线性胶与深井低稠化剂浓度与压裂液冻胶组合工艺技术的研究与应用

线性胶与深井低稠化剂浓度 压裂液冻胶组合工艺技术的研究与应用 第 2页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 提纲 的适应性与特性分析 优化研究 第 3页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 4000120，闭合应力 60井 筒 摩 阻 大 施 工 排 量 受 限 施 工 砂 比 低 导 流 能 力 低 温 度 高 压 裂 液 易 降 解 施工 压 力 高 净 压 力 低 井深 近 井 筒摩 阻 高 早 期 砂 堵 或低 砂 比 施 工 易 出 现 塑性 特 征 裂 缝 形 态 复杂 ， 多 裂 缝或“ T ”型 缝 闭合 压 力 高 高 温 体 系 ， 稠 化剂 浓 度 高 ， 残 渣高 ， 导 流 伤 害 大 第 4页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 深井压裂的技术思路 能 否 压 开 ? 如 何 降 低 摩 阻 , 提高排量 ? 如何降低近井筒效 应 和 预 防 砂 堵 ? 如何降低伤害和提 高 导 流 能 力 ? 如何科学进行压后管理 ? 1. 岩 心 实 验 和 现 场 测 试 地 应 力 2. 活 性 水 脉 冲 技 术 3. 换 井 口 和 高 功 率 压 裂 车 组 1. 2. 延迟交联技术 线性胶注入 换 大 管 径 注 入 管 柱 线性胶段塞技术 支撑剂段塞技术 综合降滤技术 线性胶注入技术 低 稠 化 剂 浓 度 技 术 降滤和快排 广 义 的 强 制 闭 合 技 术 放 喷 油 嘴 的 动 态 优 化 技 术 抽 汲 和 生 产 时 井 底 流 压 优 化 第 5页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 压裂液的适应性分析 1. 泵注设备 从 上 水 效 率 、交 联 剂注 入 等 方 面 无 影 响 承 压 无 影 响 ，甚 至 有所降低 承 压 无 影 响 ，甚 至 有所 降 低 ； 沉 砂 不 大 只 要 储 层 滤 失 低 ，应无影响甚至提高 2. 井口装置 3. 井筒及工具 4. 造缝和携砂 5. 缝高控制 控制程度变好 第 6页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 线性胶与低浓度稠化剂的特性分析 压 裂 液 类 型 优点 缺点 1. 摩 阻 低 ， 需 用 设 备 功 率 小 1. 基 质 滤 失 伤 害 大 ， 用 量 大 2. 黏 度 低 ， 缝 高 控 制 好 2. 造 缝 效 率 低 ， 易 砂 堵 3. 易 返 排 ， 对 裂 缝 伤 害 低 线性胶 4. 施 工 方 便 ， 配 料 少 1. 残 渣 含 量 少 ， 裂 缝 伤 害 小 1. 黏 度 低 ， 滤 失 大 2. 黏 度 低 ， 缝 高 控 制 好 2. 造 缝 效 率 低 ， 易 砂 堵 低浓度稠化剂冻胶 3. 破 胶 性 能 好 ， 易 返 排 第 7页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 低浓度稠化剂压裂液特性研究 水基压裂液仍然是压裂液的主体 降低稠化剂浓度： 较低的粘度，有利控制裂缝的形态 降低压裂液成本（ 20 30%） 降低压裂液的残渣伤害，提高导流能力 18% 改善压裂效果 技术途径 改善稠化剂性能： 改善溶液 现场可操作性（变配方压裂施工） 第 8页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 线性胶和低浓度稠化剂冻胶的输砂标准 第 9页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 低浓度稠化剂压裂液的应用情况 1998 2000年 地，低孔低渗气藏， 130 , 2500 3500m， K= h=30m 1999年使用 275口井 (131/97年 ) 稠化剂使用浓度： ( 产量：由常规 609高到 663 10页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 工艺技术的优化研究 第 11页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 