水力噴射壓裂機(jī)理與技術(shù)研究進(jìn)展

毛金金（中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西 西安 710000）

水力噴射壓裂機(jī)理與技術(shù)研究進(jìn)展

毛金金
（中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西 西安 710000）

水力噴射壓裂是一種能夠有效對低滲透油藏壓裂帶來增產(chǎn)的重要途徑，它是首先通過射孔，然后再進(jìn)行壓裂，最后形成隔離的一種系統(tǒng)性新型增長改造技術(shù)，主要對于水平井以及低滲透油藏直井較為適用。本文以水力噴射壓裂為研究對象，首先對其機(jī)理分別從射孔以及壓裂這兩個方面進(jìn)行了分析，然后再從水力噴射壓裂技術(shù)的進(jìn)展方面進(jìn)行了探究。在現(xiàn)場工作中，工程成功的關(guān)鍵因素之一就是水力噴射壓裂技術(shù)的應(yīng)用。因此本文通過對該項(xiàng)技術(shù)機(jī)理以及進(jìn)展的研究，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)工作起到一定的幫助作用。

水力噴射壓裂；機(jī)理；研究進(jìn)展

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷加快，社會以及市場對于石油的需求量與日俱增，對于油田的開發(fā)力度也大大提高。而在油田開發(fā)中，水力噴射壓裂技術(shù)對于水平井以及低滲透油藏直井來說，在其具體作業(yè)中起著非常重要的作用。它是將油套空泵入流體等技術(shù)與水力噴射、壓裂進(jìn)行綜合的新型改造技術(shù)，在不用機(jī)械封隔的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)對指定位置進(jìn)行裂縫的準(zhǔn)確制造，不僅減少了工程作業(yè)的安全隱患，還對其作業(yè)時間進(jìn)行了縮減。因此分析和研究水力噴射壓裂機(jī)理以及技術(shù)進(jìn)展將具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、水力噴射壓裂的機(jī)理分析

（一）射孔機(jī)理分析

水力噴射壓裂技術(shù)分為射孔和壓裂兩種技術(shù)或過程，其中射孔的大概過程分為以下幾個程序：首先，在井下預(yù)定的位置，將磨料射流射孔裝置利用油管放入；其次，在水中混入一定量的磨料攪拌成固液流體，在地面上通過油管利用高壓泵將這種攪拌成的固液流體送往井下的噴嘴，使得磨料射流高速噴出。這樣就能完成對套管和巖石的切割工作，因?yàn)閺木聡娮炖锩娓咚賴娚涑鰜淼牧黧w，其帶有顆粒能夠起到消磨以及沖蝕的作用。射孔技術(shù)具有以下幾個的優(yōu)點(diǎn)：第一，對于常規(guī)炮彈射孔以及近井地帶污染的壓實(shí)帶起到了很有效的克服作用；第二，水力噴射壓裂中的射孔技術(shù)能夠形成一條清潔的油流通道，其能夠達(dá)到很好的解堵和射孔的效果。

在水力噴射射孔初期，套管表面會受到水流的直接垂直沖擊，這種水流中夾雜著大量的磨料，對套管的沖擊力很大，從而形成壓坑，該壓坑為唇形。當(dāng)套管表面發(fā)生塑性變形的時候，就會在形成一種變層存在于壓表層（壓坑附近）中，從而逐漸形成凸起唇緣，這種凸起是由于一部分材料受到擠壓而在壓坑四周形成的。水力噴射射孔透過套管直接對近井地層巖石以及水泥環(huán)進(jìn)行切割和沖蝕。

（二）壓裂機(jī)理分析

壓裂技術(shù)一般是在水利噴射射孔完成之后來進(jìn)行工作。隨著射孔作業(yè)過程中高速流體的沖蝕作用，很多細(xì)微的裂縫會在其孔道頂端形成并顯現(xiàn)出來，而這些裂縫雖然很微小，但卻對地層的起裂壓力產(chǎn)生降低的作用。在噴射孔道內(nèi)部繼續(xù)進(jìn)行射流會促使增壓的形成，從而使得井底壓力小于于孔內(nèi)的壓力。這種情況下，將環(huán)空關(guān)閉并對其進(jìn)行加壓，使得地層破壞壓力小于孔內(nèi)壓力，從而使得地層得以沿著孔道而壓裂開來。然后沿著孔道將噴射出來的壓裂液注入裂縫，從而起到支撐和填充裂縫的作用。下列公式為裂縫壓開的條件：

