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【摘要】水力喷射压裂工艺参数主要包括油管排量、环空排量、前置液量、顶替液量、最高砂比控制和环空压力控制，其中，精确控制环空压力是水力喷射压裂关键技术之一。本文将应用基本方法，介绍如何优化设计水力喷射压裂工艺参数，最终给出设计实例。
【关键词】水力喷射压裂 水平井 工艺参数
目前，各油气田储层物性逐步变差，随着开采的深入，储量的有效动用越来越难。较为成熟的储层分段压裂改造技术是封隔器分段压裂，但封隔器分段压裂时存在固井问题、封隔器失效、后期管柱不能上提等缺点。在此背景下，水力喷射分段压裂技术得到了大力发展和推广运用。自中国首次水力喷射压裂试验成功以来，短短的五年间，水力喷砂射孔与分段压裂联作技术已在中国大庆油田、四川气田、中原油田等8个油气田进行了现场应用。多数应用于水平井分段压裂，逐步成为中国水平井压裂新工艺之一。
1 水力喷射压裂工艺参数设计方法1.1 喷嘴参数优化
合理选择喷嘴直径和喷嘴个数是前提条件。如果选择小直径、个数少的喷嘴组合，那么施工排量将受限制；如果选择小直径、个数多的喷嘴组合，那么水力喷射压裂工具成本将会剧增：如果选择大直径、个数多的喷嘴组合，那么对地面泵功率要求较高。因此，需要综合考虑施工排量要求，加砂量和喷嘴耐磨性等因素才能最终确定喷嘴直径及个数。优选原则有三：
（1）保证水力射孔穿深的情况下喷嘴压降最低，实践证明，保持射流速度在200～250m/s才能达到良好的射孔效果；
（2）保证油管要求的施工排量；
（3）满足加砂规模，降低单只喷嘴的磨损率。
1.2 确定喷砂射孔参数
喷砂射孔参数包括磨料类型、射孔砂浓度、喷嘴压降、喷砂射孔时间等。射孔液一般选择基液，磨料可选20～40目天然石英砂或陶粒，磨料最佳浓度值（体积浓度）为6%～8%，喷砂射孔时间控制在15～20min为宜。根据油管排量和喷砂射孔时间就可以得出所需的射孔液量，然后确定磨料体积浓度，即可计算得到所需的磨料体积。
1.3 压裂设计
根据油藏地质情况选井选层，最终确定合理的压裂规模。根据水力喷射压裂现场试验经验，建议前置液量占携砂液量和前置液总量的30%～40%为宜，需要说明的是，这里的前置液量和携砂液量均不包括环空注入的基液量。油管内最高砂比可以达到34%-42%，最高砂比主要受到喷嘴直径和喷嘴耐磨程度的限制，砂比过大可能造成喷嘴堵塞。压裂顶替时建议适度的过量顶替，以降低砂卡井下工具的风险。地面套压预测与压力控制是水力喷射压裂设计和施工中的重要环节之一。地面套压主要受到裂缝延伸压力值的影响，设计时应参考邻井压裂资料，以确定该区块裂缝延伸压力。
2 水力喷射压裂技术在水平井中的应用
2.1 现场施工概况
三段水力喷射压裂施工历时9h，水力射孔阶段油管排量2.3～2.5m3/min，油压35～38MPa。喷射压裂阶段油管排量维持2.1～2.2m3/min，油压37～40MPa；环空排量在压裂不同层段时需做调整。例如，喷射压裂第一层段环空排量1.0m3/min，套压16.2～17.0MPa，压裂第二、第三层段时，为了不使已压裂层段裂缝重张，需保持套压略小于已压裂层段压裂时的套压，因此第_、三层段套压均控制在16.5MPa以下。三段压裂总耗液量552m3，累计加入20～40目陶粒120m3，单层加砂量达到40m3，平均砂比分别是23.2%、32.2%、31.9%，加砂规模达到了设计要求。
