水平井水力喷射分段压裂技术课件

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1、水平井水力喷射分段压裂技术水平井水力喷射分段压裂技术提提 纲纲水力喷射分段压裂是射孔、压裂、隔离一体化增产措施水力喷射分段压裂是射孔、压裂、隔离一体化增产措施 水力喷射分段压裂水力喷射分段压裂 (MHJFMHJF)是集是集射孔、压裂、隔离一体化新型增产措射孔、压裂、隔离一体化新型增产措施，无需封隔器、一趟管柱多段压裂施，无需封隔器、一趟管柱多段压裂,提高效率和安全性，减少施工风险、提高效率和安全性，减少施工风险、降低伤害和成本降低伤害和成本一、前一、前 言言压裂液压裂液喷射压裂工喷射压裂工具具喷砂射孔参喷砂射孔参数效率数效率喷射起裂及喷射起裂及水力封隔水力封隔 关键技术难点：关键技术难点：喷砂

2、射孔参数及效率喷砂射孔参数及效率喷射起裂、水力封隔喷射起裂、水力封隔喷射压裂工具（喷嘴）喷射压裂工具（喷嘴）一、前一、前 言言1 1 水力喷射分段压裂机理水力喷射分段压裂机理 二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数 高压低压高压低压 高压：高速射流在孔内增压高压：高速射流在孔内增压3 38MPa8MPa 低压：喷嘴出口局部低压区低压：喷嘴出口局部低压区环空卷吸作用，强化封隔效果环空卷吸作用，强化封隔效果关键：控制喷射压力和环空压力排量关键：控制喷射压力和环空压力排量 喷射排量和射流冲击力计算喷射排量和射流冲击力计算 管内流体压降损失计算管内流体压降损失计算 环空流体压降损

3、失计算环空流体压降损失计算2 2 管内和环空水力参数计算管内和环空水力参数计算二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数调整排量，精确控制调整排量，精确控制Pv和和Pa3 3 孔眼内速度及压力分布孔眼内速度及压力分布-数值计算数值计算套管壁孔径套管壁孔径10mm、喷射压力、喷射压力40MPa孔眼最大直径孔眼最大直径100mm、孔深、孔深500mm 套管壁孔径套管壁孔径15mm、喷射压力、喷射压力45MPa孔眼最大直径孔眼最大直径100mm、孔深、孔深500mm一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数1.喷嘴直径在37mm、喷距在070mm内调节；2.模拟孔

4、眼长度在600mm内有级调节，每级长度40mm，套管孔径1020mm3.测量孔眼壁面压力和轴心压力随喷嘴压力、排量、喷距、直径、围压等分布 4.模拟“环空加液、射孔裂缝渗流”物理过程。4 4 孔眼内速度及压力分布孔眼内速度及压力分布-室内实验室内实验 二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数4mm喷嘴在入口压力为25MPa时，不同围压下，相差4.720。4mm喷嘴在入口压力为30MPa时，不同围压下，相差4.320数模与物模对比数模与物模对比二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数4 4 孔眼内速度及压力分布孔眼内速度及压力分布-室内实验室内实验 在水射

5、流中混入一定数量磨料微粒，在水射流中混入一定数量磨料微粒，可大幅度提高射流切割效率可大幅度提高射流切割效率 射孔深度射孔深度0.70.71.0m1.0m，压实带二次污，压实带二次污染小，染小，为压裂创造良好井下环境为压裂创造良好井下环境 国内国内60607070年代开始水力喷砂射孔，年代开始水力喷砂射孔，机理、参数、喷枪结构材质、工艺优化机理、参数、喷枪结构材质、工艺优化等方面研究较少等方面研究较少5 5 水力喷射射孔参数优化水力喷射射孔参数优化二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数 根据水动力学动量根据水动力学动量-冲量原理，固体颗粒受水载体加速，高冲量原理，固体颗粒受

6、水载体加速，高速冲击套管和岩石，产生切割作用。速冲击套管和岩石，产生切割作用。二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数5 5 水力喷射射孔参数优化水力喷射射孔参数优化影影响响因因素素 流体参数流体参数 射流压力 喷嘴直径 喷嘴型式 射流功率 流速 流量 流体性质 射流反冲力 磨料参数磨料参数 磨料类型 磨料流量 磨料粒度 混合管直径 工况参数工况参数 进给速度 靶距（喷距）流道数 入喷射角 切割体积 切深或切宽 比能 靶件参数靶件参数 靶件强度 靶件硬度 靶件孔隙度 靶件渗透率1.1.压力压力2.2.排量排量3.3.磨料类型磨料类型4.4.磨料浓度磨料浓度5.5.磨料粒度磨

7、料粒度6.6.岩性岩性7.7.围压围压8.8.时间时间实实验验参参数数二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数5 5 水力喷射射孔参数优化水力喷射射孔参数优化6 6、喷嘴压损与排量关系、喷嘴压损与排量关系 随排量的增大，喷嘴压损急剧增加；随排量的增大，喷嘴压损急剧增加；喷嘴直径的增大，喷嘴压损降低。喷嘴直径的增大，喷嘴压损降低。二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数 随着围压的增大，喷射产生的附加压差减小；随着围压的增大，喷射产生的附加压差减小；喷射后在很短距离内压力趋于稳定。喷射后在很短距离内压力趋于稳定。7 7、围压对喷射压力的影响围压对喷射压力的

