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1、克拉玛依职业技术学院 毕业设计（论文）题目水平井裸眼压裂完井技术研究学生姓名侯鑫磊学号09031536教学院系石油工程专业年级石油工程采油0931指导教师张书宁职称讲师单位克拉玛依职业学院完成日期2012年6月摘 要虽然水平井目前已成为油气田提高勘探开发综合效益的重要途径,但是相当多的水平井仍然需要进行压裂作业。在水平井压裂过程中经常会出现井筒出砂、地层出水和井壁坍塌等情况。而水平井裸眼压裂完井技术可以很好地解决以上问题。适用于裸眼水平井的压裂工艺技术有水力喷射压裂技术和多级压裂技术。水力喷射压裂技术是基于伯努利原理，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
2、置，施工安全性高，作业成本低等优点，目前已在裸眼水平井中得到广泛应用，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和哈里伯顿公司的遇油自膨胀封隔器为主。本文通过所调研的国内外相关文献，总结了适合裸眼水平井压裂的技术的工艺原理、优缺点、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：水平井；裸眼；压裂；封隔器 目录1 绪论11.1研究目的及意
3、义11.2国内外研究现状11.2.1水平井常用完井方式11.2.2水平井常用压裂技术21.2.3水平井压裂常用井下工具31.2.4总结41.3本文研究任务及主要技术路线51.3.1研究目标51.3.2主要研究内容51.3.3主要技术路线51.4本文所做的工作和创新点52水力喷射压裂技术62.1水力喷射压裂技术的原理62.1.1水力喷射射孔技术62.1.2水力喷射压裂技术72.2水力喷射压裂技术的优缺点82.2.1水力喷射压裂技术的优点82.2.2水力喷射压力技术的局限性82.3水力喷射压裂的工具92.3.1水力喷射工具92.3.2普通油管和连续油管102.4哈里伯顿公司Surgi-Frac压裂
4、系统102.4.1系统简介102.4.2系统作业原理102.5国内外应用情况112.5.1国外应用情况112.5.2长庆油田应用情况122.5.3大庆油田应用情况132.5.4 西南油气田应用情况142.5.5其他应用实例153水平井裸眼多级压裂技术173.1水平井裸眼多级压裂技术的原理173.2贝克休斯公司Frac-Point系统173.2.1系统优点183.2.2.管串结构183.2.3井下工具183.3威德福公司Opti-Frac水平井压裂系统223.3.1压裂系统工艺流程223.3.2 井下工具233.4封隔器能源服务公司Stage-Frac压裂系统253.4.1适用范围253.4.2
5、系统优点253.4.3井下工具263.5国内外应用情况263.5.1国外应用情况263.5.2大庆油田应用情况273.5.3长庆油田应用情况274结论与建议294.1结论294.2建议29致 谢30参考文献311 绪论1.1研究目的及意义水平井目前已成为提高油气田勘探开发综合效益的重要途径,它适用于较薄油层或垂向渗透率较大的油气藏，尤其是裂缝型油气藏。与直井相比水平井增大了井眼与油气藏的接触面积，提高了泄油效率，提高了油气的采收率，增加了油田的经济效益。但是在水平井完井固井施工时会出现下套管遇阻，水泥胶结程度不良等情况，在开采过程中会遇到底水锥进，对于胶结程度不良的地层还会出现井筒出砂或井壁坍
6、塌，降低了油气的采出程度，因此采用水平井裸眼压裂完井技术来解决以上问题。国内对水平井裸眼压裂技术的研究还不太多，针对水平井裸眼压裂的封隔器等井下封堵设备的研发与制造技术还不太成熟，特别是国内可用于水平井裸眼压裂的技术和井下工具还处于起步阶段，所以对这一课题的研究意义重大而且很有必要。研究本课题有助于解决以下问题：（1）为国内裸眼水平井的完井及压裂等生产改造措施及其施工工具提供有价值的建议和参考；（2）解决当前水平井压裂施工工艺技术与井下工具不配套、工具不完善的问题，特别是解决水平井压裂改造工艺技术和井下隔离工具方面与实际生产需求存在着的较大差距；（3）为国内井下封堵工具如封隔器等的研发能力与制
