蘇 建

（遼河油田公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦124010）

水力噴射鉆孔工藝技術(shù)起源于煤層氣開發(fā)［1］，引入石油界后作為一項油氣儲層的解堵、增產(chǎn)措施的新興工藝措施，該技術(shù)能夠在套管內(nèi)實現(xiàn)由垂直向水平90°轉(zhuǎn)向，通過高壓水射流的水力破巖作用［2］，在目的油層中噴射出直徑30～50mm，水平井長度可達(dá)100m的水平微小井眼（見圖1），從而達(dá)到溝通裂縫、增大泄油半徑的目的［3－4］。某些低品質(zhì)難開發(fā)油藏（致密砂巖、火山巖等）基質(zhì)滲透性差、裂縫溝通性弱，采用水力噴射鉆孔后仍難獲得工業(yè)油流。水力噴射定向深穿透壓裂技術(shù)是利用微井眼的導(dǎo)向作用，采用水力壓裂改造工藝，實現(xiàn)人工裂縫的高效穿透，此項工藝已在遼河油田輝綠巖（火山巖）儲層中成功應(yīng)用，并獲得高產(chǎn)工業(yè)油流。

1 水力噴射定向深穿透壓裂技術(shù)

1.1 工藝原理

水力噴射鉆孔技術(shù)的工藝原理是［5］：連續(xù)管連接銑刀鉆具，入井進(jìn)行套管開窗，然后連續(xù)管連接噴射工具，入井進(jìn)行油層噴孔，噴嘴為反沖自進(jìn)設(shè)計（見圖2），噴嘴工作方式為單射流破巖、非水力機(jī)械聯(lián)合破巖方式。該技術(shù)從施工工序上可分為：（1）自然伽馬校深；（2）陀螺定向；（3）套管開窗；（4）鉆水泥環(huán)；（5）油層噴孔。每孔施工周期內(nèi)，連續(xù)管下井3次，測井1～2次。系統(tǒng)優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單、控制簡便、成功率高，鉆孔長度可達(dá)100m。該技術(shù)完成后，繼續(xù)實施水力壓裂改造工藝，能夠利用鉆孔的導(dǎo)向作用，進(jìn)一步增大改造體積，以獲得好的壓裂效果。

圖1 水力噴射鉆孔工藝原理Fig.1 Technical principle of jetting drilling technology

圖2 反沖自進(jìn)式水力噴嘴Fig.2 Self－advancing hydraulic nozzle

1.2 定向深穿透壓裂人工裂縫形態(tài)

水力壓裂的目的是在儲層中建立高導(dǎo)流能力人工裂縫，壓前采用水力噴射鉆孔技術(shù)對儲層進(jìn)行預(yù)處理，相當(dāng)于為壓裂裂縫的起裂提供了“制導(dǎo)方向”。受區(qū)域地應(yīng)力的影響，人工裂縫通常沿著最大主應(yīng)力方向延伸［6－7］。

因此在選擇水力噴射鉆孔前必須考慮區(qū)域地應(yīng)力的走向（見圖3）：①若沿壓裂裂縫延伸方向鉆孔，壓裂時各個鉆孔分別起裂，受水力鉆孔的導(dǎo)向作用，人工裂縫沿鉆孔方向深度延伸，增加了裂縫的穿透性，提高了壓裂改造體積，同時裂縫之間形成干擾，有利于形成復(fù)雜裂縫，擴(kuò)大壓裂裂縫受效體積；②若沿最小主應(yīng)力方向鉆孔，壓裂時首先在鉆孔方向破裂，受到區(qū)域應(yīng)力的影響，裂縫方向最終沿最大主應(yīng)力方向延伸，形成轉(zhuǎn)向裂縫，有利于降低井眼周圍滲流阻力。以上兩種裂縫形態(tài)對改善儲層物性都有一定的作用，但通常認(rèn)為沿最大主應(yīng)力方向鉆孔然后進(jìn)行壓裂改造，更有利于改善低滲儲層的滲透性。

