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水力喷砂射孔

/abrasive waterjet perforation/
条目作者黄中伟

黄中伟

最后更新 2024-12-03
浏览 144
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以压裂液作为基液,混入一定浓度的磨料,再用地面高压泵组加压,经过喷嘴形成高速磨料射流,并冲击套管、水泥环和地层岩石,形成具有一定深度和孔径的射孔孔眼的作业。

英文名称
abrasive waterjet perforation
所属学科
石油与天然气工程

主要包括:①射流压力。射孔深度随着射流压力的升高呈近似线性增加,射孔孔径也随之增大。对特定岩样而言,存在一个最低的门限压力,射流压力低于门限压力将无法形成射孔孔眼。②排量。射孔深度随着排量的增大而增加,孔眼直径也明显增大,破碎程度和孔眼清洗效果改善。③磨料类型。水力喷砂射孔要求磨料硬度应高于切割岩石的硬度。硬度较大,棱角锋利的磨料形成的磨料射流冲击岩石时所形成的孔眼深度较大。另外,为了提高射孔效率,需要控制磨料的重复切削和破碎,提高孔眼的清洗效率。④磨料浓度。在一定的射流压力和排量条件下,存在一个最佳的磨料浓度范围,使射孔效率最高。随着射流压力的增加,最佳磨料浓度也随之提高。考虑射孔深度、喷嘴磨损、成本等因素,实际应用中以体积浓度5%~10%为宜。⑤磨料粒度。在一定的射流压力和喷距条件下,存在一个最佳的磨料粒度值,使射孔深度最大。最佳磨料粒度一般在0.4~0.8毫米之间。⑥喷射时间。在射孔初期,射孔深度随着射孔时间的增加而迅速增加。一定时间后,射孔深度达到最大,继续增加射孔时间,孔眼深度变化很小。现场应用表明,水力喷砂射孔的时间控制在15~30分钟效果最好。⑦围压。当其他条件相同时,提高围压能大幅降低射孔孔眼的深度。⑧岩性。对磨料射流射孔深度有较大的影响,岩石的抗拉强度、断裂韧性、杨氏模量对喷砂射孔的孔眼深度的影响最为明显。相同条件下,脆性较大砂岩受到磨料射流的冲击所形成的孔眼深度要大于脆性较小的水泥岩样。

水力喷砂射孔形成射孔孔眼后,关闭油套环空,使环空压力低于地层破裂压力。继续喷射,由于射流在孔眼顶部形成滞止压力,此时孔眼内压力降高于环空压力。当孔眼内滞止压力大于裂缝起裂压力时,孔眼周围将形成裂缝起裂并扩展,而由于环空压力小于地层压裂压力,其他位置不会形成裂缝,因此水力喷射压力具有定点压裂和自动封隔的特点。

  • 李根生.水力喷射压裂理论与应用.北京:科学出版社,2011.

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