2011水力喷砂射孔压裂联作技术研究与应用.ppt

黄中伟黄中伟中国石油大学中国石油大学(北京北京)油气资源与探测国家重点实验室油气资源与探测国家重点实验室石油工程教育部重点实验室石油工程教育部重点实验室CNPCCNPC钻井重点实验室高压水射流研究室钻井重点实验室高压水射流研究室 水平井水力喷射分段压裂技术研究与应用水平井水力喷射分段压裂技术研究与应用技术交流技术交流2011 前言前言一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射压裂工具设计研制二、水力喷射压裂工具设计研制三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用四、应用推广和社会经济效益四、应用推广和社会经济效益五、知识产权情况与查新报告五、知识产权情况与查新报告六、结论与展望六、结论与展望提提 纲纲水力喷射分段压裂是射孔、压裂、隔离一体化增产措施水力喷射分段压裂是射孔、压裂、隔离一体化增产措施 压裂改造是压裂改造是低渗低渗油气井增产主要措施油气井增产主要措施 美美国约国约40%40%油井、油井、70%70%新气井压裂投产新气井压裂投产 直井分层水平井分段压裂是发展趋势直井分层水平井分段压裂是发展趋势 19981998年，年，SurjaatmadjaSurjaatmadja提出水力喷射提出水力喷射压裂方法，并应用于水平井压裂压裂方法，并应用于水平井压裂（1 1）机械分段压裂）机械分段压裂（2 2）限流法分段压裂）限流法分段压裂（3 3）砂塞或液胶塞）砂塞或液胶塞（4 4）投球法）投球法 水力喷射分段压裂(MHJF)是集射孔、压裂、隔离一体化新型增产措施，无需封隔器、一趟管柱多段压裂,提高效率和安全性，减少施工风险、降低伤害和成本前前 言言压裂液压裂液喷射压裂工喷射压裂工具具喷砂射孔参喷砂射孔参数效率数效率喷射起裂及喷射起裂及水力封隔水力封隔 关键技术难点：关键技术难点：喷砂射孔参数及效率喷射起裂、水力封隔喷射压裂工具（喷嘴）连连续续资资助助2008ZX05045-003国家重大专项示范专题大牛地气田连续分层压裂工艺技术研究2009ZX05009-04A国家油气重大专项专题水力射孔与分段压裂一体化改造增产技术42006AA06A106-05国家863计划课题连续管技术与装备-射流增产技术研究5350774089国家自然科学基金项目高压水射流喷射压裂机理研究62005AA615020国家863计划滚动课题高压水射流辅助定向压裂技术22002AA615090国家863计划课题高压水射流辅助水平井定向压裂研究1批准号批准号项目来源项目来源项目名称项目名称序号序号前前 言言1 1 水力喷射分段压裂机理水力喷射分段压裂机理 一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数 高压低压 高压：高速射流在孔内增压38MPa 低压：喷嘴出口局部低压区环空卷吸作用，强化封隔效果关键：控制喷射压力和环空压力排量 喷射排量和射流冲击力计算喷射排量和射流冲击力计算 管内流体压降损失计算管内流体压降损失计算 环空流体压降损失计算环空流体压降损失计算2 2 管内和环空水力参数计算管内和环空水力参数计算不同排量环空压耗与井深关系曲线不同排量环空压耗与井深关系曲线不同排量环空压耗与井深关系曲线不同排量环空压耗与井深关系曲线一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数调整排量，精确控制调整排量，精确控制Pv和和Pa3 3 孔眼内速度及压力分布孔眼内速度及压力分布-数值计算数值计算套管壁孔径套管壁孔径10mm、喷射压力、喷射压力40MPa孔眼最大直径孔眼最大直径100mm、孔深、孔深500mm 套管壁孔径套管壁孔径15mm、喷射压力、喷射压力45MPa孔眼最大直径孔眼最大直径100mm、孔深、孔深500mm一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数1.喷嘴直径在37mm、喷距在070mm内调节；2.模拟孔眼长度在600mm内有级调节，每级长度40mm，套管孔径1020mm3.测量孔眼壁面压力和轴心压力随喷嘴压力、排量、喷距、直径、围压等分布 4.模拟“环空加液、射孔裂缝渗流”物理过程。