喷砂射孔技术（精选4篇）
喷砂射孔技术 篇1
摘要：近年来连续油管喷砂射孔分段压裂技术是为了解决逐层压裂的技术难题, 在研究连续油管水力喷射压裂技术机理的基础上, 利用伯努利原理, 连续多层段完成压裂和水利射孔, 实现水力封隔, 不需要另外进行机械封隔。现阶段连续油管喷砂射孔技术方面已经设计研制了相应的水力喷射分层压裂的井下作业工具, 并且也通过了喷嘴耐磨性测试和射穿套管实验证明。文章则主要针对连续油管喷砂射孔技术的发展方向进行相应的探索研究。
关键词：连续油管,喷砂射孔技术,压裂,井下工具
引言
连续油管技术的应用于90年代初开始, 现阶段仍旧处于开发和研究的初级发展阶段。作为一项正处于石油天然气勘测开发蓬勃发展中的技术, 已经在全球范围内应用于钻井、修井、洗井、氮气举升和增产等许多领域。近年来, 随着连续油管技术的进一步发展, 大管径连续油管车的引进, 大大增加了连续油管喷砂射孔压裂技术的可行性。连续油管喷砂射孔压裂技术是应用水利喷砂射孔、水力压裂以及水力隔离等多种工艺于一体的综合型技术, 较之常规的水力压裂技术, 连续油管喷砂射孔技术可以更加准确的造缝、简化井下作业程序、无需机械封隔、降低作业风险等, 适用于薄层、多产层的直井逐层压裂改造。低渗透油田作为我国石油产业稳定发展的重要资源, 连续油管喷砂射孔技术对其具有非常重要的意义。
1 水力喷射原理
水利喷砂射孔技术的发展方向是集水利喷砂射孔技术和水力喷射压裂技术于一体的水力喷射压裂技术, 它的水动力学的基本原理是, 在进行水利喷砂射孔之后, 通过两套泵压系统分别向连续油管和同时环空泵入压裂流体完成的喷射压裂技术。
水利喷砂射孔技术是通过地面上的压裂车将有一定浓度的混合磨料经过液体加压, 通过油管泵送到井下, 经过加压后的混合磨料液体通过喷射工具的喷嘴, 将其拥有的高压势能转换为动能, 形成高速射流, 磨料液体通过这种方式做功射穿套管和进井的地层, 从而打出一定深度和直径的孔眼。水利喷砂射孔比较常规的聚能炮弹射孔, 它没有形成压实带污染, 能够减轻近井简地带的应力集中, 能够相应的提高近井简地带的渗透率, 穿透近井简污染带, 伴随着泄油面积的增大, 有助于降低生产中的压降, 增大渗流速度, 相应的提高了未污染地层流向井简中的量度, 从而提高整个油井的产量。
水利喷砂射孔完成之后, 由于高速混合流体的冲击作用, 使射孔孔道的顶端产生了许多的微裂缝, 这些微裂缝降低了地层起裂的压力。射流的继续作用会使喷射管道中增压, 同时向环空压力的叠加超过破裂压力后将地层压迫。环空流体在经过高速射流后进入射孔通道和裂缝中, 使得那些微裂缝能够充分的扩展, 裂缝形成后, 高速流体继续喷射进入裂缝和孔道中, 每一个射孔通道就形成了一个“射流泵”。在射流出口的附近, 流体的压力最低, 速度最高, 并且不会流向其他地方, 环空流体则在这种压差作用下被吸入到地层, 用来维持裂缝的继续延伸。只要整个系统中的连续油管和喷射工具不受到损害, 就可以实现不用封隔器实现上下分隔, 还可以快速多次重复作业, 从而缩短作业的周期。
2 水力喷射压裂技术特点
水利喷砂射孔技术中的射孔压裂一体化, 能够非常精确的控制穿透裂缝的位置和方位, 并且不需要通过封隔器和桥塞等物理设备, 便可以实施非常有效的分段压裂。水利喷砂射孔技术的应用采用双流道作业方式, 这种工作方式的环空压力低, 能够在套管强度较低的场合下有效的工作, 这也就增强了套管的使用时间, 能够实现井底压裂液特性的瞬间调制, 例如泡沫特性、支撑剂浓度和化学浓度等, 双流道作业方式也可以灵活控制, 在同一口井内, 每段裂缝都可以进行定制大小的功能, 并且可以采用不同的方式压裂。
