胡強(qiáng)法，朱 峰，李憲文，付鋼旦，趙 文，呂維平

(1.中國石油大學(xué)機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院，北京 102249;2.中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院江漢機(jī)械研究所，湖北荊州 434000;3.長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安 710021)

水力噴砂射孔與起裂大型物理模擬試驗(yàn)

胡強(qiáng)法1，2，朱 峰2，李憲文3，付鋼旦3，趙 文3，呂維平2

(1.中國石油大學(xué)機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院，北京 102249;2.中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院江漢機(jī)械研究所，湖北荊州 434000;3.長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安 710021)

采用油田現(xiàn)場使用的施工參數(shù)、噴射工具和施工設(shè)備，用與長慶油田長6地層對應(yīng)的露頭巖樣制作靶件，模擬水力噴砂射孔與起裂的過程，進(jìn)行大型物理模擬試驗(yàn)，并用專用工具解剖試驗(yàn)靶件。結(jié)果表明:噴砂射孔的完整孔形呈淚滴形，分為套管穿孔段、入口反濺段、水泥環(huán)縮徑段和主體段4部分;起裂后的孔道末端還有一狹長的劍形通道;試驗(yàn)條件下，射流速度超過一定限度后會(huì)導(dǎo)致靶件起裂，表明射流速度提高可使孔內(nèi)局部增壓顯著;起裂后射流順裂縫方向沖刷形成劍形通道，使噴砂射孔通道成倍增長，有利于改善穿透效果;多個(gè)噴嘴射出的孔道保持各自獨(dú)立的孔形，起裂后的裂縫可連通各個(gè)孔道，在試驗(yàn)條件下多個(gè)射流通道共同作用可引導(dǎo)近井地帶裂縫的形成與擴(kuò)展。

射流;水力噴砂射孔;起裂;模擬試驗(yàn);孔道形狀

水力噴射壓裂技術(shù)是集水力噴砂射孔、壓裂、隔離一體化的增產(chǎn)措施，可不使用封隔器或橋塞等隔離工具實(shí)現(xiàn)多段壓裂。由于其良好的應(yīng)用效果和前景，在國內(nèi)外掀起一股研究和應(yīng)用的熱潮。20世紀(jì)90年代以來，圍繞水力噴砂射孔開展了大量的試驗(yàn)研究，對射孔的穿透深度和孔形結(jié)構(gòu)、各種參數(shù)對成孔的影響進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，為技術(shù)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。但是，由于這些試驗(yàn)的試驗(yàn)條件相差較大，所得結(jié)果只可作為定性分析的參考［1-7］。長慶油田較早在低滲透儲(chǔ)層的開發(fā)中應(yīng)用水力噴射壓裂技術(shù)［4］，隨著應(yīng)用的深入，迫切需要為優(yōu)化工藝參數(shù)提供定量分析的依據(jù)。筆者在全尺寸條件下模擬低滲透地層水力噴砂射孔的過程，研究射孔孔道的特點(diǎn)、多個(gè)孔道的相互關(guān)系及其對起裂過程的影響。

1 試驗(yàn)方法和過程

1.1 總體方案

為更好地研究低滲透地層水力噴射壓裂的有關(guān)問題，提出了進(jìn)行“全尺寸全真”大型物理模似試驗(yàn)的構(gòu)想。本次試驗(yàn)將使用與現(xiàn)場施工一致的井下工具、地面設(shè)備和作業(yè)參數(shù);還將使用與主要作業(yè)地層對應(yīng)的露頭巖樣制作靶件，靶件結(jié)構(gòu)完全模擬實(shí)際井筒結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)不僅要考察單個(gè)噴砂射孔孔道的孔深孔形，還將研究多個(gè)噴砂射孔孔道的相互關(guān)系及其對近井起裂的影響。為得到盡可能真實(shí)的孔形結(jié)構(gòu)，采用金剛石繩鋸等專用切割工具對試驗(yàn)后的靶件進(jìn)行解剖。

