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裸眼水平井水力喷射压裂完井

如果没有有效的封隔方法，裸眼水平井压裂的效果将受到很大的

影响。在大多数的压裂过程中，压裂或酸化往往发生在流体和井眼首

次接触的地方，通常是在水平井的跟部。一项把磨料水射流技术和压

裂技术结合起来的技术，使得把喷射工具安置在要求产生裂缝的准确

位置成为可能，并且压裂时还不需要使用封隔器。使用这项技术可以

按照压裂设计方案的要求在井中形成均匀的或不均匀的多条裂缝。

前言

水射流是一种冷切割工艺，可以用于岩石、玻璃和金属的切割或

打眼。水射流工艺有两种基本类型：净水射流和磨料水射流。石油工

业中，磨料水射流的应用通常也是切割和打眼。近年来，磨料水射流

工具不断改进，工具耐磨性不断提高，显著增加了工具使用寿命。有

了更可靠的工具，这种工艺就更广泛地被运用到了油气井的增产措施

中。本文通篇详述了低渗高孔隙度储层一口裸眼水平井完井中使用磨

料水射流压裂增产技术来实施增产的结果。该水平井开发的储层属于

蒙特里页岩Antelope构造，位于美国加利福尼亚州中部的圣华金河

流域。

裸眼水平井增产

低渗地层通常包含多个不同孔隙度和渗透率的小层，而且薄得难

以用常规测井方法检测到的垂直渗透率阻挡层经常存在其中。在地层

渗透率低的情况下，水平裸眼完井虽然扩大了井与油藏接触面积，但

是当对这种类型的完井进行增产措施设计时却存在着很多挑战。

对于一般的水力压裂，如果缝的形成是不可控的，通常会导致沿

着裸眼段产生长短不一分布不均的横向裂缝。为了增产的最大化，压

裂增产措施应该能让沿着水平段产生数量有限的，且相隔较远分布均

匀的裂缝。并且每条裂缝的长度和宽度随着裂缝数量的增加而减少。

另一个目标是仅仅在需要裂缝的位置造缝。多个缝聚集在一起的

话，初始阶段的产能是能够增加的，但是这种增产效果在增产措施后

只能持续很短的一段时间。高速大排量裸眼压裂措施试图把大量流体

快速挤入裸眼段来创造大量的裂缝，但是这样做往往会导致大量的压

裂液充填在井眼跟部附近的小部分储层中，而其它部分的储层基本没

有得到改造。

把油管串下入井眼然后通过油管（以小排量）压裂或者通过油管

和环空（以大排量）同时压裂的工艺已经被使用，但是这种工艺在大

多数地区的成功率都不高。

水力喷射压裂

对于水平井而言，磨料水射流穿孔和净水射流压裂的同时使用是

一种有效的增产方法。这种方法可以使沿着整个水平段形成相当相似

的裂隙率梯度。而且，一般来说还不需要使用机械封隔器。作为替代

的是，这项技术依赖于水动力的精确定位和高密度集中。这样，对于

每个压裂层段，它会首先迫使裂缝在目标处启裂然后仅仅在喷射工具

位置处继续扩展裂缝。

在磨料水射流阶段，把喷射工具下放到预先确定的位置，然后进

行磨料水射流射穿套管和地层岩石。基于伯努利原理，当高压流体从

喷射工具流出时，其势能转化为动能。喷射流体中含有研磨材料（例

如砂或支撑剂）来帮助切割钢材和地层岩石。当喷射流体高速（一般

超过400英尺每秒）从喷嘴喷出并进入射孔孔道时，在该区域会建立

一个低压区，当喷射流体在沿着射孔孔道方向逐渐减速时，流体停滞

并且压力恢复。该压力恢复和高环空压力同时作用迫使在喷射位置处

产生裂缝。

虽然该方法提供了层段间的有效封隔，但是还是有一些流体会沿

着裸眼水平段漏失到先前形成的裂缝和地层基质中。这些漏失必须在

设计阶段就考虑到，进而确保在现场有足够的泵排量用来保持产生和

扩展裂缝所需的足够的环空压力。该参数必须在增产施工的现场就确

定下来。多层段压裂必须从离井趾端最近的层段开始，然后顺序向井

跟部方向逐步实施。

本文的实例研究中，磨料水射流穿孔和净水射流压裂是使用连续

油管井底部钻具组合，该组合由包含把可替换的喷嘴和死堵遮盖保护

起来的喷射组件。一般的喷嘴直径范围是3/16到1/4英寸，本实例

研究使用的喷嘴是直径3/16英寸（如图1所示）。

图1.压裂实施后的喷射组件中的直径3/16英寸油嘴

喷嘴尺寸的确定主要取决于压裂施工中所选择的支撑剂尺寸大

小。喷嘴直径的大小跟所设计的过喷射组件压降有非常重要的关系，

这对于能否实现有效的水力喷射射孔是至关重要的。一般地，为了射

开储层岩石，2000到4000PSI的压降是必需的。在喷射阶段使用低

砂浓度压裂液的同时，也要确保能够射开尾管或已固井套管。施加在

喷射形成的空腔中的连续喷射作用，使得空腔中的总压