水力喷射分段压裂技术在靖边油田水平井中的应用

艾 娟，张 海，李鹏勃，张小东

(延长油田股份有限公司 靖边采油厂，陕西 靖边 718500)

水力喷射分段压裂技术在靖边油田水平井中的应用

艾 娟，张 海，李鹏勃，张小东

(延长油田股份有限公司 靖边采油厂，陕西 靖边 718500)

靖边油田属低渗透油藏，具有储层物性差，非均质性强等地质特征。为了更好的提高产能，提高最终采收率，从而实现高效开发油田。2014年开展了水平井水力喷射分段压裂技术的应用，目前现场应用4口井，成功率100%，4口井全部投产，具有良好的增产效果，为靖边油田下一步水平井压裂改造工艺的实施奠定了有利的基础。

水力喷射分段压裂;靖边油田;水平井

水平井是解决低渗透油藏少井高产、实现高效开发的重要技术手段。靖边油田属低渗透油藏，具有储层物性差，非均质性强等地质特征。目前已完钻水平井27口，完钻井深1700～2400 m，垂深1320～1450 m，水平段272～640 m。完钻方式采用筛管完井和套管完井两种方式，分别占 44.4%和55.6%。现阶段靖边油田对水平井水力喷射分段压裂技术处于起步阶段，主要从压裂机理、参数优化设计、分段压裂工艺等几个方面进行了研究和现场试验，并取得了良好的增产效果，填补了靖边油田水平井压裂的空白，为靖边油田下步水平井水力喷射分段压裂工艺实施提供参考。

1 技术机理和优势

1.1 基础理论

水力喷射压裂技术基于伯努力(Bernoulli)方程［1］，该方程揭示了总能量守恒原理，即

式中P为流体所受压力;ρ为流体密度;v为流体速度;C为常数。

由(1)式可看出，流体流速高压处流体所受压力低，反之，流体流速低处流体所受压力高。

根据动力学动量－冲量原理，理论上连续射流作用在岩石上的冲击力可表示为:

式中ρ为流体密度;Q为泵注流量;n为喷嘴数量;d为喷嘴出口直径。

分析(2)式不难看出，影响冲击力的因素有:流体的密度、泵注流量、喷嘴数量和喷嘴出口的直径。从目前实践效果来看，调节流体密度是最佳的调节方法，其主要是在压裂前置液中混入石英砂和粉陶，以此来增强喷射效果。

1.2 技术机理

水力喷射压裂技术实质是由水力喷砂射孔与水力压裂联合组成，它是集射孔、压裂、隔离一体化新型增产措施［2］，无需封隔器一趟管柱实现多段压裂。它综合了水力喷射射孔、水力喷射压裂和水力分隔三项技术。

1.2.1 水力喷砂射孔技术

根据伯努利原理，携砂液通过喷射工具，将油管柱内液体的高压能转换成喷嘴出口处的高速动能，依据动力学动量－冲量原理，产生的高速射流冲击岩石形成射孔通道，完成水力射孔。在高速射流冲击力作用下，水力射孔通道顶端产生微裂缝，降低了地层起裂压力［3］。

图1 水力喷砂射孔过程示意图

1.2.2 水力喷砂压裂技术

在射流继续的作用下，喷射通道中形成增压。向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，瞬间将射孔通道顶端的地层压开［4］。

图2 水力喷砂压裂过程示意图

1.2.3 水力封隔技术

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”;根据伯努利方程，射流出口附近的流体速度最高，压力最低，流体不会“漏到”其他地方。环空的流体在压差的作用下被吸入地层，维持裂缝的延伸，提高储层导流能力，实现水力封隔，无需机械密封装置［2－5］。

1.3 技术优势

(1)降低地层破裂压力，有助于裂缝的形成和延伸;

(2)射孔－压裂联作，减少了射孔后重新组下油管的麻烦;

(3)靠高压射流自封，不需对已压开的其他井段进行封堵;

(4)可以直接对目的井段逐层进行射孔压裂;

(5)可在需要压裂的任意井段进行施工，同时对于裂缝条数没有限制;

(6)与机械分层压裂相比降低了井下复杂事故的发生率。

2 压裂管柱

目前，水平井水力喷射分段压裂工艺主要有，单喷射器压裂(包括单喷射器分段压裂和单喷射器多级水力喷砂分段压裂)工艺，单喷射器和PSK水力喷射封隔工具组合压裂工艺，双喷射器分簇多段压裂工艺［6］。根据实际需要情况，靖边油田现主要采用单喷射器分段压裂工艺(图3)。