1.2 巖樣采集與參數(shù)測試

本次試驗(yàn)針對的目的層為盤古梁西吳420井區(qū)長6地層，通過實(shí)地考察和層位對比分析，結(jié)合鄂爾多斯盆地西傾單斜的構(gòu)造背景，確定在綏德縣城北四十里鋪采集長6露頭巖樣。長6露頭巖樣物性參數(shù)為:孔隙度11.66%，滲透率0.64×10-3μm2，視密度2.29 g/cm3，彈性模量15.3 GPa，泊松比0.31，抗壓強(qiáng)度64.5 MPa。采用水力切割與爆破結(jié)合的方法采集原始樣品8塊，切邊后制成0.5 m×0.5 m×1.0 m的巖樣6件，1.5 m×1.5 m×1.0 m巖樣2件(圖1)。同時(shí)采集若干小樣，用于巖樣物性參數(shù)測試和水力噴射性能的試驗(yàn)。

圖1 采樣現(xiàn)場與制作成型的長6露頭巖樣Fig.1 Sampling location and completed rock sample of Chang 6 stratum

1.3 長6露頭巖樣與水泥靶試件噴射對比試驗(yàn)

前期的大量試驗(yàn)主要基于水泥靶開展，為更好地利用這些試驗(yàn)研究的成果，同時(shí)也為了方便試驗(yàn)節(jié)省成本，本次試驗(yàn)將按優(yōu)選的配比制作部分水泥靶件，與巖樣靶件一同進(jìn)行后續(xù)的物理模擬試驗(yàn)。

制作的水泥靶試件主要用于水力噴砂射孔試驗(yàn)，并希望噴射試驗(yàn)的結(jié)果與采集巖樣試驗(yàn)的結(jié)果具有可比性。從前人試驗(yàn)研究的結(jié)果來看，盡管已明確巖樣性能對成孔參數(shù)有較大的影響，但至今沒有得出一個(gè)定量的關(guān)系，也很難確定哪一個(gè)參數(shù)指標(biāo)起決定作用。為獲得對樣品水力噴射性能更直觀的認(rèn)識(shí)，對不同樣品在同等水力參數(shù)條件下進(jìn)行噴射對比試驗(yàn)，篩選出成孔參數(shù)與長6樣品最接近的水泥靶件，并由此確定實(shí)際靶件制作的配比。

將純水泥試樣、水泥與黃砂體積比為1∶2、1∶3、1∶4的試樣、長6露頭等5種靶樣，使用同種噴嘴在同等噴射壓力、相同噴射時(shí)間、相同噴射距離的條件下進(jìn)行對比試驗(yàn)。清水射流噴射對比試驗(yàn):噴嘴壓降30 MPa、噴距20 mm、淹沒狀態(tài);噴砂射流噴射對比試驗(yàn):噴嘴壓降25 MPa、噴距28 mm、磨料體積分?jǐn)?shù)11% ～13%，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 清水射流和噴砂射流試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Experimental results of water jet and sand jet

從試驗(yàn)結(jié)果看，清水射流長6露頭巖樣的噴射性能介于1∶2和1∶3的水泥靶之間，磨料射流長6露頭巖樣的噴射性能與1∶3的水泥靶最接近。主要按1∶3的配比制作水泥靶件。

1.4 試驗(yàn)設(shè)備與方法

1.4.1 試驗(yàn)設(shè)備

在井深1.0 km的專用試驗(yàn)井場上試驗(yàn)，參照現(xiàn)場施工進(jìn)行井口安裝、管匯連接和壓裂車組布置(圖2)。主要設(shè)備包括井口1套，2000型壓裂車3臺(tái)，儀表車、管匯車、混砂車、運(yùn)砂車各1臺(tái)，40 m3壓裂罐3具。另配罐車8臺(tái)，過濾罐2具，400型水泥車1臺(tái)，用于轉(zhuǎn)運(yùn)現(xiàn)場廢液。

