水力喷砂射孔（共3篇）
水力喷砂射孔 篇1
水力喷砂压裂是20世纪90年代末发展起来的油田增产改造技术。它来源于水力射孔技术与水力压裂技术的融合, 包括水力射孔、通过油管的水力压裂、利用泵送设备沿环空向下注入压裂液3个相对独立的步骤。该工艺已在低渗透油藏开发中得到广泛的应用, 其可以快速准确地进行多处压裂而不需要机械封隔装置, 特别适合用于水平井改造。
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。
2. 压力、流速、喷射时间、含砂浓度、砂粒直径和围压也是影响射孔的主要因素, 在现场施工前, 应通过实验确定其最佳参数, 从而提高射孔效率。
水力喷砂射孔 篇2
近年来, 针对青海油田储层普遍具有岩性复杂、低孔低渗的特点, 在试油工艺技术的探索中采取了针对性很强的技术措施, 如普遍采用压裂酸化等措施试油、多工序联作等工艺技术逐步得到应用。水力喷砂射孔压裂联作技术是目前正在应用的一项技术, 它是可实现射孔、压裂及排液联合作业的新型工艺技术, 既可用于水平井多段压裂改造, 也可用于直井单段或多段压裂改造。将之应用于低渗透储层的试油必将有效缩短试油周期, 降低油气层的污染, 更有利于油气层的发现。
2 水力喷砂射孔压裂技术原理
该项技术的原理是用地面压裂车组将混有一定浓度石英砂或陶粒的携砂液通过施工管柱泵送至目的井深, 经喷射工具的喷嘴, 产生高速射流, 射穿套管和近井地层, 形成一定直径和深度的射孔孔眼, 然后实施压裂或酸化, 并能实现措施液的及时返排。该项技术的优点是:施工时只需下一次管柱, 直接喷砂完成射孔酸化压裂作业, 并能在不动管柱的情况下实现措施液的返排, 从而可以有效缩短试油周期;喷射时无震动, 不会损坏套管和水泥环;具有水力封隔作用, 不需要机械封隔措施;与常规射孔相比, 水力喷砂射孔技术克服了射孔弹的压实作用, 减少了对储层的污染和伤害。现场应用表明, 对于直井, 除具有传统压裂的作用之外, 可在近井地带产生高导流缝穴, 有利于增产和稳产。
该技术可应用于厚度1.0-2.0m的较薄储层;对于低渗透致密油藏的储层, 可以有效降低近井地带的渗流阻力;通过喷砂射孔可有效降低地层破裂压力, 具有预处理作用;适用于井深5000m以内。
喷砂射孔可以形成孔眼达20mm, 地层孔道直径达100-160mm, 深度达0.8m以上, 有一定的压裂效应和造缝功能, 能有效提高地层渗流面积;选用一定粒径的优质石英砂或陶粒作为磨料, 施工时控制好含砂比, 从而达到最佳喷射效果;选用的携砂液要具有良好携砂性、低磨阻、低滤失, 清洁不污染环境。
综上所述, 该项技术由于可以实现射孔-压裂-排液三项工序的联作, 能很好满足低渗透储层试油。
3 应用实例
南浅6-6井属于南翼山油田N21储层, 储层厚度1-2m (表1) , 岩性为浅灰色荧光泥灰岩, 储层孔隙度10%左右, 渗透率1.53mD, 属于低孔低渗储层。水力喷砂射孔压裂排液技术首先在该油田应用成功, 为该项技术的推广应用具有积极的意义。
施工简况:将水力喷射压裂管柱联作下至井深2152.15m, 管柱结构:Ф95m m单流阀+Ф73m m外加厚油管+Ф100m m水力喷射器+Ф73m m外加厚油管×9.66m+Ф114m m水力锚+Ф73m m外加厚油管×9.65m+Ф73m m校短+Ф73m m外加厚油管。经校深、调整至井深井深2155.93m, 水力喷射器位于井深2145.70-2146.00m。然后用压裂车组泵入喷砂液87.50m3, 加砂6.90m3, 平均砂比7.8%, 顶替基液9.62 m3, 施工泵压0.19-37.13M P a, 套压0.02-33.70M P a, 施工排量0.32-2.13m3/m i n。随即顺利实施酸压, 施工泵压1.39-33.69MPa, 套压0.01-31.30 MPa, 施工排量0.16-0.71m3/min, 经过抽汲排液求产, 达到了设计要求的目的。
该项技术在该井的应用成功, 与以下技术措施分不开, 即施工时采用低浓度清洁压裂液作为喷射工作液, 以减少措施液对储层及孔眼的伤害;喷射砂用0.45-0.9mm兰州石英砂, 平均砂比7.8%, 砂比控制在8%以内, 达到了较好的喷射效果;水力喷砂射孔后采用土酸清洗喷射炮眼, 有利于裂缝的延伸和减少污染。
近年, 水力喷砂压裂技术逐步的青海油田的其它油藏逐步得到应用, 并达到了较好的工艺技术实践目的, 尤其对加快试油速度, 对加深油气层的认识提供了有力的技术手段。
4 结束语
水力喷砂压裂技术在青海油田的应用尚处于起步阶段, 如应用井深2000m左右, 仅进行了单一层段喷砂射孔压裂等等, 需要进一步在设备、工具、材料、技术措施及效果评价等方面做大量的实践研究工作, 从而逐步形成成熟的工艺技术, 拓宽应用渠道, 对低渗透油田的勘探开发具有积极的意义。
参考文献
[1]田守嶒，李根生等;水力喷射压裂机理与技术研究进展[J];石油钻采工艺;2008年;
[2]李宪文赵文轸, 水力射孔射流压裂工艺在长庆油田的应用, 石油钻采工艺, 2008年;
水力喷砂射孔 篇3
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