喷砂射孔技术的适应性广, 能够在裸眼水平井等多种井况中进行作业, 井底破裂压力低, 作业过程中的无效裂缝少, 并且采用分段作业的方式, 减小了作业的规模, 缩短了作业周期, 所以相应的降低了作业的成本。
3 喷砂射孔技术的适用条件
伴随着近年来油田开采难度的加大, 这就更加强调应用技术的有效性和经济性。
3.1 低渗透底层水平井作业:
低渗透油藏水平井的后续改造是水平井实施的主要难点, 这就要求使用能够准确放置裂缝, 有效的实施分段作业和射孔压裂一体的喷砂射孔技术。
3.2 老油田薄差油层开发:
为挖潜剩余油保持稳产, 井筒中分散的多个薄差层开采要求能精确定位, 适应大跨距分层作业的低成本的压裂技术。
3.3 老井增产改造的安全施工:
水利喷砂射孔压裂技术具有环空压力与井底压力低的特点, 可应用于套管与井筒剩余强度有限的老井增产改造, 确保井筒安全。
3.4 特殊完井方式对作业技术的要求:
裸眼完井、衬管完井、尾管完井等特殊完井方式, 使封隔器、桥塞等工具增大了作业难度以及成本, 所以本技术能够更好的适应这些特殊的完井方式。
3.5 低渗透未动用储量的经济开采:
一般需要压裂, 而且由于产能和产量有限要求压裂的成本更低, 所以低成本的压裂技术更加适合这种经济开采。
4 结束语
连续油管水力喷砂射孔技术是近年来刚刚发展起来的一种新型的压裂技术, 它借助了特殊的喷射压裂工具, 从而达到对地层任意位置都可以定点定位压裂改造的目的, 具有许多物理设备不具备的作业灵活性, 并能够缩短工作周期, 减小作业规模, 降低作业成本等有点, 并且适用于许多传统压裂方式不适合的作业条件, 是现阶段石油产业非常看好的一个新技术, 但该技术仍旧处于起步阶段, 所以它也有许多亟待解决的难题, 需要工作人员在不断的努力中进行改造。
参考文献
[1]王步娥, 舒晓晖.水力喷射射孔技术研究与应用[J].石油钻探技术, 2005, 33 (3) :51-54.
[2]赵彦整, 刘方玉.水力喷射射孔效果初探[J].测井技术, 2002, 26 (1) :86-88.
[3]胡风涛.水力喷射射孔工具的研制与应用[J].石油机械, 2000, 28 (10) :39-46.
[4]邓建新.新型陶瓷喷砂嘴的制备及其应用[J].工具技术, 2005, 39 (3) :31-33.
[5]牛继磊.水力喷砂射孔参数实验研究[J].石油钻探技术, 2003, 31 (2) :14-16.
喷砂射孔技术 篇2
1 原理及特点
1.1 连续油管喷砂射孔分段压裂技术原理
连续油管喷砂射孔分段压裂技术是通过连续油管下喷砂工具定位后采用高速水流射开套管和地层并形成一定深度的喷孔, 流体动能转化为压能, 在喷孔附近产生水力裂缝, 实现压裂作业。
1.2 工艺流程
工艺流程为:
(1) 连续油管带机械式套管节箍定位器进行定位;
(2) 连续油管循环射孔液, 达到一定排量后加入石英砂射孔;
(3) 射开套管后, 进行反循环洗井, 此时平衡阀打开, 将射孔液和石英砂洗出井口;
(4) 进行该层主压裂施工;
(5) 施工后, 上提连续油管解封封隔器, 再次定位进入下一层后下放坐封封隔器, 开始进行第二层施工。
2 主要工具
工具结构包括连续油管接头或丢手部分 (发生特殊情况可进行丢手) , 扶正器、水力喷射工具、平衡阀/反循环接头 (进行反循环) 、封隔器、封隔器锚定装置、机械式节箍定位器。
3 现场应用情况及效果
3.1 合川001-70-X3井基本情况 (表1)
3.2 注入方式
喷砂射孔:Φ44.5 mm连续油管带喷射工具
加砂压裂:Φ4 4.5 m m连续油管Φ139.7mm套管环空注入
3.3 施工管串
