压裂优化设计

技术原理 压裂优化设计首先进行前期准备工作，包括所需资料的录取、测试资料的录取和应用、压裂数据库资料的应用，进行压裂设计理论基础的研究，从 用拟三维和三维设计软件，依靠压裂数据库的支持，进行压裂优化设计，把方案设计与生产动态预测和经济预测结合起来，使压裂优化设计达到最优设计结果。 技术关键与技术突破 1、压前培养 2、压裂时机的把握 3、大型压裂工艺技术 4、小型压裂测试资料的应用 技术指标 1、施工成功率 100%； 2、措施有效率 95%； 3、平均砂比 30%以上； 4、单井日增油 20t。 典型井例分析 该井控制面积大，采出程度低，有较大的剩余储量，具备大型压裂的条件； 加强平面调整，先后转注两口井文 13 13且井距 200成了很好的对应关系，使得 13 强化注水管理，使水线稳步推进，文 13前测流压 产液量 d，说明地层能量充足。 1、 13典型井例分析 压裂时机问题，是压裂效果好坏的关键之一。过早压裂，上次压裂增产期没有充分发挥，影响压裂效益；若过迟压裂，则不能及时接替增产。把握压裂时机最重要的资料是地层压力，因为地层压力是检验压裂前生产状况、预测压裂后产量与评价压裂效果的重要参数，同时也是选择压裂液类型的依据之一。 2、压裂时机的把握 典型井例分析 3、压裂参数的优选 A、杨氏模量与 泊松比 B、有效渗透率 C、孔隙度与有效厚度 这两项岩石力学参数均采用古应力法计算的结果，其中杨氏模量为42800层岩石致密，属硬砂岩范畴。 由于该井的沙三中8助文 13典型井例分析 D、裂缝闭合压力 E、目前地层压力 F、泵注排量 G、压裂方式 2(1于没有实测的目前地层压力数据，邻井同一砂组可对比的相应井较少，依据目前该井的实际产量和文 13计沙三中 8目前地层压力为 由于该井井网密度相对较小，为达到高砂比的目的，根据缝高要求和软件模拟运行结果，确定最佳泵注排量为 比 35%。 该井压裂井段跨度 120多米，有两套层系，且有明显隔层，根据该井的具体情况采用投球分压的方式。 4、重复压裂优化设计 典型井例分析 a、压裂优化设计的优选 进行油藏模拟、水力裂缝模拟、产量预测与经济评价等，确定压裂施工参数，通过拟三维压裂优化设计，在软件上进行验证。 典型井例分析 B、确定优化裂缝支撑半长 190020002100220023002400100 110 120 130 140 150 160 170 180裂缝支撑半长，150m 文1340801201600 100 200 300裂缝半长（m）产量（m3/d）该井地层压力较低，负压吸水，为达到高砂比的目的，根据缝高要求和软件模拟运行结果，确定最佳泵注排量为 5、压裂设计结果对比表 设计计算出的部分参数 第一层计算结果 第二层计算结果 第一次 第二次 第三次 第一次 第二次 第三次 设计缝长 m 120 150 195 45 95 工排量 m3/需压裂液总体积 60 0 需前置液总体积 40 150 0 60 需携砂液总体积 20 0 需支撑剂总体积 0 40 20 需顶替液总体积 均裂缝高度 m 壁处裂缝高度 m 壁处裂缝最大宽度 产倍数 均砂比 % 1997年 8月自喷投产 ， 1997年 11月补开 ， 第一次压裂 98年 2月 7日 ， 井段 42m/12层 ， 油套混注 ， 投一压二 ， 第一层破裂压力 加砂 20+10 石英 +陶粒 ） ， 平均砂比 25%， 中间投球 320个；第二层破裂压力 加砂压力 陶粒 5平均砂比 25%， 停泵压力 后 12 平均排量 压前日产液 油 16t， 含水 油 含水 日增油 累计增油 11185t，有效期 682天 。 