試驗(yàn)的基本過程:將靶件吊裝在井口于試驗(yàn)架上固定后再進(jìn)行有關(guān)連接，試驗(yàn)完成后將靶件吊走再安裝下一個(gè)靶件。液體流動(dòng)順序:壓裂車組→高壓管匯→油管柱→噴射器→環(huán)空→井口四通→閥門→排出管線→過濾罐。

圖2 試驗(yàn)設(shè)備組成簡圖Fig.2 Sketch map of test equipment

試驗(yàn)用的噴嘴為流線型入口+直孔段的結(jié)構(gòu)，主要使用出口直徑6.4 mm的噴嘴。試驗(yàn)用的噴射工具有兩種結(jié)構(gòu)形式(圖3)，考察單個(gè)噴砂射孔通道使用對稱雙噴嘴噴射器進(jìn)行噴砂射孔試驗(yàn)，考察多個(gè)噴砂射孔通道使用對稱6噴嘴噴射器進(jìn)行噴砂射孔起裂試驗(yàn)。

圖3 噴嘴結(jié)構(gòu)與兩種噴射工具結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Sketch map of structure of nozzle and two kinds of jet tools

1.4.2 試驗(yàn)靶件準(zhǔn)備

按兩種試驗(yàn)方式預(yù)制了3種共9個(gè)靶件(圖4):對稱雙噴嘴噴砂射孔試驗(yàn)，預(yù)制6個(gè)水泥靶件、2個(gè)巖樣靶件;6噴嘴噴射器噴砂射孔起裂試驗(yàn)，預(yù)制1個(gè)大型巖樣靶件。靶件中均使用139.7 mm外徑壁厚7.72 mm的N80套管，水泥環(huán)厚度50 mm。

射孔模擬試驗(yàn)水泥靶(6件):靶筒直徑426 mm，長度約2 m。套管橫貫靶筒放置，自中心向兩端依次為50 mm厚水泥環(huán)、約1.0 m厚水泥石，兩端焊接環(huán)形封頭限位。水泥石配比根據(jù)試驗(yàn)確定。

射孔模擬試驗(yàn)巖樣靶(2件):靶件箱尺寸0.6 m×0.6 m×2.2 m，套管橫貫靶件箱放置。兩塊0.5 m×0.5 m×1.0 m露頭巖樣距套管50 mm對稱放在靶件箱內(nèi)，注水泥成型。

射孔起裂模擬試驗(yàn)巖樣靶(1件):靶件箱內(nèi)腔尺寸1.6 m×1.6 m×1.8 m。上下為0.3～0.4 m厚的水泥擋板(與水泥環(huán)一樣由固井水泥漿制作)，中間為露頭巖樣，巖樣尺寸為1.5 m×1.5 m×1.0 m，巖樣中心取心后插入套管并預(yù)制水泥環(huán)。在巖樣對應(yīng)位置的四周箱板上鉆孔，起裂后液體可順孔排出，防止憋壓。

圖4 靶件結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Sketch map of test assembly

1.5 試驗(yàn)過程簡介

地面模擬試驗(yàn)嚴(yán)格按照現(xiàn)場施工的程序和步驟進(jìn)行，2 d完成9個(gè)靶件的噴射試驗(yàn)。試驗(yàn)中使用的液體為胍膠壓裂液基液，胍膠體積分?jǐn)?shù)為0.4%;使用的磨料為0.425～0.85 mm的石英砂，砂質(zhì)量濃度為150 kg/m3。

前8次使用對稱雙噴嘴進(jìn)行噴砂射孔試驗(yàn)，分別按排量0.6 m3/min(射流速度158 m/s)和排量0.8 m3/min(射流速度210 m/s)進(jìn)行。試驗(yàn)參數(shù)見表2。

表2 設(shè)計(jì)的試驗(yàn)參數(shù)Table 2 Designed parameters of test

根據(jù)這8次試驗(yàn)的情況和經(jīng)驗(yàn)，在第9次試驗(yàn)中對參數(shù)和工藝進(jìn)行了調(diào)整，使用6噴嘴噴射器，采用排量逐級增加的方式，直至排量達(dá)到2.34 m3/min后順利完成噴砂射孔和起裂過程。

