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【摘要】传统的水平井压裂施工是通过TCP射孔和分段压裂来实现的，而且一般最好情况只能形成2个裂缝区，为了简化施工工序、降低成本，确定裂缝区位置，腰英台油田的腰北1P1井试验应用了不动管柱水力喷射逐层压裂技术。成功证明了该技术的安全、高效性。
【关键词】水平井 水力喷射压裂 不动管柱
1 概述
腰英台油田的构造位于松辽盆地长岭凹陷东北部，沉积体系为远物源缓坡河流——三角洲沉积体系，纵向上发育多套含油层，层间、层内和平面上得渗流特性都存在较大差异。为低孔低渗砂岩储层，该储层在纵向上具有层薄、横向变化大、层数较多等特点，目前一般采用分层压裂改造技术来提高单井的产量，但常规的分层压裂改造技术在水平井的施工中有着明显的缺陷，为满足油田开发的需求，获得更好的水平井增产效果，降低单井施工成本，开展了水力喷射压裂技术的施工、研究。
2 地质及井深结构概况
腰北1P1井为腰英台油田第二口水平井，构造位置位于松辽盆地南部长岭坳陷腰英台油田1号区块北。该井钻遇青一段Ⅱ砂组4小层，测井解释油层47.5m/2层，差油层101.5m/4层。该井从1888m处开始造斜，实测A靶点斜深2359.02m，垂深2222.51m；B靶点斜深2802m，垂深2248.74m。水平段长度442.98m。
2.1 储层特性
（1）储层严重微裂缝发育，地层的滤失大；
（2）地层岩性较致密，压裂过程中套压的不断上涨，在压力作用下裂缝开启有一定困难；
（3）容易产生多裂缝，限制了主裂缝的缝宽，造成地层进砂困难 ，规模普遍较小。
2.2 完井套管程序及固井
本井采用复合完井方式，目的层水平段前端采用筛管完井，水平段后端采用套管固井完井。筛管下深2630.35-2781.19m，封隔器位置2605-2608.08m ，分级箍位置2592.96-2594.11m。
2.3 地应力分析
根据腰北1区块裂缝监测结果表明，裂缝方向为120o和300o，由于地磁偏角约为10o，因此腰英台地区最大水平主应力方向为110o和290o。而腰北1P1井筒方位280 o，设计轨迹与最大主应力方向夹角10°，预计压后水力裂缝形态为纵向裂缝或小角度斜交裂缝，裂缝沿井筒方向延伸，施工难度极大，压后容易出砂，砂卡管柱的风险极大。
3 不动管柱水力喷射压裂技术研究
通过对腰英台油藏特征和压裂改造难点的针对性研究，形成了适合工区的水力喷射压裂改造技术，针对不同的地层特征完井方式，筛管段选用单个喷枪一趟压裂管柱施工，套管段用三个喷枪一趟压裂管柱，不动管柱投球打滑套喷砂压裂三段施工，压裂后合层开采，充分发挥单层开发潜力，提高压裂的针对性和有效性。
3.1 管柱结构
（1）筛管段压裂管柱结构自上而下如下：油管挂+油管+校深短接+油管+安全接头+油管+扶正器+喷枪（无滑套）+扶正器+单流阀+多孔管+引鞋。
（2）套管段压裂管柱结构自上而下如下：油管挂+油管+校深短接+油管+扶正器+喷枪3（有滑套）+扶正器+油管+扶正器+喷枪2（有滑套）+扶正器+油管+扶正器+喷枪1（无滑套）+扶正器+单流阀+多孔管+引鞋。
三级喷枪，最下部敞开喷枪组合，上两级均为滑套式喷枪，用油管连接，喷枪本体的外径为108mm，扶正器外径为116mm。每只喷枪均安装有6×φ6.0mm的喷嘴组合，喷嘴程120°螺旋状布置。
3.2 工作机理
