使得污泥的产生和沉积更加容易, 污泥的成分也更加复杂, 储罐中的泥沙大量沉积和结垢日趋严重, 进而使得油田注入水水质变差, 不达标, 大大降低了储罐的有效利用率。因此各大油田每年都需要对大量的储罐进行清罐排泥作业, 从而维持正常的生产。
1 储罐常用的排泥技术
储罐的排泥技术经历了从人工清泥到机械排泥到专用高效排泥设备排泥, 从停产排泥到在正常生产运行中不停产就可以进行排泥的发展过程, 储罐的排泥工艺技术已较为成熟。
1.1 人工排泥和机械排泥
人工进罐清泥方法, 即将待清理的储罐先停产后排污至安全状态, 再安排专业清泥队伍进到储罐中进行人工清泥。人工清泥方法的劳动强度大, 效率低, 最大的弊端是作业过程中, 整个水处理系统被迫停用, 严重影响正常的生产。
针对人工清泥存在的诸多弊端, 机械排泥法应运而生。机械排泥法是在储罐内增设了积泥坑, 并在罐间阀室中设置了排泥泵, 从而定期排出储罐内积存的含泥污水。
从人工清泥发展到机械排泥, 不仅大大的提高了排泥效率、时率, 更有效的保证了劳动者的作业安全, 降低了安全风险, 但机械排泥依然要求停产作业, 无法满足生产的连续性。
1.2 静压排泥 (静压穿孔管排泥工艺)
静压排泥技术是在人工排泥和机械排泥技术的基础上发展而来的, 其技术原理是利用储罐自身液压将储罐污泥、杂物等压出罐外。主要有静压穿孔管排泥和反向喇叭口排泥等工艺技术。
静压穿孔管排泥原理是在储罐底部设排泥槽, 在排泥槽中安装了中密度乙烯穿孔管, 并将诸多穿孔管用汇管串联在一起, 进而依靠储罐自身的静压将储罐污泥从穿孔管中排出。
静压穿孔管排泥技术的工艺特征主要表现在其工艺原理和设备比较简单、排泥效率高、不需要附加动力、操作简便、不需助排液等特点。其不足之处在于排泥只能从高位向低位进行, 油泥和杂物不易收集和排出。
1.3 强制性排泥
强制性排泥工艺是在静压排泥技术的基础上发展而来的, 是利用外部人工泵入的高压液体将储罐底部沉积的污泥、杂物冲起, 使其形成流化状态, 进而通过反向喇叭收泥口和收泥管将其排出储罐外。
现有的强制性排泥工艺主要有水力漩流工艺和水力射流工艺, 该工艺洗泥彻底, 排泥效率高、自动化程度较高, 但依然未能彻底解决污泥收集困难的问题。
2 新型排泥技术的研究与应用
2.1 结构及原理
水力喷射排泥器是一种利用液体射流原理排除沉降罐、除油罐、污水罐等水处理容器底部污泥的装置, 由喷嘴、混合管、扩散管、引泥室、吸盘等组成。将排泥器安装在沉降罐底部, 喷嘴与工作液管线相连, 扩散管与排泥管相连。当工作液通过喷嘴时, 产生高速射流, 使集泥室内形成真空, 罐底污泥从引泥室两侧下面的吸盘被吸入, 与高速射流在混合管中混合, 随扩散管排出, 工作液不断地供给, 罐底污泥被不断地吸入排出。
2.2 应用
新型高效水力喷射排泥器既可以在储罐建造时直接安装, 也可以在原有储罐清罐、改造维护时安装。排泥器安装时, 不需改变现有储罐原有的内部结构, 且原有排污管路亦可利用, 操作简单、方便, 改造工作量小、费用低。
2.3 技术特点及工艺参数
(1) 外型小巧, 便于安装, 适合安装在原油脱水罐, 污水一次沉降罐、二次沉降罐等罐底, 也适用于给水净化平流式沉淀池底;
(2) 排泥效率高, 可以使排泥功效比穿孔管式排泥提高1~6倍以上, 而且污泥的排净率在85%以上;
(3) 自动化、机械化程度高, 大大延长了定期清罐的时间间隔, 有效地改善了污水处理的水质。
3 结论及认识
(1) 新型高效水力喷射排泥器能够满足长庆油田的生产需求, 其工艺技术能有效延长设备使用寿命, 减轻工人的劳动强度。
(2) 在排泥器的使用过程中, 应根据不同生产的差异性, 制定出合理的使用周期, 使排泥器高效运行, 确保排泥效率。
参考文献
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喷射钻井水力参数优化方法综述 篇2
关键词：钻井水力参数,工作日志,计算机程序,方法比较
一、前言
在钻井实践中发现, 尽管使用了大排量洗井, 钻井速度仍然得不到显著的提高。后经过大量的分析和研究才认识到, 把岩屑从井底举到地面上来需要经过两个过程:首先要把岩屑冲离井底, 然后把它们从环形空间内带到地面上来。这两个过程也是两个问题。理论分析和实验室的研究证明, 将岩屑从环形空间携带到地面上来, 并不是很困难的事情, 不需要很大的排量就可以做到, 可是要把岩屑冲离井底, 则要困难得多。要解决把岩屑及时冲离井底这个问题, 就需要新的工艺技术, 这就是喷射钻井技术。喷射钻井是将泥浆泵输送的高压泥浆通过钻头喷嘴形成高速冲击射流, 它具有很高的喷射速度, 具有很大的水功率, 它能给予井底岩屑一个很大的冲击力, 从而使岩屑及时、迅速地离开井底, 始终保持井底干净。这就是喷射钻井能够大幅度提高钻速的主要原因。因此, 在钻井过程中, 水力因素是影响钻井速度和成本的重要因素。
二、喷射钻井的工作方式
