水力噴射壓裂機理與技術研究進展

毛金金（中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業公司，陜西 西安 710000）

水力噴射壓裂機理與技術研究進展

毛金金
（中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶井下技術作業公司，陜西 西安 710000）

水力噴射壓裂是一種能夠有效對低滲透油藏壓裂帶來增產的重要途徑，它是首先通過射孔，然后再進行壓裂，最后形成隔離的一種系統性新型增長改造技術，主要對于水平井以及低滲透油藏直井較為適用。本文以水力噴射壓裂為研究對象，首先對其機理分別從射孔以及壓裂這兩個方面進行了分析，然后再從水力噴射壓裂技術的進展方面進行了探究。在現場工作中，工程成功的關鍵因素之一就是水力噴射壓裂技術的應用。因此本文通過對該項技術機理以及進展的研究，希望能夠對相關工作起到一定的幫助作用。

水力噴射壓裂；機理；研究進展

近年來，隨著經濟發展速度的不斷加快，社會以及市場對于石油的需求量與日俱增，對于油田的開發力度也大大提高。而在油田開發中，水力噴射壓裂技術對于水平井以及低滲透油藏直井來說，在其具體作業中起著非常重要的作用。它是將油套空泵入流體等技術與水力噴射、壓裂進行綜合的新型改造技術，在不用機械封隔的情況下能夠實現對指定位置進行裂縫的準確制造，不僅減少了工程作業的安全隱患，還對其作業時間進行了縮減。因此分析和研究水力噴射壓裂機理以及技術進展將具有重要的現實意義。

一、水力噴射壓裂的機理分析

（一）射孔機理分析

水力噴射壓裂技術分為射孔和壓裂兩種技術或過程，其中射孔的大概過程分為以下幾個程序：首先，在井下預定的位置，將磨料射流射孔裝置利用油管放入；其次，在水中混入一定量的磨料攪拌成固液流體，在地面上通過油管利用高壓泵將這種攪拌成的固液流體送往井下的噴嘴，使得磨料射流高速噴出。這樣就能完成對套管和巖石的切割工作，因為從井下噴嘴里面高速噴射出來的流體，其帶有顆粒能夠起到消磨以及沖蝕的作用。射孔技術具有以下幾個的優點：第一，對于常規炮彈射孔以及近井地帶污染的壓實帶起到了很有效的克服作用；第二，水力噴射壓裂中的射孔技術能夠形成一條清潔的油流通道，其能夠達到很好的解堵和射孔的效果。

在水力噴射射孔初期，套管表面會受到水流的直接垂直沖擊，這種水流中夾雜著大量的磨料，對套管的沖擊力很大，從而形成壓坑，該壓坑為唇形。當套管表面發生塑性變形的時候，就會在形成一種變層存在于壓表層（壓坑附近）中，從而逐漸形成凸起唇緣，這種凸起是由于一部分材料受到擠壓而在壓坑四周形成的。水力噴射射孔透過套管直接對近井地層巖石以及水泥環進行切割和沖蝕。

（二）壓裂機理分析

壓裂技術一般是在水利噴射射孔完成之后來進行工作。隨著射孔作業過程中高速流體的沖蝕作用，很多細微的裂縫會在其孔道頂端形成并顯現出來，而這些裂縫雖然很微小，但卻對地層的起裂壓力產生降低的作用。在噴射孔道內部繼續進行射流會促使增壓的形成，從而使得井底壓力小于于孔內的壓力。這種情況下，將環空關閉并對其進行加壓，使得地層破壞壓力小于孔內壓力，從而使得地層得以沿著孔道而壓裂開來。然后沿著孔道將噴射出來的壓裂液注入裂縫，從而起到支撐和填充裂縫的作用。下列公式為裂縫壓開的條件：

P破裂≤P空環+P增壓

當射流射入孔道，水力封隔作用會在這個增壓的過程中產生，而定點流入的壓裂液只能達到局部增壓的效果，從而不會讓那些已經存在的裂縫重新開裂，也不會引起新裂縫在井筒其他位置形成。通過作業管柱將壓裂液泵入，然后再射入孔道之中，此時壓裂液經過噴嘴很少會對其他部門產生注入的影響，而孔道高速射流能夠對封隔效果通過抽吸作用而達到進一步的強化。如此一來就能夠在沒有下封隔器的條件下完成分段壓裂，實現封隔。

二、水力噴射壓裂技術研究進展情況分析

（一）環空壓裂技術研究進展

環空壓裂技術過程：首先，射孔過程通過油管泵入流體進行并完成；其次，通過環空泵入全部的壓裂液，而油管內的壓裂液流量在壓裂的時候能夠保持為較小值，其油管柱就能夠達到靜管柱的效果。環空壓裂技術能夠對壓力狀況以及射孔作業進行實時監測，適用于單獨壓裂產層段以及壓裂那些由長井段分成的較小的井段。環空壓裂技術的優點是提高了壓裂液的流量并延長了噴嘴的壽命，其注意事項是在進行清洗的過程中，必須要保持破裂壓力梯度始終大于油管內的靜液壓力。

（二）輔助壓裂技術研究進展

水力噴射壓裂思想是由蘇亞阿瑪查在1998年首次提出來的，他通過室內試驗以及模擬數值對這種方法進行了可行性研究，最后應用于現場施工進行了實踐。而水力噴射作為輔助壓裂技術的主要方法，能夠到達在指定位置就能形成裂縫的效果，其中高壓差水力噴射貫穿于裂縫從產生到擴展再到發育的整個過程。在作業過程中，通過工作管柱泵入全部的壓裂液，然后再利用噴射工具對其進行注入從而在地層產生作用。環空壓力主要是通過泵入流體來進行制造和維持的，小部分流體填充了裂縫，而大部分則對液體的漏失進行了補充。

（三）酸化壓裂技術研究進展

酸化壓裂技術相比于常規的壓裂技術，它通過對幾種技術，即壓裂技術、酸化技術以及擠酸技術等的結合來進行作業。酸化壓裂通過管柱將增產液注入井底，然后由噴嘴實現高速噴射。從地面將氮或者二氧化碳泵入環空，然后注入井底，其通過與噴射流體的攪拌與混合能夠產生一種對井筒壁起到沖擊作用的泡沫混合物，這種混合物能夠增加孔洞的深度，當壓力充足時，裂縫就會出現。高質量的泡沫混合物能夠實現對裂縫的填充。酸化壓裂技術能夠縮短壓裂過程，并實現裂縫的有效延伸。

結語

本文通過對水力噴射壓裂機理與技術研究進展的分析與研究，對射孔技術機理以及壓裂技術機理有了一個深入的認識與了解。在此基礎上又對水力噴射壓裂技術的研究進展進行了探究，了解到輔助壓裂技術、環空壓裂技術以及酸化壓裂技術的研究進度以及發展情況，期望能夠為相關部門提供一定的參考價值。

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