張永成，趙祉友，汪 奇，文賢利，劉亮亮，李德慧，張 為，王旭超，李大冬

(1.煤與煤層氣共采國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 晉城 048000；2.晉能控股集團(tuán)有限公司，山西 大同 037000；3.中原石油勘探局井下特種作業(yè)公司，河南 濮陽 457000；4.新疆油田公司工程技術(shù)研究院，新疆 克拉瑪依 834000；5.中國石油工程建設(shè)有限公司，北京 100120；6.華陽一礦通風(fēng)工區(qū)，山西 陽泉 045000)

隨著我國推進(jìn)能源生產(chǎn)消費(fèi)革命，加快非常規(guī)油氣開發(fā)步伐，有力地促進(jìn)了水平井及分段壓裂技術(shù)的快速發(fā)展[1-3]。實(shí)踐證明，水平井分段壓裂技術(shù)是改造低滲儲(chǔ)層的有效技術(shù)途徑，特別是對(duì)碎軟低滲煤儲(chǔ)層水平井的壓裂改造，可有效提高煤層氣井的產(chǎn)氣量和采出程度，降低開發(fā)成本，實(shí)現(xiàn)煤層氣商業(yè)化開發(fā)[4，5]。

水力噴射壓裂可在地層中形成具有一定長度的填砂裂縫，這些深穿透、高導(dǎo)流能力的縫隙使油氣能順利入井，達(dá)到了增產(chǎn)的目的。早在20世紀(jì)70年代，水力噴砂射孔工藝技術(shù)就已大規(guī)模應(yīng)用。1996年，國外針對(duì)水平井儲(chǔ)層改造問題首次提出“水力噴砂壓裂”新型增產(chǎn)工藝。近年來，我國引進(jìn)該技術(shù)并不斷加以改進(jìn)，取得了良好的效果[6-8]。隨著煤層氣水平井建井技術(shù)的日趨成熟，水力噴射分段壓裂也逐漸引入煤層氣水平井的開發(fā)，沿用油氣及非常規(guī)油氣水平井水力噴射分段壓裂技術(shù)，有效促進(jìn)煤層氣開發(fā)，但在碎軟煤層氣水平井壓裂過程中，還沒完全獲得突破，主要原因是，煤巖彈性模量低，泊松比高，在水力噴射成孔的過程中容易出現(xiàn)井眼垮塌，在軟煤施工中還會(huì)產(chǎn)生大量煤粉，給工程作業(yè)造成極大的不便，大大降低了施工效率；此外，煤層氣水平井分段壓裂關(guān)鍵工具缺乏地質(zhì)工藝適應(yīng)性的自主創(chuàng)新，壓裂成本較高[9]。

以沁水盆地趙莊礦區(qū)煤層氣U型水平井壓裂工程施工為契機(jī)，研發(fā)水力噴砂射孔壓裂工具，以適應(yīng)趙莊軟煤煤層氣開發(fā)需要。由于煤層氣儲(chǔ)層本身改造要求砂量大，與常規(guī)油氣壓裂有較大差異，直接采用油田的噴砂射孔工具，因磨損原因、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不佳、水力參數(shù)不匹配，往往導(dǎo)致無法正常完成煤層氣井壓裂作業(yè)，甚至造成井下事故[10-12]?，F(xiàn)場急需適當(dāng)?shù)墓ぞ呒肮に噮?shù)來指導(dǎo)作業(yè)，減少煤層垮塌次數(shù)，提高工作效率。為此，根據(jù)軟煤煤層氣井壓裂施工要求和水力噴砂射孔壓裂工藝特點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)噴嘴和主體工具，實(shí)現(xiàn)降本增效。

1 碎軟煤層水力噴射改造理念提出

碎軟煤層水平井受井筒應(yīng)力集中的影響，在鉆井、射孔、壓裂過程中在近井地帶形成煤屑、煤粉，會(huì)導(dǎo)致排采過程中煤粉大量運(yùn)移，堵塞滲流通道，使得煤層氣井穩(wěn)產(chǎn)期短，產(chǎn)氣量衰減迅速。針對(duì)上述問題，提出了利用水力噴砂射孔壓裂來降低碎軟煤層水平井煤粉的產(chǎn)生，在射孔過層中通過高壓水射流循環(huán)沖出煤粉，同時(shí)壓后進(jìn)行水力噴砂補(bǔ)射孔，充分?jǐn)y帶井筒及壓裂孔眼附近煤粉，減少近井帶煤粉對(duì)排采的影響。

