王爾鈞，魏安超，馬磊，許發(fā)賓（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057）

李蔚萍，舒福昌，向興金，鮑榮，肖加敏（荊州市漢科新技術研究所，湖北荊州 434000）

徑向射流技術是目前世界上開發(fā)老油田、提高低滲透油藏采收率和采油速度的最有效的措施之一［1］。徑向射流鉆孔的工作原理是基于水動力學的動量－沖量定律，當高壓流體通過噴嘴時，液流的壓強被噴嘴轉換為動量，以高速射流射出，而沖擊目的物。此時，動量在瞬時被轉換為沖量，在沖擊力作用下底層巖石被剝蝕破損［2］。該技術能夠增加原井眼的泄流半徑，進而達到增產(chǎn)增注的目的。為了論證工藝設備和噴射液的適應性，往往需要在地面做大量的模擬噴射試驗，在消化吸收該技術的基礎上，筆者提出了徑向射流地面模擬噴射靶心的制作方法，為了驗證噴射靶心的可行性，同時為下一步開展現(xiàn)場試驗提供依據(jù)，進行了徑向射流地面模擬試驗。

1 徑向射流技術破巖機理分析

徑向射流技術引起巖石的破壞主要是通過水楔作用，當水楔形成的拉應力與剪應力超過巖石的抗拉和抗剪的極限強度時就會在巖石中形成裂隙。裂隙初步形成和交會后，水射流將進入裂隙的空間，在裂隙尖端產(chǎn)生拉應力集中，使裂隙迅速發(fā)展和擴大，致使巖石破裂，形成圓柱狀沖擊坑或漏斗坑。也可把射流對巖石的沖擊力看作準靜態(tài)的集中力，大小等于射流的滯止壓力，作用于半無限彈性體上，以彈性強度理論為基礎，將巖石的抗拉、抗壓、抗剪強度作為巖石破碎的判據(jù)，當射流沖擊在巖石上產(chǎn)生的應力超過巖石的強度時，巖石將發(fā)生破壞。準靜態(tài)破碎理論定性地說明了水射流沖擊巖石產(chǎn)生的應力場性質，它假設巖石在射流沖擊下的應力分布與半空間彈性體受集中載荷作用下的應力分布相似。在沖擊區(qū)正下方某一深處將產(chǎn)生最大剪應力，沖擊接觸區(qū)邊界產(chǎn)生拉應力，雖然射流沖擊產(chǎn)生的壓應力達不到巖石的抗壓強度，但拉應力與剪應力卻分別超過了巖石的抗拉和抗剪極限強度，導致巖石發(fā)生破壞。

2 API靶心制作及可噴性評價

2.1 API靶心組成及規(guī)格

API靶心由API A級水泥、粒徑在16～30目的API RP56砂子（見圖1）及石膏（質量比為1∶2∶0.52）混合而成，靶心采用in（1in＝2.54cm）PVC管和200L塑料桶內灌注成型，制作過程嚴格按照SY／T 5108—2006《壓裂支撐劑性能指標及測試推薦方法》進行。

圖1 16～30目API RP56砂子

表1 API靶心抗壓強度評價

2.2 API靶心制作

按照API靶心組成要求，制作API靶心，并在常溫下水封養(yǎng)護一定時間，利用BJQD－1混凝土強度檢測儀和YE－300液壓式壓力試驗機檢測不同養(yǎng)護時間靶心強度，測試結果見表1。

由表1可知，靶心的抗壓強度隨著養(yǎng)護時間的延長而增強，在28d達到了45.6MPa，繼續(xù)延長養(yǎng)護時間，抗壓強度基本不變。由此可見，API靶心常溫水封養(yǎng)護的最佳時間為28d，靶心基本達到最大抗壓強度，也滿足模擬地層強度的需要。

2.3 API靶心地面模擬噴射試驗

采用清水進行了地面模擬噴射試驗，試驗條件及現(xiàn)象見表2。從噴射結果來看，即使噴射壓力高達41.38MPa，也只能噴孔出3個小孔。API靶心的可噴性較差，作為徑向射流技術地面模擬噴射靶心不具可行性。

表2 API靶心地面模擬噴射試驗

3 含土API靶心制作及可噴性評價

3.1 含土API靶心快速制作方法

在API靶心無法滿足模擬噴射的情況下，添加膨潤土，模擬地層具有一定的黏土含量，制作含土API靶心。試驗方法：將水泥、砂子和土按比例混合（總重為600g），加入適量水，攪拌均勻后倒入5cm×5cm×5cm的鋼模中裝好，然后放入雙溫強度養(yǎng)護箱（容積53cm×38cm×32cm）中，加水使鋼模全部浸泡在水中，在80℃下恒溫養(yǎng)護24h，取出晾干即可測強度。

3.2 含土量對含土API模具靶心強度的影響

圖2 清水地面模擬噴射API靶心外觀

室內設計了不同含土量的API模具靶心（水泥與砂子的質量比為1∶2），測試其抗壓強度來考察含土量對API模具靶心強度的影響，結果見圖3。由圖3可以看出同等條件下，含土質量分數(shù)越大，靶心強度越小。

3.3 水泥和砂子質量比對含土API模具靶心強度的影響

通過室內測定不同水泥和砂子質量比下API模具靶心的抗壓強度，來考察水泥和砂子對API模具靶心強度的影響，結果見表3。由表3可以看出，同等條件下，砂子比例越大，靶心抗壓強度越小。

圖3 不同含土量下靶心的抗壓強度曲線

表3 水泥和砂子比例對API模具靶心強度的影響

3.4 加水量對含土API模具靶心強度的影響

通過室內測定加不同量的水下API模具靶心的抗壓強度，考察加水量對API模具靶心強度的影響，結果見圖4。由圖4可以看出，同等條件下，水量偏多或偏少，靶心強度都減小。

圖4 加水量對靶心抗壓強度的影響

3.5 含土API靶心組成確定

通過前面的條件摸索，最終確定了抗壓強度在15～25MPa范圍的含土API靶心基本組成，結果見表4。

表4 含土API靶心的最佳組成配方

4 API靶心滲透性特征

根據(jù)優(yōu)選出的API靶心組成配方，壓制API巖心，并在同樣條件下養(yǎng)護好后，進行滲透率測定。從表5的測定結果來看，雖然不同組成的API巖心抗壓強度差異較大，但其滲透率差異不大，API靶心滲透率只有0.07mD，而含土API靶心滲透率則均小于0.001mD。由此看來，含土API靶心和API靶心一樣，均無法滿足地層孔滲特征的模擬要求。

表5 不同API靶心的滲透率

5 結論與認識

1）試驗確定API靶心常溫水封養(yǎng)護最佳時間為28d左右。

2）通過模擬靶心制作與強度測定，確定了抗壓強度在15～45MPa范圍的靶心組成。

3）結合模擬噴射效果不難看出，水泥膠結API靶心雖然可做出強度差異，但孔滲太小，無法模擬地層孔滲特征，不利于徑向射流技術發(fā)揮其真正的破巖作用，其用作地面模擬噴射不具可行性。

［1］李根生，牛繼磊，劉澤凱，等.水力噴砂射孔機理研究 ［J］.石油大學學報（自然科學版），2002，26（2）：31～35.

［2］李根生，沈忠厚 .高壓水射流理論及其在石油工程中應用研究進展 ［J］.石油勘探與開發(fā)，2005，32（1）：96～99.