水力噴砂射孔工藝及在現(xiàn)場應(yīng)用

1、個人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用水力噴砂射孔工藝及在現(xiàn)場的應(yīng)用前言隨著低滲透油藏開發(fā)力度不斷加大 , 越來越多的儲量得到動用。但是由于儲層地質(zhì)特征或井身結(jié)構(gòu)不適宜直接進(jìn)行水力壓裂或酸化改造 , 如對于固井質(zhì)量不好、上下有水層、地層壓力過高而不能進(jìn)行壓裂改造的極小薄層、薄互層等要求射孔位置精度較高的井 , 為了實現(xiàn)有效挖潛目的層 , 水力噴砂射孔是一種行之有效的技術(shù)手段。水力噴砂射孔是用地面壓裂車將混有一定濃度石英砂的水漿加壓，通過油管泵送至井下，水砂漿通過井下射孔工具的噴嘴噴射出高速射流，刺穿套管和近井地層，形成一定直徑和深度的射孔孔眼，水力噴砂射孔可以產(chǎn)生比常規(guī)射孔更大更深的射孔孔眼，高度可由地面調(diào)

2、節(jié)，尤其是水力噴砂射孔可以避免常規(guī)射孔產(chǎn)生的壓實帶，并且應(yīng)力松弛帶動井筒裂縫的張開和孔隙度滲透率得到提高，同時孔跟不會上下延伸溝通水層，所以水力噴射具有很強(qiáng)的技術(shù)特色，對底水或者氣頂?shù)忍厥庥筒馗脑煊葹檫m宜。 b5E2RGbCAP1 工作原理及特點1.1工作原理由動量 - 沖量定律可知 , 高壓泵將帶有磨料 ( 通常是石英砂 >的液體 , 從油管經(jīng)特制的噴嘴將壓頭轉(zhuǎn)換為速度 , 即給液流中的砂粒以動量 , 該動量與套管、巖層或其他障礙物接觸時 , 動量的速度突然降為 0 , 此時含砂射流以沖量做功 , 于是便產(chǎn)生了水力噴砂射孔技術(shù)。 p1EanqFDPw1 / 7個人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用1

3、.2特點噴砂射孔與普通射孔相比具有以下特點: 穿透深 , 對污染半徑小的儲層可以起到射孔、解堵的雙重目的。在孔眼周圍形成清潔通道,不會形成壓實帶造成儲層傷害。射孔孔徑較大?？梢愿鶕?jù)不同的井身結(jié)構(gòu)和層段有選擇地進(jìn)行射孔。DXDiTa9E3d2 噴砂射孔方案設(shè)計方法2.1噴射參數(shù)的設(shè)計(1> 噴射排量。噴砂射孔過程首先需要確定最小的施工排量, 確保噴射過程砂漿的順利排出。根據(jù)理論分析及現(xiàn)場經(jīng)驗, 應(yīng)用密度 2.65g/cm 3 的石英砂進(jìn)行噴射施工，10%砂比順利返出, 一般要求流速大于1.2 m/s。在設(shè)計時首先需要根據(jù)井身結(jié)構(gòu)確定最低施工排量, 例如對于內(nèi)徑 124.26 mm 套管 &

4、#215;外徑 73 mm 油管 , 要保證砂漿的順利返出 , 至少要求排量大于 0.3m3/min , 現(xiàn)場一般采用 0.5m3/ min 。RTCrpUDGiT(2> 噴射層位及噴槍個數(shù)。噴槍一般長度為3540cm , 可以根據(jù)地質(zhì)要求及油層厚度確定下入噴槍的位置及個數(shù)。一般來講，排量1.0m3 /min ,對于噴嘴直徑3.8m 左右的工具可以保證8 孔孔眼壓差20MPa。例如 , 對于 3000 m以內(nèi)的油井 , 在地面設(shè)備許可的條件下排量達(dá)到3.0 m 3/min ,可以下入 8 只噴槍 , 共 24 孔。 5PCzVD7HxA根據(jù)實驗及理論分析, 水力噴砂射孔過程的噴射時間、噴

