*本文受到国家自然科学基金项目(编号:50774089)和国家高技术研究发展计划(863计划)(编号:2006AA06A106)的资助。 作者简介：田守嶒,1974年生，博士研究生；从事油气井工程研究工作。地址:(102200)北京市昌平区中国石油大学131号。电话:(010)89733379。E 2mail:tscsydx@163
田守嶒1 李根生1 黄中伟1 牛继磊2 夏强1
(1.中国石油大学石油工程教育部重点实验室 2.中国石油大学#华东)
田守嶒等.连续油管水力喷射压裂技术.天然气工业,2008,28(8):61263.
摘 要 川渝地区多数油气藏纵向上存在多个产层，且部分产层跨距较大。为解决逐层压裂的技术难题，在研究连续油管水力喷射压裂技术机理的基础上，提出利用伯努利原理，连续多层段完成水力射孔和压裂，实现水力封隔无需机械封隔。设计研制了连续油管水力喷射分层压裂井下工具，经射穿套管和喷嘴耐磨性室内实验证明，所研制的工具可以有效地射穿套管和岩石，喷嘴耐磨蚀和本体抗返溅能力强。连续油管水力喷射多层压裂工艺技术在四川试验成功，研制的工具能满足现场工艺要求，试验井取得了显著的增产效果。 主题词 完井 水力喷射 压裂 连续油管 井下工具 连续油管技术是石油天然气勘探开发中一项蓬勃发展的技术，在世界范围内已经用于钻井、洗井、修井
、氮气举升及增产措施等多个领域。国内连续油管技术仅局限于洗井等小型作业。近年来，大管径连续油管车的引进，使得国内开展连续油管压裂技术可行性大大增加。低渗透油气田为我国石油工业稳定发展的重要资源，水力压裂技术是经济开发低渗透油气藏的重要手段。川渝气田多数油气藏纵向上存在多个产层，且部分产层跨距较大，采用常规手段进行逐层压裂是一项技术难题。水力喷射压裂是一种综合集水力喷砂射孔、水力压裂和水力隔离等多种工艺一体化的新型水力压裂技术。与常规水力压裂相比，连续油管水力喷射压裂技术可较准确地造缝、无需机械封隔、简化作业程序、降低作业风险，适应于多产层、薄层的直井逐层压裂改造，对开发低渗透油气藏等难动用储量具有重要的意义和广阔前景。2007年7月27日,Á50.8mm 连续油管水力喷射逐层压裂工艺技术在四川白浅110井进行了首次试验，取得成功。
一、水力喷射压裂机理
水力喷射压裂运用水动力学原理，首先进行水
力喷砂射孔，之后通过两套泵压系统分别向油管和环空同时泵入压裂流体完成喷射压裂工艺。
1.水力喷砂射孔
水力喷砂射孔是用地面压裂车将混有一定浓度
磨料(一般为石英砂、陶粒等)液体加压，通过油管泵送至井下，液体经喷射工具的喷嘴，高压势能转换成动能，产生高速射流，磨料射流以冲量做功射穿套管和近井地层，形成一定直径和深度的射孔孔眼。水力喷砂射流的破岩能力随压力和排量的增加而增加，一定条件下，磨料的浓度和粒度存在最佳值，存在着最优射孔时间和最大射孔深度[125]
。水力喷砂射孔优于常规聚能炮弹射孔，没有形成压实带污染，可以减轻近井筒地带应力集中，有利于提高近井筒地带渗透率，穿透近井筒污染带，泄油面积增大，有利于降低生产压降，增加向井筒的渗流速度，提高未污染地层流向井筒的液量，从而提高油井产量。且定向水力喷射射孔容易实现射孔方向与最大水平主应力方向一致，喷射出的孔道较深[6]
，在裂缝的扩展过程中起到导向孔的作用，避免多裂缝和裂缝弯曲，可以提高射孔和压裂效率。 2.水力喷射压裂机理
