中高渗疏松砂岩水力喷射压裂水动力封隔特性

为确定海上疏松砂岩高渗透条件下水力喷射孔内流体增压特性是否满足岩石定点起裂条件,采用了计算流体力学方法,基于达西定律推导出速度与渗透率关系方程,建立了考虑岩石孔眼边界高渗条件下水力喷射孔眼内流体动力学模型,实验验证模型可靠,得出了地层渗透率、喷嘴压降、环空围压等关键参数对孔内流体增压的影响规律。结果表明,疏松砂岩高渗透性是降低其水力喷射压裂水动力封隔能力的关键因素,孔内流体增压值随储层渗透率升高呈现非线性递减;喷嘴压降与孔内流体增压值呈线性增加关系,但孔内流体增压值的增长斜率随储层渗透率升高而降低;环空围压对孔内流体增压值无显著影响;敏感性分析表明,影响孔内流体增压的参数排序：储层渗透率>喷嘴压降>环空围压。研究结果可为海上水力喷射压裂水力学参数优化设计提供理论依据。     

水力喷射压裂关键机理探讨

为了更深入地了解水力喷射压裂技术的部分机理,通过模拟水力喷射射孔孔内的压力分布并分析其规律,进行了现场工况条件下喷嘴压降对孔内压力的定量分析和不同喷嘴直径条件下喷嘴压降与排量关系的计算,结论为:射流速度的衰减将动能转化为静压能,致使孔内压力升高;增加射流喷射压力有助于获得较大的孔内增压;喷嘴要产生较大的压降,需要较大的作业排量.     

超临界CO2喷射压裂孔内增压机理

利用计算 流体力学方法模拟了超临界CO₂喷射压裂过程中的孔内流场,对比和分析了超临界CO₂喷射压裂与水力喷射压裂的增压效果,并研究了各参数对超临界CO₂喷射压裂增压效果的影响。研究结果表明:超临界CO₂喷射压裂在相同条件下具有比水力喷射压裂更强的孔内增压效果,在喷嘴压降为30 MPa时,其增压值比水力喷射压裂高2.4 MPa;超临界CO₂喷射压裂的孔内增压值随着喷嘴压降和喷嘴直径的增大而增大,随着套管孔径的增大而减小,且不受环空压力和超临界CO₂流体温度的影响。     

水力喷射孔内射流增压规律数值模拟研究

水力喷射压裂过程中,高压射流会使水力射孔孔道内压力高于环空压力,形成孔内射流增压.孔内射流增压值是进行地面泵压预测和套管压力控制的基础.由于受到实验条件的限制,地面很难获得实际工况下的孔内射流增压值,因此,文章采用计算流体力学(CFD)方法,建立了二维水力喷射流场物理模型,模拟得到了实际 工况下水力喷射孔内射流增压值以及喷嘴压降、环空围压和入口面积比对孔内射流增压的影响规律.结果表明,在实际施工参数条件下,孔内射流增压值可达10.7～12.5 MPa;喷嘴压降和入口面积比是影响孔内射流增压的两个主要因素,而环空围压对孔内射流增压没有影响.     

水力喷射多级压裂中水力封隔效果的数值模拟

在多级压裂过程中有效的层间封隔至关重要,水力喷射压裂技术利用水力射流形成的低压区来实现层段间的封隔,但是在井下复杂环境下很难通过试验来定量分析水力封隔效果。鉴于此,首先建立了包含喷嘴、射孔孔道和环空段等结构的CFD模型,模拟了多级水力喷射压裂过程中环空的特性,并将数值模拟结果与试验数据进行对比,验证了该数值模型的正确性;然后根据环空流动特性,提出了用2个出口的质量流量比来评价多级压裂中水力封隔效果;最后,分析了不同参数对封隔效果的影响规律。模拟结果表明:1在一定条件下,高速射流能产生有效的层间封隔;2水力封隔效果随层间压差、喷射相位角和喷距的减小而增强,随喷射流速和喷射层数的增大而增强,且喷射相位角对水力封隔效果的影响大于喷射层数的影响。研究结果可为多级水力喷射压裂水力参数、喷嘴布置和参数组合的优化提供参考。     

连续油管水力喷射压裂技术

川渝地区多数油气藏纵向上存在多个产层，且部分产层跨距较大。为解决逐层压裂的技术难题，在研究连续油管水力喷射压裂技术机理的基础上，提出利用伯努利原理，连续多层段完成水力射孔和压裂，实现水力封隔无需机械封隔。设计研制了连续油管水力喷射分层压裂井下工具，经射穿套管和喷嘴耐磨性室内实验证明，所研制的工具可以有效地射穿套管和岩石，喷嘴耐磨蚀和本体抗返溅能力强。连续油管水力喷射多层压裂工艺技术在四川试验成功，研制的工具能满足现场工艺要求，试验井取得了显著的增产效果。     