水力喷射压裂的机理主要是水动力学，施工时通过泵排系统泵入流体进入油管和环空中，不使用机械封隔装置来完成喷砂射孔和压裂施工，是集隔离、水力射孔、压裂一体化的新型增产改造技术。 [5]
Bernoulli方程可转换为（忽略高速高压下的重力影响）：
经过电测校深，调整喷射工具位置，使压裂液的动能聚焦于预计射孔、压裂位置，因而可以准确选择裂缝方位。在裂缝形成后，高速流体会继续喷射进入孔道和裂缝中，根据Bernoulli方程可以知道，因为射流出口附近的流体有着最高的速度，以及最低的压力，所以流体不会向其他层位流淌。在压差作用下环空的流体也会被吸入地层，使裂缝持续延伸。这就使整个过程都不需要其他封隔措施，只利用水动力学原理就可以实现水力封隔。
高压差水力喷射贯穿着整个裂缝的扩展和发育过程中，从油管内泵入、通过喷射工具的压裂液主要用于喷射出射孔通道和产生、扩展裂缝；而从油套环空中泵入的液体主要用以维持环空压力，弥补液体的漏失，只有少部分进入裂缝中。[2]
3.3 技术关键
（1）射孔井段的优选：由于水力喷射射孔孔眼较少、射厚较小，为了确保压裂后的生产效果，必须选择物性最好、产能较高的位置射孔；
（2）喷嘴的优化：在井口承压条件下，既要使井下工具能承受实施水力喷射射孔、压裂所需要的最低压降值，又能不限制施工排量，就必须提前根据井内不同层位的地层压力及经验数据、数据模拟来调整喷嘴的个数和大小；
3.4 技术特点
（1）不污染地层、形成压实带，减轻近井筒地带应力集中，有利于提高目地层渗透率；
（2）经过电测校深，准确的将水力喷射工具下至预计造缝位置，而且射孔与压裂位置准确重叠，基本是在射孔通道的顶端产生并延伸裂缝，使起裂方向和裂缝延伸方向得到了有效控制；
（3）利用一趟管柱同时完成了射孔及压裂施工，简化了施工步骤，提高了生产时效；
（4）利用水动力学原理将已经压裂的裂缝进行封隔，不需要机械封隔工具，不仅降低了作业风险，而且减少了施工成本；[3]
（5）油套同注方式使井底流体的流动状况有了改变，因此井底压裂液粘度过低、提前砂堵等问题也有效地解决了。 3.5 实施情况及应用效果
施工步骤。
（1）替换阶段：以排量60 m3/h将原胶液正替充满环空及油管后，以排量150 m3/h泵入6%砂比的携砂液；
（2）切割套管阶段：当携砂液到达距离喷嘴250 m左右时，急速升高的泵注压力，确保获得足够的压差进行切割射孔，从压裂施工曲线上读取到第一个波峰，此时已套射穿管，喷砂射孔便已完成；
（3）裂缝产生阶段：射孔后，关套闸，从压裂施工曲线上读取套压数据，发现套压值先急速上升后稳步增长，此时便已经射开水泥环及目的层，从油管泵入的压裂液全部进入地层，压裂造缝阶段就开始了。泵入前置液后（根据井筒容积及设计要求），加砂压裂开始。按设计砂比的携砂液注入油管，与常规压裂一样，直至完成施工持续油套同注。压完第一层后，待裂缝闭合，投球打开喷枪滑套，同时关闭已完工的一层，依次完成其余分段压裂施工任务。
在压裂施工过程中可以观察到压裂施工曲线上的油套压力值持续升高，施工结束后压力值的陡然下降，均显示了高速流体冲击在地层上时及穿过裂缝时的摩阻作用。水力喷射压裂通过高压水射流的动能来压开地层是与平常压裂最大的不同，高压流体经过喷嘴节流，油压曲线明显要高于裂缝延伸压力，对比压裂施工曲线可以发现，每一个目的层压裂的压力值均不相同，侧面说明了每一个目的层都得到了预期改造。还需要说明的是，水力喷射射孔也要优于聚能弹射孔效果，不管是在孔眼的直径和深度上，还是在是否产生地层压实及微裂缝区方面，对压裂主裂缝的形成和延伸有很好的效果。[4]