8、影响二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数8 8、不同射流速度对不同岩样穿透时间的影响、不同射流速度对不同岩样穿透时间的影响l在相同射流速度下，砂岩较灰岩更容易形成喷孔；在相同射流速度下，砂岩较灰岩更容易形成喷孔；l随着射流速度的增加，所需射穿时间大幅下降，当超过随着射流速度的增加，所需射穿时间大幅下降，当超过160m/s160m/s后，下降幅度变为平缓。后，下降幅度变为平缓。二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数9 9、围压对射孔深度的影响、围压对射孔深度的影响 其它条件相同时，围压增加，射孔深度减小。其它条件相同时，围压增加，射孔深度减小。二、水

9、力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数1010、磨料类型对喷射效果的影响、磨料类型对喷射效果的影响 磨料硬度增加，喷射深度增加，但是影响幅度相对较小。磨料硬度增加，喷射深度增加，但是影响幅度相对较小。二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数1111、流体介质对喷射效果的影响实验、流体介质对喷射效果的影响实验 相同条件下，喷射介质对射孔深度影响较小。相同条件下，喷射介质对射孔深度影响较小。二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数 最优喷嘴压降：2835MPa 磨料粒度选择：2040

10、目石英砂 最优磨料体积浓度：68%最优喷砂射孔时间：1015min1212、水力喷射射孔参数优化水力喷射射孔参数优化二、水力喷射压裂工具设计研制二、水力喷射压裂工具设计研制1 1 喷射压裂工具整体方案设计喷射压裂工具整体方案设计2 2 滑套设计研制滑套设计研制 （1 1）滑套结构设计、材料优选）滑套结构设计、材料优选 （2 2）各级滑套与喷枪体滑动密封）各级滑套与喷枪体滑动密封3 3 喷枪喷嘴及防溅体设计研制喷枪喷嘴及防溅体设计研制 （1 1）喷枪本体结构设计研制）喷枪本体结构设计研制 （2 2）喷嘴结构设计、材料与布置）喷嘴结构设计、材料与布置 （3 3）防溅体参数设计与加工）防溅体参数设计

11、与加工4 4 单向阀、扶正器、多孔管等附件单向阀、扶正器、多孔管等附件5 5 二四级滑套销钉连接方案设计二四级滑套销钉连接方案设计 （1 1）滑套和喷枪销钉连接方案设计）滑套和喷枪销钉连接方案设计 （2 2）销钉材料优选及加工）销钉材料优选及加工二、水力喷射压裂工具设计研制二、水力喷射压裂工具设计研制喷射压裂工具整体方案设计喷射压裂工具整体方案设计二、水力喷射压裂工具设计研制二、水力喷射压裂工具设计研制滑套方案设计滑套方案设计5 5 套管四级喷枪套管四级喷枪第一级滑套内径第一级滑套内径50mm第二级滑套内径第二级滑套内径45mm第三级滑套内径第三级滑套内径40mm第四级喷枪无滑套第四级喷枪无滑

12、套使用后滑套基本无磨损使用后滑套基本无磨损水力喷射分段压裂工具水力喷射分段压裂工具5 5 套管八级喷枪套管八级喷枪名称名称第七级第七级第六级第六级第五级第五级第四级第四级第三级第三级第二级第二级第一级第一级单向阀内孔单向阀内孔60型滑套5046423834302622低密度钢球2.02.65549-4845-4441-4037-3633-3229-2825滑套工具尺寸滑套工具尺寸二、水力喷射压裂工具设计研制二、水力喷射压裂工具设计研制二、水力喷射压裂工具设计研制二、水力喷射压裂工具设计研制名称第九级滑套内孔第八级滑套内孔第七级滑套内孔第六级滑套内孔第五级滑套内孔第四级滑套内孔第三级滑套内孔第二

13、级滑套内孔第一级滑套内孔单向阀内孔60型滑套5047 44 41 38 35 32292622钢球55494643 403734312825滑套工具尺寸p 5 套管不动管柱10段加砂压裂工具已加工完毕喷枪结构及滑套材质改进提高硬质合金销钉剪切力提高改进喷射器本体二、水力喷射压裂工具设计研制二、水力喷射压裂工具设计研制适用于适用于4 49 95 5/8/8套管，套管，6000m6000m井深井深材料和处理：喷嘴工作寿命材料和处理：喷嘴工作寿命6h6h以上以上地面泵压力：地面泵压力：404090MPa90MPa，排量：，排量：1.01.04.5m4.5m3 3/min/min施工层段数：施工层段数

