水力喷射分段压裂技术研究

技术背景：

水 平 井 低 产 主 要 归 因 于 储 层 低 渗 、 非 均 质 性 ， 近 井 污 染 或 表 皮 损 害 以 及 无

效 的 改 造 技术。

传统水力压裂应用于水平井改造增产效果并不理想，经常最多产生两个主要裂缝区，

而 且 位 置 也 不 确 定 。许 多 高 产 段 仍 然 没 被 改 造 而 维 持 着 表 皮 损 害 。水 力 喷 射 压 裂

技 术 就 是 最 近 引 入 的 可 代 替 传 统 压 裂 工 艺 的 有 效 方 法 。 水 力 喷 射 压 裂 工 艺 技 术

是 近 年 石 油 工 程 领 域 的 新 技 术 ， 它 将 水 力 喷 射 射 孔 和 水 力 压 裂 工 艺 合 为 一 体 ，且

自 身 具 有 独 特 的 定 位 性 ， 能 够 快 速 准 确 的 进 行 多 层 压 裂 而 不 用 机 械 密 封 装 置 。该

技 术 在 国 外 水 平 井 已 应 用 于 几 百 口 井 ， 在一些低压、低产、低渗、多薄互层的油气层

压裂改造中取得了较好的效果。

水力喷射压裂技术原理：

水 力 喷 射 压 裂 技 术 结 合 了 水 力 射 孔 和 水 力 压 裂 的 新 型 增 产 工 艺 。 该 工 艺 由

三 个 过 程 共 同 完 成 ，水 力 喷 砂 射 孔 、水 力 压 裂（ 通 过 普 通 油 管 或 钻 杆 或 连 续 油 管 ）

以 及 环 空 挤 压 （ 通 过另外一个泵）。

通过安装在施工管柱上的水力喷射工具，利用水击作用在地层形成一个（或多 个 ）喷

射 孔 道 ，从 而 在 近 井 地 带 产 生 微 裂 缝 ，裂 缝 产 生 后 环 空 增 加 一 定 压 力 使 产 生 的 微

裂缝得以延伸，实现水力喷射压裂（见图 1）

该技术基于伯努力方程：

方程表明流体束中的能量维持常量，

虽然实际上摩擦缓慢消耗能量使其转化为热能（但这个简化方程不包含温度因素）。

由

方程可知流体束的速度变化引起压力反向变化。喷嘴

出口处速度最高压力就最低，随着流体不断深入孔道速度逐渐减小，压力不断升高，

到孔道端处速度达到最低压力最高。常规造缝方法需要对整个井筒加压，大多数情况下观

察到的破裂压力比裂缝扩展压力要大得多，而且井内的每个裂缝都必须克服该压力。水力

喷射压裂通过喷射流体在孔道内动能到压能的转换利用喷射滞止压力破岩从而在喷射点处

产生微裂缝。由于能量集中在孔道端处，井筒不受破裂压力的影响，从而消除了压力曲线

中地层破裂时的压力峰值（见图 2），并且近井筒扭曲问题很少出现。

水 力 喷 射 裂 缝 一 旦 形 成 ，由 于 喷 嘴 出 口 周 围 流 体 速 度 最 高 ，其 压 力 就 最 低 ，

故 流 体 会 自动泵入裂缝而不会流到其它地方。

环空的流体也会在压差作用下进入射流区被吸入地层。

水 力 喷 射 压 裂 利 用 动 态 分 流 技 术 成 功 解 决 了 水 平 井 裂 缝 的 定 位 控 制 问 题 ，通

过 流 体 的 动 态