7、造技术的提高提供有价值的参考。1.2国内外研究现状1.2.1水平井常用完井方式目前国内外常用的水平井完井方式大致可分为以下5种:裸眼完井、割缝衬管完井、砾石充填完井、注水泥射孔完井、管外封隔器完井。在确定完井方式时主要考虑以下方面的因素:地质构造、储层性质、储层厚度、钻井目的、水平井的类型、钻井工艺及能力、测井方法和能力、人工举升方法和能力、井下作业方法和能力、油层污染及解除方法、增产措施、经济综合评价等等。（1）裸眼完井裸眼完井就是井眼完全裸露，井内不下入任何管柱的完井方式。它又可以分为先期裸眼完井和后期裸眼完井。水平井一般使用先期裸眼完井。裸眼完井在早期水平井应用广泛，但由于井塌问题再加上
8、不能及时封堵气侵和水侵，难以实施选择性增产措施，这一方法被逐渐淘汰。但该完井方法成本低，施工简单，可以在某些稳定性地层中使用。（2）割缝衬管完井割缝衬管完井适用于天然裂缝性碳酸盐岩或硬质砂岩储层；单一的厚储层或不要求层段分隔的储层；井壁不稳定, 有可能发生井眼坍塌的储层；岩性较为疏松的中、粗砂粒储层。衬管完井的益处在于能提供足够的流通面积使储层不受水泥浆的污染,可以防止井眼坍塌,成本相对较低。（3）砾石充填完井砾石充填完井适用于胶结疏松严重出砂的地层。这种完井法是先将绕丝筛管下至油层段，用充填液循环将地面选好的砾石携带至绕丝筛管与井眼的环形空间或绕丝筛管与套管的环形空间，形成一个砾石充填层，阻
9、挡砂粒流入井筒，起到保护井壁，防止油层砂粒进入井内的作用。针对疏松砂岩油藏水平井防砂完井工艺而言，砾石充填是一种较好的完井方式。国外水平井裸眼充填砾石完井技术作为较先进的防砂方法之一得到广泛应用。该工艺能提高充填防砂强度，具有防砂效果好，油层伤害小，防砂后油井产量高、寿命长等特点。（4）注水泥射孔完井注水泥射孔完井是目前国内最为广泛和最主要使用的一种完井方式。包括套管注水泥射孔完井和尾管注水泥射孔完井。套管射孔完井有利于避开夹层水、底水、气顶,可实施水平段分段射孔、试油、注采和进行选择性增产措施。尾管固井射孔完井有利于提高固井质量和保护油气层,在钻水平段过程中采用与油气层相配伍的钻井液,采用近
10、平衡钻井或欠平衡钻井技术,最大限度地降低对油层的污染,保持油井产能。另外,这种技术可以降低钻井和完井成本,提高经济效益。（5）管外封隔器完井管外封隔器完井是将管外封隔器通过套管或尾管下入需要完井的层段，然后机械坐封使管外封隔器膨胀，再结合井眼清洗技术完井。它可用于造斜段需要卡封的水层或气层,而对于水平段油层非均质严重或水平段穿越多个层系的可利用套管外封隔器进行多层卡封,实现合采或分采。1.2.2水平井常用压裂技术目前国内外水平井常用压裂工艺技术主要有以下几种：（1）限流法压裂技术限流法压裂技术是指在压裂过程中,当压裂液高速通过射孔孔眼进入储层时会产生孔眼摩阻且随泵注排量的增加而增大,带动井底压
11、力的上升,当井底压力一旦超过多个压裂层段的破裂压力时,即在每一个层段上压开裂缝。该技术多用于形成纵向裂缝的水平井,但分段的针对性相对较差。（2）水力喷射压裂技术水力喷射压裂是一种将水力射孔与水力压裂结合起来的工艺技术，此技术可以根据需要精确的布置不同尺寸的多条裂缝，并且还不需要使用那些花费高且有危险的机械封隔等。水力喷射压裂工艺技术是将专门的喷射工具下入常规油管或连续油管中，沿着水平井井身可以在指定的位置定位进行压裂。（3）化学封堵压裂技术国外在20世纪90年代初采用该技术,主要用于套管井。液体胶塞和填砂分隔分段压裂方法施工安全性高,但所使用的液体胶塞浓度高,对所隔离的层段伤害大,冲砂过程中对