连续油管水力喷射压裂关键参数优化研究

连续油管水力喷射压裂是集不压井作业、水力喷射射孔、分段压裂于一体化的高效增产改造技术。为此，介绍了该技术中的连续油管压降参数、工具参数、工作液性能等关键参数的实验研究。应用其研究成果，优化了连续油管水力喷射分层压裂设计参数，即喷嘴个数、大小。在不同喷嘴组合的泵压预测中实验了4种喷嘴组合，在接近喷嘴压降的情况下，优选出3个6 mm喷嘴，获得了最大排量。在四川油气田进行了国内第一口井连续油管水力喷射分层射孔及压裂现场试验，并取得了成功。     

水力喷射压裂的机理分析与应用

水力喷射压裂是一种集喷射射孔、水力压裂及酸化、水力封隔于一体的新型增产改造措施。其利用伯努利方程的基本原理,先将高压流体的势能转化为动能,再将动能转化成势能,实现定点增压。该技术具有准确实施定点造缝,无需机械封隔,节省作业时间,减小作业风险等优势。本文就水力喷射射孔机理、水力喷射压裂机理展开讨论,从理论上阐述了水力喷射压裂的可行性与先进性,并对喷射压裂工艺控制的一些环节进行论述;简要介绍了喷射工具模型、双泵体系,从工程角度探讨了喷射压裂的可操作性。通过对水力喷射压裂的施工实例的描述为以后的水力喷射压裂设计和施工提供借鉴参考。     

水平井水力喷射分段酸压技术

针对深层碳酸盐岩储集层水平井酸压面临的井下温度高、破裂压力高、压裂液流动摩阻高、储集层非均质性严重等难点,研发了水平井水力喷射分段酸压新技术。基于喷射分段酸压机理,自主研制了用于水力喷射分段酸压的井下喷射器和配套管柱,给出了水力喷射酸压工艺设计中喷嘴数量与喷嘴直径组合、喷砂射孔参数、泵注程序的优化设计准则。研究表明,水力喷射压裂酸化技术依靠水动力封隔实现分段酸压,井下工具简单、耐高温(160℃),可节约成本,降低作业风险;水力喷射注酸可延长近井地带有效酸蚀距离,增强酸化效果;井下喷射器最优喷嘴相位60°,宜采用螺旋布置喷嘴;建立了喷嘴最优排量与井口压力的关系图版,可在井口装置承压范围内提高施工排量,实现大排量、深穿透酸压,最终确定喷嘴直径及喷嘴数量布置。现场试验表明,水力喷射酸压试验井最大作业垂深可达6 400.53 m,喷射酸量高达618 m3,对深部水平井分段酸压具有较强的适应性。图4表3参15     

国内水力喷射压裂工艺技术应用研究进展

水力喷射压裂是集射孔、压裂、隔离一体化的新型增产改造技术,适用于低渗透油藏直井、水平井的增产改造,尤其适合薄互层、纵向多层、固井质量差易串槽井、套变井的改造。介绍了国内各油田和科研单位的水力喷射技术研制和应用情况。重点阐述了油管水力喷射技术和连续油管水力喷射技术。油管水力喷射技术有拖动管柱和不动管柱2种方式,连续油管水力喷射技术有管内加砂压裂和环空加砂压裂2种方式。针对水力喷射压裂技术,结合层间封隔器和滑套喷砂器,提出了1种层间封隔器封隔的多级水力喷射压裂不动管柱技术,适用于薄互层的多层压裂,压裂成功率高、易形成主裂缝,增产效果更好。     

An Experimental Investigation of Hydraulic Jet Fracturing Technology with Coiled Tubing

To solve the increasingly serious problem of "many wells,but low productivity"in China,the hydraulic jetting fracturing technology with coiled tubing,as a new measure for effectively improving the production rate of individual well and enhancing oil and gas recovery,merits much attention nowadays.On the basis of study of the hydraulic jetting fracturing mechanism with coiled tubing and numerical simulation of pressure distribution inside the pores,the mechanism of pressure rise inside the pores caused by the pressure boost action within the jetting pore and the hydraulic isolation action is examined,and the influence of main parameters on the pressure distribution inside the pores is analyzed.3 kinds of operating methods of hydraulic jetting fracturing with coiled tubing are raised with the tubular diameter of coiled tubing as an important feature parameter.According to the experimental study,the fracturing mechanism and computational results of numerical simulation are both examined.It is considered that under the same pressure drop of jet nozzle,the pressure inside the pores increases with the confining pressure nearly at a linear state.When the vertical depth of the borehole is rather big and the rupture pressure of the formation is higher,it is recommended to use higher pressure drop of jet nozzle for achieving better pressure boost and hydraulic isolation effect.For the hydraulic jetting fracturing with coiled tubing,the coiled tubing with tubular diameter not less than 50.8 mm(2 in.) is usually used.     

