水力喷射分段压裂理论及复杂案例分析

本书利用水射流理论对水力喷射压裂工艺进行机理研究。通过室内实验与有限元计算相结合的方法，揭示水力射孔过程中的破岩效果、增压效果和负压效果以及变化规律，建立相应的计算模型；构建基于水力喷射压裂方法的孔道起裂和裂缝延伸计算方法和模型；制定和优化水力喷射分段压裂施工参数及流程；分析不同工程状况的十口油气井典型案例，提出工程应用适用范围和要求。本书可为从事油气田开发和开采的科研人员提供科学指导，也可为石油工程专业和油气装备专业的本科生、研究生以及油田现场人员提供参考。

第一章 绪论 1
第一节 水力喷砂射孔技术 1
第二节 水力喷射分段压裂技术 2
第三节 水力喷射酸化压裂技术 4
第四节 水力喷射环空压裂技术 6
参考文献 8
第二章 高压磨料水射流理论基础 11
第一节 引言 11
第二节 水射流的结构和特性 11
一、淹没水射流的结构 11
二、非淹没水射流的结构 12
三、连续水射流对物体表面的作用力 13
四、连续水射流冲击物体的压力分布 14
第三节 磨料射流对材料的冲蚀机理 15
一、冲蚀机理 15
二、金属材料在磨料射流作用下破坏机理 17
三、岩石在磨料射流作用下的破坏机理 19
第四节 水射流切割模型 22
第五节 影响水射流切割性能的因素 23
参考文献 26
第三章 井底高压磨料射孔机理研究 28
第一节 室内实验 28
一、实验原理 28
二、实验装置 29
三、实验试件 29
第二节 数值计算方法 29
一、控制方程 30
二、湍流方程 30
第三节 井底高压射流实验结果与分析 31
一、淹没非自由射流形态研究 31
二、套管击穿过程研究 33
三、水力喷砂射孔孔道形成过程研究 35
四、水力喷砂射孔孔道极大值研究 38
参考文献 39
第四章 水力喷射分段压裂增压机理研究 41
第一节 室内实验 41
一、实验原理 41
二、实验装置 42
第二节 射流增压机理研究 44
一、增压机理 44
二、孔道流场研究 45
第三节 射流增压规律分析 47
一、多喷嘴对孔道压力影响规律 47
二、喷嘴压降对射流增压的影响 48
三、喷嘴直径对射流增压的影响 49
四、套管孔眼直径对射流增压的影响 49
五、射流增压计算模型 50
参考文献 51
第五章 水力喷射分段压裂密封机理研究 52
第一节 室内实验 52
一、实验原理 52
二、实验原理及应用范围 53
第二节 射流密封机理研究 53
一、密封机理 53
二、孔道流场研究 54
第三节 射流密封规律分析 56
一、多喷嘴对射流密封的影响 56
二、喷嘴压降对射流密封的影响 57
三、喷嘴直径对射流密封的影响 58
四、套管孔眼直径对射流密封的影响 58
五、射流密封计算模型 59
参考文献 60
第六章 水力喷射分段压裂裂缝起裂及扩展研究 61
第一节 水力射孔孔道布置优化 61
一、控制方程 61
二、计算模型、边界条件及参数 62
三、水力喷砂射孔孔道塑性分析 64
四、水力喷射分段压裂裂缝起裂方式及方位 65
五、起裂压力及套管受力云图 67
第二节 三维裂缝延伸机理研究 70
一、裂缝扩展控制方程 70
二、计算模型 72
三、计算结果分析及影响因素 72
第三节 裂缝形态比较 77
第四节 裂缝布置优化 78
参考文献 81
第七章 水力喷射分段压裂优化设计 83
第一节 水力喷射压裂工艺适应性 83
一、水力喷射分段压裂工艺适应的地层 83
二、拖动式水力喷射压裂工艺 84
三、不动管柱水力喷射分段压裂工艺 85
四、连续油管水力喷射砂塞封隔多级压裂 86
五、连续油管水力喷射封隔器多级压裂 88
第二节 水力喷射压裂参数优化 90
一、水力喷射压力设计方案 90
二、地面泵压预测 92
三、喷嘴数量及排量 93
四、压裂流体流动摩阻 94
五、油管伸长量 96
第三节 水力喷射压裂工具 97
一、喷嘴结构及材质 97
二、喷射工具结构优化 100
参考文献 104
第八章 水力喷射压裂工艺现场实验 106
第一节 直井套管射孔——不动管柱水力喷射分段压裂 106
一、Q370-3基础数据 106
二、压裂设计思路 107
三、现场施工分析 109
四、施工总结 109
第二节 直井Ф101.6mm悬挂套管完井——单段水力喷射压裂 110
一、Ф101.6mm套管井基础数据 110
二、压裂设计思路 110
三、现场施工分析 112
四、施工总结 113
第三节 直井Ф177.8mm筛管完井——水力喷射分段压裂 114
一、N7-9井基础数据 114
二、压裂设计思路 115
三、现场施工分析 116
四、施工总结 117
第四节 斜井裸眼完井——不动管柱分段压裂 117
一、J1井基础数据 118
二、压裂设计思路 120
三、现场施工分析 122
四、施工总结 123
第五节 水平井筛管完井——单段水力喷射压裂 123
一、W-A井基础数据 124
二、压裂设计思路 125
三、现场施工分析 127
四、压后效果 128
第六节 水平井筛管分段完井——拖动式分段压裂 128
一、SW-B井基础数据 129
二、压裂设计思路与参数优化 130
三、现场施工分析 132
四、裂缝检测数据 134
五、压后效果 135
第七节 已压裂水平井——不动管柱分段重复压裂 135
一、X-C井基础数据 136
二、压裂设计思路 136
三、现场施工分析 137
四、裂缝监测数据 138
五、压裂效果 139
第八节 水平井悬挂筛管井——水力喷射分段压裂 139
一、D7井基础数据 140
二、压裂设计思路 141
三、现场施工分析 142
四、施工总结 144
第九节 U形煤层气井——拖动式分段压裂 144
一、U形煤层气井钻遇煤层性质 145
二、压裂设计思路 145
三、水力喷射分段压裂现场实验 148
四、施工总结 149
第十节 V形煤层气井——不动管柱分段压裂 149
一、V形煤层气井组钻遇煤层性质 150
二、压裂设计思路 151
三、压裂施工分析 153
四、施工总结 154
参考文献 154
附表 156