图3 单喷射器分段压裂管柱结构图

该套工具组合，可以在任意喷射段进行施工，在水平段采用移动水力喷射压裂管柱的方式，上提一次管柱只能进行一段喷射压裂，依靠移动管柱从而使下分隔器分隔已压裂层和新层的隔离，对新层实施水力喷射压裂，实现分层联作。该工艺工具组合较为简单，且操作简单方便，一趟管柱最多压裂3－5段，自下而上逐段实施水力喷砂射孔和水力喷射压裂的联作，大大提高了单井作业效率和缩短了作业周期。

3 现场应用及效果分析

3.1 现场应用

现场施工4口井:靖平16、靖平19、靖平20和靖平21，成功率100%，目前4口全部投产，其中靖平20井投产效果最好。

1)靖平20井概况:靖平20井位于靖边油田大路沟区块，目的层为延长组长2油层组，完钻井深2157 m，水平段长599 m，水平段油层76.4 m，油藏埋深1886.7～2061.6 m，孔隙度13.5%，渗透率8.6 mD。完井方式为套管完井。

2)压裂方式:采用单喷枪工具分段喷射压裂管柱施工，设计压裂2段(第一、二段喷射位置分别为2056 m、2005 m)，1套钻具施工完成。

3)压裂管柱结构(自下而上):导向丝堵+眼管+单流阀(带球和挡板)+K344－108封隔器+喷枪++27/8″外加厚倒角油管(水平段)+27/8″外加厚油管至井口。施工泵注程序及参数详见表1、表2。

表1 第一段(喷点2056 m)施工泵注程序及参数

表2 第二段(喷点2005 m)施工泵注表

4)增产效果

试油日产液15 m3，日产油11.8 m3，含水21%，稳定生产后，日产液13.76 m3，日产油11.7 m3，含水15%，该井有5段含油层段，目前只投产了底部两个层段，较周围邻井产量有了较大提高，说明水力喷射压裂取得了较好的效果。

3.2 效果分析

目前水力喷射压裂4口井全部投产，至2014年10月30日，累产油2757 t;平均单井产油6.4 t。

4 结论

1)靖边油田水平井水力喷射分段压裂试验的成功，为靖边油田下步水平井水力喷射分段压裂工艺实施提供参考。

2)水力喷射压裂技术集射孔、压裂、隔离一体化新型增产措施，无需封隔器一趟管柱实现多段压裂。它综合了水力喷射射孔、水力喷射压裂和水力分隔三项技术。简化了工艺，节省了时间，提高了作业效率。

3)水力喷射压裂施工过程中能够有效降低井底地层破裂压力，可在任何位置准确造缝，而且不同位置可以采用不同压裂方案。

4)现场应用表明，水力喷射压裂技术能够有效地改造水平井储层和提高单井产量。为了更好地提高该项工艺在靖边油田的压裂效果，还需多开展现场试验，以便更好应用于靖边油田低渗油藏的储层改造，从而提高单井产量和最终采收率。

［1］Surjaatmadja JB.Effective stimulation of multilateral completions in the james lime formation achieved by controlled individual placement of numerous hydraulic fractures［J］. SPE 82212.2003.

［2］田守嶒，李根生.水力喷射压裂机理与技术研究进展［J］.石油钻采工艺，2008，30(1):58－62.

［3］马云瑞，腾立强.吐哈油田水力喷射压裂技术试验与应用［J］.新疆石油科技，2010，20(3):28－30.

［4］田守嶒，李根生.连续油管水力喷射压裂技术［J］.天然气工业，2008，28(8):61－63.

［5］刘永亮，王振铎.水平井储层改造新方法—水力喷射压裂技术［J］.钻采工艺，2008，31(1):71－73.

［6］张军锋，景小龙.安塞油田水平井水力喷射分段压裂技术研究［J］.油气藏评价与开发，2013，3(4):45－49.

［责任编辑 李晓霞］

Application of Hydraulic Jet Staged Fracturing Technology in HorizontalW ells of Jingbian Oilfield

AI JUAN，ZHANG HAI，LIPeng－bo，ZHANG Xiao－dong

(Jingbian Oil Production Plant，Yanchang Oilfield Co.，Ltd.，Jingbian 718500，China)

Jingbian oilfield is low permeability reservoirs with geological characteristics of poor reservoir property and strong heterogeneity.In order to increase productivity，improve ultimate recovery，enabling efficient development of oil fields.In 2014，Jingbian oilfield launched the applicationson hydraulic jet staged fracturing technology of horizontalwells.By now，using this technology in four wellswith the 100%success rate，all fourwells have put into production with good yield results，which laids a favorable foundation for the nexthorizontalwell fracturing technology implementation of Jingbian oil fields.

hydraulic jet staged fracturing;Jingbian oilfield;horizontal wells

TE357.13

A

1004－602X(2015)03－0085－04

10.13876/J.cnki.ydnse.2015.03.085

2015 -06 -10

艾 娟(1985—)，女，陕西子洲人，延长油田股份有限公司助理工程师。