从钻头喷嘴喷出的泥浆射流之所以能有效地清洗井底, 是因为射流具有三个工作参数:喷射速度、冲击力、水马力。这三种喷射钻井的工作方式, 即射流的三个工作参数, 以哪一个为主的问题, 长期以来存在着不同的看法。
现将以上三个水力工作参数随着排量Q的变化情况用公式表示如下:
V0———射流喷速, m/s;Fj———射流冲击力, kN;Nj———射流水功率, kW;C———钻头喷嘴流量系数, 无因次;ρ———泥浆密度, g/cm3;Ps———泵压, bar;kl———循环系统压耗系数, 无因次;Q———泥浆排量, L/s。
经实验可知, 随着排量的变化, 三个水力参数的变化规律是不相同的。V0随着Q的增大, 一直是减少的。Fj和Nj随着Q的增大开始增加, 然后又减少, 各有一个最高点。但这两个最高点不重合。我们将每种工作方式下主要水力参数达到最大值时的排量称为最优排量。由上可知, 选择一个排量不可能使三个参数同时达到最大, 那么究竟按照什么标准选择排量呢?于是就出现了上述的三种工作方式。
喷射钻井的工作方式不同, 最优排量的确定方法也不同。近年来, 有人做过一些实验和研究, 认为最大冲击力工作方式最好, 最大水马力工作方式次之 (但与最大冲击力工作方式的效果很接近) , 最大喷速工作方式最差。但是, 在大多数优化方法中, 这三种工作方式都会用到, 有三个最优排量可以选择。
三、喷射钻井的水力参数优化
所谓喷射钻井的最优水力参数设计, 就是如何合理选择各水力参数, 通过合理的钻头压降和循环系统压力损失的分配关系, 以达到在满足低返速要求、充分利用泵的水功率条件下, 最大可能地提高井底清洗效果, 达到优质快速钻井的目的。
在钻进过程中, 随着井深的增加, 合理的分配关系要变化, 从而引起了排量和喷嘴直径组合的改变。不难知道, 合理的分配关系, 是靠排量和喷嘴直径的组合在不同井深下不断变化来实现的。
在实际施工中, 排量还应满足泥浆携岩能力所要求的最低排量。也就是说:排量和喷嘴直径的组合, 除满足不同井深时的合理分配关系外, 还受到最低排量的限制。
对于合理分配关系中循环损失这一项, 由于井中流道的不规则, 非牛顿液体流态的难以判断等原因, 要通过理论计算其大小是很困难的。为解决这个问题, 石油矿场多用水力参数优化设计, 是指在一口井施工以前, 根据水力参数优选的目标, 对钻进时所采取的钻井泵工作参数 (排量、泵压、泵功率等) 、钻头和射流水力参数 (喷速、射流冲击力、钻头水功率等) 进行设计和安排。分析钻井过程中与水力因素有关的各变量可以看出, 当地面机泵设备、钻具结构、井身结构、钻井液性能和钻头类型确定以后, 真正对各水力参数大小有影响的可控制参数就是钻井液排量和喷嘴直径, 因此, 水力参数优化设计的主要任务也就是确定钻井液排量和选择喷嘴直径。
四、喷射钻井的水力参数优选方法
(一) 工作日志和卡片
要实现喷射钻井水力参数优选, 就必须根据现场施工的具体条件和一些经验数据, 进行一系列水力参数计算。为了简化计算程序, 便于广大钻井工人、技术人员在现场设计和施工中花费很短的时间, 准确地求得所需要的水力参数。《美国钻井手册》和休斯工具公司提供了一套水力参数优选方法:提供一个工作日志, 通过查表而得工作日志中所需的各种数据, 从而完成水力参数的优选。为了分析方便, 将工作日志中的主要内容和各种参数关系转化为流程图。
1、美国钻井手册
在以上流程图中:最小环空流速需根据经验选择;在确定最小缸套尺寸时选直径为21/4英寸的活塞杆;地面设备、钻铤及钻杆的压力损失都是根据地面设备、钻具组合及井身结构尺寸和排量查表求得;由于为了简化表格, 所有压力损失都是根据使用10磅重的泥浆进行计算的, 所以泥浆重量校正后泵的额定压力是用泵的额定压力再乘以假定的泥浆重量10之后, 再除以实际泥浆重量而得;钻头和钻杆的压力是泥浆重量的校正减去地面设备、钻铤内及环空压力损失;喷嘴组合根据缸套相应的排量, 参照三个喷嘴组合的三牙轮钻头表格, 选择一个压力紧靠但不超过钻头和钻杆压力的喷嘴组合;钻杆的余压力是钻头和钻杆的压力减去经过喷嘴的压力降;可增加钻杆的长度是钻杆的余压力除以钻杆的压力损失;泵满载时的井深是可增加钻杆的长度和钻铤长度之和。
此水力参数计算方法的依据是:假定地面泵压仅受额定泵压的限制, 且泵速必须保持恒定。如果上述假定与实际不符, 那么可以重新设计更好的水力参数。精确的优化设计程序应以泵运转的条件以及钻头功率或冲击力是否最大为根据。
此流程图是设计和检查水力系统各部分的一个简单的方法, 以便更有效地使用现有设备。如果发现在达到预定井深前泵已超载, 就应该检查每个计算步骤, 并且重新选择泵的排量。
2、休斯工具公司
这种方法涉及到工作日志和卡片的使用。设计井的有关数据直接填入工作日志, 地面装备、钻铤、钻杆的压力损耗 (通过查表而得) , 以及泥浆泵的主要技术特性, 也要填入工作日志。对这些数据作简单计算, 就可求得相应的各种压力损耗变量。将变量描绘于水力参数卡片上, 并用曲线把各井段的这些变量点连接起来。应用水力参数卡片, 并作简单计算, 就可求得:各种井深时最优的排量、钻头喷嘴尺寸以及钻头射流喷速、钻头射流冲击力、钻头射流水马力和驱动泥浆泵所需的功率。
