水力喷砂射孔压裂技术研究与应用分解.ppt

黄中伟 中国石油大学(北京) 油气资源与探测国家重点实验室 石油工程教育部重点实验室 CNPC钻井重点实验室高压水射流研究室 水平井水力喷射分段压裂技术研究与应用 技术交流－2011 前言 一、水力喷射分段压裂机理与参数 二、水力喷射压裂工具设计研制 三、现场施工工艺设计与应用 四、应用推广和社会经济效益 五、知识产权情况与查新报告 六、结论与展望 提 纲 水力喷射分段压裂是射孔、压裂、隔离一体化增产措施 压裂改造是低渗油气井增产主要措施 美国约40%油井、70%新气井压裂投产 直井分层水平井分段压裂是发展趋势 1998年，Surjaatmadja提出水力喷射压裂方法，并应用于水平井压裂 （1）机械分段压裂 （2）限流法分段压裂 （3）砂塞或液胶塞 （4）投球法 水力喷射分段压裂 (MHJF) 是集射孔、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,提高效率和安全性，减少施工风险、降低伤害和成本 前 言 关键技术难点： 喷砂射孔参数及效率 喷射起裂、水力封隔 喷射压裂工具（喷嘴） 前 言 1 水力喷射分段压裂机理 一、水力喷射分段压裂机理与参数 高压＋低压 高压：高速射流在孔内增压3～8MPa 低压：喷嘴出口局部低压区——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 喷射排量和射流冲击力计算 管内流体压降损失计算 环空流体压降损失计算 2 管内和环空水力参数计算 不同排量环空压耗与井深关系曲线 一、水力喷射分段压裂机理与参数 调整排量，精确控制Pv和Pa 3 孔眼内速度及压力分布-数值计算 一、水力喷射分段压裂机理与参数 1. 喷嘴直径在3～7mm、喷距在0～70mm内调节； 2. 模拟孔眼长度在600mm内有级调节，每级长度40mm，套管孔径10～20mm 3. 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。 3 孔眼内速度及压力分布-室内实验 一、水力喷射分段压裂机理与参数 数模与物模对比 一、水力喷射分段压裂机理与参数 3 孔眼内速度及压力分布-室内实验 国家863计划支持，RFPA软件数值模拟 改变射孔参数（孔眼直径、孔眼长度）、地应力（孔眼轴线和最大水平主应力夹角、垂直/水平应力比值）等条件 起裂压力变化规律以及裂缝扩展情况 一、水力喷射分段压裂机理与参数 4 水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 （1）射孔参数（孔径、孔深、方向）对起裂影响--模拟计算 （1）射孔参数（孔径、孔深、方向）对起裂影响--模拟计算 孔径越大，起裂压力降低； 射孔长度增大，裂缝延伸压力降低。 射孔方向与σH夹角的增大，起裂压力增加； 平行于σH方向射孔，破裂压力最低，有助于辅助压裂。 4 水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 一、水力喷射分段压裂机理与参数 实验装置示意图 一、水力喷射分段压裂机理与参数 （2）射孔参数（孔径、孔深、方向）对起裂影响—室内实验 4 水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 室内实验结果与数值模拟规律基本一致 起裂压力随孔径和孔深增加而降低 α角由900降到00 ，起裂压力由30.2MPa降到25.8MPa, 降低14.5% 一、水力喷射分段压裂机理与参数 （2）射孔参数（孔径、孔深、方向）对起裂影响—室内实验 4 水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 一、水力喷射分段压裂机理与参数 （3）射孔参数（孔径、孔深、方向）对起裂影响—地面实验 4 水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 定向水力射孔容易实现射孔方向与σH方向一致，降低破裂压力和裂缝延伸压力，控制裂缝在近井地带转向。 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 射孔深度0.7～1.0m，压实带二次污染小，为压裂创造良好井下环境 国内60～70年代开始水力喷砂射孔，机理、参数、喷枪结构材质、工艺优化等方面研究较少 5 水力喷射射孔参数优化 一、水力喷射分段压裂机理与参数 根据水动力学动量-冲量原理，固体颗粒受水载体加速，高速冲击套管和岩石，产生切割作用。 一、水力喷射分段压裂机理与参数 5 水力喷射射孔参数优化 影响因素 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 磨料类型 磨料流量 磨料粒度 混合管直径 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 靶件强度 靶件硬度 靶件孔隙度 靶件渗透率 1. 压力 2. 排量 3. 磨料类型 4. 磨料浓度 5. 磨料粒度 6. 岩性 7. 围压 8. 时间 实验参数 一、水力喷射分段压裂机理与参数 5 水力