2.2 施工曲线分析
水力喷射压裂工艺及压裂机理均不同于常规压裂，因此施工曲线也有所差别。这里选取代表性较强的第三层段压裂施工曲线进行分析。一般可将水力喷射压裂施工曲线分为四个阶段：水力喷砂射孔阶段、前置液注入阶段、阶梯加砂阶段、顶替阶段。
①水力喷砂射孔阶段；②前置液注入阶段；⑧阶梯加砂阶段；④顶替阶段
（1）水力喷砂射孔阶段：实际砂比控制在6%～7%，用液量50m3。油管排量基本恒定在2.5m3/min，但是油压呈下降趋势，并且在加砂、停砂前后均出现了尖峰。油压下降说明喷嘴在高速石英砂的磨蚀下孔径略有扩大。加砂前后出现压力尖峰是因为混砂后增加了静液柱压力，此时油压会下降，当石英砂到达井底后流动摩阻将大幅增加，从而油压又随之升高。停砂前后油压变化反之。
（2）前置液注入阶段：首先将油管排量降至1m3/min左右，迅速关闭套管闸门，然后提油管排量至2.2m3/min，同时加交联剂，此时环空排量。一直在0.2～0.4m3/min调节，目的是控制套压低于已压裂层段裂缝延伸压力。与常规压裂不同的是，该阶段油套压力平稳，并末出现明显的地层破裂点。这是因为水力喷砂射孔会在孔眼周围形成微裂纹，从而有效降低了喷射点围岩的起裂压力。
（3）阶梯加砂阶段：油管排量稳定在2.1m3/min左右，随着砂浓度的不断提高，油套压力基本不变，说明裂缝一直向前延伸，缝高、缝宽控制得当，没有发生窜层和砂堵。
（4）顶替阶段：提油管排量至2.5m3/ min，过量顶替，以降低井下工具砂卡风险。瞬时停泵压力13.5MPa，由于停泵后油套通过喷嘴连通，油套所反映的瞬时停泵压力几乎相同。
3 微地震裂缝监测评价
现场采用了LFSJ—II型人工裂缝实时监测系统，该系统是利用布置在不同方位的多个检波器接收压裂过程中地层岩石破裂产生的微地震波，然后经过信号解释及成像处理，最终获得被监测井人工裂缝方位、缝长、缝高、产状等重要信息。微地震裂缝监测解释成果表分析裂缝监测结果可以发现：
（1）三次压裂产生的人工裂缝方位均为北东向，裂缝走向明显，这证实了水力喷射起到了水力封隔的作用，实现了分段压裂；
（2）压裂层段产生的人工裂缝东西两翼延伸不均衡。第一段和第三段压裂产生的裂缝均呈现东翼较长、西翼较短的特点，第二段压裂产生的裂缝却反之，证实了实际裂缝的非对称性。特别是在水平井压裂中，由于压裂层段上下应力分布不均匀，裂缝延伸速度和难易程度也必然有所不同，从而造成裂缝两翼不对称。
4 压后效果
该井采用螺杆泵人工举升，压前日产液9.6～10.2m3，日产油1.0～1.6t，含水率84.3%-86.3%；压后初期日产液达到26.9m3，日产油5.4t，后期日产液稳定在22.9-24.3m3，较压前增长58%，日产油3.6～4.3t，是压前的34倍，并且含水率下降至81.3%～82.3%，压裂效果明显。
5 结论
总之，国内外不断尝试采取多种方法来有效开采难动用储量以及提高单井产能，分段压裂技术是储层改造的常用措施。
参考文献
[1] 韩涛，李怀杰，樊勇杰. 水平井改造技术及效果评价[J]. 石油化工应用，2010（08）
[2] 潘建华. 水力喷射压裂技术在筛管完井水平井上的应用[J]. 石油地质与工程，2010（03）