12、储层会造成伤害,施工工序繁杂,作业周期长,综合成本高。（4）机械封隔压裂技术机械封隔压裂技术适用于套管井,主要有机械桥塞与封隔器结合、双封隔器分段压裂和封隔器环空分段压裂等技术。通过把封隔器下入到预先设计的位置,从油管内加压坐封封隔器,压裂施工完成后油管加压剪断解封销钉解封,从而一趟管柱完成各层的压裂。（5）多级压裂技术多级压裂技术分为管内封多级压裂和管外封多级压裂两种。管内封多级压裂适用于套管完井压裂，管外封多级压裂适用于裸眼完井压裂。两者施工原理一致，都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，还可以根据需要进行分层采油和分
13、层注水。国内裸眼水平井压裂技术还处于起步阶段，成功实施水平井裸眼压裂的实例还不多，成功的有：（1）大牛地气田DP351水平井分段压裂；（2）青海油田砂平1井加砂压裂；（3）大庆油田徐深9平1井裸眼水平井分段压裂； （4）辽河油田苏10-31-48H井裸眼水平井封隔器完井分段压裂；（5）苏里格气田苏A井裸眼水平井分段加砂压裂；（6）克拉玛依油田BJHW601水平井水力喷射分段压裂。1.2.3水平井压裂常用井下工具（1）TFS140型套管外封隔器由大庆石油管理局钻井研究所研制。这种封隔器具有较高的承压能力，任何情况下密封部件均能可靠自锁的特点。该类型封隔器能有效地封隔套管外环空并防止油、气、水混窜
14、, 能满足较高压力压裂的水平井完井(固井)的需要。（2）TCT型膨胀式套管外封隔器西南油气田分公司引进的TCT型膨胀式套管外封隔器,配合裸眼封隔工艺技术,通过液压膨胀坐封,在套管与套管或套管与裸眼环空间形成一道封隔层,起到了封隔油气层互窜及封隔高压层或低压层的作用,在一定程度上改善和提高了气井的固井质量,降低了套管与套管或套管与裸眼之间的窜气风险,有助于气井的安全开采。（3）TWF系列套管外封隔器由华北石油管理局橡胶制品与防腐研究所研制，该封隔器膨胀筒具有良好的塑性，胶筒外表面可全部贴于相应的井壁上，可对井壁施加足够大的径向压力，压实滤饼，使其具有足够的强度。封隔器的心轴本身就是套管，可以进行
15、射孔作业，也可防止地层出砂。（4）KCK3442138水力压差膨胀式裸眼封隔器该封隔器由新疆采油院研制，其特点是: 以液压方式坐封,对井眼封隔均匀、严密；耐压差、耐温级别高,适用于深井高泵压作业。因此,可选择性地对不同压力、不同物性的油层进行开采,可以有效地避免层间干扰和夹层水、底水及气顶,也可避开夹层的坍塌。（5）威德福公司的管外封隔器（External Casing Packer）威德福公司膨胀式管外封隔器是一种用来连接在套管或尾管上，在井眼中膨胀的一种封隔器组合。（6）Swell Fix公司的膨胀封隔器（Swell Packer）该封隔器自2002年问世以来，在国外的中东、北海油田已经成
16、功应用约1200次。在国内的冀东油田也成功的使用了约50口井。（7）贝克休斯公司的裸眼封隔器（Open-hole Packer）成功应用于大港油田官2H短半径水平井。1.2.4总结（1）国外在水平井压裂基础理论研究方面起步较早，在裂缝起裂，裂缝延伸井筒和储层温度场压后水平井产能预测等方面形成了较为成熟的认识，国内在水平井压裂基础研究方面略显滞后；（2）国外在水平井压裂工艺的研究和应用方面处于领先地位，但国内在这方面的研究与进展也很迅速；（3）国外对水平井作业管柱结构及相应工具如封隔器的研究与制造技术处于领先地位，国内则明显滞后，许多工具处于模仿制造与引进后再改进阶段，自主创新较少。近年来也有不
17、少的自主研发的封隔器成功应用与水平井压裂作业。1.3本文研究任务及主要技术路线1.3.1研究目标通过对裸眼水平井常用压裂工艺技术及相关井下工具的研究，总结适合裸眼水平井的压裂工艺的技术原理、优缺点、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。1.3.2主要研究内容（1）调研国内外关于水平井裸眼压裂工艺技术及封隔器等井下工具的相关文献资料；（2）总结裸眼水平井常用压裂工艺的技术原理、优缺点及其井下工具的组成；（3）应用现场实例，总结各类水平井裸眼压裂技术所用井下工具的结构、工作原理和技术参数。1.3.3主要技术路线（1）调研国内外相关文献，总结国内外裸眼水平井常用压裂工艺技术；（2