P破裂≤P空環(huán)+P增壓

當(dāng)射流射入孔道，水力封隔作用會在這個增壓的過程中產(chǎn)生，而定點(diǎn)流入的壓裂液只能達(dá)到局部增壓的效果，從而不會讓那些已經(jīng)存在的裂縫重新開裂，也不會引起新裂縫在井筒其他位置形成。通過作業(yè)管柱將壓裂液泵入，然后再射入孔道之中，此時壓裂液經(jīng)過噴嘴很少會對其他部門產(chǎn)生注入的影響，而孔道高速射流能夠?qū)Ψ飧粜Чㄟ^抽吸作用而達(dá)到進(jìn)一步的強(qiáng)化。如此一來就能夠在沒有下封隔器的條件下完成分段壓裂，實(shí)現(xiàn)封隔。

二、水力噴射壓裂技術(shù)研究進(jìn)展情況分析

（一）環(huán)空壓裂技術(shù)研究進(jìn)展

環(huán)空壓裂技術(shù)過程：首先，射孔過程通過油管泵入流體進(jìn)行并完成；其次，通過環(huán)空泵入全部的壓裂液，而油管內(nèi)的壓裂液流量在壓裂的時候能夠保持為較小值，其油管柱就能夠達(dá)到靜管柱的效果。環(huán)空壓裂技術(shù)能夠?qū)毫顩r以及射孔作業(yè)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，適用于單獨(dú)壓裂產(chǎn)層段以及壓裂那些由長井段分成的較小的井段。環(huán)空壓裂技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是提高了壓裂液的流量并延長了噴嘴的壽命，其注意事項(xiàng)是在進(jìn)行清洗的過程中，必須要保持破裂壓力梯度始終大于油管內(nèi)的靜液壓力。

（二）輔助壓裂技術(shù)研究進(jìn)展

水力噴射壓裂思想是由蘇亞阿瑪查在1998年首次提出來的，他通過室內(nèi)試驗(yàn)以及模擬數(shù)值對這種方法進(jìn)行了可行性研究，最后應(yīng)用于現(xiàn)場施工進(jìn)行了實(shí)踐。而水力噴射作為輔助壓裂技術(shù)的主要方法，能夠到達(dá)在指定位置就能形成裂縫的效果，其中高壓差水力噴射貫穿于裂縫從產(chǎn)生到擴(kuò)展再到發(fā)育的整個過程。在作業(yè)過程中，通過工作管柱泵入全部的壓裂液，然后再利用噴射工具對其進(jìn)行注入從而在地層產(chǎn)生作用。環(huán)空壓力主要是通過泵入流體來進(jìn)行制造和維持的，小部分流體填充了裂縫，而大部分則對液體的漏失進(jìn)行了補(bǔ)充。

（三）酸化壓裂技術(shù)研究進(jìn)展

酸化壓裂技術(shù)相比于常規(guī)的壓裂技術(shù)，它通過對幾種技術(shù)，即壓裂技術(shù)、酸化技術(shù)以及擠酸技術(shù)等的結(jié)合來進(jìn)行作業(yè)。酸化壓裂通過管柱將增產(chǎn)液注入井底，然后由噴嘴實(shí)現(xiàn)高速噴射。從地面將氮或者二氧化碳泵入環(huán)空，然后注入井底，其通過與噴射流體的攪拌與混合能夠產(chǎn)生一種對井筒壁起到?jīng)_擊作用的泡沫混合物，這種混合物能夠增加孔洞的深度，當(dāng)壓力充足時，裂縫就會出現(xiàn)。高質(zhì)量的泡沫混合物能夠?qū)崿F(xiàn)對裂縫的填充。酸化壓裂技術(shù)能夠縮短壓裂過程，并實(shí)現(xiàn)裂縫的有效延伸。

結(jié)語

本文通過對水力噴射壓裂機(jī)理與技術(shù)研究進(jìn)展的分析與研究，對射孔技術(shù)機(jī)理以及壓裂技術(shù)機(jī)理有了一個深入的認(rèn)識與了解。在此基礎(chǔ)上又對水力噴射壓裂技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行了探究，了解到輔助壓裂技術(shù)、環(huán)空壓裂技術(shù)以及酸化壓裂技術(shù)的研究進(jìn)度以及發(fā)展情況，期望能夠?yàn)橄嚓P(guān)部門提供一定的參考價值。

[1]朱正喜，曹會，陳沙沙.國內(nèi)水力噴射壓裂工藝技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展[J].石油礦場機(jī)械，2014（12）.

[2]李海英.水力噴射壓裂工藝技術(shù)研究及應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013（12）.

[3]聶斌.水平井水力噴射分層壓裂技術(shù)及應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012（02）.

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