连续油管压裂施工中喷射效果的研究及应用

连续油管压裂施工中喷射效果的研究及应用

张军峰1，隋明祥 2 ，杨阳 2

1.川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安 710018； 2.长庆油田分公司第十采油厂产能建设项目组，庆阳 745000

摘要：低渗透薄互层油气田是长庆油田分公司稳定发展的重要资源。采用常规压裂手段难以实现逐层改造，不能提高小层动用程度进而提高产量，为此连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术以其自身的技术优势，已经成为长庆油田第十采油厂大斜度井改造的重要方式。连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术通过定位器、封隔器等井下工具组合实现喷砂射孔、封隔器分层、套管大批量注入和连续油管精确定位，一趟管柱可完成多种作业，具有施工周期短、施工安全性高、压后全通径等优点。本文主要通过优化喷射液体体系和根据地层应力状况改变喷射介质以提高喷射孔效果，为大斜度井多级水力连续油管带底封拖动压裂工艺降本增效，并提供了新的工艺技术手段。

关键词：长庆油田；大斜度井；连续油管；射孔效果；分段压裂

前言

长庆油田第十采油厂地区储层致密、层系多、低孔、低渗，需要压裂改造后才能投产。目前，第十采油厂地区大斜度井主要是二开井身结构，采用连续油管喷砂射孔环空分段压裂技术代替了常规水力喷射分段压裂技术，降低了压后必须进行放喷，地层高压流体返出容易对入井工具本体造成损伤，并且多层数压裂有较大可能需二次更换钻具同样存在井控安全风险^［1］。

本文主要通过优化喷射液体体系和根据地层应力状况改变喷射介质以提高喷射孔效果，改变在喷射效果不佳的情况下，提高符合现场实际的优化改进措施，为大斜度井多级水力连续油管带底封拖动压裂工艺降本增效，并提供了新的技术手段。

1.连续油管压裂施工中喷射效果及原因分析

1.1 水力喷射技术背景

水力喷射工具由高硬度本体和耐磨喷嘴组成， 喷嘴数量和喷嘴直径根据实际情况可调整。水力喷射工具连接管柱下入到预定位置后，地面连接液压泵加压注入液体，液体在喷嘴节流作用下，产生高速、高压流体将套管、地层射穿，达到施工目的^［2］。

1.2 效果对比分析

对比分析长庆油田第十采油厂近三年来，同一区块，120口大斜度油井，不同井压裂层段(此文不分析地层原因的因素），水力喷射和连续油管水力喷射效果如表1。常规水力喷射一次破压成功率为95.3%，连续油管水力喷射的一次破压成功率只有68.8%。

表1 不同水力喷射后破压效率

由图1可以看出，白171-XXX井第一段连续油管水力喷射后，挤酸三次，都不能成功破压，排量提不到设计要求。

图1 白171-XXX井连续油管水力喷射孔后曲线图

1.3 影响喷射效果的原因分析

在同一井场，同一层位，施工排量相同，施工工艺相同出现破裂压力高，说明喷射效果不佳，导致破压过高。首先射孔是建立井筒与地层连接的先决条件，流体无法进入地层谈何破压，只有将套管、固井水泥环和部分地层射开，使压裂液能够以高压作用于地层，才能正常打开地层。如:白171-XXX井第一段在水力喷射结束后无法正常破压，分析原因施工显示破压压力上升快，停泵后无下降趋势，说明井筒是个“死胡同”无任何吸收，射孔时未能射开地层，施工压力无法作用在地层，因而无法打开地层。其次，决定水力射孔效率的因素主要有入井工具型号规格、喷咀直径个数、射孔砂数量、喷射排量、射孔压力与喷射液量等。在满足射孔效率最大化的条件下同时影响射孔质量的因素有套管型号、质量、规格，水泥环的厚度、储层岩石的致密程度等，以上任何一个环节出现问题都有可能影响射孔质量，进而影响压裂施工地层破压。由表2可以看出，由于喷射器连接管柱的结构不同造成：常规油管水力喷射从喷嘴的数量、喷嘴的直径，外径、长度、喷射砂量和喷射排量都要优于连续油管水力喷射。这也是在喷射过程中，喷射效果不佳的主要原因。