水力噴砂射孔壓裂是根據(jù)動(dòng)能—壓能轉(zhuǎn)化原理，利用高壓水射流，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為水壓能，引起巖層破碎。根據(jù)工藝特點(diǎn)，碎軟低滲煤層水力噴射壓裂工藝包含水力噴砂射孔、高壓射流、環(huán)空壓裂以及水力補(bǔ)射孔清洗。為了提高射孔的效率，在水流中加入砂粒，利用砂粒來沖擊、切割，首先射穿套管、水泥環(huán)層，可射開多個(gè)孔，并建立井上下地面水力循環(huán)系統(tǒng)，通過水力循環(huán)作用將軟煤在鉆井、作業(yè)及射孔過程中產(chǎn)生的煤粉攜帶至地面，保持射孔孔眼清潔；水力噴砂射穿套管和水泥環(huán)后，繼續(xù)沖蝕切割近井地層巖石，當(dāng)超過了巖石的抗拉強(qiáng)度極限和抗剪強(qiáng)度極限，就實(shí)現(xiàn)高壓水射流壓裂；高壓射流能夠在噴射器出口斷面處產(chǎn)生一個(gè)低壓區(qū)域，配合環(huán)空注入的攜砂液進(jìn)入該低壓區(qū)域后，在射流液體黏滯作用下，攜砂液被帶入射孔孔道和裂縫，實(shí)現(xiàn)裂縫的延伸和擴(kuò)展，最終達(dá)到壓開巖石、改造儲(chǔ)層的目的；針對(duì)碎軟煤層的特點(diǎn)，壓裂改造完成后進(jìn)行水力噴砂補(bǔ)射孔，即在改造各段中點(diǎn)進(jìn)行，以增大滲流面積，同時(shí)利用補(bǔ)射孔產(chǎn)生的水力循環(huán)，清洗軟煤在壓裂過程中堆積在孔眼及井筒附近的煤粉，實(shí)現(xiàn)“射孔-增透-控粉”為一體的壓裂改造效果[13，14]。

2 水力噴砂射孔壓裂工藝優(yōu)化

目前，煤層氣水平井水力噴射分段壓裂技術(shù)包括三種：連續(xù)油管拖動(dòng)水力噴砂射孔分段壓裂、不動(dòng)管柱水力噴砂射孔分段壓裂和油管拖動(dòng)水力噴砂射孔分段壓裂。連續(xù)油管拖動(dòng)水力噴砂射孔分段壓裂雖然工藝方便，但壓裂成本相對(duì)較高；不動(dòng)管柱水力噴砂射孔分段壓裂則存在管柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，排量受變徑限制，且存在管內(nèi)滑套提前打開的可能性。從施工成本和工藝角度考慮采用油管拖動(dòng)水力噴砂射孔分段壓裂工藝，能完全實(shí)現(xiàn)碎軟煤層水平井封隔-射開-壓裂，完成全井段壓裂及施工。施工主要工藝要求如下：

1)對(duì)水平井第一段實(shí)施封堵和射孔：先坐封，然后進(jìn)行水力噴砂射孔，要求射孔排量大于2 m3/min，射孔時(shí)間大于15 min，射孔后進(jìn)行頂替，以充分返排煤粉，頂替液量不低于井筒容積。

2)采用油管噴砂射孔+油套環(huán)空聯(lián)合注入的方式進(jìn)行第一段壓裂，壓裂施工總排量不低于8 m3/min。

3)壓裂結(jié)束后關(guān)井，禁止放噴避免砂卡管柱，待井口壓力表壓力降至0 MPa進(jìn)行作業(yè)。拖動(dòng)油管至第二段壓裂位置后，再次對(duì)水平井第二段實(shí)施封堵和噴砂射孔，充分返排煤粉后，以同樣的方式對(duì)第二段進(jìn)行壓裂施工。

4)重復(fù)以上步驟，依次對(duì)水平井完成多次分段壓裂，直至按設(shè)計(jì)要求完成全部壓裂施工。

5)壓裂結(jié)束以后，對(duì)每兩個(gè)壓裂段之間進(jìn)行一次水力噴砂補(bǔ)射孔，補(bǔ)射孔要求與第一段射孔要求相同，主要是返排射孔及壓裂過程中近井帶煤粉。補(bǔ)射孔結(jié)束后提出井下壓裂管柱，待井口壓力表壓力降至0 MPa后，沖砂洗井，并進(jìn)行下一步施工程序。

