淺析水力噴射壓裂關鍵技術

王宗磊（中國石油長慶油田分公司，陜西　西安　　710201）

淺析水力噴射壓裂關鍵技術

王宗磊
（中國石油長慶油田分公司，陜西西安710201）

摘要：本文主要探討了水力噴射壓裂這一關鍵技術在低滲透油田探明儲量中的應用，重點分析了水力噴射壓裂的關鍵技術，分析了壓裂機理，工藝研究進展，并簡要的介紹了水力噴射壓裂裝置，以及在文章的最后簡要論述了技術特點。

關鍵詞：水力噴射壓裂；機理；研究進展；工具和裝置；技術特點

常規的水平井壓裂會帶來很多其他嚴重的負面影響。水力噴射壓裂思想的首次提出是由Surjaatmadja在1998年提出的，該方法能夠精準的在特定位置進行裂縫的制造，而且還能夠極大的縮短作業時間，減少作業風險。

一、水力噴射壓裂機理

通過能量守恒定律以及伯努利（Bernoulli）方程可知，攜砂液通過噴射工具和耐磨噴嘴，在這一過程中油管中本身具有的高壓能量可以被轉換成動能，巖石沖擊出孔就是靠被轉換成的動能產生的高速的攜砂液流體沖擊力，同時在這種高速沖擊力的作用下，可以在射流孔道前端破碎巖石或是將巖石制造出微裂縫，這樣就降低了地層巖石而引起的起裂壓力。除此之外，射出的高速液流可以在噴射通道中聚集，能夠形成一定的壓力，起到增壓的作用。然后，通過環空中泵人流體增加環空壓力，在噴射流體和環空壓力疊加到能夠超過破裂壓力的瞬間，能夠將射孔孔眼頂端處地層壓破，達到壓裂目的。因為在噴嘴出口的液流速度最大，因此可以根據伯努利方程，我們可以計算出，一旦形成了水力噴射裂縫，其壓力就是最低的。保障流體會被自動泵入裂隙，避免其流入到其他的地方。與此同時，在壓差的作用下，環空的流體也會被泵入到地層，能夠充分的擴展裂縫，得到較大的裂縫。水動力學原理在整個過程中是不可缺少的，幫助在不需要其他的措施進行封隔的條件下實現水力封閉。

二、水力噴射壓裂工藝研究進展

（一）水力噴射酸化壓裂技術。該技術通常被應用于地層上，也就是說只適用于在地層上形成小口，該技術的缺點是形成的增產液容易過早地與近井地層發生反應，從而對裂縫的延伸造成影響。水力噴射酸化壓裂技術將壓裂、酸化和擠酸等技術結合在一起，其工作原理是通過工作管柱將增產液運送到井底，并利用噴射裝置給予增產液較大的流速，同時結合其他氣體如CO來使噴射流體混合產生泡沫混合物，來沖擊井筒，當壓力足夠時則會使地層出現裂縫。但是這種方式需要多種化學試劑，同時操作復雜。

（二）水力噴射輔助壓裂技術。水力噴射是施工過程中進行壓裂的主要方式，他可以在施工的特定部位產生裂縫。在工程壓裂施工過程中存在著高壓差水力噴射，壓力能夠使壓裂液由工作管泵入以及通過噴射工具進入地層，而作用于地層，進而可以有效的完成裂縫的產生以及裂縫的擴展。水力噴射輔助壓裂技術環空壓力的維持主要是利用從環空中泵入的液體，而補充液體的損失需要大部分環空流體，使得僅剩余少部分的環空流體進入到了裂縫當中。和常規壓裂方式具有相似之處，水力噴射輔助壓裂工藝，是將前置液、壓裂液和沖洗液從上而下地注入油管內進行壓裂工作。

