水力喷砂射孔理论与实验.研究

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1、独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油大学(华东)或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名：辫日期：二卯9年§月习日学位论文使用授权书本人完全同意中国石油大学(华东)有权使用本学位论文(包括但不限于其印刷版和电子版)，使用方式

2、包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门(机构)送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签指导教师签名：日期：2旧F年日期：7-。，3，年多月2]日r其’-jEt中同石油大学(华东)硕L学位论文1．1概述第一章绪论．帚一早三百下匕石油作为基础能源在国民经济的发展中起到不可替代的作用，2007年以来国际油价一路走高，2008年初更是冲破每桶100美元大关。我国能源

3、总量相对不足，且能源结构不合理。世界探明的化石能源资源储量中，石油、煤炭和天然气的结构关系分别为20％、60％和20％，而我国则为5％、91％和4％，石油比例明显偏小。根据海关总署统计，2007年我国进口原油达1．63亿吨，比2006年增长12．4％。虽然我国整体能源对外依存度仅为4％，但石油的对外依存度已经接近50％。因此从某种程度上说，石油供应是否安全已经成为一个影响到国民经济可持续发展的战略性问题。目前中国大部分油FFI进入了生产的中后期，仅靠自然压力己很难获得新的产量，因此必须通过人工提高采收率的方法来提高产量。目前应用的采油方法已从一次采

4、油、二次采油(注水开发)发展到了以提高波及程度和驱替效率为手段的三次采油。不论哪种采油方法，地层原油都要从油层通过射孔孔眼渗流进入井筒，因此减少射丌孔眼时对储层污染，提高孔眼周围地层的渗透率就成为提高采收率的基础。为了满足这种需求，一种新的射孔技术——水力喷砂射孔技术诞生了。水力喷砂射孔技术是将混有一定浓度磨料(石英砂、陶粒等)的水砂浆用地面压裂车加压并通过油管泵送至井下，水砂浆通过井下射孔工具的喷嘴喷射出高速射流，射穿套管和近井地层，形成一定直径和深度的射孔孔眼。水力喷砂射孔的介质是水砂浆，其中水流是加速砂粒、传递能量的载体，水流的动量传递给固体

5、砂粒后，砂粒被加速，当砂粒冲击套管及岩石时，就能对套管及岩石产生冲蚀破坏。目前常规聚能弹射孔深度一般在400"-'700mm。理论和实验研究表明，若射孔穿透钻井伤害带，减小压实带厚度，并且射孔方位选择合适，则油井产能比可大大提高⋯。预计水力喷砂射孔深度可达O．5～lrn，孔眼直径将大于25mm，作业时间在10"--20分钟左右瞳1。其主要增产机理是：高压水射流的冲击不会形成压实带污染；减轻近井筒地带应力集中，有利于提高近井筒地带渗透率；穿透近井筒污染带，泄油面积增大，有利于降低生产压降，增加向井筒的渗流速度，提高未污染地层流向井筒的液量∞1。当然一

6、些国家和油田已经进行过水力喷砂射孔的实践，但仍有许多问题没有得到澄清或深入研究，这些问题主要包括：磨料喷嘴的磨损问题；井下套管对水力喷砂射孔孔第一章绪论深的影响；射流参数、磨料参数、试件等对射孔效果的影响等等。因此，要将水力喷砂射孔技术真正应用于油田现场，尤其是水平井的开发，就必须对水力喷砂射孔技术进行深入的理论分析与实验研究。1．2研究意义在钻井、完井、生产及修井等过程中，地层会受到各种污染，影响油井产量。产生污染的原因十分复杂，实际上钻井液侵入井筒周围岩层、固井水泥损害地层、射孔岩屑侵入以及射孔压实作用形成射孔压实带等都会引起地层污染，降低近井

7、地带的渗透率，造成地层伤害而使油井产量降低川。图1．1为常规射孔产生地层损害的原理示意图。从图中可以清晰的看出常规射孔完井污染源是井简中的流体、射孔的残渣以及射孔过程中产生的高压气流。套管药及岩屑残渣图1一l常规射孔损害带不恿图Figl-1Conventionalperforatingdamagezone首先是液体的污染：射孔液在正压射孔时会随着孔道的形成迅速侵入孔道和地层孔隙，对产层造成污染，井筒压力越高污染就越严重；负压射孔时，井筒中的液柱压力虽低于地层压力，井筒内的液体不会直接沿孔道进入地层孔隙，但由于孔道是由高速气流冲击而成的，高速气流会携

8、带液体冲击到地层，故井筒内液体仍会进入地层孔隙内，对产层形成污染。其次是射孔残渣的污染：射孔残渣包括套管碎屑、水泥颗粒和地