淺析水力噴射壓裂關(guān)鍵技術(shù)

王宗磊（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司，陜西　西安　　710201）

淺析水力噴射壓裂關(guān)鍵技術(shù)

王宗磊
（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司，陜西西安710201）

摘要：本文主要探討了水力噴射壓裂這一關(guān)鍵技術(shù)在低滲透油田探明儲(chǔ)量中的應(yīng)用，重點(diǎn)分析了水力噴射壓裂的關(guān)鍵技術(shù)，分析了壓裂機(jī)理，工藝研究進(jìn)展，并簡(jiǎn)要的介紹了水力噴射壓裂裝置，以及在文章的最后簡(jiǎn)要論述了技術(shù)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：水力噴射壓裂；機(jī)理；研究進(jìn)展；工具和裝置；技術(shù)特點(diǎn)

常規(guī)的水平井壓裂會(huì)帶來(lái)很多其他嚴(yán)重的負(fù)面影響。水力噴射壓裂思想的首次提出是由Surjaatmadja在1998年提出的，該方法能夠精準(zhǔn)的在特定位置進(jìn)行裂縫的制造，而且還能夠極大的縮短作業(yè)時(shí)間，減少作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

一、水力噴射壓裂機(jī)理

通過(guò)能量守恒定律以及伯努利（Bernoulli）方程可知，攜砂液通過(guò)噴射工具和耐磨噴嘴，在這一過(guò)程中油管中本身具有的高壓能量可以被轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，巖石沖擊出孔就是靠被轉(zhuǎn)換成的動(dòng)能產(chǎn)生的高速的攜砂液流體沖擊力，同時(shí)在這種高速?zèng)_擊力的作用下，可以在射流孔道前端破碎巖石或是將巖石制造出微裂縫，這樣就降低了地層巖石而引起的起裂壓力。除此之外，射出的高速液流可以在噴射通道中聚集，能夠形成一定的壓力，起到增壓的作用。然后，通過(guò)環(huán)空中泵人流體增加環(huán)空壓力，在噴射流體和環(huán)空壓力疊加到能夠超過(guò)破裂壓力的瞬間，能夠?qū)⑸淇卓籽垌敹颂幍貙訅浩?，達(dá)到壓裂目的。因?yàn)樵趪娮斐隹诘囊毫魉俣茸畲螅虼丝梢愿鶕?jù)伯努利方程，我們可以計(jì)算出，一旦形成了水力噴射裂縫，其壓力就是最低的。保障流體會(huì)被自動(dòng)泵入裂隙，避免其流入到其他的地方。與此同時(shí)，在壓差的作用下，環(huán)空的流體也會(huì)被泵入到地層，能夠充分的擴(kuò)展裂縫，得到較大的裂縫。水動(dòng)力學(xué)原理在整個(gè)過(guò)程中是不可缺少的，幫助在不需要其他的措施進(jìn)行封隔的條件下實(shí)現(xiàn)水力封閉。

二、水力噴射壓裂工藝研究進(jìn)展

（一）水力噴射酸化壓裂技術(shù)。該技術(shù)通常被應(yīng)用于地層上，也就是說(shuō)只適用于在地層上形成小口，該技術(shù)的缺點(diǎn)是形成的增產(chǎn)液容易過(guò)早地與近井地層發(fā)生反應(yīng)，從而對(duì)裂縫的延伸造成影響。水力噴射酸化壓裂技術(shù)將壓裂、酸化和擠酸等技術(shù)結(jié)合在一起，其工作原理是通過(guò)工作管柱將增產(chǎn)液運(yùn)送到井底，并利用噴射裝置給予增產(chǎn)液較大的流速，同時(shí)結(jié)合其他氣體如CO來(lái)使噴射流體混合產(chǎn)生泡沫混合物，來(lái)沖擊井筒，當(dāng)壓力足夠時(shí)則會(huì)使地層出現(xiàn)裂縫。但是這種方式需要多種化學(xué)試劑，同時(shí)操作復(fù)雜。

（二）水力噴射輔助壓裂技術(shù)。水力噴射是施工過(guò)程中進(jìn)行壓裂的主要方式，他可以在施工的特定部位產(chǎn)生裂縫。在工程壓裂施工過(guò)程中存在著高壓差水力噴射，壓力能夠使壓裂液由工作管泵入以及通過(guò)噴射工具進(jìn)入地層，而作用于地層，進(jìn)而可以有效的完成裂縫的產(chǎn)生以及裂縫的擴(kuò)展。水力噴射輔助壓裂技術(shù)環(huán)空壓力的維持主要是利用從環(huán)空中泵入的液體，而補(bǔ)充液體的損失需要大部分環(huán)空流體，使得僅剩余少部分的環(huán)空流體進(jìn)入到了裂縫當(dāng)中。和常規(guī)壓裂方式具有相似之處，水力噴射輔助壓裂工藝，是將前置液、壓裂液和沖洗液從上而下地注入油管內(nèi)進(jìn)行壓裂工作。