Φ7 7.8 m m引鞋+Φ1 3 5 m m机械定位器下端+Φ1 0 0.0 m m机械定位器上段端+Φ117.0m m封隔器+Φ85 m m平衡阀+Φ94m m喷枪 (Φ5.5m m×3孔, 孔眼相位120º) +Φ117.0mm扶正器+Φ73.15mm变扣接头+Φ73.15mm液压丢手+NC16转2-3/8”PAC接头+Φ79.5mm连续油管接头
3.4 喷砂射孔参数
3.5 返排及测试效果
2 0 1 2年2月1 6～2月2 7日用油嘴控制连续自喷排液, 累计排液968.4m3, 余液42.75m3, 后期最高氯根含量117654mg/L;期间井口压力20.5↘5.2↗10.1↘3.0MPa, 放喷累计产气52000m3。28日8:00至29日16:00用油嘴6.0m m, 孔板10.0m m测试, 井口压力4.5↗5.3↘4.9↗5.1MPa, 期间产气33155m3, 产水30.0m3, 稳定20小时, 井口压力5.1MPa, 平均上压1.25MPa, 平均上温12.16℃, 日产气19598 m3, 日产水16.25m3。流压9.412MPa, 压力梯度0.331MPa/100m, 井温70.23℃。
4 结论和建议
(1) 通过连续油管的精确定位和定点喷砂射孔, 该工艺对于薄互层的多级分层压裂改造极具优势。
(2) 将连续油管起出井口后, 可实现多层直接测试投产, 且井筒清洁, 便于后期修井作业。
(3) 该技术可应用于“体积压裂”施工中。
(4) 建议加强连续油管多种压裂工艺的研究并实现设备的国产化。
参考文献
[1]钱斌, 等连续油管喷砂射孔套管分段压裂新技术的现场应用[J].天然气工业, 2011
喷砂射孔技术 篇3
(1) 不能有针对性的压开目油层;
(2) 压裂处理后的参数优化问题。常规的压裂方法花费较高且费时, 增产效果不明显, 因此, 连续油管多级分段压裂技术得到了发展和应用。通过连续油管喷砂射孔套管进行主压裂, 可实现精确定位, 对储层纵向上的多个薄互层进行灵活分层, 进而达到精细压裂的目的。而且将连续油管起出井口后即具备生产条件, 可实现多层直接测试投产, 且井筒清洁, 便于后期修井作业。
1 工艺技术特点
1.1 工艺原理
此工艺使用外径为139.7毫米的生产套管, 通过连续油管精确定位油气层, 喷砂射孔技术原理, 通过喷嘴的节流, 油管内的的高压射孔液变换成高速射流将套管和储层岩石射穿。根据目前实验结果, 喷砂射孔形成的孔道直径一般在25mm以上。射开套管后, 套管进行主压裂, 压裂液通过套管射开的孔道进入地层。压裂施工后, 不需要放喷洗井可以带压上提连续油管解封封隔器, 再次定位下一个层位, 下放坐封封隔器, 以此步骤完成所有层段的压裂。
1.2 技术优点
(1) 利用封隔器的多次上提下放坐封解封达到不限次数压裂的目的;
(2) 可以有选择的压开预定层位;
(3) 将连续油管起出井口既具备生产条件;
(4) 施工快速、高效;
(5) 可以带压上提工具, 转层时间短;
(6) 可通过油管串实时监测井底压力。
1.3 井下作业工具
连续油管分段压裂井下工具由安全阀、水力喷射工具, 封隔器和机械套管接箍定位器组成。为保证能射穿套管, 安全阀一般靠手动操作 (特殊情况下可进行紧急手动操作) , 喷嘴的数目和尺寸则由连续油管和套管的尺寸来确定。该工艺采用的封隔器可以承受50MPa的工作压力, 但在连续油管射孔过程中可能会出现射开地层压力超过封隔器上部压力的情况, 因此需严格控制地面回压, 防止地层压力过高使得封隔器自动解封。连续油管深度测量仪测量的深度往往不准确, 为此在连续油管的底部安装了套管接箍定位器, 其机制是在套管接箍处载荷增加, 从而确定套管接箍的位置, 对深度测量仪的数据进行校正。
1.4 井口装置