压后测得腰北1P1井平均日产液量45方，含水95%，目前含水正在逐渐下降。与同区块、同生产层位的临井对比，产量有明显的提高，这也说明利用该工艺技术压裂改造水平井是有效的。
4 结论与建议
（1）通过现场的成功实践，可以知道不动管柱水力喷射逐层压裂技术这种新工艺将为增产、改造油气藏提供新技术，尤其为高效开发大斜度井、水平井提供了新的技术思路；
（2）该技术利用一趟管柱同时完成射孔、压裂施工，一个层段压裂完成后直接投球打开喷枪滑套，同时关闭已施工的下层，喷射压裂上层施工段，减少了起下管柱次数，简化了程序，节省了施工时间，提高了生产时效；
（3）根据现场应用效果，可以发现不动管柱水力喷射逐层压裂技术能够进行更好的储层改造，使单井的原油产量得到提高，但为了使压裂改造效果得到进一步提高，仍需要通过开展更多现场试验、技术攻关扩大该项技术的应用范围，以便更好的改造低渗油气田，达到增产目的。
（4）建议采用连续油管进行水力喷射环空压裂，能够拓宽所能允许的压裂深度、降低磨阻、提高喷嘴使用时间、减少砂堵风险，提高的施工适用性及可操作性；
参考文献
[1] 胡娟，等.腰英台油田分层压裂技术研究与应用.试采技术，2010年，第二期：31-34
[2] 田守嶒，等.水力喷射压裂机理与技术研究进展.石油钻采工艺，2008年，第30卷第一期：58-62
[3] 王腾飞，等.连续油管水力喷射环空压裂技术.开发工程，2010年，第30卷第一期：65-67
[4] 崔会贺，等.水力喷射定向射孔与压裂联作技术在水平井压裂中的应用.特种油气藏，2007年，第14卷第三期：85-87
[5] 李根生，牛继磊，刘泽凯，等.水力喷砂射孔机理实验研究[J] .石油大学学报：自然科学版，2002，26（2）：31-34
作者简介
杨修直（1984-）男，汉，吉林大安人，助理工程师，2007年7月毕业于中国地质大学（武汉）石油工程专业，现主要从事井下作业工作。
【关键词】水平井 水力喷射压裂 不动管柱
1 概述
腰英台油田的构造位于松辽盆地长岭凹陷东北部，沉积体系为远物源缓坡河流——三角洲沉积体系，纵向上发育多套含油层，层间、层内和平面上得渗流特性都存在较大差异。为低孔低渗砂岩储层，该储层在纵向上具有层薄、横向变化大、层数较多等特点，目前一般采用分层压裂改造技术来提高单井的产量，但常规的分层压裂改造技术在水平井的施工中有着明显的缺陷，为满足油田开发的需求，获得更好的水平井增产效果，降低单井施工成本，开展了水力喷射压裂技术的施工、研究。
2 地质及井深结构概况
腰北1P1井为腰英台油田第二口水平井，构造位置位于松辽盆地南部长岭坳陷腰英台油田1号区块北。该井钻遇青一段Ⅱ砂组4小层，测井解释油层47.5m/2层，差油层101.5m/4层。该井从1888m处开始造斜，实测A靶点斜深2359.02m，垂深2222.51m；B靶点斜深2802m，垂深2248.74m。水平段长度442.98m。
2.1 储层特性
（1）储层严重微裂缝发育，地层的滤失大；
（2）地层岩性较致密，压裂过程中套压的不断上涨，在压力作用下裂缝开启有一定困难；
（3）容易产生多裂缝，限制了主裂缝的缝宽，造成地层进砂困难 ，规模普遍较小。
2.2 完井套管程序及固井
本井采用复合完井方式，目的层水平段前端采用筛管完井，水平段后端采用套管固井完井。筛管下深2630.35-2781.19m，封隔器位置2605-2608.08m ，分级箍位置2592.96-2594.11m。