5、射深度及壓力之間存在如下關(guān)系:2 / 7個人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用V0=240Q/nd2 (1>L=6.4dV0/(Vth+V >(2>maxPt=2. 535× 105 × H6.4dV0/ (2.18H + VP>2ln6.4 dV0/ 6.4dV02(2.184H+VP>L-L/(2.184H+VP>(3> jLBHrnAILgLt = 0Lt = Lmax式中 : Q 為噴射排量 ,m3/min 。 n 為噴嘴孔數(shù) , 個。 d 為噴嘴直徑 ,mm。 Cd 為孔眼流量系數(shù)。 V0 為噴射速度 ,m/s 。 Lmax為最大噴射深

6、度 ,mm。 Vth 為臨界噴射速度 ,m/s。 Vp 為在噴射孔由于回流導(dǎo)致的速度損失,m/s 。 H 為材料的洛氏硬度。 t為噴射時間 ,s 。對于上述方程可以采取數(shù)值方法求解, 為方便預(yù)測有關(guān)參數(shù) , 列出了不同材料的硬度及臨界噴射速度( 表 1>。xHAQX74J0X表 1 不同材料的硬度及臨界噴射速材料名稱硬度 ( 洛氏硬度 >臨界噴射速度 / (m/ s>碳化鎢9363.2J55 不銹鋼2013.3石英巖1912.6頁巖(含硅>1711.3砂巖(含鐵>頁巖 (白云巖 >149.3大理石 (鈣質(zhì)>117.3大理石 (含硅>85.3砂巖

7、(瀝青質(zhì) >64.0頁巖 (瀝青質(zhì) >32.0根據(jù)上述方法計算, 孔眼壓差在20MPa時, 對于含鐵砂巖噴射時間在 2030min 液體利用率最高。2.2磨料的選擇實驗表明 , 在一定壓力和排量下, 射孔深度不隨磨料的濃度和磨料直徑的增加而增加, 相反在磨料粒徑增加到一定程度時射孔深3 / 7個人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用度反而有下降趨勢。這說明在一定壓力和排量下磨料有一最佳濃度值和粒徑值。根據(jù)實驗結(jié)果, 最佳濃度范圍為6 % 8 % , 適用濃度4 % 10 % , 最佳粒 徑為0.4 0.6mm , 現(xiàn)場推 薦采用5 %8 % ,0.4 0.8mm的石英砂。 LDAYtRyKfE2.

8、3噴射工作液工作液選用具有一定攜砂能力、沿程阻力較小的液體, 并且要特別重視油層的保護(hù)工作。通過室內(nèi)實驗, 決定采用0.2 % 0.5 %HPG或 HPS , 粘度要求達(dá)到 20 40MPa·s 以上 , 以保證攜砂性能。推薦的施工配方 : 稠化劑 HPG 的濃度為 0.2 % 0.5 % 。防膨劑 KCl 的濃度為 1 % 2 %或 DTE濃度為 0.2 % 0.3 % , 根據(jù)不同情況可加入殺菌劑、破乳劑等。 Zzz6ZB2Ltk2.4噴射管柱強(qiáng)度校核噴槍位置的準(zhǔn)確程度對于噴砂射孔是至關(guān)重要的, 同時由于管柱承受較高的內(nèi)壓, 管柱強(qiáng)度的校核是極為重要的。根據(jù)工藝過程,通過井筒溫度

9、場的計算、壓力場的計算、油管柱的受力分析、管柱的應(yīng)力計算等建立了一套適合噴砂射孔的高壓作業(yè)管柱設(shè)計分析方法。 dvzfvkwMI13 現(xiàn)場應(yīng)用2009 年 3 月 19 日，我機(jī)組對鎮(zhèn)98 井長 3 1，2053.5-2054.5m進(jìn)行了水力噴砂射孔作業(yè)。鎮(zhèn) 98 井位于甘肅省慶城縣土橋鄉(xiāng)，是鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的一口預(yù)探井。長 3 1 層為油水同層 <油層數(shù)據(jù)如下圖所示），故采用4 / 7個人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用水力噴砂射孔。 rqyn14ZNXI層井 段厚度電阻視孔隙度視水時差密度解釋率飽位<m）<m）(%>(us/m>(g/cm3>結(jié)果( m>(

10、%>2053.4-2.69.6616.9552.01236.082.41油水層2056.0長 32056.0-含油水3.96.9516.4463.42233.942.422059.9層在磨料的選擇方面，選用了0.425-0.85mm 的石英砂，真密度為2.64g/cm 2, 視密度為 1.62g/cm 2。EmxvxOtOco施工管柱為：堵頭 +眼管 +節(jié)箍 +單流閥 +噴射器 +2"7/8外加厚油管至井口。施工過程：1、作業(yè)隊技術(shù)員認(rèn)真檢查鉆具，用油管規(guī)對入井油管逐根進(jìn)行試通，合格后按 10-20m/min 的速度平穩(wěn)下完施工鉆具后由測井站校深，調(diào)整好鉆具位置，坐井口，聯(lián)結(jié)好

