國(guó)內(nèi)的水平井分段改造技術(shù)目前還處于探索階段，雖然各油田均有研究與試驗(yàn)，但理論研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與國(guó)外還有一定差距。長(zhǎng)慶油田經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)，在水平井改造方面取得了可喜成績(jī)，逐步形成一套有效的特低滲透油氣藏水平井改造配套工藝技術(shù)。
水平井水平段分段壓裂是獲得較好改造效果的前提，其工藝技術(shù)難點(diǎn)在于分段壓裂工藝方式選擇。目前水平井分段壓裂工藝技術(shù)方法主要有化學(xué)方法、機(jī)械方法和水力噴射分段壓裂等方法，比較而言，水力噴射分段壓裂方法施工可控性搞，施工風(fēng)險(xiǎn)小，可用于裸眼、篩管與套管等完井方式，一趟管柱可進(jìn)行多段壓裂，縮短施工周期，有利于降低儲(chǔ)層傷害，施工效率得到大幅提高。
水力噴射分段
壓裂技術(shù)研究
技術(shù)原理 水力噴射分段壓裂技術(shù)原理是根據(jù)伯努利方程，把壓能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，油管流體加壓后經(jīng)噴嘴噴射而出的高速射流(噴嘴噴射速度大于126 m/秒)在地層中射流成縫。水力噴砂射孔后，接著提高排量，在已射開孔上下部的井眼中產(chǎn)生負(fù)壓值形成隔離，高速流體在地層巖石中形成孔洞，直接作用于孔洞底部，產(chǎn)生高于地層破裂壓力的壓勢(shì)，在地層中造出一條裂縫(如圖1所示)，然后加砂壓裂。
工藝研究 水力噴射分段技術(shù)是由水力噴射、水力壓裂(油管注入)和環(huán)空組合注入、注液體封堵劑四種工藝技術(shù)組合而成的，具體的工藝如下：①通井和洗井;②向井筒內(nèi)下入水力噴射分段壓裂鉆具;③水力噴砂射孔，先泵入基液和攜砂液(切割階段)，當(dāng)攜砂液距噴嘴250m左右時(shí)，迅速提升泵速以確保獲得切割射孔所需的足夠的壓差;④在噴砂射孔2-3min后，頂替;⑤常規(guī)的水力壓裂，關(guān)閉套放閘門，按照設(shè)計(jì)環(huán)空排量或環(huán)空最高壓力所允許的最高泵速由環(huán)空泵入胍膠基液，按照設(shè)計(jì)由油管的泵入交聯(lián)胍膠和砂;⑥壓后放噴，沖砂;⑦向井筒內(nèi)注入液體暫堵劑;⑧上提鉆具。
上提鉆具至設(shè)計(jì)位置，壓裂下一層，重復(fù)③~⑥步。
一套水力噴射壓裂鉆具和一套壓裂機(jī)組，這個(gè)工藝過程就可重復(fù)多次，如圖2~5所示。在最后一個(gè)壓裂作業(yè)結(jié)束后，壓裂鉆具被起出，然后清洗井筒，準(zhǔn)備抽汲。
水力噴射分段壓裂鉆具研究 水平井井下作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大、周期長(zhǎng)、遇卡機(jī)率高，所以在設(shè)計(jì)水力噴射分段壓裂鉆具時(shí)，井下工具設(shè)計(jì)要求盡可能簡(jiǎn)化，可操作性好;在噴射和壓裂過程中，要求工具定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好;井下工具耐壓、耐溫、密封性能滿足不同區(qū)塊儲(chǔ)層的壓裂要求;噴射器工作壽命必須能夠滿足一趟管柱壓裂兩段以上的要求。
根據(jù)以上要求，水平井水力噴射分段壓裂鉆具主要萬向節(jié)、偏心定位器、噴射器、球座等關(guān)鍵工具組成，鉆具組合如示意圖6所示。
水力噴射器(如圖7所示)的噴嘴由加入鉬的特殊等級(jí)碳合物的材料制成，孔眼根據(jù)設(shè)計(jì)要求被放置在幾個(gè)平面上，針對(duì)不同地層的噴嘴尺寸可以不同，在某些地層中，噴嘴外徑達(dá)到了3.68"，內(nèi)徑則為1.99"，噴嘴具有超大的壁厚以保證使用壽命。噴嘴的作用是產(chǎn)生高速射流，射開套管并在地層內(nèi)形成噴孔，采用螺旋式布孔。
萬向接(如圖8所示)的作用是保證壓裂工具能順利通過井眼軌跡不規(guī)則井筒，與偏心定位器配合調(diào)整噴射方位，使之與設(shè)計(jì)方位一致。
偏心定位器(如圖9所示)利用偏心原理，當(dāng)液流以較高速度流經(jīng)偏心定位器時(shí)，在壓力作用下，產(chǎn)生向上的作用力，推動(dòng)定位器旋轉(zhuǎn)并定位。
水力噴射分段壓裂
設(shè)計(jì)優(yōu)化方案初探
裂縫系統(tǒng)優(yōu)化研究 水平井壓裂水力裂縫特性均影響壓后效果，應(yīng)優(yōu)化水平井水力裂縫系統(tǒng)，以盡量提高壓后產(chǎn)能。由于地應(yīng)力方位的復(fù)雜性以及射孔段長(zhǎng)度等對(duì)裂縫起裂的影響，水平井井筒方位很難做到與最小主應(yīng)力方向平行或垂直，一般存在一定角度的夾角。理論研究表明：隨著裂縫條數(shù)增加，產(chǎn)量增加，但是增加的幅度變小，裂縫條數(shù)為 3~5條最佳，但水平井究竟需要多少條裂縫與之匹配，須依據(jù)實(shí)際的儲(chǔ)層狀況進(jìn)行優(yōu)化。增加裂縫長(zhǎng)度有利于提高單井產(chǎn)量，但這里還要考慮經(jīng)濟(jì)效益等其它多方面因數(shù)。根據(jù)優(yōu)化模擬計(jì)算：裂縫長(zhǎng)度為100~150m。
