水力喷砂压裂技术研究与应用PPT课件

1、 第一部分：研究背景与意义第1页/共27页吐哈油田现有水平井99口。水平井压裂改造难点：1.改造井段长，采用分段改造。2.一般需分3-5段压裂，封隔工具要求高。3.多为裸眼完井和筛管完井，封隔难度大。提高水平井压裂改造效果主要对策：1.均衡改造。2.有效封隔。3.起裂位置裂缝形态确定。第2页/共27页前期主要采用的改造方式：1、超高排量笼统压裂。2、封隔器、桥塞或化学胶塞分段改造。工艺上成功，未能达到预期效果。水力喷射定点压裂技术：是集射孔、压裂、封隔一体化的新技术，是一种全新压裂技术。为哈里伯顿公司专有。 我国于2005年在靖安油田靖平1井与哈里伯顿公司合作，首次成功开展了水力喷射分层压裂。

2、该技术在我国属于起步阶段。 为了提高水平井开发效果，开展了水力喷砂定点压裂技术研究。第3页/共27页第二部分：关键技术及创新点第4页/共27页 水力喷砂射孔技术创新点一：设计优化水力喷砂射孔所需的流速、最佳喷射时间、喷砂液浓度、砂粒直径等参数。主要机理：流体通过喷射工具，压能被转换成动能，高速流体冲击形成射孔通道，完成水力射孔。特点：1.穿透深度大。2.无地层压实伤害。3.能够选择定向射孔。 第5页/共27页 1、喷嘴选择：要具有良好的耐磨性和较高的流量系数。从水力学知识得知流束任意一点处的速度可由下式求得： VL =CV0D/L 式中: V L微粒喷嘴出口距离为L 处的射流轴心速度；C为试验

3、常数6；V0为射流初速度；D为喷嘴直径；L为喷嘴出口至喷射物距离。上式表明，当L=6D 时，其射流速度仍然保持起初速度的V0不变，自该点之后，射流则按上述规律逐渐减小。 水力喷砂射孔参数设计优化第6页/共27页2 2、压力、流速、压力、流速根据水力学的动量定律，根据水力学的动量定律， 当喷嘴的截面一定时，射流速当喷嘴的截面一定时，射流速度与压力成正比。试验证明，当通过喷嘴的流速保持度与压力成正比。试验证明，当通过喷嘴的流速保持在在120120米米/ /秒、工作压力秒、工作压力12MPa12MPa以上时，可以取得较好的切割以上时，可以取得较好的切割效能。效能。 水力喷砂射孔参数设计优化3、喷射时

4、间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分钟。第7页/共27页 含砂量越高，切割效能越好。但是，过多的含砂量容易含砂量越高，切割效能越好。但是，过多的含砂量容易引起砂堵，并会在途中互相碰撞，降低速度，影响喷射效引起砂堵，并会在途中互相碰撞，降低速度，影响喷射效果。果。确定砂浓度确定砂浓度120 kg/m120 kg/m3 3 。4、含砂浓度: 水力喷砂射孔参数设计优化 5、砂粒直径 砂粒直径越大，质量越大，冲击力就越大。一般讲，砂粒直径取喷嘴直径的1/6为最佳，确定选用40-70目和20-40目的石英砂或陶粒均适用。第8页/共27页井号井

5、号DP1DP1牛东平牛东平2 2庙平庙平1 1F239HF239H青青2-56H2-56H射孔排量（射孔排量（m m3 3/min/min）1.91.92.52.52.52.52.52.51.81.8砂浓度（砂浓度（kg/mkg/m3 3）120120120120120120120120120120砂量（砂量（m m3 3) )2 22.42.41.21.21.21.21.61.6喷砂时间喷砂时间(min)(min)151515-2015-20101010101515陶粒粒径陶粒粒径40-7040-70目陶粒目陶粒20-4020-40目石英砂目石英砂6、围压：射孔深度随着围压的增大成线性递减。

6、喷砂射孔施工参数： 水力喷砂射孔参数设计优化第9页/共27页 创新点二利用水力喷砂射孔定点压裂工艺技术，不用机械封隔一趟管柱实现多段改造。 水力喷砂压裂技术 压开地层： P增+P环P破裂 环空压力：略低于裂缝的延伸压力 压裂 原理：射流在喷射通道中形成增压。环空中泵入流体增加环空压力，喷射流体增压和环空压力的叠加超过破裂压力压开地层。 压裂排量：考虑压裂液摩阻、喷嘴的节流压差、裂缝延伸压力、喷射工具强度、套管强度、压裂限压等。第10页/共27页 原理：通过控制喷射工具，准确选择裂缝起裂的位置与方向；裂缝形成后，高速流体喷射进入孔道和裂缝，孔道相当于“射流泵”；环空的流体在压差的作用下被吸入地层

7、，维持裂缝的延伸，实现水力封隔。 （二）水力封隔技术1、234、5第11页/共27页1 1、洗井，下喷射工具到预定位置，进行水力喷砂射孔。、洗井，下喷射工具到预定位置，进行水力喷砂射孔。2 2、泵入前置液，环空迅速增压产生裂缝，排量增加到设计压、泵入前置液，环空迅速增压产生裂缝，排量增加到设计压裂排量，进入主压裂施工程序，施工结束。裂排量，进入主压裂施工程序，施工结束。3 3、关井、放喷、压井上提油管到上一个压裂的位置。、关井、放喷、压井上提油管到上一个压裂的位置。4 4、重复以上步骤，至整个井段压裂结束。、重复以上步骤，至整个井段压裂结束。 （三）水力喷砂压裂工艺步骤井号井号DP1DP1井井