2.3 地应力分析
根据腰北1区块裂缝监测结果表明，裂缝方向为120o和300o，由于地磁偏角约为10o，因此腰英台地区最大水平主应力方向为110o和290o。而腰北1P1井筒方位280 o，设计轨迹与最大主应力方向夹角10°，预计压后水力裂缝形态为纵向裂缝或小角度斜交裂缝，裂缝沿井筒方向延伸，施工难度极大，压后容易出砂，砂卡管柱的风险极大。
3 不动管柱水力喷射压裂技术研究
通过对腰英台油藏特征和压裂改造难点的针对性研究，形成了适合工区的水力喷射压裂改造技术，针对不同的地层特征完井方式，筛管段选用单个喷枪一趟压裂管柱施工，套管段用三个喷枪一趟压裂管柱，不动管柱投球打滑套喷砂压裂三段施工，压裂后合层开采，充分发挥单层开发潜力，提高压裂的针对性和有效性。
3.1 管柱结构
（1）筛管段压裂管柱结构自上而下如下：油管挂+油管+校深短接+油管+安全接头+油管+扶正器+喷枪（无滑套）+扶正器+单流阀+多孔管+引鞋。
（2）套管段压裂管柱结构自上而下如下：油管挂+油管+校深短接+油管+扶正器+喷枪3（有滑套）+扶正器+油管+扶正器+喷枪2（有滑套）+扶正器+油管+扶正器+喷枪1（无滑套）+扶正器+单流阀+多孔管+引鞋。
三级喷枪，最下部敞开喷枪组合，上两级均为滑套式喷枪，用油管连接，喷枪本体的外径为108mm，扶正器外径为116mm。每只喷枪均安装有6×φ6.0mm的喷嘴组合，喷嘴程120°螺旋状布置。
3.2 工作机理
水力喷射压裂的机理主要是水动力学，施工时通过泵排系统泵入流体进入油管和环空中，不使用机械封隔装置来完成喷砂射孔和压裂施工，是集隔离、水力射孔、压裂一体化的新型增产改造技术。 [5]
Bernoulli方程可转换为（忽略高速高压下的重力影响）：
经过电测校深，调整喷射工具位置，使压裂液的动能聚焦于预计射孔、压裂位置，因而可以准确选择裂缝方位。在裂缝形成后，高速流体会继续喷射进入孔道和裂缝中，根据Bernoulli方程可以知道，因为射流出口附近的流体有着最高的速度，以及最低的压力，所以流体不会向其他层位流淌。在压差作用下环空的流体也会被吸入地层，使裂缝持续延伸。这就使整个过程都不需要其他封隔措施，只利用水动力学原理就可以实现水力封隔。
高压差水力喷射贯穿着整个裂缝的扩展和发育过程中，从油管内泵入、通过喷射工具的压裂液主要用于喷射出射孔通道和产生、扩展裂缝；而从油套环空中泵入的液体主要用以维持环空压力，弥补液体的漏失，只有少部分进入裂缝中。[2]
3.3 技术关键
（1）射孔井段的优选：由于水力喷射射孔孔眼较少、射厚较小，为了确保压裂后的生产效果，必须选择物性最好、产能较高的位置射孔；
（2）喷嘴的优化：在井口承压条件下，既要使井下工具能承受实施水力喷射射孔、压裂所需要的最低压降值，又能不限制施工排量，就必须提前根据井内不同层位的地层压力及经验数据、数据模拟来调整喷嘴的个数和大小；
3.4 技术特点
（1）不污染地层、形成压实带，减轻近井筒地带应力集中，有利于提高目地层渗透率；
（2）经过电测校深，准确的将水力喷射工具下至预计造缝位置，而且射孔与压裂位置准确重叠，基本是在射孔通道的顶端产生并延伸裂缝，使起裂方向和裂缝延伸方向得到了有效控制；
（3）利用一趟管柱同时完成了射孔及压裂施工，简化了施工步骤，提高了生产时效；
（4）利用水动力学原理将已经压裂的裂缝进行封隔，不需要机械封隔工具，不仅降低了作业风险，而且减少了施工成本；[3]