第一次压裂 至 2000年 10月产量下降明显 ， 日产液仅 产油 含水 2001年 8月 18日针对该井注采井距大 ， 油层厚 、 潜力大的状况 ， 决定进一步加大规模 ， 实施第二次大型重复压裂引效 ， 压裂层位 投一压二 ， 投球 350个 ， 加砂 110破裂压力 停泵压力 第三次压裂 在本次压裂前 13 油压 压 日产液 日产油 压后冲砂转气举 ， 油压 套压 期单线计量最高时日产油 98t/d， 之后该井日产水平稳定在 50d。 截止到 2001年 11月底 ， 累计增油 2979t， 12月 11日该井日产液 日产油 水 油压 套压 第三次压裂 文 13 施工日期 加砂量 比 % 压前产油 压后产油 日增油 t 有效期 天 累增油 t 日产液 日产油 含水 日产液 日产油 含水 0+5 82 11185 0+12 30 03 7027 0+40 续有效 2979 经济效益分析 2000年在文东和卫城实施压裂优化设计、施工 42井次 ,104t,创产值 104元 ,累计投入 1780 104元 ,投入产出比 1： 注水井压裂后，由于裂缝的产生使得注入水渗流面积增大，并且裂缝中的渗透性远远大于油层的渗透性，所以注入水从井底流向裂缝再从裂缝中流向油层的流动阻力要远远小于注入液从井底径向地流入油层的阻力。因此，在注入条件相同的情况下，注水井经过压裂后的注入量将大幅度提高。 对注水井进行水力压裂的增注原理： 压裂液优选的基本技术原则是：保护储层，减少伤害，满足增注工艺要求，具有良好的适应性和可操作性。水井压裂增注与油井压裂增产的不同：注水井压裂后其注水方向与压裂时液体流向地层滤失方向一致，而油井增产措施之后储层流体流动方向与压裂液滤失方向相反。这一区别给注水井压裂液带来了降滤失添加剂和滤饼处理上的难度，通过加入降滤失剂、采用滤饼处理剂和快速 破胶返排技术可有效地增加注入量，降低注水压力。 适合于注水井压裂的压裂液体系 : 欠注原因分析 采 油 一 厂 欠 注 原 因 示 意 图5 6 . 12 4 . 41 9 . 502 04 06 08 0油 层 污 染 物 性 差 注 水 压 力 低百分比（%）采 油 四 厂 欠 注 原 因 示 意 图4 01 7 . 81 3 . 38 . 96 . 7 6 . 74 . 401 02 03 04 05 06 0欠 注 原 因百分比（%）物 性 差吸 水 变 差油 水 井 连 通 差油 层 污 染层 少结 垢 或 污 染见 效 注 不 进1、研究适合于注水井短、宽裂缝压裂工艺 的压裂液体系； 2、支撑剂的优选； 3、注水井压裂施工方案设计 4、注水井短、宽裂缝现场工艺技术研究 5、注水井短、宽裂缝测试技术 技术关键与技术突破 注水井短 、 宽裂缝现场工艺技术： 注水井压前预处理技术 分段破胶 、 快速返排技术 泡沫助排工艺技术 注水井短 、 宽裂缝测试技术： 压裂施工曲线模拟 压降曲线分析 压后不稳定试井分析 技术指标 1、注水压力降低 2、施工成功率 100%； 3、措施有效率 90%以上。 现场应用情况 2001年计划在采油一厂现场实施2口井，现已在采油一厂 3口井文 13 13 203采油三厂施工 1口井（ 1999年 4月重炮 （ 后转注 ， 初期日注 60m3/d， 半年后日注水在 20m3/ 目前钻关 ， 钻关前注水油压 日注水量 10详细情况见下图 文13 10 15 20 25 30时间 月日注水量 方系列11、文 13 本次压裂层位： 压裂井段： 0层 ；压裂方式：油套混注 、 合层压裂；加陶粒 （ 粒径 15 （ 1）压裂优化设计结果 设计参数设计缝长 （米） 40施工排量 （立方米 / 分） 4 . 0所 需 活 性 水 总 体 积 ( 立方米 ) 2 0 . 0所 需 前 置 液 总 体 积 ( 立方米 ) 3 5 . 0所 需 携 砂 液 总 体 积 ( 立方米 ) 4 9 . 0所 需 支 撑 剂 总 体 积 ( 立方米 ) 1 5 . 0所 需 顶 替 液 体 积 ( 立方米 ) 3 5 . 2平 均 裂 缝 高 度 ( 米 ) 2 4 . 