3 3 孔眼内速度及压力分布孔眼内速度及压力分布-室内实验室内实验 一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数4mm喷嘴在入口压力为25MPa时，不同围压下，相差4.720。4mm喷嘴在入口压力为30MPa时，不同围压下，相差4.320数模与物模对比数模与物模对比一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数3 3 孔眼内速度及压力分布孔眼内速度及压力分布-室内实验室内实验国家863计划支持，RFPA软件数值模拟改变射孔参数（孔眼直径、孔眼长度）、地应力（孔眼轴线和最大水平主应力夹角、垂直/水平应力比值）等条件起裂压力变化规律以及裂缝扩展情况一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数4 水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展（1）射孔参数（孔径、孔深、方向）对起裂影响）射孔参数（孔径、孔深、方向）对起裂影响-模拟计算模拟计算（1）射孔参数（孔径、孔深、方向）对起裂影响）射孔参数（孔径、孔深、方向）对起裂影响-模拟计算模拟计算孔径越大，起裂压力降低；孔径越大，起裂压力降低；射孔长度增大，裂缝延伸压力降低。射孔长度增大，裂缝延伸压力降低。射孔方向与射孔方向与H夹角的增大，起裂压力增加；夹角的增大，起裂压力增加；平行于平行于H方向射孔，破裂压力最低，有助于辅助压裂。方向射孔，破裂压力最低，有助于辅助压裂。4 水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数实验装置示意图实验装置示意图一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数（2）射孔参数（孔径、孔深、方向）对起裂影响）射孔参数（孔径、孔深、方向）对起裂影响室内实验室内实验4 水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 室内实验结果与数值模拟规律基本一致室内实验结果与数值模拟规律基本一致 起裂压力随孔径和孔深增加而降低起裂压力随孔径和孔深增加而降低 角由角由90900 0降到降到0 00 0 ，起裂压力由，起裂压力由30.2MPa30.2MPa降到降到25.8MPa,25.8MPa,降低降低14.5%14.5%一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数（2）射孔参数（孔径、孔深、方向）对起裂影响）射孔参数（孔径、孔深、方向）对起裂影响室内实验室内实验4 水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数（3）射孔参数（孔径、孔深、方向）对起裂影响）射孔参数（孔径、孔深、方向）对起裂影响地面实验地面实验4 水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 定向水力射孔容易实现射孔方向与H方向一致，降低破裂压力和裂缝延伸压力，控制裂缝在近井地带转向。在水射流中混入一定数量磨料微粒，在水射流中混入一定数量磨料微粒，可大幅度提高射流切割效率可大幅度提高射流切割效率 射孔深度射孔深度0.70.71.0m1.0m，压实带二次污，压实带二次污染小，染小，为压裂创造良好井下环境为压裂创造良好井下环境 国内国内60607070年代开始水力喷砂射孔，年代开始水力喷砂射孔，机理、参数、喷枪结构材质、工艺优化机理、参数、喷枪结构材质、工艺优化等方面研究较少等方面研究较少5 5 水力喷射射孔参数优化水力喷射射孔参数优化一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数 根据水动力学动量-冲量原理，固体颗粒受水载体加速，高速冲击套管和岩石，产生切割作用。一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数5 5 水力喷射射孔参数优化水力喷射射孔参数优化影影响响因因素素 流体参数流体参数 射流压力 喷嘴直径 喷嘴型式 射流功率 流速 流量 流体性质 射流反冲力 磨料参数磨料参数 磨料类型 磨料流量 磨料粒度 混合管直径 工况参数工况参数 进给速度 靶距（喷距）流道数 入喷射角 切割体积 切深或切宽 比能 靶件参数靶件参数 靶件强度 靶件硬度 靶件孔隙度 靶件渗透率1.1.