水力喷砂射孔完成后，高速流体的冲击作用在水力射孔孔道顶端产生许多微裂缝，微裂缝的存在降低了地层起裂压力。射流继续作用在喷射通道中形成增压。关闭环空并向环空中泵入流体增加环空压力，喷射流体增压和环空压力的叠加超过破裂压力瞬间将射孔孔眼顶端处地层压破如图1。环空流
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多媒体网络教学61#第28卷第8期 天 然 气 工 业 钻井工程
图1水力喷射压裂机理示意图
体在高速射流的带动下进入射孔通道和裂缝中，使得裂缝充分扩展，可得到较大的裂缝。产生裂缝条件表示为:p增压+p环空\p破裂。
增压描述了在动量守恒基础上的动压力分布，与射流流量成正比。增压具有根据岩石的控制参数自动
调节的特征。控制喷射工具，压裂液和动能都聚焦于井筒的某一特定位置，因而制造裂缝的位置方向可以准确地选择。裂缝形成后，高速流体继续喷射进入孔道和裂缝中，每一个射孔孔道如同/射流泵0。根据Bernoulli方程，射流出口附近的流体速度最高，压力最低，环空的流体在射流作用下进入地层，维持裂缝的延伸。控制环空压力低于地层的延伸压裂，水力喷射压裂过程中不会把已经压开的裂缝重新开启。整个过程利用水动力学原理实现水力封隔，不需要其他机械封隔措施。
连续油管作业占地面积小，搬迁速度快，能够安全有效地开井维护，起下钻时可以循环，简化了作业程序，节约起下钻时间，减少停产时间和作业人员。连续油管与水力喷射压裂技术相结合应用于油气田增产作业中，从一个压裂井段位置移到下一个压裂位置时不需接单根，可以在环空液体循环的条件下安全快速地完成。同时使用连续油管可以在发生砂堵时快速清除多余的支撑剂，迅速有效地处理井底情况。水力喷射压裂技术中一般倾向于选用大直径连续油管(一般为Á50.8mm以上)以获得充足的压裂液流量。
二、水力喷射压裂工具及室内实验
水力喷射压裂工具是水力喷射压裂工艺中的关键部分，其结构如图2所示。喷射工具本体两侧按一定相位角装有多个喷嘴，高压流体从喷嘴喷出转变为高速流体。回流装置是喷射工具主体的一部分，装有一圆球单向阀。水力喷射和压裂时，圆球停留在装置底部，流体不允许从底部向环空中流出。反洗
时，流体可通过此装置从环空流进油管中，返到地面。喷射工具工作时喷嘴磨损严重，喷射返流会对喷射工具表面造成损伤。需要设计优化新型喷嘴，选择合适的喷嘴材料和耐返溅本体材料，延长喷
射工具的使用寿命。
图2水力喷射压裂工具图
为了检验设计研制的水力喷射压裂工具性能，分别进行了水力喷砂射穿套管和喷嘴耐磨性室内实验，实验用喷嘴直径为5mm。水力喷砂射穿套管实验分为两组，第一组调压至6MPa时射穿套管；第二组调至15MPa时射穿管，均在1min穿。实验结果表明，只要有足够的喷嘴压降，设计的喷射工具可将套管射穿。该实验没有考虑围压的影响，实际情况中，井下静液柱产生一定的围压，所以射穿套管需要比实验压降稍高。喷嘴耐磨性与抗返溅分别进行了3组实验，见表1。一定时间内连续射穿套管(射
穿套管情况见图3)，测量本体上最深冲蚀深度和喷嘴直径变化情况。实验中套管一旦被射穿，返溅流体对喷射工具的冲蚀就大大减弱。第三组实验在套管上连续喷射了19个孔眼，装嘴体的护台被射穿，喷射后喷嘴直径无明显变化。保守说该喷射压裂工具现场使用时至少可连续喷射15个孔眼，喷嘴耐磨性较强。
表1射穿套管及喷嘴耐磨与抗返溅能力实验表
序
号
喷射时间
(min)
孔眼数
(个)
冲蚀深度
(mm)
实验后喷嘴直径
