裸眼水平井水力喷射压裂完井
如果没有有效的封隔方法，裸眼水平井压裂的效果将受到很大的影响。在大多数的压裂过程中，压裂或酸化往往发生在流体和井眼首次接触的地方，通常是在水平井的跟部。一项把磨料水射流技术和压裂技术结合起来的技术，使得把喷射工具安置在要求产生裂缝的准确位置成为可能，并且压裂时还不需要使用封隔器。使用这项技术可以按照压裂设计方案的要求在井中形成均匀的或不均匀的多条裂缝。前言水射流是一种冷切割工艺，可以用于岩石、玻璃和金属的切割或打眼。水射流工艺有两种基本类型：净水射流和磨料水射流。石油工业中，磨料水射流的应用通常也是切割和打眼。近年来，磨料水射流工具不断改进，工具耐磨性不断提高，显著增加了工具使用寿命。有了更可靠的工具，这种工艺就更广泛地被运用到了油气井的增产措施中。本文通篇详述了低渗高孔隙度储层一口裸眼水平井完井中使用磨料水射流压裂增产技术来实施增产的结果。该水平井开发的储层属于蒙特里页岩Antelope构造，位于美国加利福尼亚州中部的圣华金河流域。裸眼水平井增产低渗地层通常包含多个不同孔隙度和渗透率的小层，而且薄得难以用常规测井方法检测到的垂直渗透率阻挡层经常存在其中。在地层渗透率低的情况下，水平裸眼完井虽然扩大了井与油藏接触面积，但是当对这种类型的完井进行增产措施设计时却存在着很多挑战。对于一般的水力压裂，如果缝的形成是不可控的，通常会导致沿着裸眼段产生长短不一分布不均的横向裂缝。为了增产的最大化，压裂增产措施应该能让沿着水平段产生数量有限的，且相隔较远分布均匀的裂缝。并且每条裂缝的长度和宽度随着裂缝数量的增加而减少。另一个目标是仅仅在需要裂缝的位置造缝。多个缝聚集在一起的话，初始阶段的产能是能够增加的，但是这种增产效果在增产措施后只能持续很短的一段时间。高速大排量裸眼压裂措施试图把大量流体快速挤入裸眼段来创造大量的裂缝，但是这样做往往会导致大量的压裂液充填在井眼跟部附近的小部分储层中，而其它部分的储层基本没有得到改造。把油管串下入井眼然后通过油管（以小排量）压裂或者通过油管和环空（以大排量）同时压裂的工艺已经被使用，但是这种工艺在大多数地区的成功率都不高。水力喷射压裂对于水平井而言，磨料水射流穿孔和净水射流压裂的同时使用是一种有效的增产方法。这种方法可以使沿着整个水平段形成相当相似的裂隙率梯度。而且，一般来说还不需要使用机械封隔器。作为替代的是，这项技术依赖于水动力的精确定位和高密度集中。这样，对于每个压裂层段，它会首先迫使裂缝在目标处启裂然后仅仅在喷射工具位置处继续扩展裂缝。在磨料水射流阶段，把喷射工具下放到预先确定的位置，然后进行磨料水射流射穿套管和地层岩石。基于伯努利原理，当高压流体从喷射工具流出时，其势能转化为动能。喷射流体中含有研磨材料（例如砂或支撑剂）来帮助切割钢材和地层岩石。当喷射流体高速（一般超过400英尺每秒）从喷嘴喷出并进入射孔孔道时，在该区域会建立一个低压区，当喷射流体在沿着射孔孔道方向逐渐减速时，流体停滞并且压力恢复。该压力恢复和高环空压力同时作用迫使在喷射位置处产生裂缝。虽然该方法提供了层段间的有效封隔，但是还是有一些流体会沿着裸眼水平段漏失到先前形成的裂缝和地层基质中。这些漏失必须在设计阶段就考虑到，进而确保在现场有足够的泵排量用来保持产生和扩展裂缝所需的足够的环空压力。该参数必须在增产施工的现场就确定下来。多层段压裂必须从离井趾端最近的层段开始，然后顺序向井跟部方向逐步实施。本文的实例研究中，磨料水射流穿孔和净水射流压裂是使用连续油管井底部钻具组合，该组合由包含把可替换的喷嘴和死堵遮盖保护起来的喷射组件。一般的喷嘴直径范围是3/16到1/4 英寸，本实例研究使用的喷嘴是直径3/16 英寸（如图1所示）。图1. 压裂实施后的喷射组件中的直径3/16 英寸油嘴