压力压力2.2.排量排量3.3.磨料类型磨料类型4.4.磨料浓度磨料浓度5.5.磨料粒度磨料粒度6.6.岩性岩性7.7.围压围压8.8.时间时间实实验验参参数数一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数5 5 水力喷射射孔参数优化水力喷射射孔参数优化实验装置与方法实验装置与方法高压泵组高压泵组磨料射流实验装置磨料射流实验装置磨料加砂系统磨料加砂系统磨料加砂系统磨料加砂系统喷嘴喷嘴岩样岩样一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数5 5 水力喷射射孔参数优化水力喷射射孔参数优化0.4-0.6mm压压力力影影响响排排量量影影响响磨磨料料类类型型影影响响磨磨料料粒粒度度影影响响一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数5 5 水力喷射射孔参数优化水力喷射射孔参数优化1530min磨磨料料浓浓度度影影响响喷喷射射时时间间影影响响岩岩性性影影响响一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数5 5 水力喷射射孔参数优化水力喷射射孔参数优化磨料射孔和炮弹射孔对比射穿双层/三层套管一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数5 5 水力喷射射孔参数优化水力喷射射孔参数优化一、水力喷射分段压裂机理与参数一、水力喷射分段压裂机理与参数 最优喷嘴压降：2835MPa 磨料粒度选择：2040目石英砂 最优磨料体积浓度：68%最优喷砂射孔时间：1015min已登记国家计算机软件著作权已完成石油天然气行业标准石油天然气行业标准建议稿5 5 水力喷射射孔参数优化水力喷射射孔参数优化二、水力喷射压裂工具设计研制二、水力喷射压裂工具设计研制1 1 喷射压裂工具整体方案设计喷射压裂工具整体方案设计2 2 滑套设计研制滑套设计研制 （1）滑套结构设计、材料优选（2）各级滑套与喷枪体滑动密封3 3 喷枪喷嘴及防溅体设计研制喷枪喷嘴及防溅体设计研制 （1）喷枪本体结构设计研制（2）喷嘴结构设计、材料与布置（3）防溅体参数设计与加工4 4 单向阀、扶正器、多孔管等附件单向阀、扶正器、多孔管等附件5 5 二四级滑套销钉连接方案设计二四级滑套销钉连接方案设计 （1）滑套和喷枪销钉连接方案设计（2）销钉材料优选及加工二、水力喷射压裂工具设计研制二、水力喷射压裂工具设计研制喷射压裂工具整体方案设计喷射压裂工具整体方案设计二、水力喷射压裂工具设计研制二、水力喷射压裂工具设计研制滑套方案设计滑套方案设计5 5 套管四级喷枪套管四级喷枪第一级滑套内径第一级滑套内径50mm第二级滑套内径第二级滑套内径45mm第三级滑套内径第三级滑套内径40mm第四级喷枪无滑套第四级喷枪无滑套使用后滑套基本无磨损使用后滑套基本无磨损水力喷射分段压裂工具水力喷射分段压裂工具5 5 套管八级喷枪套管八级喷枪名称名称第七第七级级第六第六级级第五第五级级第四第四级级第三第三级级第二第二级级第一第一级级单单向向阀阀内孔内孔60型滑套5046423834302622低密度钢球2.02.65549-4845-4441-4037-3633-3229-2825滑套工具尺寸滑套工具尺寸二、水力喷射压裂工具设计研制二、水力喷射压裂工具设计研制二、水力喷射压裂工具设计研制二、水力喷射压裂工具设计研制名称第九级滑套内孔第八级滑套内孔第七级滑套内孔第六级滑套内孔第五级滑套内孔第四级滑套内孔第三级滑套内孔第二级滑套内孔第一级滑套内孔单向阀内孔60型滑套5047 44 41 38 35 32292622钢球55494643 403734312825滑套工具尺寸p5 套管不动管柱10段加砂压裂工具已加工完毕喷枪结构及滑套材质改进提高硬质合金销钉剪切力提高改进喷射器本体二、水力喷射压裂工具设计研制二、水力喷射压裂工具设计研制适用于495/8套管，6000m井深材料和处理：喷嘴工作寿命6h以上地面泵压力：4090MPa，排量：1.04.5m3/min施工层段数：110层，单层最大加砂量：50m3拖动式喷射器滑套式喷射器连连续续油油管管+安安全全接接头头+喷喷枪枪+小小直直径胀封式封隔器径胀封式封隔器+扶正器扶正器+导向头导向头封隔器外径封隔器外径96mm，35 MPa下下反反复复胀胀封封10次次，外外径径扩扩大大到到114mm水水力力喷喷砂砂射射孔孔，环环空空携携砂砂液液+喷喷枪喷射基液枪喷射基液停泵、拖动停泵、拖动水力喷射分段压裂工具水力喷射分段压裂工具连续油管环空压裂连续油管环空压裂(CTAF)(CTAF)二、水力喷射压裂工具设计研制二、水力喷射压裂工具设计研制施施工工工工艺艺与与参参数数1.1.