3 噴砂射孔工具優(yōu)化及組合

噴砂射孔工具是水力壓裂的關(guān)鍵工具，主要功能是提供高速磨料射流，射孔套管、水泥塞和一定深度的巖層，建立壓裂、生產(chǎn)通道。對(duì)于碎軟煤層，要考慮噴嘴的排量能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)煤粉的攜帶；而流體對(duì)噴射工具的腐蝕、噴射至套管以及巖石后所形成的返流對(duì)噴射工具直接造成的損傷也不容忽視，因而對(duì)噴射工具進(jìn)行優(yōu)化，是整個(gè)水力噴砂射孔壓裂工藝設(shè)計(jì)當(dāng)中最為重要的環(huán)節(jié)。根據(jù)油管排量、儲(chǔ)層特點(diǎn)，可通過優(yōu)化調(diào)整噴嘴大小、數(shù)量、位置，來實(shí)現(xiàn)不同工藝需求[15，16]。

3.1 噴嘴設(shè)計(jì)

噴嘴是噴砂射孔工具的核心部件，其性能直接影響水力壓裂的效率和效果。噴嘴設(shè)計(jì)主要考慮流道形狀設(shè)計(jì)、噴嘴直徑設(shè)計(jì)及材質(zhì)優(yōu)選。

3.1.1 噴嘴形狀設(shè)計(jì)

噴嘴形狀直接影響噴嘴的效率。噴嘴的能量轉(zhuǎn)換系數(shù)、流量系數(shù)、速度系數(shù)之間存在如下關(guān)系[17]：

式中，η為能量轉(zhuǎn)換系數(shù)；Cd為噴嘴流量系數(shù)；μ為噴嘴速度系數(shù)。

由式(1)可知，在其他條件相同的情況下，噴嘴的流量系數(shù)、噴嘴速度系數(shù)越高，其能量轉(zhuǎn)換效率越高，在相同的壓力下流體的流速越大，動(dòng)能越大，噴射效果越好；同時(shí)，噴嘴的摩阻損耗越小，對(duì)噴嘴的沖蝕越小。

不同噴嘴結(jié)構(gòu)的流量與速度之間的關(guān)系如圖1所示，可以看出，流線形噴嘴的流量系數(shù)最高，能量轉(zhuǎn)換效率也最高。但在實(shí)際加工過程中，流線形噴嘴的加工難度大，精度難以控制，成本較高。圓錐收斂形噴嘴的流量系數(shù)僅次于流線形噴嘴，而且便于生產(chǎn)加工，精度容易控制。據(jù)此，噴嘴結(jié)構(gòu)選擇圓錐收斂形，并優(yōu)化設(shè)計(jì)噴嘴為2級(jí)收斂噴嘴，收縮角為90°和40°。

圖1 不同噴嘴結(jié)構(gòu)的流量系數(shù)和速度系數(shù)Fig.1 Flow coefficient and velocity coefficient of different nozzle structures

3.1.2 噴嘴直徑優(yōu)化

為保障噴砂射孔正常作業(yè)，保障射孔液及煤粉有效返排，噴嘴的尺寸應(yīng)與地面泵的排量和壓力匹配。為保障煤層氣水平井環(huán)空加砂大排量壓裂施工，壓裂施工使用N80-?73 mm平式油管，排量2.0～2.5 m3/min。按照式(2)和式(3)，根據(jù)表1給定參數(shù)，求得噴嘴直徑及射速。

表1 噴嘴直徑及射速計(jì)算Table 1 Calculation of nozzle diameter and firing rate

式中，d為噴嘴直徑，mm；Q為油管排量，L/min；n為噴嘴數(shù)量，個(gè)；P為射流壓力，MPa。

式中，V為射流速度，m/s。

根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，噴嘴尺寸越大，在套管以及地層形成的孔徑也就越大，利于后期作業(yè)，也利于軟煤層煤粉的排出，但噴嘴過大要考慮管柱風(fēng)險(xiǎn)；而提高噴射速度，有助于提高施工效果，在噴嘴一定情況下，提高射速噴嘴壓降也逐漸增加，噴嘴磨損增大。權(quán)衡多方面因素，射流速度在160～210 m/s時(shí)，能夠滿足射孔壓裂要求；采用N80-?73 mm平式油管，更利于環(huán)空加砂壓裂實(shí)施，優(yōu)化設(shè)計(jì)取噴嘴直徑d=6.7mm；排量范圍現(xiàn)場控制在2.0～2.5 m3/min時(shí)，射流壓力為16.5～25.8 MPa，射流速度為158.8～196.9 m/s。