采用的技术体系及其优化研究 1）高温深井低稠化剂浓度压裂液、后期降低稠化剂浓度及线性胶造缝技术； 2）高强度陶粒支撑剂（小粒径与常规粒径组合）； 3）压裂施工参数的 多级优化技术 （基于裂缝扩展规律和温度场的模拟结果） 十变” 压裂设计与施工技术； 4）考虑应力敏感和长期导流的油藏数值模拟新技术 5）压裂过程中的伤害研究及裂缝清洗技术 6）前臵液量优化技术； 7）支撑剂段塞技术； 第 12页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 续上 8）冻胶段塞技术； 9）低起步多级加砂程序； 10）活性水脉冲技术； 11）现场测试与分析解释技术； 12）广义的裂缝强制闭合技术 13）防止停泵后支撑剂再次运移技术（包括欠顶替的定量计算、尾追砂堵技术、顶替后期的降排量技术等）。 第 13页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 1）深井低稠化剂浓度压裂液、变稠化剂浓度及线性胶造缝技术 1）稠化剂： 级羟丙基瓜尔胶 后期降为 2）交联剂： 3）助排剂： 4）粘土稳定剂： 净、纯度大于 90%） 5）破乳剂： 6）杀菌剂： 7） 8）破胶剂： 囊破胶剂 +硫酸铵 9）消泡剂： 而以往类似深度和温度的稠化剂浓度达 右。 第 14页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 后期变稠化剂浓度的理论依据 混砂浆黏度与支撑剂浓度的关系 裂缝温度场无因次图版 第 15页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 压裂液体系的耐温耐剪切性能 0200400600800100012000 20 40 60 80 100时间（观粘度（剪切速率（s1）020406080100120140温度（）表观粘度剪切速率温度压裂液的流变性能（8 0 ）0200400600800100012000 10 20 30 40 50 60 70 80时间（粘度（剪切速率（s1）0102030405060708090温度（）粘度剪切速率温度流变参数： 60n= k=s n 压裂液的耐温耐剪切性能（60）01002003004005006007000 10 20 30 40 50 60时间（度（20406080100120140160180温度（）&剪切速率（s1）粘度温度剪切速率第 16页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 示例的深井低稠化剂浓度 含砂液的粘弹性能 含砂压裂液的粘弹性能（100，砂比为30）051015202530354045500 10 20 30 40 50 60 70 80时间（能模量与损耗模量（能模量，G耗能模量，G复合粘度含砂压裂液的粘弹性能（100，砂比为10）051015202530350 10 20 30 40 50 60 70 80时间（能模量，G耗能模量，G复合粘度含砂压裂液的粘弹性能（10 0，砂比为5 0）0204060801001201400 10 20 30 40 50 60 70 80时间（能模量与损耗模量（能模量，G 耗能模量，G 复合粘度由上表可见，在含砂条件下仍以 弹性 为主，说明低稠化剂浓度压裂液在高砂液比条件下仍可正常输送和铺臵。 第 17页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 线性胶的造缝分析 020406080100120140160缝高 缝长前置液类型对造缝的影响全部冻胶全部线性胶全部清水全部冻胶 全部线性胶全部清水模拟用滤失系数： 冻胶： 4 10性胶： 7 10性水： 10 10 18页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 2）高强度陶粒支撑剂优化 （小粒径与常规粒径组合） 在支撑剂的选择与应用上，有以下创新： （ 1）优选方法上，发展了一种考虑应力敏感性和长期导流能力的支撑剂优选模型 钻采工艺 ，蒋廷学、汪永利等； （ 2）在裂缝导流能力的评价上，由以往的蒸馏水改为高温下压裂液破胶液，提高了单井的针对性； （ 3）由短期导流能力测试改进为长时（ 50小时），并由经验公式，求得了长期导流能力的变化曲线； （ 4）发展了油藏数值模型，可考虑长期导流，对探井压裂而言，模拟的结果更有指导意义； （ 5）在粒径组合上，发展了两种以上组合的优化技术 基于油藏模拟结果 。 