水力喷射压裂机理与技术研究进展

2015-12-23毛金金中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司陕西西安710000

中国新技术新产品 2015年17期

毛金金（中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司，陕西西安 710000）

水力喷射压裂机理与技术研究进展

毛金金
（中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司，陕西西安 710000）

水力喷射压裂是一种能够有效对低渗透油藏压裂带来增产的重要途径，它是首先通过射孔，然后再进行压裂，最后形成隔离的一种系统性新型增长改造技术，主要对于水平井以及低渗透油藏直井较为适用。本文以水力喷射压裂为研究对象，首先对其机理分别从射孔以及压裂这两个方面进行了分析，然后再从水力喷射压裂技术的进展方面进行了探究。在现场工作中，工程成功的关键因素之一就是水力喷射压裂技术的应用。因此本文通过对该项技术机理以及进展的研究，希望能够对相关工作起到一定的帮助作用。

水力喷射压裂；机理；研究进展

近年来，随着经济发展速度的不断加快，社会以及市场对于石油的需求量与日俱增，对于油田的开发力度也大大提高。而在油田开发中，水力喷射压裂技术对于水平井以及低渗透油藏直井来说，在其具体作业中起着非常重要的作用。它是将油套空泵入流体等技术与水力喷射、压裂进行综合的新型改造技术，在不用机械封隔的情况下能够实现对指定位置进行裂缝的准确制造，不仅减少了工程作业的安全隐患，还对其作业时间进行了缩减。因此分析和研究水力喷射压裂机理以及技术进展将具有重要的现实意义。

一、水力喷射压裂的机理分析

（一）射孔机理分析

水力喷射压裂技术分为射孔和压裂两种技术或过程，其中射孔的大概过程分为以下几个程序：首先，在井下预定的位置，将磨料射流射孔装置利用油管放入；其次，在水中混入一定量的磨料搅拌成固液流体，在地面上通过油管利用高压泵将这种搅拌成的固液流体送往井下的喷嘴，使得磨料射流高速喷出。这样就能完成对套管和岩石的切割工作，因为从井下喷嘴里面高速喷射出来的流体，其带有颗粒能够起到消磨以及冲蚀的作用。射孔技术具有以下几个的优点：第一，对于常规炮弹射孔以及近井地带污染的压实带起到了很有效的克服作用；第二，水力喷射压裂中的射孔技术能够形成一条清洁的油流通道，其能够达到很好的解堵和射孔的效果。

在水力喷射射孔初期，套管表面会受到水流的直接垂直冲击，这种水流中夹杂着大量的磨料，对套管的冲击力很大，从而形成压坑，该压坑为唇形。当套管表面发生塑性变形的时候，就会在形成一种变层存在于压表层（压坑附近）中，从而逐渐形成凸起唇缘，这种凸起是由于一部分材料受到挤压而在压坑四周形成的。水力喷射射孔透过套管直接对近井地层岩石以及水泥环进行切割和冲蚀。

（二）压裂机理分析

压裂技术一般是在水利喷射射孔完成之后来进行工作。随着射孔作业过程中高速流体的冲蚀作用，很多细微的裂缝会在其孔道顶端形成并显现出来，而这些裂缝虽然很微小，但却对地层的起裂压力产生降低的作用。在喷射孔道内部继续进行射流会促使增压的形成，从而使得井底压力小于于孔内的压力。这种情况下，将环空关闭并对其进行加压，使得地层破坏压力小于孔内压力，从而使得地层得以沿着孔道而压裂开来。然后沿着孔道将喷射出来的压裂液注入裂缝，从而起到支撑和填充裂缝的作用。下列公式为裂缝压开的条件：

P破裂≤P空环+P增压

当射流射入孔道，水力封隔作用会在这个增压的过程中产生，而定点流入的压裂液只能达到局部增压的效果，从而不会让那些已经存在的裂缝重新开裂，也不会引起新裂缝在井筒其他位置形成。通过作业管柱将压裂液泵入，然后再射入孔道之中，此时压裂液经过喷嘴很少会对其他部门产生注入的影响，而孔道高速射流能够对封隔效果通过抽吸作用而达到进一步的强化。如此一来就能够在没有下封隔器的条件下完成分段压裂，实现封隔。

二、水力喷射压裂技术研究进展情况分析

（一）环空压裂技术研究进展

环空压裂技术过程：首先，射孔过程通过油管泵入流体进行并完成；其次，通过环空泵入全部的压裂液，而油管内的压裂液流量在压裂的时候能够保持为较小值，其油管柱就能够达到静管柱的效果。环空压裂技术能够对压力状况以及射孔作业进行实时监测，适用于单独压裂产层段以及压裂那些由长井段分成的较小的井段。环空压裂技术的优点是提高了压裂液的流量并延长了喷嘴的寿命，其注意事项是在进行清洗的过程中，必须要保持破裂压力梯度始终大于油管内的静液压力。

（二）辅助压裂技术研究进展

水力喷射压裂思想是由苏亚阿玛查在1998年首次提出来的，他通过室内试验以及模拟数值对这种方法进行了可行性研究，最后应用于现场施工进行了实践。而水力喷射作为辅助压裂技术的主要方法，能够到达在指定位置就能形成裂缝的效果，其中高压差水力喷射贯穿于裂缝从产生到扩展再到发育的整个过程。在作业过程中，通过工作管柱泵入全部的压裂液，然后再利用喷射工具对其进行注入从而在地层产生作用。环空压力主要是通过泵入流体来进行制造和维持的，小部分流体填充了裂缝，而大部分则对液体的漏失进行了补充。

（三）酸化压裂技术研究进展

酸化压裂技术相比于常规的压裂技术，它通过对几种技术，即压裂技术、酸化技术以及挤酸技术等的结合来进行作业。酸化压裂通过管柱将增产液注入井底，然后由喷嘴实现高速喷射。从地面将氮或者二氧化碳泵入环空，然后注入井底，其通过与喷射流体的搅拌与混合能够产生一种对井筒壁起到冲击作用的泡沫混合物，这种混合物能够增加孔洞的深度，当压力充足时，裂缝就会出现。高质量的泡沫混合物能够实现对裂缝的填充。酸化压裂技术能够缩短压裂过程，并实现裂缝的有效延伸。