18、）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；（3）应用现场作业实例，总结裸眼水平井压裂时作业工艺管柱。1.4本文所做的工作和创新点本文根据所调研的大量国内外相关文献总结了裸眼水平井常用压裂工艺技术及其应用情况，以及对各类裸眼水平井压裂技术的作业管柱系统和井下工具等进行了分类介绍。由于介绍裸眼水平井压裂作业的工艺管柱系统及其所用井下工具的相关文献较少，本文作者通过互联网登录国内外各大石油技术服务公司网站查询所需资料，获得了不少有价值的信息。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裸眼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
19、。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，尤其适用裸眼水平井多段压裂。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。2.1.1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： (2.1)由式（2.1）可知，从水
20、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: (2.2)式中:C无因次系数,与射流方向变量有关；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
21、。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。2.1.2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,可借助连续油管将高压流体送入到改造层段后,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
22、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。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2.3 水平井水力喷射裸眼压裂作业管柱示意图2.2水力喷射压裂技术的优缺点
23、2.2.1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。2.2.2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:（1）施工过程中油管柱被下到井眼中在期望的深度，定位工具
24、有接缝的油管或钻杆，将需要某种装置才能到达指定位置。连续油管的应用使操作变得方便易行。但是,大部分连续油管对于喷射压裂的应用都有流量和压力的限制。（2）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
25、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)、作业方式独特(淹没式水力喷射),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。(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、排量的优化组合技术还不成熟。2.3水力喷射压裂的工具2.3.1水力喷射工具喷射工具是水力喷射压裂工艺中的关键工具,主要有固定式和可调式两种。固定式喷射