6 6井 壁 处 裂 缝 高 度 ( 米 ) 5 0 . 4 6井 壁 处 裂 缝 最 大 宽 度 ( 厘米 ) 1 . 1 6压裂液效率 （ % ） 4 8 . 2 5平均砂比 ( % ) 3 0 . 6 2001年 10月 28日压裂施工 ， 油套混注 ， 合层压裂 。 破裂压力 加砂压力 平均排量 砂 18平均砂比 当顶替至19 超压停泵 。 （ 2）施工情况 裂优化设计结果 本次压裂层位： 压裂井段：1层；压裂方式：油套混注 ， 合层压裂；加砂 （ 粒径 24 新井压裂投注。 设 计 参 数 设 计 缝 长 （ 米 ） 60 施 工 排 量 （ 立 方 米 / 分 ） 所 需 活 性 水 总 体 积 ( 立 方 米 ) 所 需 前 置 液 总 体 积 ( 立 方 米 ) 所 需 携 砂 液 总 体 积 ( 立 方 米 ) 所 需 支 撑 剂 总 体 积 ( 立 方 米 ) 所 需 顶 替 液 体 积 ( 立 方 米 ) 平 均 裂 缝 高 度 ( 米 ) 井 壁 处 裂 缝 高 度 ( 米 ) 井 壁 处 裂 缝 最 大 宽 度 ( 厘 米 ) 压 裂 液 效 率 （ % ） 平 均 砂 比 (%) 2001年 7月 18日施工 ， 加砂压力 加砂21砂比 平均排量 替 ， 压 力 突 然 升 高 至59接近限压 ， 停泵 ， 欠顶 0.6 （ 3）施工情况 文 13前注水压力 注水 5压后初期注水压力 36注 123目前 ， 注水压力 注水 38累计增注 2367继续有效 ） 。 3、压裂效果 云 3井压裂投注，压后初期注水压力 注 36注 40 累计增注 4228续有效）目前该井钻关。 水井压裂效果统计表 井 号 施工 日期 压 前 压 后 累计增注注 注水 压力 注水量水 压力注水量 13 3334 80 2367 继续有效 云 3井压裂投注 26 40 4228 继续有效 目前中原油田共有注水井 1747口，其中注水压力 253566口，注水压力在 3520余口。 根据注水井欠注原因及目前注水井状况，注水井短、宽裂缝压裂工艺技术研究有很大的推广应用前景。 现场应用表明，采用注水井短、宽裂缝压裂技术可有效提高注水效果 推广应用前景 针对电泵井对腐蚀敏感的特点，研制非酸性清垢剂；利用清垢剂的鳌合作用与易生成垢的金属阳离子反应生成易溶的稳定化合物，达到其溶垢的目的。防垢剂抑制了碳酸钙、石膏、微溶性盐胚芽晶体的进一步增长，形成的吸附层不仅阻碍了晶体的结合，而且还附着在设备及管线的内表面，为液流携带微小晶粒提供了保证；并针对针对电泵井的生产状况研制配套的动管柱、不动管柱清防垢施工工艺。 技术原理 非酸性清垢剂 溶垢量 31地层垢 、 46 腐蚀速率 a 7 密度 外观 淡黄色溶液 主要性能指标 酸性清垢剂： 腐蚀速率 1.8 g/密度 地层挤注垢剂： 防垢率 80% 地层脱附时间 180d 防垢棒： 防垢率 90% 有效释放期 90d 技术关键与技术突破 非酸性清垢剂的研制 电泵井清、防垢工艺 完成 2口电泵井清防垢施工 ， 有效期 200d， 检泵周期 10592d， 增油 611t， 创产值 104元 ,投入资金 104元 ,创效益 104元 ， 投入产出比 1： 推广应用情况：在文明寨油田推广实施电泵井清防垢 5口，单井日增油 d，有效期 220d，增油 1164t，创产值 104元，投入资金 104元，创效益 104元，投入产出比 1：文中油田推广实施电泵井清防垢 4口，单井日增油 d，有效期 212d，增油 产值 104元，104元，创效益 104元，投入产出比 1： 现场应用情况 井例分析 1、施工设计 文 209 209理半径 2理用剂 垢剂 30处理剂 60 防垢剂 60替液 20预处理剂 20防垢剂 80替液 20施工工艺 不动管柱清防垢 动管柱清防垢 施工限压 15 202、施工工艺 不动管柱清防垢 施工步骤 a 摆好地面设备 ， 连接地面流程 ， 现场配置施工用料； b 反替清垢剂 ， 停机 ， 关套管闸门 ， 反应 8 c 反挤预处理液 ， 反挤防垢剂 ， 反挤清水； d 用顶替液进行顶替； e 关井反应 12 f 开机生产 。 