与《美国钻井手册》上提到的方法类似, 但它们的不同之处在于:预选缸套尺寸, 然后确定排量。喷嘴的组合由水力参数卡片的喷嘴数—喷嘴直径线确定, 此线表示离井段起点井深线和表示最大排量的垂线之交点最近的线。
(二) 计算机程序
随着计算机的普及和发展, 为了达到比用工作日志和卡片进行水力参数优化更准确的目的, 不少厂家根据水力参数优化计算方法编制出了相应的计算机程序, 这种方法只需用户输入基本参数, 就可迅速地求得相应的优选参数。
在以上流程图中, 确定最低环空返速的方法有多种:一种方法是根据现场工作经验来确定, 另一种是用经验公式计算 (需校核岩屑举升效率) 。选择缸套直径的原则是:一方面该缸套的额定排量应大于携带岩屑所需的最小排量, 另一方面缸套的允许压力应该与整个循环系统的耐压能力相适应。工作方式的确定代表了根据不同的优化目标函数 (如喷射钻井的工作方式所述) 优化排量和喷嘴直径。
五、结束语
第一, 在工程实践中, 如果我们能始终保持最优排量和最优喷嘴直径, 则钻头水力参数将始终保持最大值。然而, 目前这是很难做到的, 这是因为最优排量和最优喷嘴直径都与井深有关, 可是井深不是固定不变的, 而是随着钻头的钻进而变化的, 所以最优排量和最优喷嘴直径也在不断变化。而钻头下井后, 就无法再随意改变喷嘴直径。一般采用分段设计, 并且按每段最深井深作为设计井深。
第二, 在确定了最优喷嘴直径之后, 还得考虑什么样的喷嘴组合才能最大限度地发挥钻头的水力破岩、清岩作用, 需要进行井底的流场研究。研究井底流场是用流体力学的理论和试验方法来研究井底水力能量的合理分布。即在一定的条件下, 在最合理地分配整个循环系统水力能量的基础上, 通过科学地设计钻头喷嘴组合布置方案, 把钻头喷嘴所能得到的井底总水力能量最合理进行分布, 从而在井底获得最好的净化和破岩效果, 提高钻井速度。
第三, 循环系统中的钻井液具有不同的流变模式。这给流变模式的选择和水力参数的计算带来了麻烦。然而大多数钻井液往往更加符合卡森和赫-巴流变模式。由于卡森流变模式的流变参数意义不是很明确, 而赫-巴流变模式的三个参数不但能较好地反映钻井液的流变性和具有明确含义, 而且能较好地描述钻井液在低、中、高剪切速率下的流变行为, 因此推荐优先考虑赫-巴流变模式。
参考文献
[1]、刘希圣.钻井工艺原理[M].石油工业出版社, 1988.
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[3]、隆天友.校钻井实用水力参数[M].石油工业出版社, 1988.
高压喷射钻井水力参数优化研究 篇3
目前，国内学者进行的高压喷射钻井技术研究，主要包括配套设备、安全措施、钻井液体系以及水力参数优化的研究。但是，在水力参数优化的研究过程中未能对排量和喷嘴组合进行多因素敏感性分析。本文针对这一问题，根据高压喷射钻井施工工艺要求，对排量和喷嘴组合对立管压力、钻头压降、钻头水功率以及喷射速度的影响规律进行分析计算，给出一种水力参数优化新方法。
1 高压喷射钻井水力参数计算方法
根据高压喷射钻井技术工艺要求，进行水力参数计算[7,8,9]。
(1)环空钻井液黏度:
(2)钻杆内钻井液黏度:
(3)环空内压耗:
(4)钻杆内压耗:
(5)钻头压耗:
(6)钻头水功率:
(7)钻头冲击力:
(8)钻头喷射速度:
式中:PVaa为环空钻井液黏度，m Pa·s;PV为该井段钻井液设计塑性黏度，m Pa·s;YP为该井段钻井液设计屈服值，Pa;DH为井眼直径，mm;DP为钻具组合外径，mm;Q为钻井液排量，m3/min;PVap为钻杆内钻井液黏度，m Pa·s;Dpi为钻杆内径，mm;Pa为环空压耗值，kPa;a为常数，a=0.001 208 458 1;ρ为该井段钻井液密度，kg/m3;L为该井段段长，m;b为常数，b=0.053 333 3;c为常数，c=0.000 848 826 3;Ppi为钻杆内压耗，kPa;ΔPbit为钻头压力损耗，kPa;Nbit为钻头水功率，kW;Fbit为钻头冲击力，kN;v为钻头喷射速度，m/s;A为钻井液过流面积，cm2;Cd为常数，Cd=0.95;gc为常数，gc=0.95。
2 高压喷射钻井水力参数优化
根据基础数据(见表1)，分别计算出该井段(二开)循环压耗、钻具内压耗以及钻头的水功率、压力降和钻头冲击力等多个工作参数。
由图1可知，随着钻井泵排量的不断增大，环空压降、钻头压力降和管柱内压力降均不断增大，但环空压降变化的速度最为缓慢。当钻井泵排量在3.1～3.225 m3/min范围内，环空压耗的变化速率为0.003 2 MPa/(m3·min-1);钻具内压耗的变化速率为12.567 MPa/(m3·min-1);钻头压耗的变化速率为3.534 MPa/(m3·min-1)。