14、：1 11010层，层，单层最大加砂量：单层最大加砂量：50m50m3 3拖动式喷射器滑套式喷射器施工工艺与参数施工工艺与参数1.1.工具入井定位工具入井定位2.2.油管内加压，射孔油管内加压，射孔3.3.维持喷嘴压降、环空加压，维持喷嘴压降、环空加压，孔内起裂、裂缝延伸孔内起裂、裂缝延伸4.4.第二段裂缝射孔、压裂第二段裂缝射孔、压裂5.5.重复重复4 4，完成多段压裂，完成多段压裂井型：井型：直井、水平井、定向井，油井、气井直井、水平井、定向井，油井、气井完井：完井：套管射孔、割缝筛管、裸眼套管射孔、割缝筛管、裸眼管柱：管柱：油管、连续管，拖动管柱与滑套不动管柱油管、连续管，拖动管柱与滑套

15、不动管柱三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用工艺设计与现场试验工艺设计与现场试验直井分层压裂现场试验直井分层压裂现场试验-七64-7水力喷射分段压裂试验12327.41235.61228.216978.71209.21200.5厚度止起喷射枪位置油层位置m 完井方式：直井、直井、5-1/2”5-1/2”套管注水泥完井套管注水泥完井；压裂方式：水力喷砂射孔，油管加砂压裂，水力喷砂射孔，油管加砂压裂，实施二层压裂；实施二层压裂；水力喷砂射孔水力压裂水力喷砂射孔水力压裂 每层压裂时间：约1小时，第一层的最高压力为48MPa，总液量180.00m3；第二层的最高压力为58MPa，总液量

16、196.00m3；每层加砂量：约20方,最大砂比22%,最大排量2.6方/分钟;压后喷射枪完好，压裂管柱顺利取出。三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用 采用投球滑套工具，不动管柱常规油管水力喷射分段压裂技术8h完成三段压裂，衬管完井（裸眼）水平井首次试验成功。分别完成40m3、30m3、30m3陶粒的施工，油管排量3.03.3m3/min，最高砂浓度700kg/m3，泵压6576MPa，环空排量0.91.5m3/min。完井仅0.3104m3/d，压裂后测试天然气无阻流量16.1104m3/d，增产倍比达到50倍以上，高于邻井

17、单层压裂11.4104m3/d的平均水平。衬管裸眼完井水平井喷射分段压裂衬管裸眼完井水平井喷射分段压裂XS311HXS311H井井 大庆Z66-P21井2205m，套管139.7mm，施工前产油4.5t/d 四级喷枪压裂4 4段段：1538、1830、1951、2060m 加砂量22323222108m108m3 3，产油8.5t/d8.5t/d，日增油4.0t4.0t肇61-平21P1 3 1894.02001.0井段S落ubtitleDescriptionDate时间(min)pressure 1 Mpa pressure 2 Mpa Rate 1 m/min prop conc kg/m

18、3 Rate 3 m3/min 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 0.00 14.00 28.00 42.00 56.00 70.00 -0.60 4.52 9.64 14.76 19.88 25.00 0.000 0.600 1.200 1.800 2.400 3.000 0.0 178.0 356.0 534.0 712.0 890.0 0.000 0.240 0.480 0.720 0.960 1.2005 5 套管完井水平井喷射套管完井水平井喷射4 4段段压裂压裂Z66-P21Z66-P21井井 三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用 完钻井深:

19、2245m 完钻垂深：1840m 水平段长：398m 压裂井段:1830-2205m 油层套管：51/2 压裂管柱：27/8 p 水平井不动管柱8段加砂压裂AE3P21 三、水力喷射压裂工具设计研制三、水力喷射压裂工具设计研制图 井身结构及喷射工具管串结构示意图油管排量2.6-3.4 m3/min，套管排量0.5-1.0 m3/min，油管压力40-50MPa，套管压力12-20MPa单枪最大过砂量45m3，8层共加砂340m3，使用原胶液2800m3AE3P15:单段（66.0mm喷嘴）过砂量55+257 m3第一层第二层第三层第四层第五层第六层第七层第八层三、水力喷射压裂工具设计研制三、水

20、力喷射压裂工具设计研制p 水平井不动管柱8段加砂压裂AE3P21 研制成功了拖动管柱和不动管柱投球滑套式水力喷砂射孔研制成功了拖动管柱和不动管柱投球滑套式水力喷砂射孔压裂联作井下工具，建立了动管柱和不动管柱施工工艺，成压裂联作井下工具，建立了动管柱和不动管柱施工工艺，成功应用于直井、水平井、定向井等不同完井方式的油气井压功应用于直井、水平井、定向井等不同完井方式的油气井压裂改造，增产效果显著；裂改造，增产效果显著；水力喷射分层压裂集射孔、压裂、分段一体化，无须机械水力喷射分层压裂集射孔、压裂、分段一体化，无须机械封隔，一趟管柱多段压裂，为低渗油气藏压裂改造提供了一封隔，一趟管柱多段压裂，为低渗油气藏压裂改造提供了一种新型增产措施，丰富和发展了高压水射流和水力喷射压裂种新型增产措施，丰富和发展了高压水射流和水力喷射压裂理论与技术。理论与技术。五、结论与展望五、结论与展望汇报结束汇报结束