26、工具的主体框架两侧装有多个喷嘴,高压流体从喷嘴喷出。回流装置是喷射工具主体的一部分,内部装有渗透挡板,下部装有一圆球。进行水力喷射时,圆球停留在装置底部,不允许流体从底部流出。当高压流体不经过工作油管注入井筒时,流体可通过此装置回流出井筒,返到地面。可调式喷射压裂工具主要包括射流工具、外壁面和内壁面,沿着射流工具长度方向延伸的是旋转套筒,旋转套筒能够在射流工具中旋转。工具上装有一个或多个压裂孔眼,内壁面布置有圆孔,当套筒旋转改变方位时,内部孔眼连通外部压裂孔眼或喷嘴,这样通过控制旋转套筒的方位来控制流体是从压裂孔口流出还是从喷嘴流出。在施工中通过井下动力装置或者地面控制来实现旋转套筒旋转。虽然
27、可调式喷射工具比固定式喷射工具的适应性强,但多数情况下,综合考虑经济因素,一般优先选用固定式喷射工具。喷射工具工作时喷嘴磨损严重,喷射返流会对喷射工具表面造成损伤。需要优化设计新型喷嘴,选择耐返溅本体材料,延长喷射工具的使用寿命。图2.4 特定井用喷射器图2.5 带有塞子和喷嘴的喷射器中国石油勘探开发研究院廊坊分院研制的井下水力喷砂压裂工具已在国内多个油田进行了应用,增产效果明显。所用喷射工具有3个喷射平面,喷嘴之间的夹角为120,该喷射器的结构如图2.6所示。图2.6 中国石油勘探开发研究院廊坊分院研制的喷射器结构示意图2.3.2普通油管和连续油管在实施水力喷射压裂工艺初期,基本使用普通油管
28、将喷射工具送入指定位置进行压裂作业。但是用普通油管作业需要接单根,作业时间较长,劳动强度大,井口密封装置要求高。连续油管技术已在油田生产的许多领域得到广泛使用,连续油管与水力喷射压裂技术相结合应用于油田增产作业中有一定优势。连续油管不需要接单根,当从一个压裂井段位置移到下一个压裂位置时,可在环空液体循环的条件下安全快速完成。向环空泵入压裂液进行水力喷射环空压裂作业时,连续油管可起到静管柱作用,用于实时监测作业过程中射孔孔眼及其附近的压力状况。另外,使用连续油管可在发生砂堵时快速清除多余的支撑剂迅速有效处理井底情况。由于连续油管卷筒部分螺旋段流体摩阻较大,水力喷射裸眼压裂技术一般选用43.8 m
29、m连续油管,能够适用于大多数情况,同时也提供了足够内径来完成水力喷射和出现砂堵等情况时的反洗。由于支撑剂流入环空的冲击,会造成连续油管的冲蚀,需要采取措施保护连续油管不受损伤。2.4哈里伯顿公司Surgi-Frac压裂系统2.4.1系统简介Surg-iFrac压裂系统是哈里伯顿公司为配合水力喷射压裂作业而开发的一项专利系统又称为手术刀压裂系统，它是一种水平井定点压裂工艺技术系统。它可在单井中精确有效地选择裂缝的位置并产生多个裂缝。该工艺系统通过配套使用不压井作业装置，成功应用普通油管完成水平井的定点压裂。现已成功应用于拉丁美洲陆上、海浅和深海油气井。Surgi-Frac 对裸眼水平井来说是一种
30、非常有效的增产技术。目前使用最深的井已超过19000英尺（5800米）。 2.4.2系统作业原理（1）喷嘴位置即射孔位置和裂缝产生的位置； （2）滞止压力+环空压力产生裂缝；（3）推进压力+环空压力使裂缝延伸；（4）伯努利效应使裂缝入口处的压力在井筒中处于最低；（5）环空的液体补充支持裂缝增长。图2.7 SurgiFrac压裂系统工作原理示意图1998年的产品 2000年的产品 2002年的产品图2.8 哈里伯顿公司生产的喷射器实物图2.5国内外应用情况2.5.1国外应用情况哈里伯顿公司首先在美国得克萨斯州和新墨西哥州等多口油井进行了现场试验和作业,取得了明显的效果。水力喷射裸眼压裂技术已经在
31、全世界范围内150多口水平井进行了施工。水力喷射裸眼压裂技术在全世界范围内迅速发展,已逐渐扩展到加拿大、巴西、哈萨克斯坦、俄罗斯等,主要由哈里伯顿公司和贝克休斯公司等所掌握。加拿大某油田裸眼水平井：1）井的参数：5.5” 套管井段长3821英尺，4-3/4” 裸眼水平井段长1600英尺，破裂压力梯度0.6psi/英尺，环空预计压力: 600 psig，2）作业参数：用2.875” 油管加上12 个总长1875英寸的喷射器，泵注17% HCL酸压产生8条裂缝,喷嘴压差：5000psi，环空压力：500600psi ，推进压力：386494psi，作业时间：5小时，产量提高率：800% 。2.5.
