水平井裸眼压裂技术在十屋地区的应用

水平井裸眼压裂在十屋地区的应用技术（东北石油局2011届职工转正论文）姓名：苏靖淞工作单位：党群工作处二零一二年七月九日1目录摘要...............................................................................................................................11.本文研究任务及主要技术路线...............................................................................11.1研究目标...........................................................................................................11.2主要研究内容...................................................................................................21.3主要技术路线...................................................................................................22．水力喷射压裂技术.................................................................................................22.1水力喷射压裂技术的原理.................................................................................22.2水力喷射射孔技术.............................................................................................22.3水力喷射压裂技术.............................................................................................32.4水力喷射压裂技术的优缺点.............................................................................52.4.1水力喷射压裂技术的优点............................................................................52.4.2水力喷射压力技术的局限性........................................................................52.5水力喷射压裂的工具.........................................................................................62.5.1水力喷射工具................................................................................................62.5.2普通油管和连续油管....................................................................................73．水平井裸眼多级压裂技术.....................................................................................83.1水平井裸眼多级压裂技术的原理.....................................................................83.2威德福公司OPTI-FRAC水平井压裂系统............................................................93.2.1压裂系统工艺流程......................................................................................103.2.2井下工具.....................................................................................................113.3水平井裸眼技术优缺点...................................................................................123.3.1水平井裸眼压裂技术优点..........................................................................123.3.2水平井裸眼压裂技术局限性......................................................................121水平井裸眼压裂在十屋地区的应用技术摘要鉴于十屋采油厂七棵树区块的低孔低渗特征，采用水平井的压裂工艺技术对储层进行改造。先后采用水力喷射压裂技术和多级压裂技术。