2 試驗(yàn)靶件的解剖與數(shù)據(jù)分析

通過試驗(yàn)，在9只靶件上共噴射24個(gè)孔眼，為完整準(zhǔn)確地得到孔眼的真實(shí)形狀，在對靶件進(jìn)行解剖測繪時(shí)應(yīng)用了多種方法，包括使用可對大型靶件進(jìn)行切割的金剛石繩鋸機(jī)和對小靶件切割使用的圓盤鋸，最終得到24個(gè)完整的孔眼形狀。解剖結(jié)果表明，巖樣靶與按篩選出的配方制作的水泥靶，其成孔形態(tài)與孔形參數(shù)非常接近，表明按試樣的噴射性能選擇水泥靶配方，是建立模擬試驗(yàn)條件的一種可行手段。

根據(jù)解剖的結(jié)果并結(jié)合試驗(yàn)的過程，將形成的孔眼分為3類:按施工設(shè)計(jì)完成試驗(yàn)的正常噴射孔;試驗(yàn)中靶件提前起裂的裂縫孔;按計(jì)劃起裂的噴射起裂孔。

2.1 正常噴射孔的孔形特征

按施工設(shè)計(jì)完成試驗(yàn)的靶件共有5只，其中4只水泥靶、1只巖樣靶，這樣得到10個(gè)正常噴射孔(圖5)，其施工參數(shù)和孔形尺寸見表3。

圖5 正常噴射孔的孔形特征Fig.5 Shape of normal cavity created with abrasive perforating at intending time

表3 正常噴射孔的實(shí)際施工參數(shù)與孔形尺寸Table 3 Field test parameters and measured data of normal cavities

這些孔均呈現(xiàn)共同的形狀特點(diǎn)，孔形基本呈橄欖形(或稱淚滴形)，整個(gè)孔道可劃分為4部分:①套管穿孔段，孔形截面略呈橢圓形，孔徑約為噴嘴直徑的3.5倍;②入口反濺段，水泥環(huán)入口的一小段倒喇叭形空腔，是射流打擊水泥環(huán)反濺到套管外壁后再反射沖蝕形成的結(jié)果，多數(shù)靶件的寬度約為10 mm，并有隨噴射時(shí)間延長而加寬的趨勢，其直徑約為套管穿孔直徑的2～3倍，并有隨排量增大而增大的趨勢;③水泥環(huán)縮徑段，直徑相對較小，弧度也較平，其直徑較入口反濺段的直徑要小10～15 mm;④主體段，代表孔形的主體結(jié)構(gòu)，呈橄欖形或稱作淚滴形，其長度為100～170 mm，最大直徑約為套管穿孔直徑的2～3倍，且有隨排量增大而增大的趨勢。

在試驗(yàn)靶件不破裂的條件下，水力噴砂射孔形成的孔形結(jié)構(gòu)不是通常認(rèn)為的完整流線型結(jié)構(gòu)。其中最大的差異是在套管與水泥環(huán)之間存在入口反濺段，使整個(gè)孔形在套管穿孔段之后形成一個(gè)突變的大臺(tái)階。關(guān)于入口反濺段結(jié)構(gòu)的描述此前未見文獻(xiàn)報(bào)道，經(jīng)對以往實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行的小參數(shù)噴射試驗(yàn)靶件(2.5 mm噴嘴，排量小于80 L/min)的回溯觀察，發(fā)現(xiàn)該段普遍存在，只是由于小參數(shù)噴射下，該段的長度與直徑均較小，容易被忽略。

圖6為5號水泥靶和7號巖樣靶的解剖圖片。

2.2 提前起裂裂縫孔的孔形特征

按設(shè)計(jì)將試驗(yàn)排量提高，射流速度理論值超過200 m/s后，靶件在射孔1 min內(nèi)起裂，起裂后立即停泵，基于現(xiàn)場安全考慮未按設(shè)計(jì)時(shí)間進(jìn)行后續(xù)噴射。試驗(yàn)過程中環(huán)空壓力與正常噴射孔靶件相差不大，因此分析起裂的原因主要是射流速度提高后導(dǎo)致孔內(nèi)局部壓力增大，導(dǎo)致起裂。