（三）水力噴射環(huán)空壓裂技術(shù)。水力噴射壓裂技術(shù)中的壓裂液通過(guò)噴嘴進(jìn)行運(yùn)行，強(qiáng)大的壓力對(duì)噴嘴的使用壽命有嚴(yán)重的影響。在進(jìn)行壓裂工作中使用的工作管柱直徑有限，會(huì)導(dǎo)致總流量和體積的減少，進(jìn)而一定程度上抑制了壓裂效果。水力噴射環(huán)空壓裂技術(shù)對(duì)該壓裂技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，改為事先向油管中泵入流體完成二力水力射孔的過(guò)程，保證壓裂時(shí)油管內(nèi)的流量維持較小的值，減小壓力，同時(shí)其油管柱還能夠起到靜管柱的作用，可以有效的對(duì)作業(yè)過(guò)程中射孔等進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。使用該技術(shù)在保障足夠流量的前提下，可以有效的、或是適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)噴嘴的壽命。該技術(shù)的該井對(duì)小的產(chǎn)層段單獨(dú)壓裂或把長(zhǎng)井段分為較小井段進(jìn)行壓裂非常適用。對(duì)設(shè)備的保養(yǎng)和更換與其他設(shè)備有所不同，主要是在對(duì)油管進(jìn)行清理的過(guò)程中，其靜液壓力不能超過(guò)破裂壓力梯度。

三、水力噴射壓裂裝置分析

（一）噴射工具分析。水力噴射壓力工藝中的主體是噴射工具，較為常用的有兩種，一是固定式；二是可調(diào)式。對(duì)構(gòu)造而言?xún)烧叩牟煌?，前者的主體框架的兩側(cè)有多個(gè)噴嘴，高壓流體可以通過(guò)這些噴嘴噴出。另外就是回流裝置這一噴射裝置的關(guān)鍵部件之一，在回流裝置裝有滲透擋板，而其下部主要是圓球裝置。圓球能夠防止流體從底部流出，回流裝置的工作原理是水力噴射過(guò)程中，圓球停留在裝置底部，阻止液體流出。相反的，當(dāng)高壓流體不經(jīng)過(guò)工作油管注入井筒時(shí)，流體可通過(guò)此裝置回流出井筒?？烧{(diào)式噴射工具主要由射流工具、外壁面和內(nèi)壁面組成。設(shè)有旋轉(zhuǎn)套筒，其可以沿著射流工具長(zhǎng)度的方向在射流工具進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。工具上裝有一個(gè)或是多個(gè)壓裂孔眼，內(nèi)壁面布置有圓孔，這樣當(dāng)在工作的時(shí)候，可以保證在套筒在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，保證流體的流出方向和流出方式。在實(shí)際的操作中，雖然是可調(diào)式噴射工具更加具有適應(yīng)性，但是在綜合因素的前提下，一般是選用固定式噴射工具。

（二）油管。在進(jìn)行水力噴射壓裂工藝過(guò)程中，最常用的是普通的油管。但在進(jìn)行實(shí)際操作作業(yè)中，普通油管只能接單根，增加工作量也增加了作業(yè)時(shí)間，而且對(duì)井口的密封裝置要求也很高。針對(duì)這一問(wèn)題只能考慮換用其他油管來(lái)解決。隨著技術(shù)的發(fā)展，連續(xù)油管的發(fā)展以及應(yīng)用在很多領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的重視和應(yīng)用。由于連續(xù)油管能夠連接多根，在從一個(gè)壓裂井段位置移到下一個(gè)壓裂位置的過(guò)程中，可在環(huán)空液體循環(huán)的條件下安全快速完成，提高了工作效率。連續(xù)油管能夠起到靜管柱的作用，能夠迅速有效處理井底情況，例如在砂堵時(shí)快速清除多余的支撐劑，保障施工過(guò)程的順利進(jìn)行。

四、水力噴射壓裂技術(shù)的特點(diǎn)

首先，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性；適合于篩管井和裸眼井，尤其適用于水平井的改造。其次，不適用于深井壓裂。第三，通過(guò)和其他技術(shù)的結(jié)合使用，可以效地解決井底壓裂液粘度過(guò)低和提前砂堵等問(wèn)題。第四，不需要封隔器及橋塞等機(jī)械隔離工具，自身能夠?qū)崿F(xiàn)段間自動(dòng)封隔，降低了工具砂埋或砂卡的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和施工成本。第五，施工時(shí)間短，增加了作業(yè)效率。第六，不會(huì)形成壓實(shí)帶污染。第七，可以定向射孔，進(jìn)而可以將噴射工具準(zhǔn)確下到設(shè)計(jì)造縫位置，而且還可以有效地控制起裂方向和裂縫延伸方向。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)水力噴射壓裂關(guān)鍵技術(shù)加強(qiáng)理論研究，開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)是發(fā)展的根本，在實(shí)踐中充分科學(xué)的利用新技術(shù)是技術(shù)成果的展現(xiàn)，也是技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力。技術(shù)的發(fā)展離不開(kāi)基礎(chǔ)理論的支持和實(shí)踐研究及應(yīng)用檢驗(yàn)。在實(shí)際操作中要注重總結(jié)，注重水力噴射關(guān)鍵技術(shù)的提升。

參考文獻(xiàn)

[1]馬英喃.水力噴射壓裂技術(shù)在水平井中的應(yīng)用探討[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013（15）.

中圖分類(lèi)號(hào)：TE357

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A