工具入井定位工具入井定位2.2.油管内加压，射孔油管内加压，射孔3.3.维持喷嘴压降、环空加压，维持喷嘴压降、环空加压，孔内起裂、裂缝延伸孔内起裂、裂缝延伸4.4.第二段裂缝射孔、压裂第二段裂缝射孔、压裂5.5.重复重复4 4，完成多段压裂，完成多段压裂自主工具工艺完成自主工具工艺完成近百近百井次现场试验井次现场试验井型：井型：直井、水平井、定向井，油井、气井直井、水平井、定向井，油井、气井完井：完井：套管射孔、割缝筛管、裸眼套管射孔、割缝筛管、裸眼管柱：管柱：油管、连续管，拖动管柱与滑套不动管柱油管、连续管，拖动管柱与滑套不动管柱自主：自主：参数软件、井下工具、工艺设计参数软件、井下工具、工艺设计三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用工艺设计与现场试验工艺设计与现场试验 BQ110井深2250m，2007年7月27日首次应用2连续管水力喷砂逐层压裂、一天成功连续压裂3层。试验层位1105m延续到749m，3层共加入陶粒30.32 m3，单层喷压时间12h，工具寿命达6h，作业跨度达到365m。施 工 前 产 气 量 0，施 工 后 产 气 量8,000m3/d，稳产1年以上。直井分层压裂现场试验直井分层压裂现场试验BQ110BQ110井井三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用 GA002-H9垂深1700m，水平段500m，用2 7/8”油管拖动喷射压裂2段，填砂50 m3，工具寿命达h，日产气由8,000m3/d 增加至70,000m3/d。自主工具和工艺试验取得成功，压裂增产效果显著。水平井拖动管柱现场试验水平井拖动管柱现场试验GA002-H9GA002-H9井井三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用衬管裸眼完井水平井喷射分段压裂衬管裸眼完井水平井喷射分段压裂XS311HXS311H井井 气体/液体欠平衡钻井、139.7mm衬管完井 完钻井深3010m，垂深2480m，水平段长385m 层位：JS31孔隙度13.6%、渗透率0.25md AB新沙新沙311H311H、类储量类储量三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用采用投球滑套工具，不动管柱常规油管水力喷射分段压裂技术8h完成三段压裂，衬管完井（裸眼）水平井首次试验成功。分别完成40m3、30m3、30m3陶粒的施工，油管排量3.03.3m3/min，最高砂浓度700kg/m3，泵压6576MPa，环空排量0.91.5m3/min。完井仅0.3104m3/d，压裂后测试天然气无阻流量16.1104m3/d，增产倍比达到50倍以上，高于邻井单层压裂11.4104m3/d的平均水平。衬管裸眼完井水平井喷射分段压裂衬管裸眼完井水平井喷射分段压裂XS311HXS311H井井 三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用常规钻井、套管完井，完钻井深2940.0 m，JS21难动用储量。投球滑套工具完成不动管柱水力喷射分3段压裂(2525-2527m、2695-2697m、2880-2882m)，规模120m3（分别为40m3、30m3、50m3）。完井仅0.2104m3/d，压裂后测试在油压17.5MPa、套压18.7MPa下配产3.2104m3/d，获天然气无阻流量4.3104m3/d，增产倍比达到22倍以上，是邻井直井单层压裂效果的2.0倍。套管完井水平井喷射分段压裂套管完井水平井喷射分段压裂XS21-1HXS21-1H井井套管完井,由于井筒条件较差，封隔器分层压裂3次未能顺利座封。