試驗(yàn)過程中因提前起裂而形成的裂縫孔共有3只靶8個(gè)孔(其中1靶4孔)，這些孔的主體部分的特征均與正常噴射孔明顯不同(圖7、表4)。靶件起裂后，高速含砂射流沿裂縫噴射，沖刷形成狹長的劍形孔道，孔長明顯大于正常噴射孔長度?？椎廊肟谒喹h(huán)部分為柱形，無明顯的縮徑，主體部分為劍形扁孔，仍可觀察到入口反濺段，但其寬度甚小。因射流噴射時(shí)間非常短，均在1 min左右，孔道未充分發(fā)育，8個(gè)孔的差異較大，有的剛剛在靶件上形成不足100 mm淺槽，有的則順著裂縫沖刷出360 mm的扁孔。

圖6 5號水泥靶和7號巖樣靶的解剖過程Fig.6 Dissected process of the No.5 test assembly with cement and the No.7 test assembly with rock sample

表4 提前起裂裂縫孔的實(shí)際施工參數(shù)與孔形尺寸Table 4 Field test parameters and measured data of cracked cavities created with abrusive perforating before intending time

圖7 提前起裂裂縫孔的孔形特征Fig.7 Shape of cracked cavity created with abrasive perforating before intending time

圖8為4號水泥靶和8號巖樣靶的解剖圖片。

2.3 噴射起裂孔孔形特征

在最終的6噴嘴噴射試驗(yàn)中，排量由1.5 m3/min逐級增加到2.34 m3/min，靶件在最高泵壓32 MPa時(shí)起裂，起裂后立即停泵，共噴射20 min，形成6個(gè)噴射起裂孔(圖9、表5)。

噴射起裂孔的射孔孔道兼有正常噴射孔和裂縫孔孔道的特點(diǎn)。在靶件起裂前，射流與回流綜合作用形成橄欖形噴孔，但靶件一旦壓裂，高速流體沿著裂縫噴射，在橄欖形孔道之后沿裂縫形成狹長扁孔道。故孔形可劃分為5部分:①套管穿孔;②入口反濺段;③水泥環(huán)縮徑段;④橄欖形孔道主體段;⑤劍形孔道。其中前4部分的形狀和尺寸范圍均與正常噴射孔十分接近，而劍形孔道的長度大部分介于250～300 mm，最短孔180 mm，最長孔達(dá)350 mm。

由于起裂后馬上就停泵降壓，劍形孔未能進(jìn)一步發(fā)展與延伸?？梢灶A(yù)見，如果起裂后繼續(xù)噴射一段時(shí)間，劍形孔將進(jìn)一步延伸直至靶件邊緣。

圖8 4號水泥靶與8號巖樣靶的解剖過程Fig.8 Dissected process of the No.4 test assembly with cement and the No.8 test assembly with rock sample

表5 噴射起裂孔的實(shí)際施工參數(shù)與孔形尺寸Table 5 Field test parameters and measured data of fractured cavities created with hydrajet-assisted fracturing

圖9 噴射起裂孔的孔形特征Fig.9 Shape of fractured cavity created with hydrajet-assisted fracturing

6個(gè)噴嘴射出的孔道保持著各自獨(dú)立的孔形(圖10)，起裂后沿各自的孔道繼續(xù)向外擴(kuò)展。雖然6個(gè)孔道不在同一高度(其中4孔與另2孔高度差50 mm)，但起裂后的橫向通縫連貫了6個(gè)孔道，形成貫通大裂縫，將靶件上下分開。這表明在近井地帶，相距較近的多個(gè)噴砂射孔射流通道可在受壓后共同作用，引導(dǎo)裂縫的形成與擴(kuò)展。由于本試驗(yàn)是在無圍壓、無三軸應(yīng)力的條件下進(jìn)行的，在應(yīng)力環(huán)境下多個(gè)噴砂射孔通道對近井裂縫起裂的作用需通過進(jìn)一步試驗(yàn)確認(rèn)。