11、放噴管線。 SixE2yXPq52、備液前清洗儲液罐，按設(shè)計配制好合格的工作液體。3、擺好施工車輛及輔助車輛，聯(lián)接好地面管線油管注入系統(tǒng)試泵 45Mpa，無刺漏。4、用活性水正循環(huán)灌滿井筒，套管返水，泵壓正常后換液施工<泵注程序如下） 。工作注入液量油管注液加砂量含砂濃度液氮排泵注時液性排量m 3砂比 %量內(nèi)容3KgKg/ m3間 minm33m/minm/min低替活性水8.01.08.0基液2.01.02.0噴砂基液10.01.812960.81207.45.8基液20.02.027861.71408.610.5射孔基液15.02.223981.51609.97.2頂替基液8.02.

12、04.0水力噴射后，關(guān)閉環(huán)空蹩開地層，若壓力超過30MPa，則先泵注33m酸液降壓；若破壓較低，壓開地層后把酸液全部擠入地層，酸液排量控制在0.5m3/min 以下。5、停泵后，用活性水 +基液 40m3正循環(huán)沖砂，然后抽汲。5 / 7個人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用施工結(jié)果：2009 年 3 月 21 日至 3 月 30 日對該井長 31：2053.5-2054.5m 壓裂后抽汲求產(chǎn)，抽深 2050m，動液面 1950-2000m，日產(chǎn)油為 0t ，日產(chǎn)水 4.9 m3 。與其他該層位非水力噴砂射孔井相比，產(chǎn)量有較大提高。 6ewMyirQFL4 存在的問題水力噴射施工過程中，施工管柱內(nèi)外的溫度和壓

13、力都會隨著施工色進(jìn)行發(fā)生較大變化，溫度降低必然導(dǎo)致油管的收縮，油管內(nèi)壓力則可引起其膨脹并使管柱縮短，這些變化將引起油管的伸縮，從而影響噴嘴定位的準(zhǔn)確性，但是考慮到水力噴射階段嘴噴射位置，實現(xiàn)準(zhǔn)確噴射對薄互層改造尤為必要。kavU42VRUs5 結(jié)論(1> 水力噴砂射孔對于油氣井增產(chǎn)及壓裂改造是一項重要的支撐技術(shù) , 可以作為直接改造措施和壓裂工作的預(yù)處理, 能夠有效降低地層破裂壓力和生產(chǎn)壓差。特別適用于由于固井質(zhì)量不好及鄰近水層等原因無法進(jìn)行壓裂酸化增產(chǎn)措施的井。y6v3ALoS89(2> 噴砂射孔對于小薄層、薄互層可以起到射孔和解堵的雙重目的 , 射孔精度控制在0.1 m 的范圍

14、內(nèi)。(3> 通過現(xiàn)場實驗 , 形成了一套噴砂射孔現(xiàn)場方案的設(shè)計方法,可以根據(jù)不同的油氣井身結(jié)構(gòu)、噴射層位參數(shù)、噴射工具, 設(shè)計噴射過程的施工排量、預(yù)測施工過程的壓力及噴射深度, 優(yōu)化施工時間。 M2ub6vSTnP6 / 7個人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用(4> 水力噴射是一新型的射孔和初步改造儲層的工藝方式，目前技術(shù)狀況下可以達(dá)到溝通油氣層和制造一定深度裂縫的工程效果：0YujCfmUCw(5> 相對于壓裂，水力噴射射孔溝通范圍有限，滲流半徑較小，同時考慮到施T 時溫度壓力對油管的影響，水力噴射射孔噴嘴的準(zhǔn)確定位技術(shù)有待解決，一定程度上影響了改造效果：eUts8ZQVRd(6> 水力噴射射孔不導(dǎo)致裂縫的上下延伸，不會溝通上下產(chǎn)層，對儲層物性較好，泄流面積大的底水、氣頂?shù)葟?fù)雜油氣藏較為適合，具有較強(qiáng)的開采針對性和增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)效果：sQsAEJkW5T<7）水力噴射射孔沒有常規(guī)射孔的破