改造目的层为JS21、JS22、JS23层,不动管柱常规油管水力喷射分3段压裂,喷枪位置：2656m、2581m、2415m,分别完成40m3、30m3、35m3陶粒的施工在井口8.5MPa下测试天然气产量6.1104m3/d三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用套管完井水平井喷射分段压裂套管完井水平井喷射分段压裂CX601-2HCX601-2H井井X5-4-PB092井1960m,水平段746m,施工前产液11t/d，油油2t/d2t/d，含水84.3%。2009年7月滑套水力喷射加砂压裂三层，加砂120m3,油油8 814t/d14t/d，是压裂施工前的47倍,含水降为45%。微地震监测,三段裂缝走向明显,均垂直裂缝,长50-101m,高14-29m.套管完井水平井喷射分段压裂套管完井水平井喷射分段压裂X5-4-PB092X5-4-PB092井井 三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用大庆Z66-P21井2205m，套管139.7mm，施工前产油4.5t/d四级喷枪压裂4 4段段：1538、1830、1951、2060m加砂量22323222108m108m3 3，产油8.5t/d8.5t/d，日增油4.0t4.0t5 5 套管完井水平井喷射套管完井水平井喷射4 4段段压裂压裂Z66-P21Z66-P21井井 三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用大庆杏13-55-平40井 1635m，套管139.7mm四级喷枪压裂5 5段段：1546.4、1466.4、1386.4、1306.4、1226.4m5 5 套管完井水平井喷射套管完井水平井喷射5 5段段压裂压裂杏杏13-55-13-55-平平4040井井 三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用套管完井水平井喷射分段压裂套管完井水平井喷射分段压裂W W92-92-P P2 2井井 W92-P2井深3584 m，水平段290 m，经两次酸化、两次补孔作业未见效果，产液0.81.5t/d，油油0.50.51.0t/d1.0t/d，含水40%58%。2009年8月5日水力喷射加砂压裂层（3496m），加陶粒砂20m3，重大突破。产液2530t/d，油油151516t/d16t/d，是压裂前15倍，含水降为30%。p3层套管完井目的层实施水力喷射压裂试验喷枪本体86mm420mm，扶正器外径92mm，安装66.0mm的喷嘴组合；在常规射孔难以有效穿透的情况下该技术提供了一种新的增产途径；图 压裂施工曲线图 井身结构及喷射工具管串结构示意图三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用开窗侧钻井、4套管完井，完钻井深3663.0 m，悬挂器深度3008.6m。2009.9.10完成水力喷射压裂1段施工(3565.8-3595.8m)，加陶粒26m3。压裂前无产量，压后自喷三天，含水95%，后转抽生产。44套管水平井水力喷射压裂套管水平井水力喷射压裂W13-C356W13-C356井井喷枪喷枪喷嘴喷嘴接箍接箍+变扣变扣三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用 ND7-9井井深1900m。气举、全井段酸化、常规压裂（加砂47.9m3）后无产量。2009年6月30日关井。关井前日产液0.78m3，日产油0.55t。对1480m、1503m层段拖动管柱喷射压裂，加入陶粒20.0m3和30.1m3，日产油14t。衬管直井动管柱现场试验衬管直井动管柱现场试验火成岩火成岩ND7-9ND7-9井井 三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用 NDP2井是吐哈三塘湖割缝管水平井，割缝管长596m。施工前产液不足 2.02.0 m m3 3/d/d。割缝管完井难以实施常规压裂。水力喷射分段加砂压裂，分别在2103-2105m2103-2105m、1989.6-1991.6m1989.6-1991.6m两层加陶粒18.1m18.1m3 3和17.8m17.8m3 3，日产油13-19m13-19m3 3，是压裂施工前6.56.5倍以上。