水力喷射深穿透压裂工艺在京59—15井应用

2015-10-17 20:07张鹏邢洪涛郭玉廷刘继超耿荣燕
关键词:环空喷枪射孔

张鹏 邢洪涛 郭玉廷 刘继超 耿荣燕

摘 要:水力喷射压裂是集水力喷射射孔、水力压裂为一体的新型压裂工艺,具有准确实施定点造缝,无须机械封隔,节省作业时间,减小作业风险等优势,近年在华北油田开始推广成熟,是目前冀中地区致密储层增产改造的重要工艺手段。

关键词:别古庄断块压裂;水力喷射

1 水力喷射压裂工艺简介

水力喷射压裂是一种通过同时实现水力封隔,喷枪定位射孔,以完成水力喷射射孔、环空压裂两个过程的新型联作技术。水力喷射压裂工艺使用两套泵压系统,同时向环空和油管中泵注压裂液,一次完成环空压和裂喷射射孔。该技术可以有选择地进行定向射孔,避免常规爆破射孔形成的压实伤害,同时可以形成更大的孔径,并可以增加孔道的穿深,非常适用于分段压裂。

水力喷射压裂原理。流体通过喷射工具时,油管中的高压势能被转换成流体喷射动能,产生高速高能流体冲击套管壁,击穿套管,破碎地层,形成射孔孔道。高速流体继续作用在射孔孔道末端,造成微裂纹,降低了射孔层起裂压力。同时随着喷射流体进入地层孔眼速度减弱,完成动能向势能的转换,射孔孔道末端压力升高,形成射流增压效果。同时,环空泵注持续增加环空套压,当射流增压和环空套压的叠加超过射孔层破裂压力时,射孔孔道端部地层开始破裂造缝,环空流体转换为喷射射流,进入射孔通道和裂缝,使孔眼端部裂缝得以持续延伸。压裂施工时控制环空压力低于地层起裂压力,未射孔地层达不到破裂条件,裂缝延伸控制在喷射孔孔道内,从而达到定点射孔,定位压裂的效果。

根据伯努利原理,喷嘴出口处射流速度最高,压力最低;随射流前进,受地层阻碍,其速度减少,压力增加。高速射流可在喷嘴处产生一个低压区域,其压力为井下流场中的最低值。受压差驱动,环空中注入的高压液体势必流向该低压区域,而不会“漏进”其他地层,达到“水力封隔”的效果。环空流体进入低压区后,在喷射流体高速黏滞作用下裹携入射孔孔道,维持裂缝扩展。水力喷射压裂工艺依靠高速射流形成的低压区,无须机械密封装置便可以实现密封作用,能够保证环空流体进入施工目的段,可以完成一趟管柱多段压裂。水力喷射工具主要由喷枪、喷嘴、单向阀、扶正器以及导向头等结构组成。

单向阀:流体正方向流动时,阀球与凡尔座圆锥面配合实现座封;反洗时,压裂液冲开阀球,实现解封并反向流动。该装置在施工时能很好的阻止流体向下流动,遇到砂堵意外时可以通过反洗井作业解堵。

扶正器:固定喷射工具处于井筒中心位置,避免偏磨过度影响施工。

导向头:引导喷射工具顺利下至目的层段。

喷枪:喷嘴的载体,起到稳定、连接、保护喷嘴的作用。

喷嘴:高压水力喷射射流发生装置,通过喷嘴内孔横截面的收缩,将高压水的压力能量聚集并转化为动能,以获得最大的射流冲击力,作用于井底岩石上进行破碎或切割。

多级压裂使用无滑套喷枪,滑套喷枪组合喷射压裂管柱,第一段无滑套喷枪施工结束,可依次投球,憋压打开喷枪滑套实现一趟管柱分段压裂。

2 水力喷射压裂工艺现场应用

2.1 京59-15井况及工艺对策

京59-15井于2000年11月份投产,日产油5.7t,不含水,生产层位Ⅱ34(1979.0-1989.4m)。2002年5月定见水,之后一直低产,累产油5296t,累产水5068方。2011年9月开始间开生产。该井对应注水井是京59-5井,吸水剖面显示Ⅱ3为主吸水层,但京59-15不见效。注水井京59-5井对应层位为主吸水层,这与生产实际不符。生产层渗透率不高,为17md,物性均一,适合进行压裂改造,同时1383.4-1389.6m处,底部为水层,需要严格控制裂缝高度,防止压窜水层。针对上述问题和工艺要求,对京59-15井采用水力喷射压裂技术进行改造,喷枪位置1981m,固定式喷枪安装6×Φ6mm的喷嘴,120°相位角组合(每层安装3个喷嘴,上下兩层的喷嘴相位60°),精确定位射孔压裂,压裂规模液量控制

200方,在提高前置液比例增大裂缝长度,抑制裂缝高度,对Ⅱ34层补孔和压裂造缝双管齐下,提高产层导流能力,增加产能。

2.2 水力喷射压裂施工情况

2015年4月12日,京59-15井水力喷射压裂施工开始。

①环空敞开,泵注滑溜水替除油管内容积。②投球,作封单流阀。油管排量稳定在2.5m3/min。混砂车开始加20/40目石英砂2方,砂比稳定6%,水力喷射射孔开始。停止加砂后,油管排量稳定在2.5m3/min,继续泵入21.7m3基液顶替油管内石英砂液射孔液。施工时压力维持在50MPa左右,泵压54MPa时,地层破裂。③降低油管排量到1.0m3/min,关闭套管阀门,油管泵注2.5m3/min泵注前置液,环空压力开始上升,环空开始泵入基液,环空排量为0.5m3/min,施工压力平稳,维持在54MPa左右,说明裂缝持续延伸,没有新裂缝开启达到定位压裂的效果。④油管排量2.50m3/min,泵入携砂液,环空持续泵入基液,环空排量为0.5m3/min,加砂压裂开始。泵压维持在50MPa左右,顺利加砂15m3。达到设计要求。

2.3 压后效果评价

4月24日,京59-15井压裂施工后,经过25天的排液生产,5月22日该井由改造前日产油1.1t,提高到日产油5.33t,水力喷射措施改造取得成功,增产效果显著。

3 结论

和常规压裂相比,水力喷射压裂工艺一套施工管柱可以实现射孔、压裂联作,多段压裂施工,工艺对油井套管质量要求低,可广泛适用于裸眼,筛管完井的井段,及套管变形井的低渗储层改造。该工艺完成加砂压裂同时还能解除近井地带堵塞,解除密实圈一举多得,避免压实污染对地层的伤害,取得更好的增产效果。工艺工具简便,作业时间段,风险小,近年在华北油田应用成熟,是目前冀中地区致密储层增产改造的重要工艺手段。

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