由图2可知，随着排量的不断增大，钻头冲击力先是不断增大，达到Qf后，开始不断减小。钻头水功率随着泵排量的变化也是呈抛物线趋势，即先增大后减小，当排量达到Qn时，钻头水功率达到最大值。
由图2还可以看出，无法计算出某一排量值Q，使得2个参数同时达到最大值。目前有3种水力参数计算方法，即最大喷射速度、最大射流冲击力和最大钻头水功率，使用最为广泛的是最大射流冲击力和最大钻头水功率[6]。由此得到该井段的最优排量范围为[Qn,Qf]。
综合上述排量对各参数的影响分析，模拟计算排量Q=[2.9,3.3]m3/min，计算步长为0.1m3/min。并分别针对三组喷射面积相近的喷嘴组合(1)11×7、(2)13×3+9×4、(3)9×9+11×1进行双因素计算分析。这三组喷嘴组合的钻井液过流面积分别为6.652 cm2、6.527cm2、6.676 cm2。
由图3～图8可知，当钻井泵排量增大后，立管压力、钻头压力降、钻头水功率、钻头功率利用率、钻头喷射速度以及钻头冲击力总体均呈上升趋势，但其变化速率均不同;三组喷嘴组合的变化对立管压力的影响较小，即当过流面积一定时，喷嘴组合的变化对立管压力影响较小;喷嘴组合的变化对功率利用率有一定的影响，即当钻井液过流面积一定时，通过改变喷嘴组合，可以提高功率利用率;如当排量等于2.9 m3/min时，喷嘴组合(1)与喷嘴组合(2)相比，过流面积增大1.9%，功率利用率则减小了8.5%。
过流面积不变时改变喷嘴组合，钻头冲击力、钻头压力降、钻头水功率、喷射速度的变化幅度均较小，但各参数的变化幅度不尽相同。由喷嘴过流面积引起各参数的变化率计算结果，如表2所示。由此可以得出，当喷嘴的过流面积发生微小变化时，相比立管压力、水功率、射流速度和钻头冲击力而言，对钻头压力损耗的影响最大，钻头水功率次之，对立管压力影响最小。
3 现场应用
为了验证高压喷射钻井优选水力参数的提效效果，在新疆塔河油田选择1口井，在该井的497～4 673 m井段利用推荐的水力参数进行试验。钻遇地层为第四系、上第三系、下第三系、白垩系、侏罗系、三叠系、石炭系、泥盆系和奥陶系，岩性以砂泥岩为主。
优化过程应先从分析排量对钻头水功率和钻头冲击力的影响规律入手，得到该井段的最优排量范围，然后根据排量和喷嘴组合对立管压力、钻头压降、钻头水功率以及喷射速度的影响规律进行分析计算，得到适合该井段地层特点的水力参数，给出推荐水力参数如表3所示。
利用优化得到的水力参数开展现场试验，钻至二开中完井深用时15.33 d，与设计相比节约30.79d，节约率达到65.5%。较常规工艺钻至相同井深平均周期44.5 d缩短18.7 d，钻井周期缩短率42%。与邻井相同井段实钻数据对比，如表4和图9所示。由图9的柱状图可以得到，该试验井段平均机械钻速55.48 m/h，与邻井同井段(15.32 m/h)相比提高262%;与2010年指标井TP222井相比提高170%。
此外，将本试验井得到的实验数据与国内油田进行的高压喷射钻井技术实验数据进行对比分析(如表5所示)，同样可以看出经优选后的水力参数运用到施工现场，提速效果显著。
4 结论
本文通过对排量和喷嘴组合优选计算，分析了排量和喷嘴组合对立管压力、钻头压降、钻头水功率以及喷射速度的影响规律，并给出了一种高压喷射钻井技术水力参数优化方法，用于解决中深部井段的机械钻速低的问题。研究表明:当钻井泵排量增大后，立管压力、钻头压力降、钻头水功率、钻头功率利用率、钻头喷射速度以及钻头冲击力总体均呈上升趋势，但其变化速率均不同;当钻井液过流面积一定时，通过改变喷嘴组合，可以提高功率利用率;当喷嘴的过流面积发生微小变化时，相比立管压力、水功率、射流速度和钻头冲击力而言，对钻头压力损耗的影响最大，钻头水功率次之，对立管压力影响最小。以TP308X井为试验井，对建立的高压喷射水力参数优化设计方法进行现场试验，钻井速度获得大幅度提高，取得很好的提速效果。
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水平井水力喷射压裂工艺探析 篇4
1 水力喷射压裂技术原理
1.1 理论公式计算
水力喷射压裂技术是把压能转变为动能, 将水力喷砂射孔和水力压力有机的结合起来的一种新的工艺技术。其机理通过喷射工具把一定比例的磨料流体转变成告诉的流体冲向岩石和套管, 得到一定深度和直径的射孔孔眼。高速流体在冲击孔眼时只在顶端产生微裂缝, 有效的减少了地层起裂压力。这种方法能准确的控制水平井的裂缝。这也是对低渗透水平井的一种最有效的压裂增产措施。
水力喷射压裂主要是依据伯努利方程:P/ρ+v^2/2=C。其中P为压力, v为流体速度, ρ为流体密度, C为常数。对物体的冲击力为F=4Ρq^2/n^2πd^2。n为喷嘴数目, d为喷嘴出口直径, Q为泵注流量。从以上公式得知, 要想增大冲击力, 主要是从以下几个因素来调节:流体密度、流量和喷嘴的数量、直径。而出于施工现场的实际考虑到压裂泵、油套管的抗压能力等影响, 最直接的方法就是通过混入石英砂来增加流体的密度, 同时由于石英砂和陶粉的刮削还能增强喷射冲击和压裂效果。