轮式卡瓦连续加载带压作业装置的研究与应用

普通不压井设备采用固定卡管器和游动卡管器交替夹卡实现管柱起下作业,导致设备操作程序多,速度慢。为此,研制了轮式卡瓦连续加载带压作业装置。设计了加载控制系统和井口密封防喷系统,形成了液压马达驱动滚动头连续滚压的加载控制技术以及内置自封式球封和半全封组合而成的井口密封防喷技术,实现了低压井管柱快速起下和密封防喷,具有加载效率高、作业速度快、安全可靠等优点。现场应用表明,该装置可满足低压不压井作业需要。     

连续油管管内摩擦压降计算模型与敏感性分析

连续油管压裂作业过程中,压裂液除了在连续油管井下直管段流动,同时也会流入缠绕在滚筒上的那部分连续管,螺旋段的流动非常复杂,现有模型的计算结果与工程实际有一定的差距,基于流体力学基本原理,结合直管段摩擦因数公式和螺旋段几何特征,给出了连续油管螺旋段摩擦因数的一般关系式,最后经理论推导建立了完整的连续油管压裂作业管内压降的计算模型。分析了连续油管管径、滚筒直径、排量、黏度和流性指数等参数对管内压降的影响规律。结果表明:该模型的计算结果精度较高;相同条件下,螺旋段的压降总是大于直管段的压降;连续油管管径对压降的影响最大,管径增大近1倍,压降却减小了13倍,而滚筒直径对压降的影响最小,选择不同的滚筒直径,压降几乎未发生变化。     

水力喷射酸压技术在轮南碳酸盐岩水平井中的应用

塔里木碳酸盐岩储层水平井采用封隔器分段改造分段数受到限制,在一定程度上制约改造效果.文章介绍一种通过井口的带压装置来操作,只需上提完井管柱即可完成多层改造的水力射孔酸压作业的技术.该技术不需要连续油管,在完井管柱底部接好喷射工具组合,再利用油管短节来精确定位需要改造的层位,喷嘴定位可以尽可能地选择孔、洞、缝发育点,从下到上逐层施工.此项技术在在塔里木油田轮古701 - H1井中首次应用,取得了良好的效果,该井改造后用5mm油嘴定产,油压为13.5 MPa,日产油达到125 m3,与同区块内轮古2 - H1井采用裸眼封隔器+滑套分段酸压相比,产量提高明显.     

连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术在苏里格气田的应用

苏里格气田属于“低孔、低压、低渗”的三低气田,需要压裂改造才能生产,其中连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术以其自身的技术优势,成为苏里格地区水平井改造的重要方式。连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术通过定位器、封隔器等井下工具组合实现喷砂射孔、封隔器分层、套管大批量注入和连续油管精确定位,一趟管柱可完成多种作业,具有施工周期短、成本低、压后全通径等优点。阐述了该技术的工作原理及配套工具的原理、结构。通过在苏里格一口二开水平井的成功实施,说明连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术适用于致密气藏,为水平井多级水力压裂提供了新的技术手段。     

连续油管喷砂射孔和筛管改流跨隔压裂组合工艺

常用的漏掉产层增产技术主要为连续油管跨隔压裂、连续油管逐层填砂顶封压裂,这些技术通常应用于埋藏较浅的储层。但对于埋藏较深的漏掉产层进行改造作业时,存在摩擦损失大、井口压力高、施工排量小的问题。连续油管喷砂射孔具有无压实作用和降低地层破裂压力的优点;连续油管筛管改流跨隔压裂工艺,通过将筛管和双封隔器相结合,在上部封隔器处通过筛管将油套环空的压裂液改流进入油管,油管中的压裂液经过下部封隔器后由节流喷嘴喷出,实现对目的层改造作业,由于施工过程中压裂液大部分在油套环空中流动,降低了沿程摩阻。该组合工艺充分利用了连续油管的优点,并克服施工排量小、井口压力高的问题,在准噶尔盆地储层深度3 660 m的××井中成功应用,施工过程中的最高排量为4.6 m3/min,最高井口压力43.8 MPa,压裂后增产效果明显。     

水力喷射压裂工艺在101.6 mm套管井中的应用

水力喷射压裂是集水力射孔、压裂、封隔一体化的增产改造新技术。设计研制了用于101.6 mm套管井的水力喷砂射孔工具并优化作业管柱。通过数值计算,给出了射流参数与施工排量的匹配曲线。借助实验手段,确定压裂液交联比例及液体性能测试方法。制定了适合该类井的压裂工艺。现场试验证明水力喷射压裂工艺能够解决101.6 mm套管井常规压裂技术难以有效改造的问题,且对复杂结构井实施增产改造,为水力喷射压裂工艺更广范围的应用提供了参考依据。     

超高压泵外加砂装置设计与特性仿真

油田压裂作业过程中,由于压裂泵泵送带磨砺性介质的压裂液,泵液力端磨损严重。设计一种基于射流掺混的超高压泵外加砂装置,并利用数值模拟方法对泵外加砂装置进行超高压大排量压裂作业工况仿真分析,包括抽吸特性和压降特性。结果表明:随着喷嘴直径的增加,抽吸特性与压降特性均逐渐减弱;随着面积比的增加,抽吸特性逐渐减弱但幅度非常小,而压降特性却逐渐增强。该研究成果为泵外加砂装置在压裂领域应用提供了理论指导。