[3] 吕清河. 水力喷射压裂技术在特殊井中的应用[J]. 油气田地面工程，2010（12）
[4] 王晓惠，赵玲莉，孔明炜，马立华. 暂堵凝胶在水平井堵水中的应用[J]. 石油天然气学报，2010（02）
【关键词】水力喷射压裂 水平井 工艺参数
目前，各油气田储层物性逐步变差，随着开采的深入，储量的有效动用越来越难。较为成熟的储层分段压裂改造技术是封隔器分段压裂，但封隔器分段压裂时存在固井问题、封隔器失效、后期管柱不能上提等缺点。在此背景下，水力喷射分段压裂技术得到了大力发展和推广运用。自中国首次水力喷射压裂试验成功以来，短短的五年间，水力喷砂射孔与分段压裂联作技术已在中国大庆油田、四川气田、中原油田等8个油气田进行了现场应用。多数应用于水平井分段压裂，逐步成为中国水平井压裂新工艺之一。
1 水力喷射压裂工艺参数设计方法1.1 喷嘴参数优化
合理选择喷嘴直径和喷嘴个数是前提条件。如果选择小直径、个数少的喷嘴组合，那么施工排量将受限制；如果选择小直径、个数多的喷嘴组合，那么水力喷射压裂工具成本将会剧增：如果选择大直径、个数多的喷嘴组合，那么对地面泵功率要求较高。因此，需要综合考虑施工排量要求，加砂量和喷嘴耐磨性等因素才能最终确定喷嘴直径及个数。优选原则有三：
（1）保证水力射孔穿深的情况下喷嘴压降最低，实践证明，保持射流速度在200～250m/s才能达到良好的射孔效果；
（2）保证油管要求的施工排量；
（3）满足加砂规模，降低单只喷嘴的磨损率。
1.2 确定喷砂射孔参数
喷砂射孔参数包括磨料类型、射孔砂浓度、喷嘴压降、喷砂射孔时间等。射孔液一般选择基液，磨料可选20～40目天然石英砂或陶粒，磨料最佳浓度值（体积浓度）为6%～8%，喷砂射孔时间控制在15～20min为宜。根据油管排量和喷砂射孔时间就可以得出所需的射孔液量，然后确定磨料体积浓度，即可计算得到所需的磨料体积。
1.3 压裂设计
根据油藏地质情况选井选层，最终确定合理的压裂规模。根据水力喷射压裂现场试验经验，建议前置液量占携砂液量和前置液总量的30%～40%为宜，需要说明的是，这里的前置液量和携砂液量均不包括环空注入的基液量。油管内最高砂比可以达到34%-42%，最高砂比主要受到喷嘴直径和喷嘴耐磨程度的限制，砂比过大可能造成喷嘴堵塞。压裂顶替时建议适度的过量顶替，以降低砂卡井下工具的风险。地面套压预测与压力控制是水力喷射压裂设计和施工中的重要环节之一。地面套压主要受到裂缝延伸压力值的影响，设计时应参考邻井压裂资料，以确定该区块裂缝延伸压力。
2 水力喷射压裂技术在水平井中的应用
2.1 现场施工概况
三段水力喷射压裂施工历时9h，水力射孔阶段油管排量2.3～2.5m3/min，油压35～38MPa。喷射压裂阶段油管排量维持2.1～2.2m3/min，油压37～40MPa；环空排量在压裂不同层段时需做调整。例如，喷射压裂第一层段环空排量1.0m3/min，套压16.2～17.0MPa，压裂第二、第三层段时，为了不使已压裂层段裂缝重张，需保持套压略小于已压裂层段压裂时的套压，因此第_、三层段套压均控制在16.5MPa以下。三段压裂总耗液量552m3，累计加入20～40目陶粒120m3，单层加砂量达到40m3，平均砂比分别是23.2%、32.2%、31.9%，加砂规模达到了设计要求。
2.2 施工曲线分析