圖11為9號大巖樣靶的解剖圖片。

圖10 多個(gè)噴射起裂孔的分布Fig.10 Distribution of fractured cavities created with hydrajet-assisted fracturing

2.4 關(guān)于射孔深度的分析

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在本試驗(yàn)條件下，正常射孔深度為100～170 mm，裂縫孔和噴射起裂孔約300 mm。這與相關(guān)文獻(xiàn)［5-7］介紹的水力噴砂射孔模擬試驗(yàn)的射孔深度相比明顯偏低，主要原因?yàn)?

(1)試驗(yàn)條件的差異，主要是巖樣的差異對深度的影響較大。本試驗(yàn)所用的低滲透巖樣致密且硬度高，更難穿透，導(dǎo)致噴砂射孔的深度較淺。

圖11 9號大巖樣靶的解剖過程Fig.11 Dissected process of the No.9 test assembly with rock sample

(2)試驗(yàn)方法上的差異。本試驗(yàn)主要關(guān)注噴砂射孔起裂前的孔深孔形，重點(diǎn)研究噴射過程中靶件未起裂破碎的情況。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)起裂時(shí)立即停泵，有意限制了射孔通道沿裂縫面的沖刷延伸。相關(guān)文獻(xiàn)介紹的試驗(yàn)采用的是按事先設(shè)計(jì)的時(shí)間完成噴射試驗(yàn)的方式，在靶件破裂后還會(huì)繼續(xù)噴射一段時(shí)間，射孔通道沿裂縫面的沖刷延伸會(huì)大大加長。

(3)統(tǒng)計(jì)和測量方法的差異。本試驗(yàn)的穿透深度均是從套管外緣計(jì)算，且均未計(jì)算裂縫的長度。相關(guān)文獻(xiàn)則不同，如文獻(xiàn)［7］介紹的Oklahoma大學(xué)的試驗(yàn)其射孔深度為685 mm，自套管中心開始測量，并包含了起裂裂縫的長度。

根據(jù)有關(guān)圍壓對噴砂射孔性能影響的研究［8-9］，在井下條件下噴砂射孔的穿透深度將比地面試驗(yàn)的深度更小，在低滲透地層應(yīng)用時(shí)應(yīng)充分考慮這些因素。

3 結(jié)論

(1)在地面試驗(yàn)條件下，提高射流速度后靶件易起裂，隨著射流速度提高，孔內(nèi)局部增壓顯著。

(2)首次提出孔眼結(jié)構(gòu)中包含入口反濺段的概念，即在套管與水泥環(huán)之間存在一個(gè)大臺(tái)階，不同于通常認(rèn)為的完整流線型結(jié)構(gòu)。

(3)噴射起裂孔的射孔孔道兼有正常噴射孔和裂縫孔的特點(diǎn)，即在正常噴射孔靶件孔道的基礎(chǔ)上，增加了孔底起裂后形成的扁平劍形孔道。6噴嘴噴射器形成的6個(gè)孔道保持著各自獨(dú)立的孔形，起裂后沿各自的孔道繼續(xù)向外擴(kuò)展而沒有相互沖蝕;起裂后的橫向通縫連通6個(gè)孔道形成貫通的大裂縫。在本試驗(yàn)條件下，多個(gè)射流通道共同作用可引導(dǎo)近井地帶裂縫的形成與擴(kuò)展。

［1］COBBETT James S，CONSULTANT.Sand jet perforating revisited［R］.SPE 39597，1998.

［2］SURJAATMADJA J B，GRUNDMANN S R，MCDANIEL B，et al.Hydrajet fracturing:an effective method for placing many fractures in openhole horizontal wells［R］.SPE 48856，1998.

［3］LOYD East，RON Willett，JIM Surjaatmadja，et al.Application of new fracturing technique improves stimulation success for openhole horizontal completions［R］.SPE 86480，2004.