3.1.3 噴嘴材質(zhì)選擇

噴嘴材料應(yīng)兼具高硬度和高耐磨性，兩者缺一不可。通常，用于制作噴嘴的硬質(zhì)合金材料有碳化鎢、碳化硅、碳化硼、氧化鋁、氧化鋯、氮化硅等。碳化鎢的含量決定噴嘴的硬度，其含量越高，噴嘴硬度越大，耐磨性越好，但是抗拉強(qiáng)度越低，脆性越強(qiáng)，抗沖擊傷害越弱。因此，設(shè)計(jì)采用綜合性能較好的YG6X作為噴嘴加工材料，該材料的碳化鎢含量為93.5%，密度為14.6～15 g/cm3，硬度HRC 91.7～92.5，抗拉強(qiáng)度1400 kN。

考慮噴嘴要求大排量且循環(huán)攜帶煤粉的特點(diǎn)，采用防反沖蝕破壞一體化硬質(zhì)合金圓錐收斂型噴嘴，噴嘴直徑6.7 mm，兩級(jí)收縮角90°和40°，采用圓弧過渡；外圓采用內(nèi)接8邊形，可快速安裝與拆卸噴嘴，如圖2所示。該噴嘴加工精度容易控制，便于生產(chǎn)。

圖2 噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(mm)Fig.2 Nozzle structure design

3.2 本體設(shè)計(jì)優(yōu)化

進(jìn)行射流切割時(shí)，在射流起始段，高壓流體從噴嘴形成高速射流，形成未經(jīng)擾動(dòng)的位能核心區(qū)，其內(nèi)的射流軸向動(dòng)壓保持常數(shù)，等于射流出口壓力。位能核心的流動(dòng)速度為定值，等于射流的出口速度，這部分介質(zhì)組成了等速核心，是射流的精華。射流起始段長度Lf是反應(yīng)射流凝聚性的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，其大小亦決定噴砂射孔工具本體的外徑。在影響射流結(jié)構(gòu)特性的各參數(shù)中，最主要的是射流壓力、射流起始段的雷諾數(shù)及噴嘴結(jié)構(gòu)、加工精度和內(nèi)表面粗糙度[18，19]。對(duì)于射流起始段雷諾數(shù)可按式(4)計(jì)算：

Re=(Vd/υ)×10-3

(4)

式中，Re為射流起始段雷諾數(shù)；υ為運(yùn)動(dòng)粘度，m2/s(清水的運(yùn)動(dòng)粘度為1.01×10-6m2/s)。

前蘇聯(lián)相關(guān)學(xué)者對(duì)高壓水射流做過大量的實(shí)驗(yàn)研究工作。對(duì)于射流壓力高、雷諾數(shù)Re>0.4×106時(shí)，射流起始段長度直接取決于射流的形成條件，而不再和雷諾數(shù)有關(guān)。此時(shí)Lf一般可在式(5)范圍內(nèi)變化：

Lf=(53～106)d

(5)

式中，Lf為射流起始段長度，mm。

按照噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，噴槍采用6個(gè)6.7 mm噴嘴計(jì)算：射流壓力在16.5～25.8 MPa范圍，排量在2000～2500 L/min，速度在158.8～196.9 m/s，具體見表2。計(jì)算該條件下的雷諾數(shù)Re均大于0.4×106，故采用式(5)計(jì)算Lf值為355.1～710.2 mm。

表2 Re及Lf計(jì)算Table 2 Calculation of Re and Lf

對(duì)于?139.7 mm生產(chǎn)套管完井，假設(shè)采用?215.9 mm鉆頭，井眼擴(kuò)徑率為12%，固井后巖石邊界距井眼軸線距離：R=121.98 mm。也就是說，噴嘴即使位于井筒軸線位置，也可以有效射流亦能射穿套管、水泥塞，并射入巖石一定深度。考慮到噴砂射孔工具受到射流的回?fù)魝?，設(shè)計(jì)本體外徑為105 mm，內(nèi)徑50.8 mm，圓柱面切削內(nèi)接正六邊形作為噴嘴安裝平面，對(duì)稱平面間距94 mm，如圖3所示。為提高耐磨蝕性，本體表面噴涂0.5 mm硬質(zhì)合金材料。

