中深井油层水力压裂课件

中深井油层中深井油层 水力压裂水力压裂 油层水力压裂的基本原理油层水力压裂的基本原理 砂岩油田的地质特征及压裂选井选层砂岩油田的地质特征及压裂选井选层 油层水力压裂设计油层水力压裂设计 中深井水力压裂工艺中深井水力压裂工艺 压裂材料和设备工具压裂材料和设备工具 水力压裂施工质量管理水力压裂施工质量管理 水力压裂效果分析和评价水力压裂效果分析和评价 众所周知，油层水力压裂增产众所周知，油层水力压裂增产 的原理，的原理， 一是通过水力压裂在油层内形成一条高渗透的裂一是通过水力压裂在油层内形成一条高渗透的裂 缝，为油流提供一个流动通道，消除钻井和作业缝，为油流提供一个流动通道，消除钻井和作业 过程中对井筒附近地层造成的伤害；过程中对井筒附近地层造成的伤害； 二是通过水力压裂为油层提供大得多的渗流面，二是通过水力压裂为油层提供大得多的渗流面， 使油层内的流体由直接流向井眼的径向流动，变使油层内的流体由直接流向井眼的径向流动，变 为首先由油层流向裂缝，然后再由裂缝流向井眼为首先由油层流向裂缝，然后再由裂缝流向井眼 的接近于线性流动，从而大大降低油流阻力。的接近于线性流动，从而大大降低油流阻力。 n n 由于水力压裂的机理研究对工艺实践具有重要的指导作用由于水力压裂的机理研究对工艺实践具有重要的指导作用 ，因此，国内外都很重视这一工作。，因此，国内外都很重视这一工作。 n n 目前国外主要从以下三个方面开展油层水力压裂机理的研目前国外主要从以下三个方面开展油层水力压裂机理的研 究：究： n n 一是裂缝的形成条件及其影响的因素，包括岩石力学性质一是裂缝的形成条件及其影响的因素，包括岩石力学性质 和地应力的研究及其对裂缝的影响，以及人工裂缝与天然和地应力的研究及其对裂缝的影响，以及人工裂缝与天然 裂缝的关系等；裂缝的关系等； n n 二是裂缝几何尺寸及其影响因素；二是裂缝几何尺寸及其影响因素； n n 三是裂缝导流能力及其影响因素。三是裂缝导流能力及其影响因素。 n n 从从7070年代开始，我国在现场和实验室先后进行了一些机理年代开始，我国在现场和实验室先后进行了一些机理 性及基础性研究工作，取得了初步成果，有效地指导了现性及基础性研究工作，取得了初步成果，有效地指导了现 场作业。场作业。 第一节 压裂裂缝形成的条件 第一节 压裂裂缝形成的条件 n一、裂缝形成的条件 n油层水力压裂形成的裂缝形态与油层 所受三个轴向应力相对大小及其相应 方向上的岩石抗张强度有关。地下任 一岩石单元均受到三个方向上的应力 ，即位于水平面上的x、 y和位于 垂直方向上的z. 第一节 压裂裂缝形成的条件 n当构造应力基本处于松弛状态时，岩 石垂向应力应为岩石密度与该岩石单 元所处深度的乘积。 第一节 压裂裂缝形成的条件 n在构造简单的情况下，水平应力与垂向应 力的关系是： 第一节 压裂裂缝形成的条件 n砂岩的泊松比一般在0.15-0.27 之间 ，由上式可知在没有外力作用时，水 平应力一般均小于垂向应力。 n当钻井之后破坏了岩层固有的应力平 衡状态。为了沿井筒纵向造成裂缝， 油层水力压裂必须克服井筒圆周切线 方向上的应力以及岩石的抗张强度。 第一节 压裂裂缝形成的条件 n因此，在垂直裂缝条件 下，破裂压力应为： 第一节 压裂裂缝形成的条件 n当岩石内存在着薄层或者天然裂隙时，岩 石的抗张强度会减小，甚至趋于零。 n对于水平裂缝，一般认为裂缝闭合压力与 裂缝所处深度的覆盖压力相等。因此产生 水平裂缝的破裂压力为： 第一节 压裂裂缝形成的条件 n根据材料力学观点，人工裂缝面应垂直于最小主 应力。因此，油层水力压裂裂缝的形态和方位大 致有如下的规律： n（1）在正断层发育地区或平移断层地区，由于水 平应力比垂向应力小，常易压成垂直裂缝，其方 位则取决于两个主应力的大小。