200907-新型水力喷砂射孔技术交流(中海油)

中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所新型喷砂射孔辅助压裂技术中油集团钻井院江汉机械研究所2009.7中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所江汉机械研究所——创建于1964年，是中国石油天然气集团公司最早的直属研究院所之一，位于湖北省荆州市。——石油装备与技术开发——石油装备质量检测与监督——核心刊物《石油机械》杂志1、连续油管技术与装备2、高压水射流技术3、油田污水处理技术与装备4、油田杆管缺陷检测技术与装备5、金属材料表面处理技术中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所•国家认可石油机械检验实验室•国家油气田井口设备质检中心•集团公司石油机械质检中心•全国工业产品生产许可证审查部抽油设备审查部钻井悬吊工具审查部•集团公司授权设备监理机构中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所高压水射流技术的相关研究清水射流磨料射流一、水力深穿透射孔技术二、超短半径水平井技术三、水射流钻径向分支井技术四、连续管射流作业配套工具五、磨料射流钻孔技术六、水力喷砂深穿透射孔技术七、水射流辅助压裂技术八、水射流辅助连续管压裂围绕增产与提高采收率技术着眼于低压低产、低渗难动用问题注重与连续管技术的结合中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所辽河吴起水力深穿透技术应用近20口井中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所水力深穿透技术原理与基本组成通过地面调节泵压控制井下工具动作：泵——阀——执行机构动作一：冲头冲开套管，实现套管开窗动作二：喷管边钻进，形成深穿透射孔动作三：喷管回收动作四：冲头回收工具套管水泥环污染层目标层中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所高压泵：井口工作压力：60MPa额定流量：80L/min适用井况：5.5″或7″套管井最大井深：3000m最高温度：120℃穿透参数：穿透深度：～2.5m成孔孔径：20mm以上一次入井孔数：2～3个每一射孔所需液量：～8m3所需时间：～60minSLS114－15系统主要技术参数中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所采用水射流径向钻孔的方式，以较低的作业成本，有效提高油气井的单井日产量——改造储层增产；近井解堵增产（分支井规模）（射孔规模）对象特征作业目标技术方法1、有一定产能的常规油藏单井日产为邻井的3倍以上2、常规方法难以经济有效动用的特殊油藏（低渗特低渗等）有效增产，实现经济开发，合理动用3、能量衰竭、剩余储量难以开发，用常规措施无经济价值的老井改善连通性，沟通剩余储量（死油区），有效增产，恢复或提高产量多个20m长以上的径向分支井4、污染严重、近井污染与伤害深度较深的油水井有效解堵，延长作业有效期，恢复或提高产量//增加注入量、降低注入压力多个2～5m长的径向水平孔水射流钻径向分支井技术取得突破中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所1）每孔作业过程分三步实施：①导向器定位：用油管下入+定深、定向②套管开孔：连续管过油管钻孔③水射流钻孔：连续管过油管送进2）多孔作业：重复①～③3）主要特点：①分步实施简化工具，提高可靠性与成功率②自牵引喷嘴+连续管送进，延长钻孔距离设备构成原理与特点中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所试验目标：不仅适应软地层，更主要的是要适应国内油田3000m以内油井的作业，径向穿透20m已初步定型，确定了主要参数与结构美国购买台湾定制改进完善自牵引钻孔喷嘴的研究试验初步完成中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所套管钻孔研究试验取得成功中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所地面配套装备完成设计中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所中油股份公司“水平井复杂结构井开采配套技术研究”、“水平井低渗透改造重大攻关项目”（子课题）长庆“喷射配套工具研究”钻井院“水射流辅助连续管压裂技术基础试验研究”国家863项目“连续管技术与装备”（子课题）长庆“喷砂射孔与起裂地面模拟试验”高寿命喷射器，适应射孔压裂多种工艺新型喷砂射孔技术充分研究依托的主要项目中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所喷砂射孔技术发展过程水力喷砂射孔技术早期应用：五六十年代或更早，喷嘴寿命短、应用不广泛九十年代的发展：提高射孔深度，适应水平井、低渗油田开发2002年以来的新发展：水力喷射压裂，喷砂射孔与压裂连作新型喷砂射孔技术的主要进步喷嘴寿命大幅提高：喷嘴材质、结构施工参数优化：喷嘴直径、数量、布置射流速度、排量与施工压力施工工艺发展：射孔/定向射孔/辅助压裂/压裂连作/喷射压裂应用领域拓宽：直井、大斜度井、水平井油井、气井、水井常规地层、低渗超低渗地层中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所1、深穿透射孔，解除近井带堵塞射孔解堵：双层套管井、特厚水泥环或深度污染地层定向射孔：水平井、定向井、裂缝性地层特殊场合射孔：深井超深井、高温高压井的射孔2、辅助压裂压裂预处理：降低破裂压力和孔眼摩阻喷砂射孔与压裂连作：高寿命喷嘴适应压裂液冲蚀连续油管压裂（连作）3、水力喷射压裂不需机械封隔实现分段、分层压裂，特别适应水平井、大斜度井的改造，在垂直井内的应用也日渐增多连续管水力喷射压裂：进一步降低气井、水平井作业成本，提高安全性新型水力喷砂射孔主要应用中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所水力喷射压裂基本过程射孔、压裂、隔离一体化，无须机械封隔可实现分段、分层作业中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所Halliburton的机理理论中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所Halliburton的机理理论中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所水力喷射压裂国内外现状国外自2002年起进入工业应用初期以裸眼水平井分段改造为主，后期垂直井的应用增多目前已作业数百口，主要用于酸化压裂、支撑剂压裂一次下井后，一个工作日可完成5-8段的分段作业国内的应用主要在长庆油田从2005年引进国外技术开始，到2008完成40多口水平井的分段压裂和近10口直井的分层压裂，全部为支撑剂压裂一次下井最多作业三段，每段加砂量15-30m3，压裂过程油管排量1.6-2.4m3/min，环控泵注量0.5-0.8m3/min中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所国外：1998水力喷射压裂技术发明投入应用——2002开始规模应用，使用连续管占18/62——2004与连续管结合形成水力喷射环空压裂技术——2005应用超过130口井（其中，环空压裂45口）包括酸化压裂、支撑剂压裂、组合压裂；涉及水平井、大斜度井和垂直井；在裸眼井、衬管完井井眼和套管井中均有应用。