32、2长庆油田应用情况2005年12月,中国石油长庆油田分公司与哈里伯顿能源服务公司合作,采用常规油管在靖安油田靖平1井和庄平3井顺利完成增产作业,这是该工艺在国内首次试验。截至2006年长庆油田共进行了6口井21层次的施工,2007年先后施工已超过10井次,施工均为一次成功,取得了良好的工艺运用效果。（1）苏10-30-38H井长庆油田于2008年9月对苏10-30-38H井水平段进行了水力喷射压裂试验，目前累计产气1600104立方米。其施工步骤为:1）施工准备阶段:接管线、管线试压,一般高压管线试压65MPa，套管注入管线试压20MPa。2）喷砂射孔阶段:正循环低替,利用高压水射流携带粉砂或
33、压裂砂套管开孔,排量一般在1900-2300L/min,砂量一为1.02.0m3,射孔结束后可关套管闸门,根据压力上升情况,判断射孔效果。3）压裂阶段:套管注入系统开泵,按设计注入平衡液体,排量一般为700L/min,同时正循环打前置液,按泵注程序加砂直至结束。4）关井放喷阶段:施工结束后可关井测压力降落曲线,控制放喷,反循环彻底。从施工曲线可以看出,水力喷射压裂施工压力对排量比较敏感,提升排量时压力有明显的上升,在施工前加一个砂量2m3左右的段塞喷射开孔后进行主压裂,在射孔以后,主压裂过程施工压力持续升高,高速水射流在裂缝中的摩阻作用比较明显,停泵后压力下降大,关井时可以观测到裂缝闭合时的压
34、降曲线。不同于普通压裂的是水力喷射是依靠高压水射流的动压能来压开地层的,经过喷嘴节流,油压曲线显示压力要比裂缝延伸压力高。施工过程中每层施工压力区别明显,曲线延伸形态各异,显示分层改造过程中每一层都得到了相应改造。在主压裂以前的水力喷射射孔均顺利开孔。（2）苏A井2009年6月上旬，安东石油技术有限公司顺利完成了苏里格气田首次裸眼水平井分段加砂压裂施工。苏A井于2009年5月底顺利完钻，经过技术人员前期论证和充分准备，安东石油顺利完成裸眼水平井工具的入井，并对水平段进行了四段的加砂压裂。施工后该井以高于周围压裂井数倍的产量生产。 裸眼水平井分段压裂技术在苏里格气田的成功应用，加快了该区块气井的
35、高效开发，为苏里格气田水平井高产寻找出一条有效的途径。另外长庆油田使用水力喷射压裂技术在西峰油田施工三口井,平均较邻井增产2.2倍；安塞油田实验成功1次,试油日产33.6 t/d,较邻井增产1.56倍；靖安油田实验7口井5次,较邻井增产2.5倍。2.5.3大庆油田应用情况 （1）徐深1平1井2008年，托普威尔公司和哈里伯顿公司合作运用Surgi-Frac技术系统成功完成了大庆油田徐深1平1井的压裂施工，实现了一趟管柱内完成分层、多段射孔和压裂。这项技术有效的减轻了压井液和压裂液对地层的破坏，减少了操作步骤，降低了原料的耗用。 1）井的概况 油管：73 MM (2.875”) EUE P110
36、 套管：177mm (7”) 最大压力：40Mpa (5800Psi) 井深：3400 m (11150) 2）压裂工具串（由下到上）2.875”(73mm) 10(3. 04 m) P110油管短节+奥蒂斯坐落短节+2.875” (73mm) 10(3. 04 m) P110油管短节+奥蒂斯坐落短节 2.875” (73mm) P110油管+2.875”(73mm) 2(0.60 m) P110 油管短节+P110 2.875”(73mm)油管+奥蒂斯坐落短节+2.875”(73mm) P110油管+奥蒂斯坐落短节+2.875” (73mm)P110油管短节+2.875”（73mm）2（0.