8、牛东平牛东平2 2庙平庙平1 1F239HF239H油管排量（油管排量（m m3 3/min/min）2 22.62.62.52.52.52.5环控排量（环控排量（m m3 3/min/min）1.11.11 11 11 1平均砂比（平均砂比（% %）2424252530303131最高砂比（最高砂比（% %）5252353545454040合计砂量（合计砂量（m m3 3）5858363636363838水力喷砂压裂施工参数第12页/共27页管柱结构：管柱结构：引鞋引鞋+ +筛管筛管+ +单流阀单流阀+ +短节短节+ +喷枪喷枪+ +油管油管创新点三： 水力喷射压裂管柱结构设计，实现多段压裂

9、，又能解决砂堵后的反洗问题。第13页/共27页喷嘴需承受高压和高速工作液的冲蚀，容易导致喷嘴变喷嘴需承受高压和高速工作液的冲蚀，容易导致喷嘴变形、破损。形、破损。要求喷嘴具有高耐磨性，是保证工艺成功的要求喷嘴具有高耐磨性，是保证工艺成功的关键。关键。关键技术：应用了高耐磨喷嘴36mm，间距60mm相位120，长360mm。直径6mm的喷嘴第14页/共27页第三部分：主要技术特点第15页/共27页水力喷射压裂技术是一项能有效控制裂缝起裂的增产措施。只在指定的位置处进行压裂造缝。序号序号特性特性常规压裂常规压裂 水力喷射压裂水力喷射压裂 1 1产生裂缝产生裂缝压力压力由射流产生裂缝由射流产生裂缝环

10、空压力环空压力+ +射流射流增压使裂缝延伸增压使裂缝延伸 2 2裂缝位置裂缝位置无法精确无法精确预测预测 精确精确3 3裂缝初始方向裂缝初始方向无法预测无法预测 可确定可确定4 4封隔方式封隔方式机械机械水力封隔水力封隔一段一段一次多段一次多段第16页/共27页第17页/共27页u 现场应用5口井11层段，工艺成功率100，有效率100。u 水力喷射最大深度4253-4259m。u 施工最高砂比60%，单井最大加砂量50方，最大施工排量 3.5m3/min。 u 压后油井平均日增油8.9m3，单井最大日增油16m3，平均增产4.5倍，最大增产9倍，气井压后增产15倍。施工井号施工井号 喷射压裂

11、喷射压裂段数段数压前产量压前产量m m3 3/d/d压后产量压后产量m m3 3/d/d增产倍数增产倍数 完井方式完井方式DP1DP1井井3 3气气30003000气气45000450001515裸眼裸眼牛东平牛东平2 2井井 2 22 218189.09.0筛管筛管 青青2-56H2-56H井井 2 2111124242.22.2射孔射孔 庙平庙平-11-11井井 2 21.31.33.43.42.62.6套管套管F239HF239H井井 2 21.51.56 64.04.0套管套管第18页/共27页DP1DP1井水力喷射压裂技术实施情况井水力喷射压裂技术实施情况 （1 1）DP1DP1井井

12、层概况井井层概况 DP1DP1井是鄂尔多斯盆地大牛地气田的一口水平井，水平井段井是鄂尔多斯盆地大牛地气田的一口水平井，水平井段612m612m，采用裸眼完井方式完井。，采用裸眼完井方式完井。 根据测井解释结果，确定根据测井解释结果，确定DP-1DP-1井水平井段水力喷砂射孔井水平井段水力喷砂射孔3 3个人个人工裂缝的选择位置工裂缝的选择位置: :第19页/共27页 （2 2）压裂施工概况）压裂施工概况20082008年年8 8月井下公司与哈里伯顿公司合作，月井下公司与哈里伯顿公司合作，DP1DP1井水力喷射定点压井水力喷射定点压裂一次成功，三层累计入井液量裂一次成功，三层累计入井液量565.2

13、 m565.2 m3 3，加砂，加砂57.2m57.2m3 3，施工油管排，施工油管排量量1.9-2.0 m1.9-2.0 m3 3/min/min，套管排量，套管排量1.1 m1.1 m3 3/min/min，最高砂比，最高砂比52%52%，平均砂比，平均砂比最高达到了最高达到了28%28%。DP1DP1井水力喷射压裂技术实施情况井水力喷射压裂技术实施情况第20页/共27页DP1DP1井（井（3402m3402m）压裂施工曲线图）压裂施工曲线图 压裂改造前该井一直停产4年多，压后日产气4.5104m3，压裂增产效果显著。DP1DP1井水力喷射压裂技术实施情况井水力喷射压裂技术实施情况第21页

14、/共27页第22页/共27页现场施工现场施工5 5井次井次1111层，直接经济效益层，直接经济效益14451445万元。平均万元。平均单井日增油单井日增油8.5t/d8.5t/d，按有效期，按有效期200200天、有效率天、有效率85%85%计算，计算，累计增油累计增油80008000多吨。多吨。 经济效益 社会效益研究与现场应用表明，该技术有效解决了长期困扰水平井分段压裂的技术难题，大大推动吐哈油田水平井压裂技术进步，拓展了压裂技术的应用范畴。第23页/共27页第24页/共27页 1 1、水力喷射定点压裂是集水力喷砂射孔、压裂、水力喷射定点压裂是集水力喷砂射孔、压裂、封隔一体化的新型改造技术，是一种精准、高封