圖3 人工裂縫走向Fig.3 Artificial fracture direction

2 工藝實施步驟

2.1 選井選層

水力噴射鉆孔液體為質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%KCl溶液（不含磨料），噴射能力有限，因此儲層巖性的致密程度決定著該項技術(shù)能否成功實施?；鹕綆r、混合花崗巖等巖類埋深普遍較大，巖石性硬、致密，對于此類儲層，壓前需對巖心進(jìn)行地面噴射實驗，當(dāng)施工排量為1.2～1.5m3／h，目標(biāo)巖性能夠在5min內(nèi)被噴射出微井眼（見圖4）。以此保證水力噴射能在儲層中同樣噴射出微井眼，為該項新技術(shù)的實施提供基礎(chǔ)條件。根據(jù)水力噴射鉆孔技術(shù)工具適應(yīng)性及在遼河油區(qū)的現(xiàn)場實施經(jīng)驗，主要選井選層標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

圖4 巖心噴射樣品Fig.4 Hydraulic jetting core sample

表1 水力噴射鉆孔技術(shù)選井選層原則Table1 The selection principle of hydraulic jetting drilling

續(xù)表1

2.2 確定水力鉆孔方向

實施水力噴射定向深穿透壓裂技術(shù)，需首先確定水力鉆孔方向，選擇原則主要有：

①油源和儲層發(fā)育有利部位；

②區(qū)域地應(yīng)力走向（由測井?dāng)?shù)據(jù)或鄰井裂縫監(jiān)測獲得）。

2.3 鉆孔前后試油測試

水力噴射鉆孔結(jié)束后，須對改造層進(jìn)行地層試油測試，獲取儲層的靜壓、溫度，并與鉆孔前的測試結(jié)果進(jìn)行對比，初步判斷水力噴射鉆孔對儲層的改造情況?，F(xiàn)場應(yīng)用過程中，若干井鉆孔結(jié)束后，在壓前進(jìn)行“儲層試擠測試”，目的層出現(xiàn)“不吸液”的現(xiàn)象，通過該手段可驗證“水力噴射鉆孔”是否成功，以及地層當(dāng)前的吸液量能否適合實施水力壓裂。

2.4 壓裂優(yōu)化設(shè)計

“水力噴射定向深穿透壓裂技術(shù)”此項工藝技術(shù)實施的關(guān)鍵有下面兩個方面：

2.4.1 鉆孔孔眼個數(shù)和施工排量 鉆孔孔眼摩阻可采用以下計算公式［8］：

式中：ppf為射孔孔眼摩阻，Pa；Q 為壓裂液注入流量，m3／min；ρ 為壓裂液混合密度，kg／m3；d 為孔眼直徑，m；n為孔眼數(shù)；C為孔眼流量系數(shù)，取0.56。

由計算結(jié)果可知（見圖5），當(dāng)孔眼個數(shù)相同時，排量越大孔眼摩阻越大。當(dāng)鉆孔孔眼數(shù)大于6個／井次時，摩阻受排量影響逐漸減小。根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗及地面車組的泵液能力，對裂縫性儲層改造時易采用不小于5.0m3／min的排量，鉆孔孔數(shù)選擇為5～10孔／井次，實際操作時可根據(jù)地面限壓情況適當(dāng)進(jìn)一步提高施工排量。

圖5 孔眼摩阻與孔眼數(shù)關(guān)系Fig.5 Relationship between friction and perforation numbers