第 19页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 3）压裂施工参数的 多级优化技术 理论基础 ： 裂缝扩展的精细模拟和裂缝温度场优化结果； 优化形式 ：每一个优化参数，不应是恒定值，如排量，随裂缝的扩展，滤失越来越大，只有不断地增加排量后才能保持裂缝的稳定和恒速扩展。 换言之，其实质是将整个裂缝扩展过程分段，每一段单独进行优化，由于每一段的温度和裂缝扩展规律不完全一致，因此，每一段都对应一优化的施工参数； 十变优化参数 ：排量、压裂液类型（黏度）、支撑剂类型、支撑剂粒径、稠化剂浓度、交联比、破胶剂浓度、砂液比、压后放喷油嘴尺寸、抽汲及生产期的井底流压（考虑应力敏感后，不同时期要求不同的值）。 第 20页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 压裂多级优化技术示意图 “ 十变 ” 分阶段优化参数 排量 砂 液 比 破 胶 剂 交 联 比 支 撑 剂 粒 径 稠 化 剂 浓 度 放 喷 油 嘴 尺 寸 压 裂 液 类 型 线 性 胶 深 井 低 浓 度 稠 化 剂压 裂 液 类 型 降 低 稠 化 剂 浓 度 时间 停 泵 后 算 起 增大方向 第 21页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 4）考虑应力敏感性及长期导流能力的油藏动态预测模型研究 当考虑了应力敏感性及长期裂缝导流能力后，支撑剂的优选及压后产量动态预测结果也有很大的不同，这对探井压裂而言，尤具重要性。因探井压裂往往以压后初期产量来评价其效果。 考虑应力敏感性后，压后初期产量变低但稳态产量变高；而考虑长期裂缝导流能力后，压后初期产量较以往用平均裂缝导流能力预测的产量增高。哪种因素占主导，要取决于不同的地层条件及裂缝长度和导流能力的差异。 目前通行的 另外，应用上述软件还可预测不同的储层伤害和裂缝伤害对压后产量的影响。目前，压裂过程中储层伤害的定量模型也研制出来，裂缝伤害程度可参考实际压裂液配方代替蒸馏水作为测试介质。 第 22页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 5）压裂过程中的伤害研究及裂缝清洗技术 02468101214160 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390压后生产时间 ( d )压后日产油(m3/d)污染深度= 0 . 1 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 0 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390压后生产时间( d )压后产量(t/d)污染深度0 . 1 5 5 5 裂液残渣伤害 恢复2 0 % 恢复4 0 %压后一年累产(7001750180018501900195020002050压后一年累计产油(饼厚度0m m 滤饼厚度0. 1m m 滤饼厚度0. 5m m 滤饼厚度1m m 滤饼厚度1. 5m 其对压后产量的影响没有导流能力的伤害大。 第 23页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 天然裂缝对裂缝导流能力的伤害 1） 然裂缝的滤失量可能是基质滤失量的 50倍。 高滤失 ，使裂缝内砂浓度过度浓缩，更有甚者，压裂液完全滤失，任一裂缝位臵都可发生脱砂，压力迅速升高而砂堵； 2）低分子破胶剂更容易大量滤失到储层，则压后裂缝内破胶剂大量减少，使裂缝内 压裂液破胶不彻底或不破胶 ，造成更高的残渣伤害； 3）更易发生裂缝内的“ 粘滞指进 ”现象，低粘油藏流体返排时，易绕过不破胶的压裂液，使压裂液的返排率大幅降低，严重影响压后产量。 第 24页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 天然裂缝类型对伤害的影响 8 ）天然裂缝类型不同，对砂堵影响的机理也不同 一般有两种，即潜在性天然裂缝和张开型天然裂缝。对这两种天然裂缝，预防砂堵的措施也截 然不同。