2 水力喷射压裂的优点
水力喷射主要有以下几个主要特点:
(1) 可以增加射孔的穿透深度;
(2) 相对比常规的射孔, 地层压收到的伤害更小;
(3) 可以增大开孔的孔径;
(4) 可以根据分层和地应力来选择定向射孔;
(5) 工作时无震动, 对套管和水泥环的损伤减至最小。
3 工艺讨论
3.1 水力喷射工具选择
在水力喷射压裂的工具中, 喷嘴是关键部分, 由于喷射的返流会作用于喷嘴表面造成伤害, 它也是磨损最严重的部分。应尽量选择经过优化设计后的喷嘴, 保证其拥有合适的材料来抵抗返流的冲击力, 延长喷嘴的使用寿命。对于不同的井, 通过调整喷嘴的数量和优化喷嘴的尺寸来达到不同的施工要求。
喷嘴的结构有圆柱形直孔、锥口、文丘里和组合式等4种, 由于锥口喷嘴的锥状进口能起到导流和集束作用, 利于磨料的进入, 且在喷嘴周围分布均匀, 因此多选此种形式。喷嘴的流道多选择前端为圆滑锥形后为圆柱形的设计, 这样的设计提高了喷嘴的流量系数和能量转换率, 且后端的圆柱形流道可以让磨料经过充分的加速后来提高冲击力, 且在前端出现磨损的情况下, 磨料射出的直径还可以通过圆柱体来保证。喷嘴的主题材料优先选用碳化钨和碳化硼来达到耐磨性要求。
喷射器的主体应该根据工艺要求和管柱的特点, 选用35Cr Mo进行调制处理, 工具的内外表进一步作渗氮处理来保证耐冲蚀性能。井下的工具主要是接箍、短接、扶正器和单向阀等, 单向阀保证了水力喷射压裂过程中流体不向环空中反流出, 在反洗时, 流体可从环空流进油管返回地面。
3.2 水平井压裂液的选择
水平井因为其特点, 使得压裂水平段的传输距离增大, 且形成了相互干扰的多条裂纹, 这就对支撑剂的沉降提出了特别的要求。压裂液的选用需要根据水平井的施工特点采取不同阶段不同粘度。为了使压裂液既有良好的携砂性能还能有效的降低摩阻, 可以再低砂比情况使用中粘度的压裂液, 高砂比时使用耐温性能好的高粘压裂液。
水平井压裂的过程中需要保证压裂液在一定温度和剪切速率下保持较高的粘度, 这样才能压开地层并延伸至裂缝并且能携带好支撑剂。且同时需要保证压裂液的抗剪切能力, 满足相应的技术要求。
3.3 配套的压裂技术工艺
由于储层埋藏深, 地层应力异常和喷嘴压力的损失使得施工的压力高。这就需要从施工的过程中在工艺、工具等方面来分析总结水力喷射压裂技术找出问题和不足, 做好修改完善来降低施工的风险, 提高压裂的成功率。
优化施工管柱:管柱的优化包括提高喷射工具的强度, 如将5in喷枪扣型加大至于2i n油田管直接连接, 省去中间的变口。调整油管加大油管的钢级, 提高管柱抗内压强度, 降低环空摩阻和加大环空过流面积。
完善配套施工设备:施工过程中是在高压情况下进行, 用高压法兰盘代替大小头, 来保证高压区的安全。简化地面流程, 降低经常要求。
优化施工工艺:对于水平井, 可以采用2台压裂车替浆, 来确保喷嘴畅通和井筒的干净。喷砂射孔前用基液替满井筒来降低射孔的压力。对于筛管完井的两段水平井施工, 需要再第一段施工完成后对井进行彻底清洗, 以免出现筛管被磨料堵塞的情况。
4 水力喷射压力的工艺实际
4.1 喷砂射孔阶段
正循环低替, 通过高速的磨料流体套管开孔, 排量多控制在1900~3000L/min, 流量控制在1~2m^3。射孔效果如何通过关闭套管闸门来观察压力上升情况。
4.2 压裂阶段
启动套管注入系统, 根据设计要求注入平衡液体, 一般排量控制在700L/min左右, 此时正循环打前置液, 按泵注程序加砂到操作结束。
水力喷砂压裂施工压力跟排量密切相连, 排量的提升会伴随着明显的压力上升, 压裂前加一段2m^3左右的段塞进行喷砂射孔, 以后压力会逐渐升高, 高速流体在裂缝中的摩阻作用下降明显。
水力喷射压裂技术的发展填补了满足了油田中后期的发展需要, 为水平井的开发提供了很好的技术支持, 随着此技术的不断改进和完善, 让其发挥了更大的作用, 但是任存在一些问题需要攻克。水力喷射压裂的核心是喷射工具, 目前在使用过程中经常会有喷嘴脱落、损坏等现象, 喷嘴的脱落会直接导致喷射作用失效, 增大了砂堵的几率和处理难度。这就需要从喷嘴的设计、材料等方面逐步提高, 来达到使用需求。在施工的过程中要整体考虑, 进一步完善配套的工艺和工具, 提高技术的成熟度, 为增产提供保证。
摘要：水力喷射压裂技术是集水力射孔、压裂、封隔一体化的增产改造技术, 能有效解决低渗水平井压裂的问题。在实际的工艺制定中, 需要根据其原理, 从管柱、设备、流程等进行逐步的改进完善, 以达到预期效果。
关键词：水力喷射,压裂,封隔
参考文献
[1]刘亚明, 黄波, 王万彬赵文龙水力喷射压裂机理分析与应用[J]新疆石油科技2012.2[1]刘亚明, 黄波, 王万彬赵文龙水力喷射压裂机理分析与应用[J]新疆石油科技2012.2
高效水力喷射 篇5
一、水力喷射压裂技术的推广与应用