圖3 噴砂工具本體結(jié)構(gòu)(mm)Fig.3 Structure of sandblasting tool body

3.3 管柱組合及功能

根據(jù)煤層氣水平井壓裂工藝需求，配套相應(yīng)的井下工具，實(shí)現(xiàn)管柱功能設(shè)計(jì)，拖動(dòng)底封噴砂射孔壓裂管柱及工具組合為：?73 mm導(dǎo)錐篩管+單流閥+?116 mm下扶正器+?111mm-K344底封封隔器+噴砂射孔工具+?116 mm上扶正器+?89 mm丟手接頭+ N80-?73 mm平式油管，如圖4所示。具有以下功能：

圖4 油管拖動(dòng)底封壓裂管柱Fig.4 Oil pipe dragging bottom seal fracturing string

1)管柱具有暫時(shí)性封隔下部層位的功能，需要封隔器密封可靠、易解封、可多次重復(fù)座封，采用K344底封擴(kuò)張式封隔器。

2)管柱具有噴砂射孔功能，采用自主研發(fā)的噴砂射孔工具，保證排量不小于2 m3，能有效攜帶煤粉。

3)管柱具有錨定功能，采用一種防砂式水力錨，確保在壓裂過程井下工具串穩(wěn)定，也就是保證封隔器位置和射孔點(diǎn)位置不變。

4)管柱具有扶正功能，采用上下扶正器，使封隔器及輔助工具盡量居中，確保封隔器密封可靠以及降低砂卡的風(fēng)險(xiǎn)。

5)管柱具有大排量反洗井功能，采用一種耐磨球籃式單流閥，既能夠正向隔離下部層位又能夠大排量反循環(huán)洗井。

6)管制具有丟手功能，采用液壓丟手接頭，一旦出現(xiàn)卡鉆等異常情況，可快速丟手分離壓裂油管和井下工具串，簡化后期修井程序。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

4.1 試驗(yàn)井?dāng)?shù)據(jù)

山西晉城礦區(qū)趙莊區(qū)塊煤層具有碎軟、低滲特點(diǎn)，常規(guī)水力壓裂改造效果不佳，煤層氣開發(fā)難度大。為提高煤層氣開發(fā)效果，晉煤集團(tuán)在趙莊區(qū)塊施工了一口U型對(duì)接井組(井號(hào)為ZX-U井)，首次采用自主研發(fā)噴砂射孔工具進(jìn)行油管拖動(dòng)管柱水平井分段壓裂技術(shù)對(duì)碎軟低滲煤儲(chǔ)層進(jìn)行改造。井組包括相互對(duì)接的1口水平井和1口垂直井。根據(jù)測井結(jié)果，該井組垂直井開發(fā)的3號(hào)煤層埋深762.98～768.19 m，煤層厚度5.21 m。其中，垂直井用作排采生產(chǎn)，水平井進(jìn)行分段壓裂作業(yè)，水平段長度為826 m。ZX-U煤層氣水平井井身結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 ZX-U煤層氣水平井井身結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of ZX-U coalbed methane horizontal well

綜合考慮各類壓裂工藝的優(yōu)缺點(diǎn)和壓裂工況特點(diǎn)，考慮軟煤層塌孔、煤粉大、施工成本及工藝適應(yīng)性等因素，ZX-U煤層氣水平采用井自主研發(fā)水力噴砂射孔壓裂工具，配套N80-?73 mm油管拖動(dòng)管柱，水力噴砂射孔、環(huán)空加砂壓裂方式施工。根據(jù)完井要求，施工過程中，要求油管限壓55 MPa，套管限壓45 MPa，油壓始終高于套壓；油管排量可達(dá)25 m3/min以上，套管排量可達(dá)到8.5 m3/min；要求每段噴砂射孔時(shí)間達(dá)到15 min以上，并充分循環(huán)頂替攜帶煤粉產(chǎn)出。通過設(shè)計(jì)研發(fā)噴砂射孔壓裂工具，保障了壓裂施工成功率。