施工流程 不动管柱清防垢示意图 施工曲线 209 动管柱清防垢 : 施工步骤 a 下管柱至油层顶界； b 正替清垢剂一个油管体积 ， 关套管闸门 ，正挤清垢剂 ， 正挤防垢剂 ， 正挤顶替液一个油管体积； c 反挤 反挤清垢剂 、 反挤清水； d 关井反应 12 e 下泵生产。 施工流程 动管柱清防垢示意图 施工曲线 209 施工效果 文 209 月 清防垢施工 ，日产液由 48t/4.9 t/d， 初期日增液 15.6 t/d， 增液幅度 .2 t/d， 初期日增油 1.7 t/d， 有效期 215天 ， 累计增油 285t， 创产值 投入产出比 1： 40天延长到 328天 ， 达到了预期效果 。 文 209 2000年 1 月 清防垢施工 ，日产液由 2.4 t/d， 初期日增液 5.7 t/d， 增液幅度 21%；日产油由 .0 t/d， 初期日增油2.1 t/d， 有效期 240天 ， 累计增油 326t，创产值 投入产出比 1： 5天延长到 256天 ， 目前生产正常 ， 达到了预期效果 。 推广应用前景 目前中原油田电泵井约 290口，开井 280口；结垢问题日益突出。清防垢工艺技术的应用对于节约作业费用、提高水驱动用程度、油井增产、稳产有着重要意义。 技术原理 通过对油藏生产、注水、压裂所引起的局部地应力的分析以及大尺寸真三轴水力压裂模拟试验，研究重复压裂破裂机理和重复压裂裂缝延伸规律。重复压裂裂缝仍延初始裂缝延伸；初始裂缝几何尺寸对裂缝周围局部应力场影响很小，生产制度是主要因素。 初次压裂产生一条垂直裂缝，在最大水平应力方向施加最小水平应力，在最小水平应力方向施加最大水平应力，在水平应力差 产生新的裂缝。 通过对重复压裂破裂、延伸机理的研究，进而分析研究了重复压裂增产机理。对重复压裂设计和压后经济效益有着积极作用。 研究的高砂比、耐高温、抗剪切压裂液性能指标能够满足施工要求。 在压裂过程中加入气热压裂液后，破胶化水完全彻底、返排速度快、减少压裂液滤饼的堵塞。返排速度快，温度升高后，具有防止水锁、降粘等功效。 技术指标 1、耐高温、抗剪切压裂液 粘温性 135 、 切 2 粘度 压裂液的滤失性能 滤失系数为 10。 2、 气热压裂液 每 1325 ） 与地层流体配伍 滤失性能： A 120 10-4 m/ 130 10m/ B. 120 10-4 m/ 技术关键与 技术突破 重复压裂优化设计 气热压裂液的研制与应用 现场应用情况 重复压裂设计施工 5井次，施工成功率 100%，有效率 100%，与初次压裂相比，均砂比由 增油由 d，有效期由 135天提高到 200天（文 13单井增油从 计到目前为止（有些仍继续有效）累计增油 11926t。 2001年气热压裂液在采油一厂现场实施 2口井，文 13 16 井例分析 1、耐高温、抗剪切压裂液 粘温性 135 、 切 2 粘度 压裂液的滤失性能 滤失系数为 10。 文 13设计思路 （ 1）井距：与周围井井距 300备大型压裂的条件； （ 2）该井射开井段跨度比较大有200m，设计方面有三种考虑，一种考虑压开 9二压三；第二种是集中改造 15一压二；第三种卡封分层单压 15保证压裂试验效果 ,决定卡封分压 19 （ 3）对低渗地层，缝长要达到一定长度才能有较好的增产效果；根据油藏地层条件和模拟结果确定180 技术措施 对于压裂液，保证压裂液基液粘度大于 裂液粘度在120 、 170切120胶时间 6 要求支撑剂满足裂缝导流能力； 采用快速返排技术，尽可能减少地层伤害； 设计计算出的部分施工参数 设计缝长 （米） 180 