(mm)第一组101625
第二组101755
第三组101910
5图3射穿套管实验中连续喷射在套管上射穿的孔眼图
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上上下下的享受62
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钻井工程天然气工业2008年8月
三、现场试验
1.试验井概况
白浅110井位于四川白马庙气田大兴潜伏鼻状构造沙溪庙组顶界构造的轴线上，裂缝及微裂缝发育。该井于2003年7月8日开钻,2003年9月2日钻至井深2250m沙溪庙组完钻，最大井斜为1.569b。之后开采生产了两年，由于产量很低，于2005年关井停产。白浅110井为该次试验井，根据油气显示和测井解释,1091~1105m、912~926m 和749~760m三个层段为细砂岩气层，裂缝较发育，选定上述3层为连续油管水力喷射逐层压裂层段。
2.施工工艺
试验设备为美国H ydraRig公司Á50.8mm大管径连续油管，包括连续油管主车和辅助车各一辆。连续油管允许通过的最大排量为2.0m3/min，承压为70MPa，总长度为2100m。
连续油管水力喷射逐层压裂层段具体施工步骤如下:¹将连续油管准确下入施工层位;º维持连续油管内一定排量低替基液;»进行加砂射孔，为保证安全，控制连续油管压力低于65MPa。几分钟后，套管压力会突然下降，说明套管已被射穿，继续喷砂射孔，获得较为完善的射孔孔眼;¼顶替弱交联液;½关闭套管进行试挤;¾提高连续油管排量高挤前置液;¿向环空中泵入液体，同时按照设计加砂程序通过连续油管高挤携砂液。此过程为防止连续油管和套管超压，需根据情况不断调整环空和油管排量;À加砂完毕，油管和环空停泵;Á将连续油管下入下一施工层位，重复以上º~Á步骤，完成连续油管水力喷射逐层压裂施工。
3.试验结果及分析
2007年7月27日在四川白浅110井的现场试验，首次成功实现了应用Á50.8mm连续油管水力喷射逐层压裂、一天时间内连续加砂压裂3层。试验层位从1105m延续到749m,3层共加入20~40目(粒径)陶粒30.32m3，单层喷射压裂时间为1~2 h，作业跨度达到365m。喷嘴经受189min喷砂射孔及带砂喷射压裂的磨损，直径平均扩大率约为6%，水力喷射压裂工具本体保持基本完好。试验前，白浅110井已经关井两年多未投入生产。实施连续油管水力喷射逐层压裂后，该井第二天排液140 m3后开始产气。目前，白浅110井产气量为8000 m3/d，压裂效果十分显著，成为白马庙气田高产井。
四、结论
(1)连续油管水力喷射压裂技术是集水力射孔、压裂、隔离一体化的新技术，适应于多产层和薄层直井逐层压裂及裸眼水平井增产改造。
人造细胞(2)室内实验和现场试验证明设计制造的水力喷射压裂工具可有效射穿套管和地层，喷嘴磨蚀较小，工具本体抗受返溅冲蚀强。喷射压裂工具满足现场连续施工寿命要求。
(3)连续油管水力喷射逐层压裂白浅110试验国内取得首次成功，证明了连续油管水力喷射压裂技术用于低渗透油气藏改造的可行性和有效性。
参考文献
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上海南市区
[6]平立秋，汪志明，魏建光.欠平衡钻井多相流模型评价分
析[J].西南石油大学学报,2007,29(1):75278.