水力喷射压裂技术是集水力喷射射孔和水力压裂为一体的工艺技术，它具有压裂工具少，能准确定位裂缝位置，施工安全性高，作业成本低等优点，其井下工具由油管和喷射器组成。多级压裂技术则是根据储层开发的需要使用封隔器和滑套将水平井段封隔成若干段，压裂施工时通过投球打开滑套，进行有针对性的施工。它具有一趟管柱能够压裂多个产层，作业效率高、作业成本低等优势。其井下工具主要由封隔器和滑套等组成。井下工具目前以威德福公司的套管外封隔器为主。本文通过工作一年来所干压裂井实际，总结了十屋地区水平井压裂的技术的工艺原理、作业管柱结构以及井下工具的结构、工作原理和技术参数等。关键词：十屋；裸眼；水平井；压裂1.本文研究任务及主要技术路线1.1研究目标通过对水平井常用压裂工艺技术及相关井下工具的研究，总结适合水平井的2压裂工艺的技术原理、井下工具的组成以及各类井下工具的结构、工作原理和技术参数。1.2主要研究内容（1）总结十屋地区水平井常用压裂工艺的技术原理及其井下工具的组成；（2）应用实例分析，总结水平井压裂技术所用井下工具的结构、工作原理和技术参数。1.3主要技术路线（1）利用所学相关知识，掌握裸眼水平井压裂作业所用各类封隔器工作原理及技术指标；（2）应用现场作业实例，总结裸眼水平井压裂时作业工艺管柱。2．水力喷射压裂技术2.1水力喷射压裂技术的原理水力喷射压裂技术是一种将水力喷射射孔技术与水力喷射压裂技术结合起来的工艺技术。该技术是90年代末发展起来的，目前在国内外应用比较广泛。水力喷射压裂主要是依靠射流原理进行射孔和压裂，可在井中选择裂缝位置并产生多个裂缝的增产作业方式。施工中，利用高压和高速流体携带砂体进行射孔，打开地层与井筒之间的通道后，提高流体排量，从而在地层中打开裂缝。可适用于多种完井方式。压裂的难点在于喷砂射孔，射孔质量直接影响到压裂的成败。2.2水力喷射射孔技术水力喷射射孔技术是一种利用高压水射流在地层中钻孔,实现井筒与地层间有效连通,使油气井增产的新技术。当前国内外采用的水力喷射压裂原理都是基于伯努利(Bernoulli)方程：Cp2v2(2.1)3由式（2.1）可知，从水力喷射工具喷出的水射流冲击物体后，射流改变了方向和速度,损失的动量以作用力的形式传递到被冲击物体的表面。根据动量定理,理论上连续射流作用在物体表面的力为:QvCFj(2.2)式中:C———无因次系数,与射流方向变量有关；ρ———水的密度,kg/m3；Q———射流流量,m3/s；v———射流平均速度,m/s。由式（2.2）可知，射流流量Q受喷嘴大小和前后压降的影响,要提高射流对岩石的冲击压力就要提高喷嘴压降。在喷嘴参数不变的情况下,提高喷嘴压降的途径是提高泵压、增大排量及减少循环系统压力损失等。水射流切割物体的机理一般由空化气蚀作用、楔劈作用、磨削作用和冲击疲劳破坏作用等多种效应综合而成。破坏不同的物体,各种因素所起的作用也不同。油层岩石是脆性材料,抗拉、抗剪切强度低,岩石内有孔隙和微裂缝,本身内应力比较复杂,在水射流冲击下,楔劈作用、冲击剪切起主导作用。喷嘴数量和喷嘴尺寸根据油井状况而设计。2.3水力喷射压裂技术水力喷射压裂是一种新的增产作业措施,通过喷嘴,完成水力射孔,射孔后,射流连续作用在喷射通道中形成增压,超过破裂压力后将地层压破。同时,射流中携带的石英砂、陶粒等进入地层对裂缝形成有效支撑,完成压裂过程。在压裂过程中保持比较低的环空压力很重要,根据射流工作原理,在喷出流体边界层的内表面上,其速度等于喷出速度,在外面表面上速度等于零,所以边界层内的流速自内向外由喷出速度逐渐下降为零,因此射流边界的速度降低,产生负压。从周围进入射流边界内的液体,被射流带动进入地层,边界层液体减少,这时要向井眼环空补充液体,以保证井眼环空的压力和能量,保证施工的顺利和油管的内外压差在承受的范围之内。实际上,射流中心的流体速度最高,压力最低,流体不会流向其他地方。环空的流体则在压差作用下被吸入地层,使裂缝继续延伸。只要系统中的连续油管和喷射工具不被损坏,不仅可以不下封隔工具就能实现层段分隔,而且还可以快速地多次重复作业,缩短作业周期。4图2.1水力喷射压裂技术原理图2.2水平井水力喷射压裂施工示意图图2.3SW10P2井水力喷射压裂作业管柱示意图52.4水力喷射压裂技术的优缺点2.4.1水力喷射压裂技术的优点（1）在水平井射孔上,水力喷射射孔比常规射孔弹射孔简单便捷、安全、效果好、射孔深度大、孔眼周围无压实带,特别是射孔压裂联作,减少了水平段射孔需油管传输的麻烦；（2）一趟管柱可进行多段压裂,简化了施工程序,缩短了施工工期；（3）水力喷射射孔压裂井下工具结构简单,降低了井下复杂事故的发生率；（4）不需要下入机械封隔器即能自动隔离；（5）可以进行定向喷射压裂,能够准确造缝，并可以确定裂缝的初始方向、位置和形状。2.4.2水力喷射压力技术的局限性水力喷射压裂技术是一种新的油田增产措施,但这项技术也有其自身的局限性:当需要高注入量的时候,为了泵送流体，传统水力压裂技术经常利用套管的整个内部空间。这种新技术需下入一根油管,油管体积占据一部分流动空间。所以需要调整油管尺寸、优化排量。根据成功压裂应用所需要的最小排量,有一些井的结构将不允许合适的排量，从而不能应用水力喷射压裂技术。从原理上讲,实现水力喷射压裂由地面泵提供能量,利用喷嘴输出高压高速射流冲击岩石，在数千米的井下实施这项技术,实现穿透一定深度岩层却并不是一件容易的事。主要技术难度为加工制造和井下施工工艺两个方面：(1)加工制造：由于作业环境差(井下数千米、空间小、温度和压力高),工具的加工制造难度大。主要是喷射器喷嘴在施工过程中由于受到高速磨料粒子的冲刷,其磨损很严重,要求喷嘴材料必须具有高硬度、高耐磨性,二者缺一不可。注：本人在施工碰到过投球打开滑套时，球直接穿过滑套，未打开滑套的情况。(2)井下施工工艺：因井下施工条件苛刻,许多地面上易实现的动作,在井下实现起来很困难,射流能量损失很厉害。主要表现为在不同围压条件下淹没式水力喷射工艺,即喷嘴结构、分布方式及喷嘴破岩能力与泵压