在逆掩断层地区 ，由于水平应力比垂向应力大，常易压成水平裂 缝。 n（2）破裂梯度大于0.225105Pa/m 时，多为水 平裂缝，小于0.167105Pa/m 时，多为垂直裂缝 。 第一节 压裂裂缝形成的条件 n二、油层破裂压力梯度 n油层破裂压力梯度系指油层破裂压力与油层中部 深度的比值，是衡量油层破裂难易程度的重要参 数。 n我国油田普遍采用油层破裂后瞬时停泵来求得油 层的破裂压力。多数油田在2000-4000m 深度，其 油层破裂压力梯度为0.147105- 0.206105Pa/m(0.15-0.21atm/m；但深度小于 2000m 的油层，破裂压力梯度没有明显范围。 第一节 压裂裂缝形成的条件 n以大庆油田为例： n大庆油田根据油层破裂后的瞬时停泵井底压力，求测上覆 岩层的平均密度为2.0-2.1g/cm3。 n当岩层纵向非均质严重、层理发育，或有原生裂缝时，油 层垂向抗张强度可以趋于零（St0），则： 第一节 压裂裂缝形成的条件 n不同地区由于上覆岩层剖面岩性不同，岩层的平均密度也 会不同，产生水平裂缝的破裂梯度也会因地而异。 n压裂施工中，井底破裂压力和相应地面泵压有如下关系： 第二节 裂缝的几 何形态及方位 第二节 裂缝的几何形态及方位 n一、概述 n施工规模不同的油层水力压裂工艺效果常用形成的裂 缝几何尺寸来描述。烈缝的几何尺寸是指裂缝的长、 宽和高。裂缝的长度主要取决于泵的排量和压裂液的 滤失系数；裂缝宽度主要与压裂液粘度、地层岩石力 学参数及加砂量有密切关系；在某些情况下，裂缝的 高度要适当地加以控制，使其不超过压裂层段的厚度 ，以免与上部气顶或下部底水沟通，影响压裂效果。 控制的方法是限制排量和使用适当粘度的压裂液或使 用裂缝高度控制剂。 第二节 裂缝的几何形态及方位 n裂缝几何尺寸及其影响因素的研究包括两方面的内容： n一是裂缝几何尺寸与岩石性质、压裂液性质 及工艺参数之间的关系； n二是压裂后对裂缝几何尺寸的检测。 n前者直接关系到工艺参数的选择，后者可做 为压裂效果检验的一个内容。 n一般的讲，地下岩石最小主应力是构成裂缝 形状的决定性因素但由于构造条件的不同， 地层的非均质性，以及水力压裂时工艺条件 复杂；最小主应力不能视为裂缝形状的惟一 控制因素。 第二节 裂缝的几何形态及方位 n二、裂缝形态研究 n在我国注水开发的砂岩油田上，大量采 用井温法和同位素示踪法检查压裂后裂 缝的几何形态。有的油田还通过井下密 闭取心及分层测试成果，综合各种监测 资料判断裂缝形态。 n研究表明，当破裂梯度大于 0.266105Pa/m(0.23atm/m)时，多为水平裂缝；小 于0.167 105Pa/m(0.17atm/m)时，多为垂直裂缝。 这与室内模拟试验结果基本一致，见表。 第二节 裂缝的几何形态及方位 n大庆油田通过综合资料分析判断油层水 力压裂裂缝形态特征是以沿着层理面形 成的水平裂缝为主。其主要依据为： n1、 很多厚油层在压裂前后产液剖面变 化中，厚油层上部出现产液量高峰，有 的甚至在同一油层剖面上有几个产液量 高峰，这一变化是水平裂缝的特征； n2、 不同注水方式下压裂或油、水井对 应压裂，压裂后来发现方向性见水； 第二节 裂缝的几何形态及方位 n3、各油层组的平均破裂梯度为0.226 105- 0.245 105Pa/m(0.23-0.25atm/m)已大于上 覆岩层所产生的垂直应力； n4、 在相距压裂井25m 处，两口钻井取心井 观察，压裂裂缝是一个裂缝带，在砂泥岩两 种岩性的接触处，产生沿层理面的水平裂缝 ，在砂岩中形成切割层理的垂直裂缝。但从 宏观上看，裂缝的形态是水平的。 