（三）水力噴射環空壓裂技術。水力噴射壓裂技術中的壓裂液通過噴嘴進行運行，強大的壓力對噴嘴的使用壽命有嚴重的影響。在進行壓裂工作中使用的工作管柱直徑有限，會導致總流量和體積的減少，進而一定程度上抑制了壓裂效果。水力噴射環空壓裂技術對該壓裂技術進行了改進，改為事先向油管中泵入流體完成二力水力射孔的過程，保證壓裂時油管內的流量維持較小的值，減小壓力，同時其油管柱還能夠起到靜管柱的作用，可以有效的對作業過程中射孔等進行實時的監控。使用該技術在保障足夠流量的前提下，可以有效的、或是適當的延長噴嘴的壽命。該技術的該井對小的產層段單獨壓裂或把長井段分為較小井段進行壓裂非常適用。對設備的保養和更換與其他設備有所不同，主要是在對油管進行清理的過程中，其靜液壓力不能超過破裂壓力梯度。

三、水力噴射壓裂裝置分析

（一）噴射工具分析。水力噴射壓力工藝中的主體是噴射工具，較為常用的有兩種，一是固定式；二是可調式。對構造而言兩者的不同是，前者的主體框架的兩側有多個噴嘴，高壓流體可以通過這些噴嘴噴出。另外就是回流裝置這一噴射裝置的關鍵部件之一，在回流裝置裝有滲透擋板，而其下部主要是圓球裝置。圓球能夠防止流體從底部流出，回流裝置的工作原理是水力噴射過程中，圓球停留在裝置底部，阻止液體流出。相反的，當高壓流體不經過工作油管注入井筒時，流體可通過此裝置回流出井筒。可調式噴射工具主要由射流工具、外壁面和內壁面組成。設有旋轉套筒，其可以沿著射流工具長度的方向在射流工具進行旋轉。工具上裝有一個或是多個壓裂孔眼，內壁面布置有圓孔，這樣當在工作的時候，可以保證在套筒在旋轉的過程中，保證流體的流出方向和流出方式。在實際的操作中，雖然是可調式噴射工具更加具有適應性，但是在綜合因素的前提下，一般是選用固定式噴射工具。

（二）油管。在進行水力噴射壓裂工藝過程中，最常用的是普通的油管。但在進行實際操作作業中，普通油管只能接單根，增加工作量也增加了作業時間，而且對井口的密封裝置要求也很高。針對這一問題只能考慮換用其他油管來解決。隨著技術的發展，連續油管的發展以及應用在很多領域已經得到了廣泛的重視和應用。由于連續油管能夠連接多根，在從一個壓裂井段位置移到下一個壓裂位置的過程中，可在環空液體循環的條件下安全快速完成，提高了工作效率。連續油管能夠起到靜管柱的作用，能夠迅速有效處理井底情況，例如在砂堵時快速清除多余的支撐劑，保障施工過程的順利進行。

四、水力噴射壓裂技術的特點

首先，具有較強的適應性；適合于篩管井和裸眼井，尤其適用于水平井的改造。其次，不適用于深井壓裂。第三，通過和其他技術的結合使用，可以效地解決井底壓裂液粘度過低和提前砂堵等問題。第四，不需要封隔器及橋塞等機械隔離工具，自身能夠實現段間自動封隔，降低了工具砂埋或砂卡的作業風險和施工成本。第五，施工時間短，增加了作業效率。第六，不會形成壓實帶污染。第七，可以定向射孔，進而可以將噴射工具準確下到設計造縫位置，而且還可以有效地控制起裂方向和裂縫延伸方向。

結語

對水力噴射壓裂關鍵技術加強理論研究，開發關鍵技術是發展的根本，在實踐中充分科學的利用新技術是技術成果的展現，也是技術發展的動力。技術的發展離不開基礎理論的支持和實踐研究及應用檢驗。在實際操作中要注重總結，注重水力噴射關鍵技術的提升。

參考文獻

[1]馬英喃.水力噴射壓裂技術在水平井中的應用探討[J].中國石油和化工標準與質量，2013（15）.

中圖分類號：TE357

文獻標識碼：A