割缝管完井水平井喷射分段压裂割缝管完井水平井喷射分段压裂NDP2NDP2、NP16-12NP16-12井井 三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用NP16-12压前日产液0.3m3，日产油0.1t。喷射压裂后日产液11.6m3，日产油9.7t，日增油9t以上，不含水。大邑7井为直井，井深5481m，喷射位置5410m喷砂阶段共用3.6m3，实际射孔时间24min，泵压稳定在63-64MPa，喷砂射孔顺利完成。深井喷砂射孔深井喷砂射孔现场试验现场试验西南油气田西南油气田三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用哈122H井为水平井，井深6996m，水平段587m，5寸套管完井四级喷枪压裂4段段：6880.48m、6858.47m、6837.37m、6819.54m 整个施工持续近11小时，四段酸压共加入胶凝酸240m3，施工泵压55-70MPa，施工油管排量2.5-2.6m3/min，套管排量0.8-1.0m3/min井下工具工作正常，保证了施工的连续性。深井水力喷射酸化压裂深井水力喷射酸化压裂4 4段段-塔里木油田塔里木油田三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用YM2-H26井不压井拖动喷射多段酸压现场试验 完钻井深6428.00m，垂深5897.70m，井温127.2 5”悬挂套管完井，长862m 水平段长564m4月14日4月18日，三级喷枪拖动共酸压七段，总注酸量618m3，喷砂9.4m3喷射酸压工具实物图喷射酸压工具实物图三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用施工压力及停泵压力分析实际油管排量2.602.64m3/min，套管排量0.801.10m3/min喷砂射孔油压：5465MPa喷射酸压油压：5868MPa，套压1927MPa酸压层段序号1234567停泵压力（MPa）21.322.413.615.213.816.214.8储层级别/压力降梯度（MPa/min）0.170.210.150.160.090.120.12各层段停泵压力不同，说明各层段形成了有效的人工裂缝 储层级别越高，停泵压力越低，与测井解释结果相吻合三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用 完钻井深:2245m 完钻垂深：1840m 水平段长：398m 压裂井段:1830-2205m 油层套管：51/2 压裂管柱：27/8 p水平井不动管柱8段加砂压裂AE3P21 三、水力喷射压裂工具设计研制三、水力喷射压裂工具设计研制图 井身结构及喷射工具管串结构示意图油管排量2.6-3.4 m3/min，套管排量0.5-1.0 m3/min，油管压力40-50MPa，套管压力12-20MPa单枪最大过砂量45m3，8层共加砂340m3，使用原胶液2800m3AE3P15:单段（66.0mm喷嘴）过砂量55+257 m3第一层第二层第三层第四层第五层第六层第七层第八层三、水力喷射压裂工具设计研制三、水力喷射压裂工具设计研制p水平井不动管柱8段加砂压裂AE3P21 煤层气井水力喷射压裂煤层气井水力喷射压裂H3-4-094H3-4-094井井 施工井段为施工井段为408.9416.5m/7.6m全部采用活性水作工作液（射孔液、全部采用活性水作工作液（射孔液、携砂液、前置液、顶替液）携砂液、前置液、顶替液）喷砂射孔支撑剂喷砂射孔支撑剂2.3+2.7方方喷砂射孔阶段，喷砂射孔阶段，3.95 m3/min地面泵地面泵压压47.8MPa压裂时（前置液阶段）油套排量分别压裂时（前置液阶段）油套排量分别为为3.95 m3/min和和 2.0m3/min，压力分别，压力分别为为51.3MPa和和28.5MPa三、现场施工工艺设计与应用三、现场施工工艺设计与应用油油 田田井井 次次 (次次)井井 段段 (m)单层砂量单层砂量(m3)井井 型型平均增产平均增产 (%)完井方式完井方式备注备注四川四川12241528953050H+V+X710%套管套管+衬管衬管(压裂完井压裂完井)6110521731050H+V+X540%套管套管+尾管尾管(压裂完井压裂完井)大庆大庆16153819112040H+V580%套管套管中原中原40284642001025H+V620%套管套管+筛管筛管吐哈吐哈30199023731518H+V550%筛管筛管辽河辽河12199038H+V540%筛管筛管华北华北45255030701824H+V630%套管裸眼套管裸眼青海青海102303237612H420%套管套管其它其它30合计合计202注：水平井注：水平井97口，直井口，直井78口，斜井口，斜井27口；油井口；油井174口，气井口，气井28口口四、应用推广和社会经济效益四、应用推广和社会经济效益水平井分段压裂方法对比水平井分段压裂方法对比序号序号分段压裂分段压裂优点优点缺点缺点1投球选择性压裂投球选择性压裂1、不压井，不动管柱、不压井，不动管柱2、现场施工方便、现场施工方便封堵效果差，不能有效对设计层位进封堵效果差，不能有效对设计层位进行最佳改造行最佳改造2 2填砂填砂+液体胶塞液体胶塞分段压裂分段压裂1 1、隔离可靠，施工相对简单、隔离可靠，施工相对简单2 2、可进行分段试油、可进行分段试油1 1、施工周期长、施工周期长2 2、只适应套管固井射孔完井、只适应套管固井射孔完井3 3双封隔器分段压裂双封隔器分段压裂1 1、可进行已施工层段和未施工层段、可进行已施工层段和未施工层段间的有效封隔间的有效封隔1 1、易砂卡封隔器造成井下事故、易砂卡封隔器造成井下事故2 2、不适合气井改造、不适合气井改造4 4桥塞封隔桥塞封隔分段压裂分段压裂1 1、各段之间隔离可靠，施工简单、各段之间隔离可靠，施工简单2 2、可进行分段试油、可进行分段试油1 1、只适应套管固井射孔完井、只适应套管固井射孔完井2 2、存在卡钻风险、存在卡钻风险5连续油管压裂连续油管压裂1、一趟钻具可进行多段压裂、一趟钻具可进行多段压裂2、适应不同完井方式、适应不同完井方式1、无法进行分段试油、无法进行分段试油2、施工排量调整变化困难、施工排量调整变化困难6遇水（油）封隔遇水（油）封隔器压裂器压裂1、中心管与环空无泄漏、中心管与环空无泄漏2、操作简便、操作简便膨胀时间相对较长膨胀时间相对较长7裸眼封隔器裸眼封隔器1、对各层段可进行有效封隔、对各层段可进行有效封隔2、改造效果相对较好、改造效果相对较好1、永久封隔，后续措施困难、永久封隔，后续措施困难2、无法进行分段试油、无法进行分段试油8不动管柱水力喷不动管柱水力喷砂射孔压裂联作砂射孔压裂联作1、操作简便、成功率较高、操作简便、成功率较高2、适合油气井的多段改造、适合油气井的多段改造不适用渗滤严重的井不适用渗滤严重的井四、应用推广和社会经济效益四、应用推广和社会经济效益863课课题题验验收收评评价价中中国国石石油油报报-吐吐哈哈中中国国石石化化新新闻闻网网-中中原原中中国国石石化化报报西西南南分分公公司司石石油油商商报报-四四川川四、应用推广和社会经济效益四、应用推广和社会经济效益 国际合作与交流国际合作与交流 美国美国IESIES公司公司Mr.Wayne Mr.Wayne HendersonHenderson水水力喷射压裂技力喷射压裂技术交流术交流美国美国OKLAHOMAOKLAHOMA大学大学ShahShah教授教授完井和增产技完井和增产技术交流术交流 在日本召开在日本召开第九届环太第九届环太平洋国际水平洋国际水射流会议上射流会议上作完井与增作完井与增产主题报告产主题报告 日本大学清日本大学清水诚二和彭水诚二和彭国义教授关国义教授关于高压水射于高压水射流与磨料射流与磨料射流技术交流流技术交流 四、应用推广和社会经济效益四、应用推广和社会经济效益 应用前景应用前景低渗透复杂油气藏高效开采技术低渗透复杂油气藏高效开采技术 煤层气高效改造增产开采技术煤层气高效改造增产开采技术 经济社会效益经济社会效益 减少施工风险、提高施工效率和安全性，效益显著减少施工风险、提高施工效率和安全性，效益显著 低渗、非常规和海洋难动用油气藏有效开采低渗、非常规和海洋难动用油气藏有效开采 丰富和发展了水力喷射压裂增产改造理论和技术丰富和发展了水力喷射压裂增产改造理论和技术 丰富磨料射流切割和射孔理论，拓宽水射流应用领域丰富磨料射流切割和射孔理论，拓宽水射流应用领域 海洋、海外复杂油气藏高效开采技术海洋、海外复杂油气藏高效开采技术 四、应用推广和社会经济效益四、应用推广和社会经济效益五、知识产权情况与查新报告五、知识产权情况与查新报告（1 