按照伯努利方程原理, 把之前的压能变成动能, 射流增压与环空压力叠加超过破裂压力并维持裂缝延伸。通过具有特殊性质的喷射或者压裂设备, 采用两个流程步骤全面开启地层裂缝。实践应用时, 主要根据水力喷射压裂实况及其要求, 充分细致的分析与研究了射孔砂、施工流程、井下喷射工具、支撑剂的粒径等, 进行持续有效改善, 并投入到实际中使用。当前, 水力喷射压裂技术在四方面中得到了应用:
1. 应用于水平井压裂
当前, 水平井压裂并没有效果十分显著的分层压裂技术, 实际经常使用的工艺填砂卡封难以达到要求, 而水力喷射压裂能通过喷射射孔技术对生产层进行射孔, 不仅大大将低了射孔成本费用, 而且还进一步缩短了生产周期, 其还能通过该趟管柱来实施生产层的压裂改造, 增强生产水平。
2. 有效处理井况问题引起难以卡封分层压裂井压裂问题
在时间的不断发展下, 使得油井套管与井下状况越来越繁杂, 常发生老井套管缩径、错断情况, 如此一来, 就导致难以及时且安全的将封隔器送入井内, 直接阻碍了卡封分层压裂工艺的正常运转, 对于该问题, 水力喷射压裂能予以有效处理, 主要通过自身具有的水力封隔分段机理, 有效改善井况, 对分层压裂工艺要求予以了满足。
3. 在4寸套小套管井中应用
现阶段, 有一些井中会挂4寸小套管完井, 这将一定程度上限制了下井工具外径, 进而造成分层压裂难以实现高效的压裂工艺。而水力喷射压裂工艺存在较小的喷枪外径, 不存在套管尺寸限制情况, 在小套管完井及侧钻井中能够有效的分层压裂。
4. 有效处理管外窜井分层压裂问题
由于难以在井筒中对油井套管管外窜进行分层压裂, 所以通过水力喷射压裂具有的水力封隔分段机理能够达到分层要求。
和常规压裂技术相比, 水力喷射压裂的优势众多:水力喷射压裂运行中只要通过喷射压裂就可以对井底地层破裂压力进一步减小, 任意位置处都能够精确无误的造缝, 可针对具体的位置选用匹配的压裂方案。水力喷射压裂的管柱组合简单, 喷射工具外径能在各类要求的基础上进行定制, 井筒通径不会对其造成太大的限制, 对于套变、套损等一些较为繁杂的井况井压裂问题能够进行有效处理。一次管柱能够持续不断的实施多段压裂, 便于施工、施工周期短、无需太大的施工成本。由于水力喷射压裂技术具有众多的优势特征, 所以应加强其推广与应用力度。
二、水力喷射压裂技术运行中应注意的问题
虽然水力喷射压裂技术具有众多的优势作用, 但是由于其属于一种新型的增产改造技术, 在我国的发展时间不长, 所以运行中难免会有一些缺陷与不足之处。以下就该技术的不完善地方加以了阐述:
1. 不断提高喷嘴的耐压及使用寿命
水力喷射压裂装置的使用寿命不长, 其所使用的喷射工具存在严重的磨损现象, 喷射返流会损伤喷射工具表面。所以目前的当务之急是研发出全新的高效喷射工具, 明确相应的材料, 确保喷射工具具有较长的使用寿命。由于部分井中存在较大的加砂压力, 通常需要花费几个小时的作业时间, 如果缺乏科学合理的地层出水、反洗井流程, 那么将会引起喷嘴脱落情况, 对此, 应致力于开发在高压地层中能够有效应用的喷射工具。
2. 在套管方面有着较高的要求
通过现场实践得出, 当套管补液压力达到40-60Mpa时, 套管压力将逐渐上升, 进而对油井套管有着非常高的要求, 所以在进行水力喷射压裂之前, 要适当的对套管予以处理, 同时做好试压试验, 达标后才可应用水力喷射压裂技术。
3. 进一步强化水力喷射压裂技术的推广与应用
首先, 随着水力喷射压裂技术在油田中的高效使用, 使得水平井压裂的工艺欠缺问题得到了解决, 同时针对一些特殊性井况难以采用卡封压裂的井明确了相应的处理办法, 在各油田中的发展前景广阔。其次, 认真细致分析、系统评价选井运用水力喷射压裂技术;实际中, 由于井况问题、水平井压裂、小直径套管等各类因素的影响而阻碍了常规压裂作业的开展, 应用水力喷射压裂技术可以将这些问题全面消除, 不过, 对于层间跨度大的井, 水力喷射压裂技术应用效果不高, 并且还需花费较高的压裂成本。另外, 随着持续不断的生产, 水力喷射压裂技术会越来越成熟和完善。现阶段, 关于水力喷射压裂机理的研究工作在我国还处于空白期, 今后中应通过理论分析、数值模拟、室内试验和现场试验这些方式手段, 及时准确的获悉水力喷射孔眼内部与外部压力遵循的分布规律及其各类影响因素, 明确具体的水力参数, 系统全面的科学评价地层、设备等各环节, 以明确经济合理的水力喷射压裂工艺形式, 编制详细完善的压裂施工方案, 实现预期的增产目的, 促进经济效益的提升, 从而保证水力喷射压裂工艺技术在油田中大放光彩, 充分发挥自身优势作用。
结论
综上所述可知, 随着油田储层物性的不断降低以及开采作业的进一步深入, 致使储量难以做到有效动用, 虽然封隔器分段压裂比较成熟, 但其运行时存在固井问题、后期管柱无法上提等不足之处。正是在这样的情况下, 水力喷射压裂技术应运而生, 现已在各大油田中得到了推广与应用, 效果显著。
参考文献
[1]韩涛, 李怀杰, 樊勇杰.水平井改造技术及效果评价[J].石油化工应用, 2010 (08) .
[2]吕清河.水力喷射压裂技术在特殊井中的应用[J].油气田地面工程, 2010 (12) .