对潜在天然裂 缝而言，压裂施工时以 井底压力不超过潜在天然裂缝张 开的临界压力为准则。 一旦超过该临界值，则 滤失完全取决 于 裂 缝 内 的 压 力 ， 压 力 越 高 ， 滤 失 越 大 。 此 时 ， 采 取 的 对 策 是 降 低 排 量 和 / 或压裂液的粘度。国外 已有这种地层压裂的实 例，通过采取上述方法 后，多加了支撑剂，因而获得理想的效果。 因 此 ， 只 要 控 制 净 压 力 大 小 ， 就 可 控 制 天 然 裂 缝 在 压 裂 施 工 过 程 中 不 张 开 ，从而足以预防早期砂堵的出现。净压力公式如下： 由 上 式 可 知 ， 在 压 裂 施 工 中 只 要 控 制 注 入 排 量 Q 和 压 裂 液 粘 度 ， 就 可 控制 净 压 力 在 天 然 裂 缝 张 开 的 临 界 压 力 之 内 。 如 将 排 量 Q 或 压 裂 液 粘 度 降低 1倍，则净压力将降低 20% 左右。 净压力公式： 张开型天然裂缝，高黏度、高排量压裂施工； 潜在型天然裂缝，控制压裂液黏度和 /或排量， 使压裂过程中不张开潜在缝。 第 25页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 有无天然裂缝降滤措施不同 1） 100细砂预充填技术； 2）柴油降滤技术； 3）高排量降滤；4）压裂液黏度控制滤失等。 测 试 的 渗 透 率 （ 10- 3 闭 合 应 力（ p s i ） 100% 1 0 0 目砂 6 5 % 1 0 0 目砂 3 5 % 2 0 / 4 0 目砂 3 5 % 1 0 0 目砂 6 5 % 2 0 / 4 0 目砂 100% 2 0 / 4 0 目砂 在 S e r i e s 里 的 流 动1 0 0 0 9 , 2 0 0 9 , 1 5 0 1 8 , 3 5 0 1 6 0 , 0 0 0 1 6 , 3 7 2 ( 1 7 , 3 9 9 ) * * 2 0 0 0 8 , 5 5 0 9 , 1 3 0 1 7 , 3 1 0 1 5 8 , 0 0 0 1 5 , 0 4 0 ( 1 6 , 2 2 2 ) * * 4 0 0 0 7 , 3 0 0 8 , 9 7 0 1 5 , 8 0 0 1 4 0 , 0 0 0 1 4 , 6 2 7 ( 1 3 , 8 7 6 ) * * 6 0 0 0 6 , 0 0 0 8 , 6 0 0 1 3 , 7 0 0 9 8 , 0 0 0 1 2 , 5 7 8 ( 1 1 , 3 0 8 ) * * 8 0 0 0 4 , 0 0 0 7 , 0 5 0 1 2 , 1 2 0 2 5 , 0 0 0 6 , 2 3 0 ( 6 , 8 9 6 ) * * 无天然裂缝用粉陶不利 第 26页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 裂缝清洗技术 深井高温储层居多，稠化剂浓度一般较高，残渣伤害大，对导流能力伤害大； 深井高闭合压力，造缝宽度窄，施工砂液比较低，使铺臵浓度低，导流能力低。 裂缝清洗剂可在很大程度上溶解滤饼和残渣，在一定程度上恢复裂缝的导流能力； 施工要领是返排后低排量替入，以不使裂缝张开为原则，清洗剂用量以裂缝支撑体积的 井时间随稠化剂浓度和施工平均砂液比而定。 上述两因素的综合作用，使压后的实际裂缝导流能力更低。 第 27页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 6）前臵液量优化技术 最佳的前臵液是当加砂完后，前臵液刚滤失完。前臵液一直遇到新裂缝，滤失快，已造缝地区滤失逐渐变慢，携砂液运移比前臵液的运移快，有赶上前臵液滤失前缘的时机； 最佳的设计是当携砂液快赶上滤失前缘时，尾追高砂液比，使顶替完成的瞬间，达到井口最高限压，使停泵后裂缝不能继续延伸，支撑剂也无再运移的可能； 主要的技术是求取准确的综合滤失系数，并进行精细的三维裂缝模拟研究。同时加强压裂液的现场监控，确保黏度等达到设计要求。 第 28页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 井 筒 前臵液 携砂液 无液区 前臵液量优化 前臵液高温剪切，黏度低，滤失快，而携砂液呈活塞式推进，且因滤失低，携砂液运移较前臵液快。 第 29页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 井 筒 优化的前臵液就是当支撑剂（携砂液）到达预定缝长时，前臵液恰好滤失完。 