喷嘴尺寸的确定主要取决于压裂施工中所选择的支撑剂尺寸大小。喷嘴直径的大小跟所设计的过喷射组件压降有非常重要的关系，这对于能否实现有效的水力喷射射孔是至关重要的。一般地，为了射开储层岩石，2000到4000 PSI的压降是必需的。在喷射阶段使用低砂浓度压裂液的同时，也要确保能够射开尾管或已固井套管。施加在喷射形成的空腔中的连续喷射作用，使得空腔中的总压力要高于井眼环空中的压力几百个PSI。这样，在先前形成的裂缝中的压力就不会达到该裂缝再次张开和扩展所需的压力，所以机械封隔器就不再需要了。由于在射孔孔道周围没有形成压实带，水力喷射射孔也表现出了能减小近井眼扭曲影响的特性。实例分析对于低渗地层而言，压裂增产是实现经济开发油田所必需的。Antelope页岩产出的原油是重质原油，所以为了实现增产的最大化，热力部件也是必需的。该措施井是水平裸眼割缝管完井，使用人工举升生产。该油田主要是直井开发，并且这些直井补偿这个措施水平井。该水平井和它的补偿直井之间的相互作用是设计增产方案时主要的不确定因素。该水平井跟该油田的其它井相比是一口低产井。其挑战就在于，要增产的水平段有700英尺长，并且要在水平段不同位置处造缝，这样造出来的裂缝就会连接上天然的和以前形成的裂缝。该设计要求把水平段的中间部分分成相隔大约100英尺的3个层段来实施增产。增产实施的第一步是进行三段水力压裂施工，沿着井眼的中间部分形成3条裂缝。第二步是高压水蒸汽施工，加热第一阶段产生的裂缝。使用了一个全面的监测方法来检测该水力喷射压裂措施的有效性，确定该技术是否成功的在井水平段的中部形成裂缝，并且也对后来的蒸汽注入情况进行监测。施工设计和实施在水力喷射第一个层段之前，当喷射组合下到第一个切割深度时，连续油管和低分子聚合物瓜胶基线性凝胶一起下入。为了确定当注入速度为设计的10桶/分时的滤失情况，当返回泥浆返到地面时才沿着连续油管泵入线性凝胶。大约4桶/分返回到地面，表明当泵送速度为10桶/分时有6桶/分的滤失速度。在每一深度处，进行喷射穿孔时的注入速度都为12桶/分，用了大概10大袋的1磅/加仑的20/40目的砂粒。所用的低分子聚合物瓜胶基线性泥浆体系中添加了3%的氯化钠，杀生物剂，表面活性剂，和破胶剂。在磨料砂到达喷嘴之前，沿着环空的注入速度为10桶/分。连续油管中和环空中的总注入速度大约是22桶/分。在大部分的施工阶段，相同的泥浆体系沿着连续油管注入，浓度为3%的氯化钠水沿着环空注入。结果施工结束后关井，准备接下来的蒸汽注入。按照增产方案的热力部分要求完成蒸汽注入。监测这样注入是否产生裂缝是作为评价的一个要素。蒸汽通过油管注入，油管末端位于井水平段的跟部。其意图是通过热力刺激油藏中先前存在的裂缝和新产生的裂缝。为了测定裂缝的变化情况，使用倾斜仪观测网来进行监测。水力压裂和蒸汽压裂之间的主要区别在于控制裂缝产生位置和形成所用的技术不同。水力喷射压裂的冲击作用在预想位置造缝方面被证明是有效的。裂缝测绘结果表明，裂缝都在三个层段预想的位置产生，在井眼跟部没有发现净水射流施工导致的裂缝产生。蒸汽注入在井“跟部”裸眼段开始的地方造了一条缝。这是由于在注入蒸汽过程中没有进行封隔所导致的。和水力喷射技术在水平段的中部形成裂缝相比，这也进一步证实了水力喷射技术在控制裂缝产生位置和形成方面的有效性。井在增产措施后从新投产，并安装了人工举升设备。投产初期获得了令人满意的结果，产油量增加了30%。邻井也有积极的产量反应。在同一时间范围内，在措施井临近区域内的所有邻井（直井和水平井）的总产油量增加了40%。