作业时可根据每一口井的情况，定制喷射工具参数与作业参数结合连续管的两种方式——2-3/8～2-7/8″连续管：常规水力喷射压裂，油管为压裂液通道1.5～1.75″连续管：水力喷射环空压裂，环空为压裂液通道中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所国内：长庆2005开始引进国外公司水力喷射压裂作业服务，外方作业4口井，压裂18段；2006自主试验已进行6口井，21段;至2009初，作业50多口井区块井号层位水平段长m油层长度(m)钻遇率(%)压裂段数单段加砂量m3试排产量油，m3水，m3庄9庄平7长82500443.188.743031.80庄平12长82500395.579.16259.39.0庄40庄平3长63504147.929.643039.00吴420吴平3长61435398.391.643033.60井号压裂段数施工次数单段加砂M3油管排量m3/min套管排量m3/min试排结果m3/d产油产水吴平1井32301.80.7629.10吴平5井32301.8-2.00.7614.113.5吴平6井32301.80.76-0.830.90杏平7井32301.6-1.80.559.963.54路平1井31151.8-1.90.6-0.713.515国内外技术发展现状中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所作业管柱为主流道，环空流量约为主流量的1/3环空加压实现小型压裂与瞬时关井测试2-7/8″油管作业典型作业实例SPE88589巴西海上油田，射孔衬管完井水平段1101m，垂深2015m，设计半缝长36.6m5段裂缝，加砂约20吨/缝，排量1.91m3/min，5个0.25″喷嘴增产：初产提高到6倍，466天后2.2倍裂缝转向中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所作业管柱为主流道，环空流量约为主流量的1/3环空加压实现小型压裂与瞬时关井测试2-7/8″油管作业典型作业实例——监控SPE88589巴西海上油田，射孔衬管完井水平段1101m，垂深2015m，设计半缝长36.6m5段裂缝，加砂约20吨/缝，排量1.91m3/min，5个0.25″喷嘴。增产：初产提高到6倍，466天后2.2倍2.3作业过程的监控中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所水力喷射压裂机理研究技术实质：一种水力射孔与压裂联作射流增压+环空加压——起裂、裂缝延伸射流增压作用=水力封隔，无须机械封隔，降低井底压力水力射孔的“尺寸效应+连通效果”，降低起裂压力环空开放，射孔过程环空加压，起裂、孔道冲刷，裂缝延伸中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所改进施工工艺的措施射孔阶段：使用更高的射流速度增加孔深、增大孔径环空开放+低砂比、石英砂磨损小，有利于提高速度压裂阶段：适当提高速度中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所工具研究配套与试验中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所不同规格的井下工具中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所水力喷砂射孔地面模拟试验模拟试验条件：模拟长6地层，较致密喷嘴直径6.35mm，2-6喷嘴射流速度158-180m/s，压力20-30MPa中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所靶号时间min最高泵压MPa孔深mm115191052202012031631164射流速度158-180m/s泵压20-30MPa中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所起裂后，射孔深度成倍增长孔道不闭合，可保持连通靶号最高泵压MPa孔的方位孔深932.1NW354SW268S279SE290NE230中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所-40-20020406080100120140160507090110130150170190210230速度（m/s）深度（mm）1:11:21:3砂岩灰岩多项式(1:3)多项式(砂岩)多项式(1:2)多项式(1:1)多项式(灰岩)02040608010012014016005101520253035喷嘴压降（MPa）射孔深度（mm）1:1水泥石1:2水泥石1:3水泥石排量对射孔深度的影响y=2E-06x3-0.0019x2+0.561x+31.331404550556065707580859095306090120150180210240270排量（L/min）射孔深度（mm）时间与深度01002003004005000510152025喷射时间（min）深度（mm）22MPa29MPa砂岩29MPa射孔深度主要影响因素研究喷射速度增加，喷射深度线性增加（喷嘴压降增加，射孔深度明显增大）喷嘴直径（排量）越大，穿透深度越深（喷嘴压降不变，大直径-大排量）15分钟内，深度随喷射时间显著增加，此后影响变缓射流速度喷射时间排量喷嘴直径喷嘴压降中国石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所双层套管喷射试验实验参数：磨料浓度：15％磨料种类：石英砂磨料粒径：0.1～0.3mm喷射压力：38MPa喷射时间：5min喷嘴直径：2.5mm套管规格：内层5.5寸/壁厚7.72mm/N80外层9.625/壁厚8.94mm/N8060.1mm王斜12-3井套管规格：内层177.8*9.19，外层244.5*8.94双层需穿透间距=42.5mm中国石油集团钻井工程技术研究院江汉