（5）油套同注方式使井底流体的流动状况有了改变，因此井底压裂液粘度过低、提前砂堵等问题也有效地解决了。 3.5 实施情况及应用效果
施工步骤。
（1）替换阶段：以排量60 m3/h将原胶液正替充满环空及油管后，以排量150 m3/h泵入6%砂比的携砂液；
（2）切割套管阶段：当携砂液到达距离喷嘴250 m左右时，急速升高的泵注压力，确保获得足够的压差进行切割射孔，从压裂施工曲线上读取到第一个波峰，此时已套射穿管，喷砂射孔便已完成；
（3）裂缝产生阶段：射孔后，关套闸，从压裂施工曲线上读取套压数据，发现套压值先急速上升后稳步增长，此时便已经射开水泥环及目的层，从油管泵入的压裂液全部进入地层，压裂造缝阶段就开始了。泵入前置液后（根据井筒容积及设计要求），加砂压裂开始。按设计砂比的携砂液注入油管，与常规压裂一样，直至完成施工持续油套同注。压完第一层后，待裂缝闭合，投球打开喷枪滑套，同时关闭已完工的一层，依次完成其余分段压裂施工任务。
在压裂施工过程中可以观察到压裂施工曲线上的油套压力值持续升高，施工结束后压力值的陡然下降，均显示了高速流体冲击在地层上时及穿过裂缝时的摩阻作用。水力喷射压裂通过高压水射流的动能来压开地层是与平常压裂最大的不同，高压流体经过喷嘴节流，油压曲线明显要高于裂缝延伸压力，对比压裂施工曲线可以发现，每一个目的层压裂的压力值均不相同，侧面说明了每一个目的层都得到了预期改造。还需要说明的是，水力喷射射孔也要优于聚能弹射孔效果，不管是在孔眼的直径和深度上，还是在是否产生地层压实及微裂缝区方面，对压裂主裂缝的形成和延伸有很好的效果。[4]
压后测得腰北1P1井平均日产液量45方，含水95%，目前含水正在逐渐下降。与同区块、同生产层位的临井对比，产量有明显的提高，这也说明利用该工艺技术压裂改造水平井是有效的。
4 结论与建议
（1）通过现场的成功实践，可以知道不动管柱水力喷射逐层压裂技术这种新工艺将为增产、改造油气藏提供新技术，尤其为高效开发大斜度井、水平井提供了新的技术思路；
（2）该技术利用一趟管柱同时完成射孔、压裂施工，一个层段压裂完成后直接投球打开喷枪滑套，同时关闭已施工的下层，喷射压裂上层施工段，减少了起下管柱次数，简化了程序，节省了施工时间，提高了生产时效；
（3）根据现场应用效果，可以发现不动管柱水力喷射逐层压裂技术能够进行更好的储层改造，使单井的原油产量得到提高，但为了使压裂改造效果得到进一步提高，仍需要通过开展更多现场试验、技术攻关扩大该项技术的应用范围，以便更好的改造低渗油气田，达到增产目的。
（4）建议采用连续油管进行水力喷射环空压裂，能够拓宽所能允许的压裂深度、降低磨阻、提高喷嘴使用时间、减少砂堵风险，提高的施工适用性及可操作性；
参考文献
[1] 胡娟，等.腰英台油田分层压裂技术研究与应用.试采技术，2010年，第二期：31-34
[2] 田守嶒，等.水力喷射压裂机理与技术研究进展.石油钻采工艺，2008年，第30卷第一期：58-62
[3] 王腾飞，等.连续油管水力喷射环空压裂技术.开发工程，2010年，第30卷第一期：65-67
[4] 崔会贺，等.水力喷射定向射孔与压裂联作技术在水平井压裂中的应用.特种油气藏，2007年，第14卷第三期：85-87
[5] 李根生，牛继磊，刘泽凯，等.水力喷砂射孔机理实验研究[J] .石油大学学报：自然科学版，2002，26（2）：31-34
作者简介
杨修直（1984-）男，汉，吉林大安人，助理工程师，2007年7月毕业于中国地质大学（武汉）石油工程专业，现主要从事井下作业工作。