37、60 m）P110 油管短节+3576（1090 M） P110 2.875”（73mm）油管+油管悬挂器15 M（105Mpa）（2）徐深8-平1井该井是松辽盆地东南断陷区徐深8井区第一口水平开发井。它于2009年2月19日完钻，井深5000米，水平段达940米，钻井时发现含气厚度大。徐深8-平1井属于火山岩气藏，储层渗透率低、小裂缝连通性差，开采价值大而开采难度更大。2009年6月17日、24日、26日，大庆油田采用裸眼井分段压裂施工技术，对这口井连续逐层进行压裂改造。裸眼井分段压裂施工技术不但具有分隔性强、可实现大规模压裂改造、安全性强、操作简单等优点，而且加砂规模大、压裂控制水平高，可
38、有效控制裂缝高度和延伸，扩大出气面积，提高气井产量。7月22日，喜获高产气流，日产天然气最高达到87万立方米，标志着大庆油田火山岩气藏水平气井压裂完井工艺取得突破。这口井的压裂成功，验证了深层火山岩气藏采用水平井开发方式的可行性。同时验证了裸眼分段压裂工艺技术在深层水平气井完井工艺上的适用性，对提高改造火山岩储层强度增加产能具有重大意义。2.5.4 西南油气田应用情况（1）合川001-6-H1井近年来，西南油气田针对水平井分段压裂技术，在广安、磨溪、荷包场等重点区块进行了探索。公司先后在多口井成功进行现场试验，形成了适合气井使用的不动管柱水力喷射分段压裂新技术。西南油气田于2009年6月在合川
39、001-6-H1井裸眼水平段应用自主研发的不动管柱水力喷射三段加砂压裂新技术获得成功，为实现低渗透气藏效益开发提供了重要手段。合川001-6-H1井比邻近直井合川6井日增产气量近50%。该技术通过喷砂射孔与加砂压裂联作，不需提前射孔，比国外机械分层工艺压裂作业周期缩短一半、压裂成本节约1/3。（2）白浅110井1）井的概况白浅110井位于四川白马庙气田大兴潜伏鼻状构造沙溪庙组顶界构造的轴线上，裂缝及微裂缝发育。该井于2003年7月8日开钻，2003年9月2日钻至井深2250m沙溪庙组完钻，最大井斜角为1.569。根据油气显示和测井解释，1091I105m、912926m和749760m三个层段
40、为细砂岩气层，裂缝较发育，选定上述3层为连续油管水力喷射逐层压裂层段。2）工艺实施步骤将连续油管准确下入施工层位；维持连续油管内一定排量低替基液；进行加砂射孔，为保证安全，控制连续油管压力低于65MPa。几分钟后，套管压力会突然下降，说明套管已被射穿，继续喷砂射孔，获得较为完善的射孔孔跟；顶替弱交联液；关闭套管进行试挤；提高连续油管排量高挤前置液；向环空中泵入液体，同时按照设计加砂程序通过连续油管高挤携砂液。此过程为防止连续油管和套管超压，需根据情况不断调整环空和油管排量；加砂完毕，油管和环空停泵；将连续油管下人下一施工层位，重复以上步骤，完成连续油管水力喷射逐层压裂施工。3）施工参数油管工作
41、压力 8375 psi (57.8 MPa)油管排量 6 bpm (0.95m3/min)油管水马力 3000 hhp 环空工作压力 1560psi (10.8Mpa)环空排量 5.6bpm (0.9m3/min)环空水马力 578hhp4）井下工具组合2”连续油管+2”7/8外加厚公扣+4.4”扶正短节+3.66”外径喷嘴短节+3.66”外径下球座短节+4.4”扶正短节+接头+花管+接头+盲堵，工具总成总长约 2.6 米。另外中国石油西南油气田分公司在川东北的广安220-H8井、H9井与H10井也成功进行了水力喷射压裂，收到了较好的效果。2.5.5其他应用实例（1）牛东平2井三塘湖油田牛东区
42、块为火山岩油藏,牛东平2井是该区块的一口开发水平井,2008年3月13日完钻,完钻井深2404 m,完钻层位C2k,2008年3月16日筛管完井。4月酸化投产,正常生产时产液1.5 m3/d,含水5%。为探索筛管完井的油层改造技术,引进水力喷射压裂技术。1)喷砂射孔阶段:油管注入正循环顶替,利用高压水射流携带石英砂套管开孔,排量控制在2.4m3/min,砂量为2.4 m3左右,射孔结束后关套管闸门,根据压力变化情况,判断射孔效果。2)压裂阶段:套管注入系统开泵,按设计注入平衡液体,排量一般为1.0 m3/min,同时正循环打前置液,按泵注程序加砂直至结束。3)效果分析:经过水力喷射压裂改造后,