为满足压裂作业过程中压裂泵车正常工作的需要, 选择适当的井口装置非常重要。首先, 根据设计的最大泵压确定井口压力, 其次, 根据生产套管和水流喷射组件的尺寸确定井口内径。在整个压裂作业工程中均要保证井口压力维持在正常水平。
1.5 地面管线
与常规压裂地面管线相比, 连续油管喷砂射孔套管多级分段压裂技术具有特殊的的连接配置, 该管线的连接要求是主压车泵送的高速流体通过高压旋塞阀的切换既能通过连续油管喷砂射孔又能通过套管环空加砂压裂。
(1) 高压流体监测管线:在射孔作业时向连续油管内低速泵入含支撑剂的压裂液, 保持井筒动态压力的平衡和监测井底压力;
(2) 回流管线:该装置具有两套独立的返排线系统, 这两套系统既能满足液体流出连续油管, 又能保证液体能顺利进入污水池或回收罐。其主要功能是合理控制下一个阶段之前回压和循环洗井, 确保压裂作业的安全。
1.6 工艺流程
主要的工艺流程如下:
(1) 装配连续油管井口设备;
(2) 利用连续油管接箍定位器确定要压裂的层位;
(3) 清除井筒废液;
(4) 安装并测试封隔器的承压能力 (验封) ;
(5) 通过连续油管进行喷砂射孔;
(6) 将射孔液和石英砂洗出井口;
(7) 在油套环空内注入支撑剂进行主压裂施工同时连续油管内进行补液;
(8) 施工后, 上提连续油管解封封隔器, 再次定位进入下一层后, 下放坐封封隔器, 开始进行第二层施工;
(9) 完成压裂作业后, 上提连续油管至井口;
(10) 油井产能测试。
2 现场应用情况及分析
鄂尔多斯盆地渭北油田的勘探证明长3油层的属于低渗透砂岩储层, 储层厚, 具有广阔的油气勘探前景。其中一种增产方案是利用常规压裂方法, 将压裂液注入产层, 延伸产层的裂缝长度, 提高单井产量。另一种增产方案是利用连续油管水力喷射技术, 对薄产层实施压裂。
在该区域利用这一技术进行了7口油井水平井的压裂施工, 现场压裂的7口井均使用139.7毫米的生产套管, 主压裂施工排量在3.0至3.5立方米/分, 增产效果显著。压裂后, 多个产层可同时产油或气, 作业周期短, 分层精细灵活, 井筒清洁。
与常规压裂技术相比, 连续油管带封隔器环空分段压裂技术更加先进, 转层速度更快。通过喷射工具下的封隔器进行坐封后套管压裂实现了较大排量的注入。7口油井水平井每一层的平均压裂时间为2个小时, 转层时间缩短, 施工层数增加, 压裂效率提高。
3 结论
(1) 现场应用证实了连续油管带封隔器分段压裂技术的先进性和有效性。该技术通过连续油管带喷射工具盒定位器进行定点喷砂射孔, 实现对薄层精细压裂;通过喷射工具下的封隔器进行坐封后套管主压裂实现了大排量注入;通过上提下放坐封解封的封隔器实现了多级压裂。
(2) 将连续油管起出井口后即具备生产条件, 可实现多层直接测试投产, 且井筒清洁, 便于后期修井作业。
(3) 喷砂射孔形成的套管孔眼孔道直径较大, 孔眼摩阻较小。且在封隔器坐封后采用环空进行主压裂, 可实现较大排量和较大规模的改造。因此, 对页岩气储层也具有实用性。
水力喷砂射孔参数设计优化 篇4
一、水力喷砂射孔技术
1. 主要机理。
水力喷砂射孔是将流体通过喷射工具, 将高压能量转换成动能, 产生高速射流冲击 (或切割) 套管或岩石形成一定直径和深度的孔眼。为了达到好的射孔效果, 在流体中加入石英砂或陶粒等, 如图1所示。
2. 技术特点。
(1) 和常规射孔相比, 水力喷砂射孔技术克服了射孔弹的压实作用, 减少了对油藏的污染和伤害。
(2) 套管孔眼、地层孔道直径和深度增大, 可以分别达到16～20 mm, 100～160 mm, 800 mm以上。
(3) 有一定的压裂效应和造缝功能, 提高地层渗流面积。
(4) 一孔的产量相当于炮眼的3～5倍。
(5) 每米一对缝的有效渗流面积相当于127射孔枪30孔/m的渗流面积。
二、水力喷砂射孔参数优化设计