第二节 裂缝的几何形态及方位 n这是因为： n（1）层内的裂缝在纵向上的分布范围 小于压裂层的厚度； n（2）几处裂缝在纵向上是不连续的， 即使在同一个油层内也是不连续 n的； n（3）局部垂直的裂缝都没有穿过沿层 理面形成的水平裂缝； 第二节 裂缝的几何形态及方位 n5、 放射性同位素示踪法测井曲线特征进一 步证实压裂裂缝形态是以沿层理面形成的水 平裂缝为主： n（1）放射性同位素示踪曲线呈窄、尖峰； n（2）每个油层曲线异常显示的总厚度小于油 层厚度； n（3）曲线的峰值大多数是对着油层内岩性或 物性变差部位； 第二节 裂缝的几何形态及方位 n（4）在相同施工方法条件 下（压裂砂之后加入活化砂 ），放射性同位素示踪曲线 有下列几种类型： n（a）油层的顶部、底部及 油层中部有异常； n（b） 油层的底部有异常， 见图； 第二节 裂缝的几何形态及方位 n（c）油层的 顶部有异常； n（d）油层的 顶、底部有异 常，见图； 第二节 裂缝的几何形态及方位 n6、 井温测井曲线反映了 压裂层内局部异常。根据低 温部位不同，可以分为上部 低温、中部低温、下部低温 三种类型，见如三个图。 第二节 裂缝的几何形态及方位 n综上所述，说明大庆长垣内压裂裂缝是 以沿层理面形成的水平裂缝为主。从宏 观来看，大庆油田的压裂裂缝无疑是水 平的；但从局部来看，而是以水平裂缝 为背景组成的一条或数条复杂的裂缝带 。水平裂缝沿井筒径向发展是不均匀的 ，并不是以井轴为中心的理想圆形。 第二节 裂缝的几何形态及方位 n根据水平裂缝的理论公式计算和压力恢 复曲线理论公式推导，在井网密度12 口/ 公里2 的条件下，当田菁胶水基压 裂液排量为2m3/min 左右和层段平均加 砂量6m3 的施工条件下，大庆长垣内压 裂裂缝长度为30m 左右，裂缝宽度在 5mm 左右。 第二节 裂缝的几何形态及方位 n三、裂缝方位 n大港油田近年使用地震波检测法与地面 充电法对垂直裂缝的方位进行测试，初 步证实接近正断层的水力裂缝，其方位 基本上沿着断层走向；远离断层的水力 裂缝，其方位向着构造的高部位发展。 这一初步成果基本上符合裂缝方位垂直 于最小主应力方向的一般规律。 第二节 裂缝的几何形态及方位 n用充电法测裂缝的港6-29 井于1981年5 月14日压裂 三个层段，井深分别为1513-1523m、1524.6-1527m、 1549.4-1556m，油层厚19m。为测压裂方位，选择该 井北西30、1100m 处的10-20 井，井深1385.7m 作 为供电井B1，该井北面900m 处的10-27 井，井深 2179m 为供电井B2。以B1井供电电位极小值在第8号 点视纯异常幅值Vs为7.3V/A。以B2井供电电位极 小值也在第8号点，视纯异常幅值Vs为16.9V/A 。两个B 井供电获得了较好的一致性。由于B 井角度 不同而Vs幅度不同，这与理论上是一致的，见如下 两图。 第三节 裂缝导流能力 及其影响因素 第三节 裂缝导流能力及其影响因素 n裂缝导流能力及其影响因素 的研究是压裂机理研究的一 个重要方面。它有助于针对 具体的地质及工程条件选择 合理的工艺参数，获得最佳 的压裂效果。 第三节 裂缝导流能力及其影响因素 n水力压裂形成的裂缝只有被支撑剂充填 之后才具有高于地层的导流能力。 n导流能力的大小取决于裂缝闭合压力、 支撑剂类型（强度）、粒径及其在裂缝 中的排列方式、岩石硬度等因素。 n为了使水力压裂取得更好的增产效果， 结合我国具体工艺技术条件，先后对影 响裂缝导流能力诸因素进行了研究。 第三节 裂缝导流能力及其影响因素 n一、支撑剂的类型是影响导流能力的重要因素 n各油田普遍采用石英砂做为压裂支撑剂，近年又研制 成功了抗压强度可达64.34MPa的唐山铁锚牌陶粒和成 都陶粒以及低密度的宜兴陶粒。从下表看出，现用的 几种支撑剂中陶粒具有显著的优越性，兰州砂次之， 江西砂和福州砂又次之，最差的是岳阳砂。具体油田 可根据不同的地质和施工条件进行选择。 