43、牛东平2井增产10倍以上,由改造前的日产1.2t,上升为措施后的17.8t。（2）大牛地气田DP18井2010年6月，中国石化华北石油局井下作业公司HB-LY202压裂队完成了大牛地气田DP18井水平井水力喷射定点压裂施工作业。DP18井是大牛地气田的一口水平井，位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东北部。水平段长810m，根据DP18井资料和现场通井结果，采用在DP18井水平井段通过水力喷砂射孔压裂4个人工裂缝，压裂位置为:第一层3470m、第二层3336m、第三层3215m、第四层3115m。本次施工采用哈里伯顿的喷砂射孔器，施工压力高，入井液量大，施工时间长，施工中采用油套同注，总排量达到4.3m3
44、/min；施工最高压裂达到58Mpa，四层压裂共用压裂液1540m3,活性水560m3,喷砂射孔石英砂8.7m3,陶粒砂112.4m3，压裂施工后有好的气显示。DP18井分段压裂工艺的顺利实施为大牛地气田特低渗储层改造提供了一种全新、有效的增产技术，特别是对水平井开发技术的发展和广泛应用具有重要的价值。（3）新疆油田BJHW601井新疆油田的水平井BJHW601井也应用该工具进行了水力喷砂压裂施工。该井位于准噶尔盆地西部隆起克乌断裂带碱滩南断裂上盘,完钻井深1150m,采用套管未射孔完井,水平段长300m。依据该井测井解释和气测显示结果,选择3个井段作为水力喷射压裂层段,分3次进行了水力喷砂压
45、裂,压裂位置分别在井深1074m、1003m和873m处。该井采用了动态分流的隔离方法,共加砂66m3。压裂施工完成后,开井获日产3712m3的高产油流。（4）青海砂西油田砂平1井青海油田井下作业公司压裂技术服务大队，于2008年6月在砂西油田对裸眼完井的水平井砂平1井成功实施加砂压裂，这在青海油田开发史上还是第一例。砂平1井是2000年钻探的一口水平井，水平段孔渗太低。为提高储层渗透能力，青海油田今年决定对该井4007.95m至4275.54m裸眼水平段进行加砂压裂改造。整个施工历时200分钟，最高压力86MPa，挤入井筒液量229.1m3，加砂5.3m3。3水平井裸眼多级压裂技术3.1水平
46、井裸眼多级压裂技术的原理水平井多级压裂技术是加拿大封隔器能源服务公司（Packer Plus）的专利技术，2005年授权斯伦贝谢（Schlumberger）公司使用。近几年，贝克休斯、威德福等公司也相继推出了具有自主知识产权的水平井裸眼多级压裂技术。水平井裸眼多级压裂技术的关键在于封隔器和滑套的安全性能，尤其是压裂作业管柱的遇油膨胀封隔器和开启滑套的球体材料决定了技术的成功与否。目前国内多家油田和石油院校开展了多级压裂技术的实验和研究工作，但距离现场广泛应用还有一定差距。在双封隔器分段压裂技术的基础上发展起来的不动管柱多级封隔器压裂技术,简称水平井多级压裂技术。它又可分为管内封隔器多级压裂技术
47、和管外封隔器多级压裂技术两种。管内封隔器多级压裂技术适用于套管完井的压裂，管外封隔器多级压裂技术适用于裸眼完井的压裂。两者施工原理一致，都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。还可以根据需要进行分层采油和分层注水。具体施工原理是：液压座封可回收封隔器将每层封隔开,每个套筒内装有一个螺纹连接的球座,最小的球座装在最下面的套筒上,最大的球座装在最上部的套筒内,将不同大小的低密度球送入油管,然后将球泵送到相应的工具配套的球座内,封堵要增产处理的产层,再通过打开套筒就可以对下一个产层进行处理,最多可以对十多个产层进行不动管柱的分压处理。图3.1 典型的水平井裸眼多级压裂作业管柱结构示意图3.2贝克休斯公司Frac-Point系统该系统使用特别设计的短半径裸眼封隔器和压裂滑套用来隔离需