1）发表论文）发表论文3737篇，国际会议报告篇，国际会议报告4 4篇，特邀报告篇，特邀报告1 1篇篇发表论文发表论文3838篇，篇，SCISCI、EIEI收录收录2121篇篇美国美国Petroleum Science and Technology中国中国Petroleum Science石油勘探与开石油勘探与开发发石油学报石油学报等刊物等刊物4 4次在次在SPE、美国水射流、美国水射流WJTA、环太平、环太平洋国际水射流洋国际水射流PRIC-WJT会议等报告会议等报告2009 2009 PRIC-WJTPRIC-WJT(日本日本)特邀报告特邀报告 完井工程完井工程高等学校教材，高等学校教材，20092009水力喷射压裂机理与技术水力喷射压裂机理与技术书稿书稿20102010起领先作用played a leading part独创性工作an original subject（2 2）国家发明专利）国家发明专利4 4项，计算机软件著作权登记项，计算机软件著作权登记4 4项项五、知识产权情况与查新报告五、知识产权情况与查新报告 发发明明专专利利软软件件登登记记（3 3）查新报告主要结论）查新报告主要结论五、知识产权情况与查新报告五、知识产权情况与查新报告 uu委托教育部科学技术情报查新站，共查阅委托教育部科学技术情报查新站，共查阅1982198220102010年年1010个国内数据库，个国内数据库，1950195020102010年年1010个国外数据库个国外数据库uu共检索到相关文献共检索到相关文献5050篇，密切相关文献篇，密切相关文献3 3篇，篇，一般相关文献一般相关文献9 9篇篇uu经分析对比，本课题研究内容系统、全面，经分析对比，本课题研究内容系统、全面，研究范围广研究范围广uu国内外未通过数值模拟和室内实验方法研国内外未通过数值模拟和室内实验方法研究水力喷砂射孔与分段压裂机理究水力喷砂射孔与分段压裂机理 uu未见相关文献报道投球滑套式水力喷砂射未见相关文献报道投球滑套式水力喷砂射孔压裂联作技术井下工具孔压裂联作技术井下工具 六、结论与展望六、结论与展望 运用数值模拟和实验研究手段，系统研究了水力喷砂射运用数值模拟和实验研究手段，系统研究了水力喷砂射孔压裂机理。首次开展了水力射孔孔内压力与速度分布规孔压裂机理。首次开展了水力射孔孔内压力与速度分布规律实验研究，揭示了射流孔内增压机理和水力封隔机理；律实验研究，揭示了射流孔内增压机理和水力封隔机理；首次开展了水力喷砂射孔参数影响规律实验研究，实验首次开展了水力喷砂射孔参数影响规律实验研究，实验揭示了揭示了8 8个关键参数对水力喷砂射孔效率的影响规律，得到个关键参数对水力喷砂射孔效率的影响规律，得到了喷砂射孔参数最优范围，为水力喷砂射孔参数优化设计了喷砂射孔参数最优范围，为水力喷砂射孔参数优化设计提供了依据；提供了依据；数值模拟和实验研究了射孔眼内射流压力和速度分布规数值模拟和实验研究了射孔眼内射流压力和速度分布规律，以及射孔孔径、孔深、孔眼轴线和最大水平主应力夹律，以及射孔孔径、孔深、孔眼轴线和最大水平主应力夹角对起裂压力的影响；角对起裂压力的影响；研制成功了拖动管柱和不动管柱投球滑套式水力喷砂射孔研制成功了拖动管柱和不动管柱投球滑套式水力喷砂射孔压裂联作井下工具，建立了动管柱和不动管柱施工工艺，成压裂联作井下工具，建立了动管柱和不动管柱施工工艺，成功应用于直井、水平井、定向井等不同完井方式的油气井压功应用于直井、水平井、定向井等不同完井方式的油气井压裂改造，增产效果显著；裂改造，增产效果显著；水力喷射分层压裂集射孔、压裂、分段一体化，无须机械水力喷射分层压裂集射孔、压裂、分段一体化，无须机械封隔，一趟管柱多段压裂，为低渗油气藏压裂改造提供了一封隔，一趟管柱多段压裂，为低渗油气藏压裂改造提供了一种新型增产措施，丰富和发展了高压水射流和水力喷射压裂种新型增产措施，丰富和发展了高压水射流和水力喷射压裂理论与技术。理论与技术。六、结论与展望六、结论与展望六、结论与展望六、结论与展望1、不动管柱式水力喷射压裂技术已完成6-8级压裂改造，并取得较理想增产效果，单级喷枪喷嘴过砂量取得突破；2、改进后的适用于5 套管完井的10级压裂工具已加工完毕，准备现场试验；3、三层套管完井目的层成功实施水力喷射压裂，进一步拓展了此技术的适用范围；4、研制设计连续油管环空加砂压裂工具，准备现场试验。