水力噴射深穿透壓裂工藝在京59—15井應用

張鵬 邢洪濤 郭玉廷 劉繼超 耿榮燕

摘 要：水力噴射壓裂是集水力噴射射孔、水力壓裂為一體的新型壓裂工藝，具有準確實施定點造縫，無須機械封隔，節省作業時間，減小作業風險等優勢，近年在華北油田開始推廣成熟，是目前冀中地區致密儲層增產改造的重要工藝手段。

關鍵詞：別古莊斷塊壓裂；水力噴射

1 水力噴射壓裂工藝簡介

水力噴射壓裂是一種通過同時實現水力封隔，噴槍定位射孔，以完成水力噴射射孔、環空壓裂兩個過程的新型聯作技術。水力噴射壓裂工藝使用兩套泵壓系統，同時向環空和油管中泵注壓裂液，一次完成環空壓和裂噴射射孔。該技術可以有選擇地進行定向射孔，避免常規爆破射孔形成的壓實傷害，同時可以形成更大的孔徑，并可以增加孔道的穿深，非常適用于分段壓裂。

水力噴射壓裂原理。流體通過噴射工具時，油管中的高壓勢能被轉換成流體噴射動能，產生高速高能流體沖擊套管壁，擊穿套管，破碎地層，形成射孔孔道。高速流體繼續作用在射孔孔道末端，造成微裂紋，降低了射孔層起裂壓力。同時隨著噴射流體進入地層孔眼速度減弱，完成動能向勢能的轉換，射孔孔道末端壓力升高，形成射流增壓效果。同時，環空泵注持續增加環空套壓，當射流增壓和環空套壓的疊加超過射孔層破裂壓力時，射孔孔道端部地層開始破裂造縫，環空流體轉換為噴射射流，進入射孔通道和裂縫，使孔眼端部裂縫得以持續延伸。壓裂施工時控制環空壓力低于地層起裂壓力，未射孔地層達不到破裂條件，裂縫延伸控制在噴射孔孔道內，從而達到定點射孔，定位壓裂的效果。

根據伯努利原理，噴嘴出口處射流速度最高，壓力最低；隨射流前進，受地層阻礙，其速度減少，壓力增加。高速射流可在噴嘴處產生一個低壓區域，其壓力為井下流場中的最低值。受壓差驅動，環空中注入的高壓液體勢必流向該低壓區域，而不會“漏進”其他地層，達到“水力封隔”的效果。環空流體進入低壓區后，在噴射流體高速黏滯作用下裹攜入射孔孔道，維持裂縫擴展。水力噴射壓裂工藝依靠高速射流形成的低壓區，無須機械密封裝置便可以實現密封作用，能夠保證環空流體進入施工目的段，可以完成一趟管柱多段壓裂。水力噴射工具主要由噴槍、噴嘴、單向閥、扶正器以及導向頭等結構組成。

單向閥：流體正方向流動時，閥球與凡爾座圓錐面配合實現座封；反洗時，壓裂液沖開閥球，實現解封并反向流動。該裝置在施工時能很好的阻止流體向下流動，遇到砂堵意外時可以通過反洗井作業解堵。

扶正器：固定噴射工具處于井筒中心位置，避免偏磨過度影響施工。

導向頭：引導噴射工具順利下至目的層段。

噴槍：噴嘴的載體，起到穩定、連接、保護噴嘴的作用。

噴嘴：高壓水力噴射射流發生裝置，通過噴嘴內孔橫截面的收縮，將高壓水的壓力能量聚集并轉化為動能，以獲得最大的射流沖擊力，作用于井底巖石上進行破碎或切割。

多級壓裂使用無滑套噴槍，滑套噴槍組合噴射壓裂管柱，第一段無滑套噴槍施工結束，可依次投球，憋壓打開噴槍滑套實現一趟管柱分段壓裂。

2 水力噴射壓裂工藝現場應用

2.1 京59-15井況及工藝對策

京59-15井于2000年11月份投產，日產油5.7t，不含水，生產層位Ⅱ34（1979.0-1989.4m）。2002年5月定見水，之后一直低產，累產油5296t，累產水5068方。2011年9月開始間開生產。該井對應注水井是京59-5井，吸水剖面顯示Ⅱ3為主吸水層，但京59-15不見效。注水井京59-5井對應層位為主吸水層，這與生產實際不符。生產層滲透率不高，為17md，物性均一，適合進行壓裂改造，同時1383.4-1389.6m處，底部為水層，需要嚴格控制裂縫高度，防止壓竄水層。針對上述問題和工藝要求，對京59-15井采用水力噴射壓裂技術進行改造，噴槍位置1981m，固定式噴槍安裝6×Φ6mm的噴嘴，120°相位角組合（每層安裝3個噴嘴，上下兩層的噴嘴相位60°），精確定位射孔壓裂，壓裂規模液量控制

200方，在提高前置液比例增大裂縫長度，抑制裂縫高度，對Ⅱ34層補孔和壓裂造縫雙管齊下，提高產層導流能力，增加產能。

2.2 水力噴射壓裂施工情況

2015年4月12日，京59-15井水力噴射壓裂施工開始。

①環空敞開，泵注滑溜水替除油管內容積。②投球，作封單流閥。油管排量穩定在2.5m3/min。混砂車開始加20/40目石英砂2方，砂比穩定6%，水力噴射射孔開始。停止加砂后，油管排量穩定在2.5m3/min，繼續泵入21.7m3基液頂替油管內石英砂液射孔液。施工時壓力維持在50MPa左右，泵壓54MPa時，地層破裂。③降低油管排量到1.0m3/min，關閉套管閥門，油管泵注2.5m3/min泵注前置液，環空壓力開始上升，環空開始泵入基液，環空排量為0.5m3/min，施工壓力平穩，維持在54MPa左右，說明裂縫持續延伸，沒有新裂縫開啟達到定位壓裂的效果。④油管排量2.50m3/min，泵入攜砂液，環空持續泵入基液，環空排量為0.5m3/min，加砂壓裂開始。泵壓維持在50MPa左右，順利加砂15m3。達到設計要求。

2.3 壓后效果評價

4月24日，京59-15井壓裂施工后，經過25天的排液生產，5月22日該井由改造前日產油1.1t，提高到日產油5.33t，水力噴射措施改造取得成功，增產效果顯著。

3 結論

和常規壓裂相比，水力噴射壓裂工藝一套施工管柱可以實現射孔、壓裂聯作，多段壓裂施工，工藝對油井套管質量要求低，可廣泛適用于裸眼，篩管完井的井段，及套管變形井的低滲儲層改造。該工藝完成加砂壓裂同時還能解除近井地帶堵塞，解除密實圈一舉多得，避免壓實污染對地層的傷害，取得更好的增產效果。工藝工具簡便，作業時間段，風險小，近年在華北油田應用成熟，是目前冀中地區致密儲層增產改造的重要工藝手段。