水力喷射压裂工艺及压裂机理均不同于常规压裂，因此施工曲线也有所差别。这里选取代表性较强的第三层段压裂施工曲线进行分析。一般可将水力喷射压裂施工曲线分为四个阶段：水力喷砂射孔阶段、前置液注入阶段、阶梯加砂阶段、顶替阶段。
①水力喷砂射孔阶段；②前置液注入阶段；⑧阶梯加砂阶段；④顶替阶段
（1）水力喷砂射孔阶段：实际砂比控制在6%～7%，用液量50m3。油管排量基本恒定在2.5m3/min，但是油压呈下降趋势，并且在加砂、停砂前后均出现了尖峰。油压下降说明喷嘴在高速石英砂的磨蚀下孔径略有扩大。加砂前后出现压力尖峰是因为混砂后增加了静液柱压力，此时油压会下降，当石英砂到达井底后流动摩阻将大幅增加，从而油压又随之升高。停砂前后油压变化反之。
（2）前置液注入阶段：首先将油管排量降至1m3/min左右，迅速关闭套管闸门，然后提油管排量至2.2m3/min，同时加交联剂，此时环空排量。一直在0.2～0.4m3/min调节，目的是控制套压低于已压裂层段裂缝延伸压力。与常规压裂不同的是，该阶段油套压力平稳，并末出现明显的地层破裂点。这是因为水力喷砂射孔会在孔眼周围形成微裂纹，从而有效降低了喷射点围岩的起裂压力。
（3）阶梯加砂阶段：油管排量稳定在2.1m3/min左右，随着砂浓度的不断提高，油套压力基本不变，说明裂缝一直向前延伸，缝高、缝宽控制得当，没有发生窜层和砂堵。
（4）顶替阶段：提油管排量至2.5m3/ min，过量顶替，以降低井下工具砂卡风险。瞬时停泵压力13.5MPa，由于停泵后油套通过喷嘴连通，油套所反映的瞬时停泵压力几乎相同。
3 微地震裂缝监测评价
现场采用了LFSJ—II型人工裂缝实时监测系统，该系统是利用布置在不同方位的多个检波器接收压裂过程中地层岩石破裂产生的微地震波，然后经过信号解释及成像处理，最终获得被监测井人工裂缝方位、缝长、缝高、产状等重要信息。微地震裂缝监测解释成果表分析裂缝监测结果可以发现：
（1）三次压裂产生的人工裂缝方位均为北东向，裂缝走向明显，这证实了水力喷射起到了水力封隔的作用，实现了分段压裂；
（2）压裂层段产生的人工裂缝东西两翼延伸不均衡。第一段和第三段压裂产生的裂缝均呈现东翼较长、西翼较短的特点，第二段压裂产生的裂缝却反之，证实了实际裂缝的非对称性。特别是在水平井压裂中，由于压裂层段上下应力分布不均匀，裂缝延伸速度和难易程度也必然有所不同，从而造成裂缝两翼不对称。
4 压后效果
该井采用螺杆泵人工举升，压前日产液9.6～10.2m3，日产油1.0～1.6t，含水率84.3%-86.3%；压后初期日产液达到26.9m3，日产油5.4t，后期日产液稳定在22.9-24.3m3，较压前增长58%，日产油3.6～4.3t，是压前的34倍，并且含水率下降至81.3%～82.3%，压裂效果明显。
5 结论
总之，国内外不断尝试采取多种方法来有效开采难动用储量以及提高单井产能，分段压裂技术是储层改造的常用措施。
参考文献
[1] 韩涛，李怀杰，樊勇杰. 水平井改造技术及效果评价[J]. 石油化工应用，2010（08）
[2] 潘建华. 水力喷射压裂技术在筛管完井水平井上的应用[J]. 石油地质与工程，2010（03）
[3] 吕清河. 水力喷射压裂技术在特殊井中的应用[J]. 油气田地面工程，2010（12）
[4] 王晓惠，赵玲莉，孔明炜，马立华. 暂堵凝胶在水平井堵水中的应用[J]. 石油天然气学报，2010（02）