1、水力噴砂射孔工藝及在現場的應用前 言隨著低滲透油藏開發力度不斷加大 ,越來越多的儲量得到動用。但是由于儲層地質特征或井身結構不適宜直接進行水力壓裂或酸化改造 ,如對于固井質量不好、上下有水層、地層壓力過高而不能進行壓裂改造的極小薄層、薄互層等要求射孔位置精度較高的井 ,為了實現有效挖潛目的層 ,水力噴砂射孔是一種行之有效的技術手段。水力噴砂射孔是用地面壓裂車將混有一定濃度石英砂的水漿加壓，通過油管泵送至井下，水砂漿通過井下射孔工具的噴嘴噴射出高速射流，刺穿套管和近井地層，形成一定直徑和深度的射孔孔眼，水力噴砂射孔可以產生比常規射孔更大更深的射孔孔眼，高度可由地面調節，尤其是水力噴砂射孔可以避免

2、常規射孔產生的壓實帶，并且應力松弛帶動井筒裂縫的張開和孔隙度滲透率得到提高，同時孔跟不會上下延伸溝通水層，所以水力噴射具有很強的技術特色，對底水或者氣頂等特殊油藏改造尤為適宜。1工作原理及特點1.1 工作原理由動量-沖量定律可知 ,高壓泵將帶有磨料(通常是石英砂)的液體 ,從油管經特制的噴嘴將壓頭轉換為速度 ,即給液流中的砂粒以動量 ,該動量與套管、巖層或其他障礙物接觸時,動量的速度突然降為0 ,此時含砂射流以沖量做功 ,于是便產生了水力噴砂射孔技術。1.2 特點噴砂射孔與普通射孔相比具有以下特點:穿透深 ,對污染半徑小的儲層可以起到射孔、解堵的雙重目的;在孔眼周圍形成清潔通道 ,不會形成壓實

3、帶造成儲層傷害;射孔孔徑較大;可以根據不同的井身結構和層段有選擇地進行射孔。2噴砂射孔方案設計方法2.1 噴射參數的設計(1) 噴射排量。噴砂射孔過程首先需要確定最小的施工排量 ,確保噴射過程砂漿的順利排出。根據理論分析及現場經驗 ,應用密度2.65g/cm3的石英砂進行噴射施工，10%砂比順利返出 ,一般要求流速大于1.2 m/ s。在設計時首先需要根據井身結構確定最低施工排量 ,例如對于內徑 124.26 mm套管 ×外徑73 mm油管 ,要保證砂漿的順利返出 ,至少要求排量大于0.3m3/min ,現場一般采用0.5 m3/ min。(2) 噴射層位及噴槍個數。噴槍一般長度為3

4、540cm ,可以根據地質要求及油層厚度確定下入噴槍的位置及個數。一般來講，排量1.0m3/min ,對于噴嘴直徑3.8m左右的工具可以保證8孔孔眼壓差20MPa。例如,對于3000 m以內的油井 ,在地面設備許可的條件下排量達到3.0 m3/min ,可以下入8只噴槍 ,共24孔。根據試驗及理論分析 ,水力噴砂射孔過程的噴射時間、噴射深度及壓力之間存在如下關系:V0=240Q/nd2 (1)Lmax=6.4dV0/(Vth+VP) (2)t = 2.535 × 105×H6.4dV0/(2.18H +VP)2ln6.4 dV0/6.4 dV02(2.184H+VP)L-L

5、/(2.184H+VP) (3)Lt = 0Lt = Lmax式中: Q 為噴射排量 ,m3/min ; n 為噴嘴孔數 ,個; d為噴嘴直徑 ,mm; Cd為孔眼流量系數; V0為噴射速度 ,m/s ;Lmax為最大噴射深度 ,mm; Vth為臨界噴射速度 ,m/s ;Vp為在噴射孔由于回流導致的速度損失 ,m/s;H為材料的洛氏硬度; t 為噴射時間,s。對于上述方程可以采取數值方法求解 ,為方便預測有關參數 ,列出了不同材料的硬度及臨界噴射速度(表1)。表1不同材料的硬度及臨界噴射速材料名稱硬度(洛氏硬度)臨界噴射速度/ (m/ s)碳化鎢9363.2J55不銹鋼2013.3石英巖191

6、2.6頁巖(含硅)1711.3砂巖(含鐵)頁巖(白云巖)149.3大理石(鈣質)117.3大理石(含硅)85.3砂巖(瀝青質)64.0頁巖(瀝青質)32.0根據上述方法計算 ,孔眼壓差在20MPa時,對于含鐵砂巖噴射時間在2030min液體利用率最高。2.2 磨料的選擇實驗表明 ,在一定壓力和排量下 ,射孔深度不隨磨料的濃度和磨料直徑的增加而增加 ,相反在磨料粒徑增加到一定程度時射孔深度反而有下降趨勢。這說明在一定壓力和排量下磨料有一最佳濃度值和粒徑值。根據實驗結果 ,最佳濃度范圍為6 %8 % ,適用濃度 4 %10 % ,最佳粒徑為 0.40.6 mm ,現場推薦采用5 %8 % ,0.4