壓裂設(shè)計(jì)優(yōu)化研究 水力噴射分段壓裂設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的壓裂設(shè)計(jì)有很大的不同，需要控制和評(píng)估兩種主要的液體的流量;需要兩種獨(dú)立的泵注程序;需要控制流體的流速，以保證環(huán)空壓力符合壓裂施工的要求。此外，還需要設(shè)計(jì)造縫的位置、造縫點(diǎn)的間距、水平段的射開段數(shù)、孔密等。
單井優(yōu)化及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 截至2007年9月，長(zhǎng)慶油田先后在11口井成功實(shí)施水力噴射分段壓裂改造，其中2007年8月2日至6日，在吳平x井成功改造壓裂4段。該項(xiàng)工藝的成功，為長(zhǎng)慶特低滲儲(chǔ)層改造技術(shù)拓展了技術(shù)思路，特別是對(duì)水平井開發(fā)的發(fā)展和推廣應(yīng)用具有重要的價(jià)值。
優(yōu)化設(shè)計(jì) 吳平x井為一口水平采油井，水平段長(zhǎng)度為400.5m，水平段井眼軌跡如圖10所示。根據(jù)電測(cè)解釋結(jié)果，莊平3井累計(jì)鉆遇油層總厚度為259.4m;油層段電測(cè)孔隙度10.52～14.75%，平均12.75%;油層段電測(cè)滲透率1.5～6.88×10-3μm2，平均4.55×10-3μm2。該井優(yōu)化設(shè)計(jì)為：對(duì)該井采用水力噴射分段壓裂技術(shù)進(jìn)行改造，下兩趟噴射壓裂鉆具完成四段油層的射孔、壓裂一體化作業(yè)，噴點(diǎn)位置依次為2525.0m、 2450.0m、2348.0m和2194.0m(井下工具的位置如圖11所示)。
根據(jù)該井的情況和借鑒該試驗(yàn)區(qū)壓裂水平井?dāng)?shù)值模擬分析：設(shè)計(jì)該井壓裂四段，設(shè)計(jì)加砂35.0+25.0+25.0+35.0m3，設(shè)計(jì)砂比 35.7+34.8+34.8+35.7%，油管設(shè)計(jì)排量2.0+1.8+1.8+2.0m3/d，套管設(shè)計(jì)排量0.67+0.6+0.6+0.67m3 /d。壓裂改造分兩次施工，壓完下面兩段后，起鉆換鉆具，然后再壓上兩段。
應(yīng)用效果明顯
有推廣價(jià)值
水力噴射分段壓裂工藝在該井僅用5天完成4段壓裂，分兩次施工，與其它工藝方式(封隔器、橋塞、填砂、膠塞)相比，施工效率大幅度提高。
第一段加砂35.0m3，砂比40.1%，第二段加砂25.0m3，砂比37.7%，第三段加砂25.0m3，砂比37.6%，第四段加砂35.0m3，砂比38.6%，四段共加砂120.0m3。四段施工非常順利，施工壓力都在作業(yè)設(shè)備壓力保護(hù)范圍內(nèi)。每一段都有很明顯的破裂壓力，說明每一段都得到了獨(dú)立的改造。施工排量、施工壓力、加砂量都達(dá)到設(shè)計(jì)要求，說明該井的壓裂設(shè)計(jì)完全符合該井的情況，分段壓裂技術(shù)改造是成功的。
效果評(píng)價(jià) 吳平某井連續(xù)抽汲3個(gè)班，試油產(chǎn)量穩(wěn)定，平均日產(chǎn)純油25.93m3，是鄰井(壓裂直井)試油產(chǎn)量的3.4倍，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
從試油改造周期來看：封隔器、橋塞、填砂、膠塞改造該井4段，至少需要10天以上，而采用水力噴射分段壓裂技術(shù)，簡(jiǎn)化了施工程序，只用了5天就完成了該井改造，極大的縮短改造時(shí)間，減小井筒內(nèi)的外來液體對(duì)地層的污染。水力噴射孔分段壓裂鉆具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低井下復(fù)雜事故的發(fā)生率。總之，水力噴射孔分段壓裂簡(jiǎn)化了施工程序，縮短了試油施工周期，降低了開發(fā)成本。
水平井水力噴射分段壓裂技術(shù)是集射孔、壓裂的增產(chǎn)措施工藝，施工方便簡(jiǎn)捷，施工周期短，對(duì)地層傷害小，降低了開發(fā)成本，改造有效性強(qiáng)，改造效果好;水力噴射分段壓裂工藝在吳平某井等11口井壓裂改造的成功， 為今后水平井分段壓裂技術(shù)改造提供經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)支持;水力噴射器的噴嘴磨損比較嚴(yán)重(美國(guó)噴嘴一直保持比較好的抗磨性能，出口直徑幾乎沒有變化)，它的磨損限制了噴射器的壽命，一趟水力噴射分段壓裂鉆具只能壓裂2段，建議進(jìn)一步對(duì)噴嘴的材料進(jìn)行研究，增強(qiáng)噴嘴的抗磨損，爭(zhēng)取一趟鉆具壓裂改造完一口水平井。
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