2.4.2 火山巖儲層壓裂改造工藝 與沉積巖相比，火山巖油氣藏一般呈現(xiàn)以下的特點［9］：

（1）儲層滲儲層透率極低，一般在0.1mD以下；

（2）儲層埋深大，井深一般超過3 000m；

（3）巖性致密、堅硬，抗張強度高；

（4）儲集空間復(fù)雜，天然裂隙、溶孔發(fā)育，儲層濾失嚴(yán)重。

采用“水力噴射定向深穿透壓裂技術(shù)”，壓裂液的濾失量是關(guān)系壓裂成功與否的關(guān)鍵參數(shù)，針對措施有：

①壓前進(jìn)行小型測試，并將排量提至施工要求排量，以獲得施工泵壓、濾失量、摩阻等參數(shù)；

② 火山巖儲層的改造原則是采用低砂比、造長縫、大規(guī)模、大排量施工，采用粉陶等降濾失劑應(yīng)對壓裂液濾失問題，降低砂堵風(fēng)險，并輔以“多級支撐劑段塞”泵注工藝，利用裂縫中支撐劑的暫堵作用，在儲層中形成“枝狀”裂縫，以提高對儲層的改善程度；

③降低壓裂管柱沿程摩阻，提高施工排量，增大井底施工凈壓力。在井況允許的條件下，可選取管徑較大的壓裂管柱或上提封隔器座封位置；

④ 壓后返排速度不易過快，避免微隙中的支撐劑回流，當(dāng)油壓大于12MPa時采用2mm油咀控制返排速度。

3 應(yīng)用實例

于68井是遼河油田東部凹陷的一口探井，該井鉆遇到一套火山巖儲層，巖性為輝綠巖。火山巖儲層巖性致密、硬度高、脆性大，在區(qū)域應(yīng)力的構(gòu)造作用下，可以形成裂縫性儲藏。該井受斷塊遮擋影響，成藏條件十分有利，改造目的層埋深3 300m，層厚35.7m，根據(jù)測錄井顯示與主應(yīng)力走向（見圖6），在儲層內(nèi)自下而上鉆孔5個（間距5m，4個孔眼沿最大主應(yīng)力方向，1個孔眼沿油源方向），鉆孔孔徑φ30mm，理論累計鉆入地層深度500m（每孔100 m）。鉆孔結(jié)束后，對目的層進(jìn)行了試油測試，但試油結(jié)論仍不理想，折算產(chǎn)油量為0.07t／d。為擴(kuò)大對儲層的改造程度，利用水力噴射鉆孔的孔眼導(dǎo)向作用，配合水力壓裂儲層改造工藝，以進(jìn)一步落實儲層產(chǎn)能。以控制壓裂液濾失和提高施工排量為手段，成功實施了“水力噴射定向深穿透壓裂技術(shù)”，共泵入壓裂液450m3，共加入陶粒41m3，排量5.0 m3／min，平均施工泵壓72MPa，平均砂比20%。壓后采用4mm油嘴放噴，獲得了60.48t／d的高產(chǎn)工業(yè)油流，取得了很好的改造效果。

圖6 鉆孔方向選擇原則Fig.6 Selection principle of drilling direction

4 結(jié)論

（1）水力噴射定向深穿透壓裂技術(shù)將“水力噴射鉆孔技術(shù)”與“水力壓裂工藝”有機(jī)組合，利用孔眼的導(dǎo)向作用，實施壓裂改造工藝可有效地對儲層進(jìn)行深穿透改造，為儲層改造提供了一種全新方式；

（2）受區(qū)域地層應(yīng)力走向的影響，裂縫形態(tài)主要有兩種。當(dāng)鉆孔方向與最大主應(yīng)力方向一致時，更易實現(xiàn)深穿透的效果；

（3）孔眼摩阻主要受孔眼個數(shù)和施工排量的影響，當(dāng)需大排量泵入時應(yīng)選取較多的孔眼數(shù)，鉆孔孔數(shù)選擇為5～10孔／井次；

（4）為保證該工藝的成功實施，在水力噴射鉆孔前后進(jìn)行常規(guī)試油測試，獲取地層壓力等關(guān)鍵參數(shù)，并在壓前進(jìn)行“儲層試擠測試”，驗證“水力噴射鉆孔”是否成功，以及地層當(dāng)前的吸液量能否適合實施水力壓裂。

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