7、0.8mm的石英砂。2.3 噴射工作液工作液選用具有一定攜砂能力、沿程阻力較小的液體 ,并且要特別重視油層的保護工作。通過室內實驗 ,決定采用 0.2 %0.5 %HPG或 HPS ,粘度要求達到 2040MPa·s 以上 ,以保證攜砂性能。推薦的施工配方:稠化劑 HPG的濃度為 0.2 %0.5 %;防膨劑KCl的濃度為 1 %2 %或DTE濃度為 0.2 %0.3 % ,根據不同情況可加入殺菌劑、破乳劑等。2.4 噴射管柱強度校核噴槍位置的準確程度對于噴砂射孔是至關重要的 ,同時由于管柱承受較高的內壓 ,管柱強度的校核是極為重要的。根據工藝過程 ,通過井筒溫度場的計算、壓力場的計

8、算、油管柱的受力分析、管柱的應力計算等建立了一套適合噴砂射孔的高壓作業管柱設計分析方法。3 現場應用2009年3月19日，我機組對鎮98井長3 1，2053.5-2054.5m進行了水力噴砂射孔作業。鎮98井位于甘肅省慶城縣土橋鄉，是鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的一口預探井。長3 1層為油水同層（油層數據如下圖所示），故采用水力噴砂射孔。層位井 段（m）厚度（m）電阻率(m)視孔隙度(%)視水飽(%)時差(us/m)密度(g/cm3)解釋結果長32053.4-2056.02.69.6616.9552.01236.082.41油水層2056.0-2059.93.96.9516.4463.42233.94

9、2.42含油水層在磨料的選擇方面，選用了0.425-0.85mm的石英砂，真密度為2.64g/cm2,視密度為1.62g/cm2。施工管柱為：堵頭+眼管+節箍+單流閥+噴射器+2"7/8外加厚油管至井口。施工過程：1、作業隊技術員認真檢查鉆具，用油管規對入井油管逐根進行試通，合格后按10-20m/min的速度平穩下完施工鉆具后由測井站校深，調整好鉆具位置，坐井口，聯結好放噴管線。2、備液前清洗儲液罐，按設計配制好合格的工作液體。3、擺好施工車輛及輔助車輛，聯接好地面管線油管注入系統試泵45Mpa，無刺漏。4、用活性水正循環灌滿井筒，套管返水，泵壓正常后換液施工（泵注程序如下）。工作內

10、容液性注入液量m3油管注液排量m3/min加砂量含砂濃度Kg/ m3砂比%液氮排量m3/min泵注時間 minKgm3低替活性水8.0 1.0 8.0 基液2.0 1.0 2.0 噴砂射孔基液10.0 1.8 1296 0.8 120 7.4 5.8 基液20.0 2.0 2786 1.7 140 8.6 10.5 基液15.0 2.2 2398 1.5 160 9.9 7.2 頂替基液8.0 2.0 4.0 水力噴射后，關閉環空蹩開地層，若壓力超過30MPa，則先泵注3m3酸液降壓；若破壓較低，壓開地層后把酸液全部擠入地層，酸液排量控制在0.5m3/min以下。5、停泵后，用活性水+基液40

11、m3正循環沖砂，然后抽汲。施工結果：2009年3月21日至3月30日對該井長31：2053.5-2054.5m壓裂后抽汲求產，抽深2050m，動液面1950-2000m，日產油為0t，日產水4.9 m3。與其他該層位非水力噴砂射孔井相比，產量有較大提高。4 存在的問題水力噴射施工過程中，施工管柱內外的溫度和壓力都會隨著施工色進行發生較大變化，溫度降低必然導致油管的收縮，油管內壓力則可引起其膨脹并使管柱縮短，這些變化將引起油管的伸縮，從而 影響噴嘴定位的準確性，但是考慮到水力噴射階段嘴噴射位置，實現準確噴射對薄互層改造尤為必要。 5 結 論(1)水力噴砂射孔對于油氣井增產及壓裂改造是一項重要的支

12、撐技術 ,可以作為直接改造措施和壓裂工作的預處理 ,能夠有效降低地層破裂壓力和生產壓差。特別適用于由于固井質量不好及鄰近水層等原因無法進行壓裂酸化增產措施的井。(2)噴砂射孔對于小薄層、薄互層可以起到射孔和解堵的雙重目的 ,射孔精度控制在0.1 m的范圍內。(3)通過現場試驗 ,形成了一套噴砂射孔現場方案的設計方法 ,可以根據不同的油氣井身結構、噴射層位參數、噴射工具 ,設計噴射過程的施工排量、預測施工過程的壓力及噴射深度 ,優化施工時間。(4)水力噴射是一新型的射孔和初步改造儲層的工藝方式，目前技術狀況下可以達到溝通油氣層和制造一定深度裂縫的工程效果：(5)相對于壓裂，水力噴射射孔溝通范圍有限，滲流半徑較小，同時考慮到施T時溫度壓力對油管的影響，水力噴射射孔噴嘴的準確定位技術有待解決，一定程度上影響了改造效果： (6)水力噴射射孔不導致裂縫的上下延伸，不會溝通上下產層，對儲層物性較好，泄流面積大的底水、氣頂等復雜油氣藏較為適合