(收稿日期2008203218编辑钟水清)
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第28卷第8期天然气工业钻井工程
NAT URAL GAS I NDUST RY,VOLU ME28,ISSUE8,2008AUGUST25,2008
HYDROJET2FRACTURING TECHNOLOGY WITH COILED TUBING
TIAN Shou2ceng1,LI Gen2sheng1,H UAN G Zhong2wei1,NIU Ji2lei2,XIA Qiang1(1MOE Key Laboratory for Petroleum Engineer ing,China U niversity of Petroleum#Beijing;2College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum#East China).N AT UR.GAS I ND.VOLUME28,ISSU E8,pp.61263, 8/25/2008.(ISSN100020976;In Chinese)
ABSTRACT:Most reservoir s in Sichuan and Chongqing area have mult iple payzones along the ver tical line,and the span of some payzone is r ather big.To solve the t echnical difficult ies of fr actur ing in differ ent payzones,on the basis of the study on the mechanism of hydrojet2perfor ation and hydrojet2fracture and by using the Bernoulli Pr inciple,the technique of continuous hydr aulic perforation and fr act ur ing in mult iple zones is proposed,which can r ealize hydr aulic isolation without the need for me2 chanical isolation.Downhole tools for coiled tubing hydr ojet2f racturing in separate zones are designed,and the laboratory exper i2 ments have pr oven that the tools can efficiently per forat e casing and r ocks,the nozzle is abrasion2resistant and the body is st rong enou
gh for fluid backsplash.The fir st successful field test ing of hydrojet2fractur ing in multiple zones using coiled tubing in the Sichuan gas field has proved that the designed tools meet the r equirements of field operation,and remarkable stimulation effects have been seen in the test well.
SUBJECT HEADINGS:well completion,hydrojet2fractur ing,coiled tubing,downhole tools
TIAN Shou2ceng,bor n in1974,is studying for a Ph.D degree in Science,and has been engaged in oil/gas well engineering study.
Add:MOE Key Labor ator y for Petroleum Engineer ing,China Univer sity of Petroleum,Changping Distr ict,Beijing102200,P. R.China
Tel:+86210289733379E2mail:tscsydx@163
PLANNING AND SOLUTION FOR GAS DRILLING IN DEEP FORMATIONS OF XUSHEN GASFIELD KONG Fan2jun1,LIU Yong2gui2,ZH ANG Xian2jun2,JIANG Yu2fang2(1Petroleum Engineering Col2 lege,Daqing Petroleum Institute;2Drilling Engineering Technology Research Institute,CNPC Daqing Pe2 troleum Administration).N AT UR.GAS I N D.VOLU ME28,ISSU E8,pp.64266,8/25/2008.(ISSN 100020976;In Chinese)风中的铃铛
ABSTRACT:In deep for mations of the Xushen gasfield in Daqing,the temperature is high,the rock dr illability limit is high, and the ROP of conventional drilling is low.T hus since2005air drilling technology has been studied and field tested,meant to explore an effective method to improve the ROP in for mations below Quantou group by using gas drilling technology.F or prob2 lems of water product ion,gas production,well deflect ion and wellbor e instability occur red during gas dr illing,it is r ecommen2 ded to conduct offset investigation befor e deciding the int ermediate casing int er val so as to bypass the water zone,and it is rec2 ommended to conduct humidity monitoring dur ing dr illing process t o impr ove water pr oduction judgment.For well deflection tendency during gas drilling,the BH A and dr illing parameters can be optimized to reduce WOB and cont rol R OP,and MWD job be better done to pr event well deflection so as to ensure wellbore quality.
SUBJECT HEADINGS:Xushen gasfield,gas dr illing,design,R OP,Daqing oilfield
KONG Fan2jun(senior engineer),born in1961,graduated in drilling engineering fr om Daqing Petr oleum Institute in1983,and is now general engineer of Explor ation Company of Daqing Oilfield Co.,Ltd.H e is now studying for a Ph.D degree in Science.
Add:Explor at ion Company,P etroChina Daqing Oilfield Co.,Ltd.,No.Jia27,Kunlun Street,Ranghu R d.,Daqing City, Heilongjiang Province163453,P.R.China
Tel:+86245925993791E2mail:kongfanjun@pet rochina
DESIGN AND RESEARCH ON THE INFORMATION SHARING SYSTEM FOR DRILLING WELL SITE DAI Yong2shou,ZH AN G Xin2xin,YU Yun2hua,LI Li2gang(School of Infor mation and Control Engi2
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