高效水力喷射 篇6
1 环空加砂压裂施工工序及优越性
1.1 环空压裂施工工序
工序一、将喷射工具放到目的层的位置处。
工序二、对第一段进行喷砂射孔操作, 直到裂缝出现起裂为止。
工序三、开始压裂操作
工序四、进行顶替放喷缓冲的操作
工序五、将管柱进行上提操作, 到达第二射孔层的位置, 开始冲洗管柱, 为第二次射孔操作做好准备工作。
工序六、重复第二步至第五步工序, 完成多层分压的操作。
工序七、采用冲砂的方式将井筒清理干净, 为投产做好准备。
1.2 环空压裂施工的优越性
通过实施, 我们发现水力喷射环空压裂技术比油管压裂方法更具有一定的优越性, 具体体现在以下几个方面:
1.2.1 能够有效减少摩阻, 提高排量=+
总摩阻=管柱摩阻+喷嘴摩阻
(1) 油管注入。水力喷射环空压裂技术的原理和常规压裂造缝原理存在这很大得不同, 这说明油井深井中, 所使用的油管传输压裂摩阻数值一定会非常大。过高的摩阻势必对深井井口设备和油管的参数要求非常高, 但是低排量会造成加砂浓度以及规模受到一定的影响, 无法完全改造储层。
(2) 环空注入。环空注入压裂的原理, 主要是通过地层破裂后, 通过油井的油管和套管环空注入携砂液进行实际操作处理的。这种环空方式的流动, 产生的通道, 要比连续油管大很多。而且因为携砂液不会流过喷嘴, 所以不会产生节流时出现的摩阻。这样一来就会避免了由于摩阻而造成的能量损失, 尤其当排量很小的情况下, 甚至可以忽略摩阻的影响, 这种方式为今后大排量施工提供了更大的应用空间。
1.2.2 环空压裂技术能够提高喷嘴的使用时间
在采用水力喷射压裂技术中, 喷嘴使用时间问题一直困扰着生产。在早期, 只有12.5至15T支撑剂喷嘴后发生了喷嘴故障问题。随着科技的不断发展, 工程技术的进一步改善, 目前喷嘴的使用时间可以达到25至30T支撑剂之间。因此, 在多层压裂的工序中, 喷嘴的使用时间还是一个应用短板。使用油管传输方式进行压裂的过程中, 支撑剂会通过喷嘴进入到地层, 此外由于施工时的排量过低, 导致携砂液对喷嘴持续打磨、切割, 一般在施工两段以后, 需要进行提管柱进行检查或者更换, 从而很大程度上降低了油田生产的效率, 增加了非生产的时间。但是, 在使用环空压裂技术后, 仅仅有120千克/平方米的射孔液经过射孔器泵入, 并且只是在喷射起裂的过程中出现, 因此, 很大程度的降低了对喷嘴的腐蚀性。所以, 利用环空压裂技术能够大大延长了喷嘴的使用时间, 而且还能够降低起下管柱的非工作时间 (约50%至100%) , 提高了油井生产的工作效率。
1.2.3 对压裂液性能要求得到了降低
(1) 摩阻。由于环控压裂技术对环形空间流动通道变大, 对压裂液的摩阻性能大幅降低, 使得普通的压裂液摩阻性能就能够达到进行施工的需要。
(2) 耐高剪切性。当油管进行压裂过程时, 压裂液需要全部在高速的环境下, 通过仅仅有几毫米的喷嘴。所以, 会受到较为强烈的剪切损坏, 这时, 压裂液本身具备的耐高剪切性能发挥了至关重要的作用。特别是在携砂过程时, 如果耐剪切能力比较差, 则会造成砂堵引发施工的停滞甚至失败。在使用环空压裂过程时, 只是在开始阶段喷砂射孔过程中, 受到了高剪切的作用, 而且因砂比非常小, 仅为120千克每立方米, 并且不容易发生脱砂现象, 如果出现裂缝起裂现象, 环空注液将不会受到射流的高剪切作用, 从而可以极大的增加了压裂液的可用面积。
2 环空加砂压裂施工中存在的不足
2.1 在裸眼井使用中的局限性。
使用环空压裂技术射孔液经过射孔器泵入, 在喷射起裂时, 裸眼井的漏泄以及固体颗粒输送就会存在较大的风险性, 因此不适宜在裸眼井内使用。
2.2 对井口设备具有一定的腐蚀性。
油井的作业管柱外表面会受到携砂液的冲击。为了解决这种问题的出现, 我们可以通过以下方法给予处理:首先, 可以在油管与套管的环空处, 设置一些吸液口。其次, 在地面设备的四周采用直径较大的井口装置, 把冲击的速度减少到最慢。第三, 可以同时使用上述两种办法。
3 结语
3.1 通过使用环空压裂技术, 能够大大的提高流动通道的宽度, 减少管柱的摩阻, 加大了施工过程中的排量, 提升了加砂的强度, 扩大了加砂的规模, 拓展了油管的应用范围, 使压裂技术应用于深井大规模加砂。
3.2使用环空加砂压裂很大程度的降低了对喷嘴的腐蚀性。所以, 利用环空压裂技术能够大大延长了喷嘴的使用时间, 而且还能够降低起下管柱的非工作时间 (约50%至100%) , 提高了油井生产的工作效率。
参考文献
[1]许长春.国内页岩气地质理论研究进展[J].特种油气藏.2012 (01) .