施工排量 （立方米 /分） 需压裂液总体积 (立方米 ) 需前置液总体积 (立方米 ) 需携砂液总体积 (立方米 ) 需支撑剂总体积 (立方米 ) 42 平均裂缝高度 (米 ) 壁处裂缝高度 (米 ) 壁处裂缝最大宽度 (厘米 ) 产倍比 裂液效率 （ %） 均砂比 (%) 13压裂情况对比 压裂层位 压裂 井段 厚度 /层数 压裂方式 施工日期 加砂量 加砂强度 砂比 日增油 有效期 累增油 0 油套合压 1 9 3中7 卡封合压 2 9 继续有效 1531 施工情况： 平均砂比 破裂压力 均排量 砂压力 压后效果： 该井 d，累计增油 1531t（统计到 文 16本情况： 该井于 1986年 6月 26日完井后一直未投产，本次补孔压裂试油 。 压裂优化设计结果： 压裂层位： 井段： n； 压裂方式：油套混注 、 合层压裂 支撑剂：高强度陶粒 14计缝长 （米） 100 施工排量 （立方米 /分） 需活性水总体积 (立方米 ) 需前置液总体积 (立方米 ) 热剂 (立方米 ) 需携砂液总体积 (立方米 ) 需支撑剂总体积 (立方米 ) 需顶替液体积 (立方米 ) 均裂缝高度 (米 ) 壁处裂缝高度 (米 ) 壁处裂缝最大宽度 (厘米 ) 工情况： 2001年 12月 20日 压裂施 工 ， 破 加 砂 压 力 平 均 排 平均砂比 ， 施工顺利 。 压后效果： 2001年 12月 22日开井 ， 压后自喷生产 ， 目前日产液约 60t/d， 日产油约 5t/d。 压裂液返排率 85%， 降低了压裂液对地层的伤害 。 现场应用表明： 采用气热剂压裂可提高压裂液的返排效率，返排率由60%80%提高至 86%。 推广应用前景 中原油田目前每年压裂约 500井次，其中有相当一部分属于重复压裂井或低压井，低压井压裂后返排困难、返排率低，因此该项目具有较好的应用前景。 技术原理 储层跨度长、层数多、层间物性差异大。 采用压前、压后剖面测试技术、施工测试技术、分压技术、压裂优化设计技术以及高粘度低伤害压裂液技术。 中原油田半数以上气井 一次性施工压开较大的产气剖面或全部低产层产气剖面 ， 从而有效地提高了长井段气井的整体生产能力 。 技术指标 耐温性： 130 ， 170 2h， 延缓交联时间达 4 破胶时间 10h， 水化液粘度 s。 表面张力 22mN/m，界面张力 m。 对地层损害率 10%。 分层工艺技术成功率 100%。 优化设计符合率 100%。 压开产气剖面程度 70%。 技术关键 依据测井组合图 ， 对产气剖面压裂改造的正确分组 。 压裂优化设计技术 。 分压工艺技术 。 适应储层与施工工艺要求的压裂液技术 。 产气剖面测试技术 。 项目的创新点 形成合理的压裂层段 ， 使剖面改造程度提高 15%以上 。 采用综合分层压裂工艺技术 ， 保证尽可能多压开目的层 ， 形成多条裂缝 ， 有效地改善产气剖面 。 采用综合分层压裂工艺技术 ， 保证尽可能多压开目的层 ， 形成多条裂缝 ， 有效地改善产气剖面 。 成功地解决了高粘度 、 高砂比与彻底破胶之间的矛盾 。 成功地研究出了低伤害有机硼压裂液 。 投球分压 1口井 。 2001年 7月 17日至 2001年 12月 21日应用该技术在现场进行了四井次的压裂试验。 现场应用情况 卡封投球分压 1口井。 油套合压 2口井。 现场应用情况 施工参数： 施工破裂压力最高为 低为 量 砂 165.1 均砂比 压后效果： 压后日增气量约 104计增 气 47 104果未完）。剖面改善程度达 79%。 典型井例分析 2001年 8月 6日应用该技术在文 23 施工方式： 油套合压。 施工参数： 破裂压力 量 工总液量 砂量 44 加砂符合率为 100%。 排液情况： 该井压后 3小时采用 37天内排出液体约为 液氮助排后返排率达 92%。 典型井例分析 排液情况： 该井压后 3小