4.2 施工過程

ZX-U煤層氣水平井正式壓裂共施工八段，具體壓裂施工曲線如圖6所示。該井施工過程總體順利，由于地層原因，第6段和第7段壓裂過程中施工壓力過高，但也完成了加砂壓裂要求。單段噴砂射孔時(shí)間都滿足了15 min，并且充分循環(huán)頂替。壓裂實(shí)際注入總液量5415.6 m3，總砂量373.2 m3(其中40～70目石英砂16.0 m3，20～40目石英砂285.2 m3和16～20石英砂72.0 m3)。從各段壓后施工曲線看，停泵后各段壓力曲線下降迅速，說明壓后改造效果明顯，有效提高了儲(chǔ)層的滲透性。

圖6 ZX-U井各段壓裂施工曲線Fig.6 Fracturing construction curve for each section of ZX-U well

為提高水平井眼泄流面積，8段壓裂結(jié)束后，在每兩個(gè)壓裂段之間進(jìn)行補(bǔ)射孔，通過水力噴砂補(bǔ)射孔，新孔眼能夠增大導(dǎo)流通道，同時(shí)補(bǔ)射孔過程中建立的水力循環(huán)能有效清洗壓裂過程中堆積在已有射孔孔眼的煤粉，有效提高對(duì)軟煤層的作業(yè)效果。共補(bǔ)射孔8段，累計(jì)使用射孔砂7 m3，用液量293.9 m3。整體補(bǔ)射孔作業(yè)射開顯示良好，射開壓降明顯。

4.3 試驗(yàn)效果

試驗(yàn)結(jié)果表明，ZX-U井壓后投產(chǎn)，最高產(chǎn)量達(dá)到5000 m3/d以上，排采3 a時(shí)間，井口套壓0.12 MPa，產(chǎn)水量1.7 m3/d，日產(chǎn)氣量達(dá)到3514 m3/d，顯著降低了煤粉對(duì)排采的影響。從排采數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)后的水力噴砂射孔工具的噴嘴和主體，完全滿足了煤層氣水平井拖動(dòng)油管水力噴砂射孔工藝技術(shù)要求，順利完成了在趙莊礦區(qū)低滲煤層的分段壓裂施工，取得了良好的增產(chǎn)改造效果。統(tǒng)計(jì)表明，采用連續(xù)油管分段壓裂單段費(fèi)用約為45萬元，油管拖動(dòng)水力噴砂射孔壓裂單段費(fèi)用約為35萬元，與連續(xù)油管分段壓裂技術(shù)相比，單段壓裂作業(yè)成本降低了28.5%[20]。

5 結(jié) 論

1)針對(duì)碎軟低滲煤層水平井煤粉產(chǎn)出危害，提出采用水力噴砂射孔壓裂來實(shí)現(xiàn)“射孔-增透-控粉”為一體的壓裂改造理念，具體工藝包含水力噴砂射孔、高壓射流、環(huán)空壓裂以及水力補(bǔ)射孔清洗。

2)設(shè)計(jì)改進(jìn)的防反沖蝕破壞一體化硬質(zhì)合金圓錐收斂型噴嘴，適合于拖動(dòng)油管水力噴砂射孔壓裂工藝，具有加工簡單、精度易控制的特點(diǎn)，噴嘴直徑d=6.7 mm；設(shè)計(jì)采用圓弧過渡的兩級(jí)收縮角，分別為90°和40°，外圓采用內(nèi)接8邊形；能實(shí)現(xiàn)排量2.0～2.5 m3/min時(shí)，射流壓力為16.5～25.8 MPa，射流速度為158.8～196.9 m/s，可較好地滿足碎軟低滲儲(chǔ)層煤層氣水平井分段壓裂要求。

3)設(shè)計(jì)噴射器本體外徑為105 mm，圓柱面切削內(nèi)接正六邊形作為噴嘴安裝平面，對(duì)稱平面間距94 mm。本體表面噴涂0.5 mm硬質(zhì)合金材料，可以有效射流亦能射穿套管、水泥塞，并射入巖石一定深度。

4)經(jīng)壓裂射孔施工和煤層氣水平井排采驗(yàn)證，優(yōu)化后的工藝及工具，滿足了碎軟低滲煤層水平井的分段壓裂施工要求，增產(chǎn)改造效果良好，顯著降低了煤粉對(duì)排采的影響。與連續(xù)油管分段壓裂技術(shù)相比，油管拖動(dòng)水力噴砂射孔壓裂單段壓裂作業(yè)成本降低了28.5%。