1. 喷嘴选择。
喷嘴是水力喷砂射孔发生装置的执行元件。喷嘴的作用是通过喷嘴内孔横截面的收缩, 将高压水的压力能量聚集并转化为动能, 以获得最大的射流冲击力, 作用于井底岩石上进行破碎或切割, 因此, 其必须要具有较高的流量系数。同时, 喷射过程中喷嘴容易受到砂粒的冲蚀, 所以喷嘴也必须要具有良好的耐磨性。
(1) 喷嘴内部形状选择。喷嘴的几何参数主要有收缩角a、入口和出口过渡形状及倒角的曲率半径、出口直径d和圆柱段长度L。圆锥收敛型喷嘴容易加工, 但射流密集性差。曲线型喷嘴 (指数型、流线型等) 虽然其流量系数大, 能量损失小, 但加工困难。目前连续水射流最常用的一种喷嘴是圆锥带圆柱出口段喷嘴, 其是在圆锥收敛型喷嘴的基础上发展起来的, 增加了圆柱出口段长度, 从而提高喷嘴流量系数。
(2) 喷嘴几何参数选择。工程应用中水射流的基本参数有射流压力、射流流量、流速、功率等。根据理论公式推导, 可得出喷嘴几何参数之间的关系式为:
式 (1) 中, A为射流的出口截面积, mm2;At为喷嘴的出口截面积, mm2;ε为喷嘴截面收缩系数;v为射流出口速度, m/s;vt为射流出口理论流速, m/s;μ为喷嘴的速度系数。
通过计算, 确定喷嘴上部与喷头水眼部分的外径为20 mm, 长度为16 mm, 出口直径为6 mm。
2. 压力、流速。水力喷砂压裂的工作压头为:
式 (2) 中, Η为工作压头, Pa;V为射流速度, m/s;ψ为流速系数。
水力喷射作业时, 喷嘴出口处的射流理论功率为:
式 (3) 中, Q为通过喷嘴的流量, m3/min。Q=Vω。整理可得:
工作压头又可以表示为:H=P/γ。式中, P为工作压力, Pa。所以,
上式证明, 当喷嘴的截面一定时, 喷嘴出口处的射流理论功率W与工作压力P的3/2次方成正比。经试验证明, 当通过喷嘴的流速保持在120 m/s, 工作压力12 MPa以上时, 可以达到较好的切割效果。
3. 喷射时间。
根据试验和理论分析, 对于水力喷砂射孔过程的喷射时间、喷射深度、压力之间存在如下关系:
式 (6) 中, ΔΡ为喷嘴孔眼压差, Pa;ρ为喷射液密度, kg/m3;Q为喷射排量, m3/min;n为喷嘴个数;d为喷嘴直径, mm;Cd为孔眼流量系数;V0为喷射速度, m/s;Lmax为最大喷射深度, mm;Vth为临界喷射速度, m/s;ΔVΡ为在喷射孔处由于回流导致的速度损失, m/s;H为材料的布氏硬度;t为喷射时间, s。
在一定的工作压力下, 当射流达到一定深度后, 继续延长喷射时间是无意义的。喷射时间一般在15～20 min, 液体利用率最高。
4. 含砂浓度。
含砂量越高, 砂粒在单位时间内冲击岩石的次数越多, 切割效果越好。但在一定范围的排量和压力下, 砂粒在较高的浓度时的速度比在较低浓度时的速度低。同时, 过多的含砂量容易引起砂堵, 并在管道内相互碰撞, 相互干涉, 减少有效冲击次数, 从而影响喷射效果。在现场应用时, 应当首先进行模拟试验得出砂粒浓度最佳值从而尽可能地减少浪费。最佳浓度范围为6%-8%。
5. 砂粒直径。
砂粒直径越大, 质量越大, 冲击力越大。一般讲, 砂粒直径取喷嘴直径的1/6为最佳, 确定选用40-70目陶粒或20-40目石英砂均可。
6. 围压。
围压对射流的影响是超乎想象的, 在其他条件完全相同的条件下, 有围压时的射孔深度要大大降低。在实际施工过程中不可避免地存在围压, 这给磨料射孔带来很难困难。如何能尽可能地减少围压的影响将是磨料射流在现场应用效率的非常关键的因素之一。
三、结论及建议
1. 喷嘴是水力喷砂射孔的主要元件, 因此, 喷嘴的优化选择对射孔效率的提高起着至关重要的作用。而喷嘴的选择主要是内部形状和几何参数的选择。