高效水力喷射 篇7
1 水平井水力喷射压裂技术现状
1.1 射孔研究
水力喷射压裂技术中的射孔过程就是指利用喷射工具把高压能量转化成为动力将液体以高速射流的形式对岩石或是套管等部位进行喷射, 从而得到所需要深度与直径的孔眼, 同时为使射孔效果更佳, 还能够在液体中渗入陶粒或石英砂等材料。
我国研究人员在对射孔分别进行了室内参数实验、机理研究以及模拟研究, 其中对8个对水力喷砂射孔有着主要影响的参数进行了详细研究, 实验结果认为喷砂射孔破岩的能力与排量与压力成正比, 即它们会同时增加或减少, 当渗入的磨料粒度与浓度达到最佳状态时, 那么在相对固定的环境之下, 水力喷砂射孔将出现最佳射孔时间与深度。
而在模拟研究中, 则认为水力喷射孔在具备极强的破岩性能的同时, 实现水力射孔破岩主要的形式就是其因冲击与卸载时所出现的拉伸破坏应力, 从而在定量层面确认了水力射孔技术相较于目前使用的聚能射孔技术有着相当的优势。
与此同时, 我国研究人员对水力喷射、常规射孔以及裸眼井的渗流场进行了比对分析研究, 经模型的分析研究结果显示, 水力喷射射孔不仅减轻了近井筒区域应力集中的现象, 而且对压实区域也没有造成任何污染, 对于提升渗透率、增加泄油面积、渗流速度、液量以及降低生产的压降都有着相当好的应用效果, 能够将油井产量有效提升。
1.2 射孔裂缝控制研究
为保证射孔以及压裂的效果, 我国研究人员对于起裂控制也进行了一系列的研究工作。有研究人员认为利用水力喷射射孔的技术能够较易实现射孔的方向保持与最大水平的主应力方向相同, 且所喷射的孔深度较大。在近井区域中压裂裂缝的转向能够通过定向射孔加以控制, 从而在裂缝的扩展阶段起到了导向孔的功能, 防止裂缝出现弯曲或不必要的多裂缝, 应用于增产油藏的改进具备了基础, 能够将压裂与射孔效率提高。
另外, 研究人员还利用有限元的方法对地层破裂压力与水力射孔参数互相影响与作用进行了进一步研究, 结果显示, 对地层破裂压力影响最大的就是射孔的方位, 即地层破裂压力处于最低值时, 射孔方向为沿最大水平应力的方向。在这个状态之下, 如果增加射孔的深度并将射孔的密度设置为每米4孔, 就能够使地层破裂压力有效降低。
1.3 喷射压裂研究
该技术利用水动力学的原理, 将射孔、压裂以及隔离实现一体化, 它设置有2套泵压系统分别负责在环空中泵与油管进行液体的加压与喷射, 整个过程不需要机械设备进行封隔。其伯努利公式为:2v2+ρp=C, 从这个公式中我们可以看出, 液体被油管中的动能高速喷射而出, 对岩石产生足够的冲击应力从而形成所需要的射孔通道, 而高速液体冲击的作用则在其射出的孔道顶部产生了微裂缝, 从而使地层起裂压力下降, 当高速流体在射孔通道中进行继续作业时就会起到相应的增压作用, 这时施加环空压力于环空中泵的入流体, 借助环空压力与喷射液体的增压叠加效应, 使这个叠加效应所产生的作用力大于地层破裂压力, 最终将射孔顶部位置的地层压裂, 即图1。而环空流体在其中起到了充分扩展裂缝的作用, 裂缝产生的条件公式为:p增压+p环空≥p破裂。
在这项研究中, 油管与环空的压力及流量的合理控制与确定是非常关键的, 其工作流量是由工作管柱尺寸所决定的, 因此就要优化处理油管的直径。流体流变、面积、喷嘴数量以及压差参数的函数结果就是管内流量值, 受到这些因素的影响, 一般实际管内流量与设计方案中的流量存在着较大差异, 而在实际应用中环空中液体也会朝着地层出现漏失现象, 环空流量的计算同样存在困难。基于此, 我国目前对于水力喷射压力与环空摩阻等方面的计算研究仍然显得较为落后, 因此在实际应用中, 需要在理论深入研究的基础上结合现场实践经验对其进行更深层次的研究及改进。
2 水平井水力喷射压裂技术应用与发展
水力喷射压裂技术自被国外研究人员提出以来, 近年来在全球范围内得到了广泛应用。2003年, 巴西海上油田的增产作业就成功应用了该技术, 并取得了良好效果;2004年, 该技术被应用于直井增产;2005年, 则在美国Barnett页岩油田的水平井增产中应用了该技术, 经效果评价显示, 在全部53口井中, 有47口井的增产效果明显;而我国则在2005年及2007年分别在长庆油田与四川白浅油井进行了应用, 并取得成功。例如2007年在长庆油田的庄平11井的水力喷射压裂取得圆满成功。
基于水力喷射压裂技术的应用日渐广泛, 其应用改进应朝着以下几点进行发展:
继续加强对水力喷射压裂技术的理论研究, 通过多样化的研究方法, 包括现场试验、室内试验、数据仿真模拟以及理论研究等对影响该技术的因素与压力分布规律进行深入分析。从而能够对水平井设备、成本等进行全面评价并对环境参数进行合理确定, 选取适宜的水平井水力喷射压裂技术, 同时将施工方案进行优化。
对喷射工具的制造选材进行优化设计, 从而减少喷射返流对其形成的损伤, 延长喷射工具的使用寿命。
研究推广双路泵入系统, 使井底流体问题得以改善, 解决提前砂堵、压裂液浓度太低等问题。
3 结语
综上所述, 我国水力喷射压裂技术在水平井中的研究与应用尚处于起步阶段, 但是随着对该技术各方面的深入研究并朝着适应于我国油井使用的方向发展, 相信该技术一定能够为我国低渗透油田增产起到极大的推动作用。
参考文献
[1]田守赠, 李根生, 黄中伟, 沈忠厚.水力喷射机理与技术研究进展.[J].石油钻采工艺.2008, 30 (1) [1]田守赠, 李根生, 黄中伟, 沈忠厚.水力喷射机理与技术研究进展.[J].石油钻采工艺.2008, 30 (1)