［4］李憲文，趙文軫.水力射孔射流壓裂工藝在長慶油田的應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2008，30(4):67-70.

LI Xian-wen，ZHAO Wen-zhen.Application of hydraulic perforation jet fracturing technology in Changqing Oilfield［J］.Oil Drilling ＆ Production Technology，2008，30(4):67-70.

［5］李根生，牛繼磊，劉澤凱，等.水力噴砂射孔機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究［J］.石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2002，26(2):31-34.

LI Gen-sheng，NIU Ji-lei，LIU Ze-kai，et al.Experimental study on mechanisms of sand jet perforating［J］.Journal of the University of Petroleum，China(Edition of Natural Science)，2002，26(2):31-34.

［6］劉亞明，袁新生，艾力.水力噴砂射孔技術(shù)試驗(yàn)分析［J］.新疆石油科技，2005，15(2):7-9.

LIU Ya-ming，YUAN Xin-sheng，AI Li.Experimental analysis on technology of sand jet perforating［J］.Xinjiang Petroleum Science ＆ Technology，2005，15(2):7-9.

［7］NAKHWA A D，LOVING S W，F(xiàn)ERGUSON A，et al.Oriented perforating using abrasive fluids through coiled tubing［R］.SPE 107061，2007.

［8］牛繼磊，李根生，宋劍，等.水力噴砂射孔參數(shù)實(shí)驗(yàn)研究［J］.石油鉆探技術(shù)，2003，31(2):14-16.

NIU Ji-lei，LI Gen-sheng，SONG Jian，et al.An experimental study on abrasive water jet perforation parameters［J］.Petroleum Drilling Techniques，2003，31(2):14-16.

［9］廖華林，李根生，易燦，等.圍壓對水射流破巖特性影響的試驗(yàn)研究［J］.石油鉆探技術(shù)，2007，35(5):46-48.

LIAO Hua-lin，LI Gen-sheng，YI Can，et al.An experimental study the impact of ambient pressure on rock breaking by water jet［J］.Petroleum Drilling Techniques，2007，35(5):46-48.

Physical simulating experiments of hydrajet perforating and fracture initiation process

HU Qiang-fa1，2，ZHU Feng2，LI Xian-wen3，F(xiàn)U Gang-dan3，ZHAO Wen3，Lü Wei-ping2
(1.Faculty of Mechanical and Oil-Gas Storage and Transportation Engineering in China University of Petroleum，Beijing 102249，China;2.Jianghan Machinery Research Institute，Drilling Research Institute，CNPC，Jingzhou 434000，China;3.Oil＆ Gas Technology Research Institute，Changqing Oilfield Company，Xi'an 710021，China)

Experimental researches were introduced by selected samples from Chang 6 formation of Changqing Oilfield，and the process of hydrajet perforating and fracture initiation process was simulated by using field parameters，jetting tools and equipments.The tested samples were all cut by special tools.The experimental results show that the whole jetting hole is of tear-drop shape，and it includes four parts of casing perforation，entrance sputtering section，cement reduction and main section.When fracture initiated，a slim channel with gladiate shape is added in the end of the hole.The sample will fracture when jetting velocity is high enough in test condition，which indicates that the pressure in jetting hole increases obviously with the jetting velocity increase.The jetting flow erodes out a slim channel along crack propagate direction when fractures initiate，which makes the jetting hole length increase doubly，and is beneficial to enhance penetration efficiency.Individual channels are connected by crack when fractures initiate，which indicates that jetting hole can guide the fracture initiation and extension near the well bore in test condition.

jets;hydrajet perforating;fracture initiation;simulating experiment;cavity shape

TE 357

A >

10.3969/j.issn.1673-5005.2011.06.013

1673-5005(2011)06-0081-07

2011-04-25

胡強(qiáng)法(1966-)，男(漢族)，湖北仙桃人，教授級高級工程師，博士研究生，主要從事石油工程與高壓水射流技術(shù)的研究。

(編輯 李志芬)