第 30页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 7）支撑剂段塞技术 主要目的是消除近井筒摩阻； 两种概念，一是 加砂前 的支撑剂段塞技术，主要消除裂缝在近井筒的扭曲；二是 加砂后的段塞技术 ，主要是出现砂堵征兆时采用，段塞的量和支撑剂浓度随砂堵的砂液比高低而定。 第 31页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 近井筒摩阻与砂堵的影响因素分析 射孔相位误差 孔眼压力降 裂缝扭曲 近井筒摩阻的三种影响因素 第 32页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 求取近井筒摩阻的降排量设计指南 第 33页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 支撑剂进入裂缝的准则 第 34页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 支撑剂段塞技术的应用指南 第 35页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 8）冻胶段塞技术 主要是当支撑剂段塞也不可行时采用，基本可分为 冻胶段塞 和 线性胶段塞 两种。当滤失大时，冻胶段塞，当滤失性较小，可采用线性胶段塞，既可消除高浓度支撑剂的堵塞，还有 “ 粘滞指进 ” 机理，使支撑剂能前后相接。 第 36页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 9） 低起步 多级加砂程序 鉴于深井高闭合压力，造缝宽度有限，起步砂液比应低些； 提高砂液比的幅度也是小增幅 多级加砂的目的是保证施工安全的前提下，使裂缝充填的更饱满，并防止停泵后裂缝继续延伸后的支撑剂再次运移。 第 37页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 10）活性水脉冲技术 主要针对高应力层，压开困难时采用。采用关井、放喷至井口压力为零后，再试挤、再放喷等多次压力脉冲，产生震荡回流效应，可疏通活络近井筒堵塞，降低破裂压力； 同时也可控制起始缝高，在相同的加砂规模下，可实现长缝目标。 第 38页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 11）现场测试与分析解释技术 针对深井闭合压力高，近井筒效应复杂等情况，可加强现场测试与实时分析解释技术，实时调整施工参数，确保施工的安全； 主要测试包括：压前小型测试及净压力拟合分析、井底压力计测试、携砂性能目测分析、井温测试、压前与压后不稳定试井分析技术、地面电位测试、微地震波测试等 第 39页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 12）“广义”的裂缝强制闭合技术 一般的裂缝强制闭合技术是压后立即放喷，适用的前提有： 1）特低渗，自然闭合时间过长； 2）缝高易下延；3）裂缝内压裂液已基本破胶； 延伸的裂缝强制闭合技术是还考虑到多层压裂时的物性差异。如物性基本一致或差异不大，推荐立即放喷，如物性差异较大，推荐适当关井，如物性差异很大，推荐适当延长关井时间（ 前提是确保多层已全部压开 ）。 井筒 K 高 K 低 支撑 裂缝 第 40页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 13）防止停泵后支撑剂再次运移技术 前臵液量优化技术 欠顶替的定量计算与模拟技术 尾追砂堵技术 台阶式砂比设计技术 顶替后期的降排量（有时被迫） 第 41页 中国石油勘探开发研究院廊坊分院 石油工程学会“水力压裂技术”研讨会交流材料 示例 1井的施工情况及效果 010203040506070809010012:57 13:12 13:26 13:40 13:55 14:09 14:24 14:38 14:52施工时间( 时：分）压力(排量(m3/100200300400500600700800900砂浓度(kg/力( M P a )排量( m 3 / m i n )砂浓度( k g / m 3 )总液量 量 计加砂 携砂阶段的施工泵压为 62 压后抽汲定产，日产油