浅析水力喷射压裂关键技术

摘 要：本文主要探讨了水力喷射压裂这一关键技术在低渗透油田探明储量中的应用，重点分析了水力喷射压裂的关键技术，分析了压裂机理，工艺研究进展，并简要的介绍了水力喷射压裂装置，以及在文章的最后简要论述了技术特点。

关键词：水力喷射压裂；机理；研究进展；工具和装置；技术特点

中图分类号：TE357 文献标识码：A

常规的水平井压裂会带来很多其他严重的负面影响。水力喷射压裂思想的首次提出是由Surjaatmadja在1998年提出的，该方法能够精准的在特定位置进行裂缝的制造，而且还能够极大的缩短作业时间，减少作业风险。

一、水力喷射压裂机理

通过能量守恒定律以及伯努利（Bernoulli）方程可知，携砂液通过喷射工具和耐磨喷嘴，在这一过程中油管中本身具有的高压能量可以被转换成动能，岩石冲击出孔就是靠被转换成的动能产生的高速的携砂液流体冲击力，同时在这种高速冲击力的作用下，可以在射流孔道前端破碎岩石或是将岩石制造出微裂缝，这样就降低了地层岩石而引起的起裂压力。除此之外，射出的高速液流可以在喷射通道中聚集，能够形成一定的压力，起到增压的作用。然后，通过环空中泵人流体增加环空压力，在喷射流体和环空压力叠加到能够超过破裂压力的瞬间，能够将射孔孔眼顶端处地层压破，达到压裂目的。因为在喷嘴出口的液流速度最大，因此可以根据伯努利方程，我们可以计算出，一旦形成了水力喷射裂缝，其压力就是最低的。保障流体会被自动泵入裂隙，避免其流入到其他的地方。与此同时，在压差的作用下，环空的流体也会被泵入到地层，能够充分的扩展裂缝，得到较大的裂缝。水动力学原理在整个过程中是不可缺少的，帮助在不需要其他的措施进行封隔的条件下实现水力封闭。

二、水力喷射压裂工艺研究进展

（一）水力喷射酸化压裂技术。该技术通常被应用于地层上，也就是说只适用于在地层上形成小口，该技术的缺点是形成的增产液容易过早地与近井地层发生反应，从而对裂缝的延伸造成影响。水力喷射酸化压裂技术将压裂、酸化和挤酸等技术结合在一起，其工作原理是通过工作管柱将增产液运送到井底，并利用喷射装置给予增产液较大的流速，同时结合其他气体如CO来使喷射流体混合产生泡沫混合物，来冲击井筒，当压力足够时则会使地层出现裂缝。但是这种方式需要多种化学试剂，同时操作复杂。

（二）水力喷射辅助压裂技术。水力喷射是施工过程中进行压裂的主要方式，他可以在施工的特定部位产生裂缝。在工程压裂施工过程中存在着高压差水力喷射，压力能够使压裂液由工作管泵入以及通过喷射工具进入地层，而作用于地层，进而可以有效的完成裂缝的产生以及裂缝的扩展。水力喷射辅助压裂技术环空压力的维持主要是利用从环空中泵入的液体，而补充液体的损失需要大部分环空流体，使得仅剩余少部分的环空流体进入到了裂缝当中。和常规压裂方式具有相似之处，水力喷射辅助压裂工艺，是将前置液、压裂液和冲洗液从上而下地注入油管内进行压裂工作。

（三）水力喷射环空压裂技术。水力喷射压裂技术中的压裂液通过喷嘴进行运行，强大的压力对喷嘴的使用寿命有严重的影响。在进行压裂工作中使用的工作管柱直径有限，会导致总流量和体积的减少，进而一定程度上抑制了压裂效果。水力喷射环空压裂技术对该压裂技术进行了改进，改为事先向油管中泵入流体完成二力水力射孔的过程，保证压裂时油管内的流量维持较小的值，减小压力，同时其油管柱还能够起到静管柱的作用，可以有效的对作业过程中射孔等进行实时的监控。使用该技术在保障足够流量的前提下，可以有效的、或是适当的延长喷嘴的寿命。该技术的该井对小的产层段单独压裂或把长井段分为较小井段进行压裂非常适用。对设备的保养和更换与其他设备有所不同，主要是在对油管进行清理的过程中，其静液压力不能超过破裂压力梯度。

三、水力喷射压裂装置分析

（一）喷射工具分析。水力喷射压力工艺中的主体是喷射工具，较为常用的有两种，一是固定式；二是可调式。对构造而言两者的不同是，前者的主体框架的两侧有多个喷嘴，高压流体可以通过这些喷嘴喷出。另外就是回流装置这一喷射装置的关键部件之一，在回流装置装有渗透挡板，而其下部主要是圆球装置。圆球能够防止流体从底部流出，回流装置的工作原理是水力喷射过程中，圆球停留在装置底部，阻止液体流出。相反的，当高压流体不经过工作油管注入井筒时，流体可通过此装置回流出井筒。可调式喷射工具主要由射流工具、外壁面和内壁面组成。设有旋转套筒，其可以沿着射流工具长度的方向在射流工具进行旋转。工具上装有一个或是多个压裂孔眼，内壁面布置有圆孔，这样当在工作的时候，可以保证在套筒在旋转的过程中，保证流体的流出方向和流出方式。在实际的操作中，虽然是可调式喷射工具更加具有适应性，但是在综合因素的前提下，一般是选用固定式喷射工具。

（二）油管。在进行水力喷射压裂工艺过程中，最常用的是普通的油管。但在进行实际操作作业中，普通油管只能接单根，增加工作量也增加了作业时间，而且对井口的密封装置要求也很高。针对这一问题只能考虑换用其他油管来解决。随着技术的发展，连续油管的发展以及应用在很多领域已经得到了广泛的重视和应用。由于连续油管能够连接多根，在从一个压裂井段位置移到下一个压裂位置的过程中，可在环空液体循环的条件下安全快速完成，提高了工作效率。连续油管能够起到静管柱的作用，能够迅速有效处理井底情况，例如在砂堵时快速清除多余的支撑剂，保障施工过程的顺利进行。

四、水力喷射压裂技术的特点

首先，具有较强的适应性；适合于筛管井和裸眼井，尤其适用于水平井的改造。其次，不适用于深井压裂。第三，通过和其他技术的结合使用，可以效地解决井底压裂液粘度过低和提前砂堵等问题。第四，不需要封隔器及桥塞等机械隔离工具，自身能够实现段间自动封隔，降低了工具砂埋或砂卡的作业风险和施工成本。第五，施工时间短，增加了作业效率。第六，不会形成压实带污染。第七，可以定向射孔，进而可以将喷射工具准确下到设计造缝位置，而且还可以有效地控制起裂方向和裂缝延伸方向。

结语

对水力喷射压裂关键技术加强理论研究，开发关键技术是发展的根本，在实践中充分科学的利用新技术是技术成果的展现，也是技术发展的动力。技术的发展离不开基础理论的支持和实践研究及应用检验。在实际操作中要注重总结，注重水力喷射关键技术的提升。

参考文献

[1]马英喃.水力喷射压裂技术在水平井中的应用探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2013（15）.