水力喷射深穿透压裂工艺在京59—15井应用

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。