表2 射孔工具比较

2 优化改进对策及现场应用

2.1增加连续油管喷嘴数量和规格。

喷射器规格为4*4.5mm为上下4个喷嘴，90⁰相位角分布，间距为60mm，喷嘴直径4.5mm；喷射器规格为6*3.5mm为上下6个喷嘴，90⁰相位角分布，间距为60mm，喷嘴直径4.5mm^［3］；通过对以上两种喷枪流态模拟分析，射孔的速度达到200m/s，4孔喷枪喷砂射孔排量为0.68m³/min，压力为35-40MPa，6孔喷枪喷砂射孔排量为1.75m³/min，压力为50-56MPa；4孔喷枪喷砂排量小，压力低，需要的液体比6孔少。实验数据表明(见公式1)，当喷射速度达到 142 m/s 时，具有短时间内射开套管的能力。基于喷射效果考虑，白180-XXX井优化后设计变更为6*3.5mm。施工时破裂压裂为41.5MPa，达到良好的效果。

..............................(1)

式中：

V=射孔流速（m/s）

L=排量（m³/min）

Q=孔眼数（个）

a=孔眼直径（mm）

2.2喷射过程中增加砂量

连续油管水力喷射器由于结构限制，一般喷射砂量设计为1m³，为了完善射孔质量，提高破压效率，砂量增加为1.2m³。

2.3改变喷射过程的液体性能，

由于一般采用3000m-5500m的2”连续油管做施工管柱，内径小，管线长，连油的长度和内径是一定的，油管压力就只有和喷枪过流面积和液体磨阻有关系，而现在喷枪过流面积也是固定的，所以只有从液体性能去考虑。因些液体性能方面考虑是必须的。

2.4提前酸化处理

射孔前对目的层有充分的了解，对固井情况、测井情况进行充分的了解，对地层泥质含量进行确认。破压前进行酸洗孔眼，低替时加入1m³酸，确保破压成功。

2.5连续油管的长度对连续油管喷射效果的影响

连续油管长度越长，油管自身的摩阻越大，喷射时油管压力越高。当前压裂施工时，油管限压55MPa。喷射结束后，破压后，由于油管压力高，很难达到设计排量进行下一步施工，造成利用几小时，甚至几十个小时的提排量，打磨裂缝。解决这种情况，只能加酸或进行打段塞进行处理。造成了压裂成本的增加。一般连续油管的长度比井深多800m-1000m比较合适。

3 现场应用

2020年下半年至今在长庆油田第十采油厂现场试验35口井207段，一趟钻最多压裂段数12段。增加连续油管规格为6*3.5mm，增加喷射砂量为1.5m³，最高施工压力55MPa，最大施工排量为6m³/min,采用改进滑溜水的配比做为喷射的液体，最大可能降低了由于连续油管结构造成的摩阻大的问题。并且在喷身后，正冲时，加入1m³酸后，有效提高了一次破压效率。并且这批实验井投产采油初期平均单井日产油达4t，平均单井累计产油700t。

4 结论

4.1通过优化连续油管工具的喷身器喷嘴数量、喷射液体体系和施工参数，以提高喷射孔效果。

4.2连续油管的长度与井深的关系也是影响施工进度和质量的不能忽视的重要因素。

4.3提高符合现场实际的连续油管优化改进措施，达到“精点喷射、精准布缝、多段压裂”，为大斜度井多级水力连续油管带底封拖动压裂工艺降本增效，并提供了新的技术手段。

4.4连续油管底封压裂工艺在水平段精细化改造方面具有明显优势，可缩短簇间距，增加改造段数，实现了一趟管柱多层压裂施工，缩短了施工周期，提高了经济效益，可以进一步推广应用。

参考文献：

［1］ 王腾飞，胥云，蒋建方，等 . 连续油管水力喷射环空压裂技术［J］. 天然气工业，2010，30（1）：65-67.

［2］ 田守嶒，李根生，黄中伟，等 . 连续油管水力喷射压裂技术［J］. 天然气工业，2008，28（8）：61-63.

［3］ 高大鹏. 连续油管水力喷砂射孔环空压裂技术在大庆油田的应用［J］. 采油工程文集，2016，6（1）：33-35.