第三节 裂缝导流能力及其影响因素 n二、在一定闭合应力下，导流能力随铺砂层 数而变化 n从图中看出，在一定闭合应力下，支撑 裂缝的导流能力，是随裂缝的铺砂层数 （或裂缝面上支撑剂浓度kg/cm2）而 变化的。图表明，以不同粒径的支撑剂 充填的裂缝，其导流能力随闭合应力的 增大而下降，而小直径砂比大直径砂的 下降幅度小。 第三节 裂缝导流能力及其影响因素 n三、在一定闭合应力下，地层硬度对导流能 力的影响 n从图中可看出，在一定闭合应力下，地层硬 度对导流能力的影响。当地层硬度大于支撑 剂硬度时，支撑剂可能被压碎；反之，则支 撑剂将发生明显的嵌入现象。在高闭合应力 下如选用强度差的石英砂，会导致支撑剂明 显破碎，以致对裂缝的导流能力造成不利影 响。 第三节 裂缝导流能力及其影响因素 n四、时间对导流能力的影响 n随着时间的延长，因裂缝中的 支撑剂将被逐渐压实，从而使 裂缝的导流能力逐步下降，特 别在最初5-7 天内下降以明显 ，后趋于平稳。 第三节 裂缝导流能力及其影响因素 n五、压裂液对导流能力的影响 n水基冻胶压裂液如压裂后不返 排，其残渣对裂缝导流能力的 伤害率可达70%-80%；伤害率将 随返排率的提高而下降至10%- 20%。 第三节 裂缝导流能力及其影响因素 n六、加砂方式对导流能力的影响 n室内实验表明，降低压裂液 滤失的100 目细砂，以前置 液方式加入较好；当作为支 撑剂和粗砂混合使用时，将 降低支撑裂缝的导流能力。 第三节 裂缝导流能力及其影响因素 n为提高裂缝导流能力，大庆油田通 过支撑剂在水平裂缝中运移规律的 研究，认识到在一定的闭合压力和 压裂装备条件下，水平裂缝用大粒 径、高强度支撑剂作尾砂，严格控 制替挤量，可以使填砂裂缝的导流 能力有明显的提高。 第三节 裂缝导流能力及其影响因素 n在此基础上，研究成功水平裂缝合理加 砂工艺，并在油田上大面积推广应用。 n证明合理加砂工艺与普通分层压裂工艺 相比，平均每口井只增加200元左右的 材料费（1987 年），而压裂效果比普 通分层压裂提高10%-20%左右，经济效 益明显。 n油层水力压裂的基本原理 n砂岩油田的地质特征及压裂选井选层 n油层水力压裂设计 n中深井水力压裂工艺 n压裂材料和设备工具 n水力压裂施工质量管理 n水力压裂效果分析和评价 第一节 砂岩油田的 基本地质特征 n一、砂岩油田储油层的地质特征 n油层水力压裂要想获得好的效果，必须了解其改造对 象油层的基本地质特征。 n我国砂岩油田绝大多数形成于中新生代陆相沉积盆地 ，储油层中大部分砂体属于分布不稳定的河道砂、入 湖三角洲砂和山麓洪积物。由于湖盆面积小，坡降大 ，湖水进退频繁，以致在纵向剖面上形成多种沉积相 带砂体的多次错迭堆积，油层层数多，单位面积储量 多，各层物性差异大。沉积过程中加上碎屑颗粒多属 近距离搬运，导致矿物成熟度低，成分杂，分选磨圆 不好，泥质含量高，孔隙结构较复杂。 n这些都是造成我国砂岩油（气）藏类型比较 复杂的基本地质因素。例如大庆油田目前开 采的萨尔图、葡萄花、高台子三套油层均形 成于白垩纪中后期。在这段沉积过程中，多 次发生不同规模的湖进和湖退，形成了许多 形态、规模、旋回性、物性等各不相同的砂 体，在纵向上互相穿插，交织在一起，平面 上不同相带频繁变化，构成了储油层十分复 杂的沉积体系。 n以大庆油田为代表的我国砂岩储油（气）层 的主要地质特征是： n（一）纵向上分布复杂，层间渗透率级差大 n（ 1）油层分布井段长，层间差异大，如大 庆油田莎、葡、高三套油层，井段长达300- 500m。高渗透率油层与低渗透率油层交错分 布，渗透率级差大，由表可以看出，大庆油 田砂岩油层渗透率级差高达60 倍以上，比国 外一般砂岩油田高10 倍以上。 n（2）油层层数多。 n如大庆油田单井可钻遇40-140 个 单层；单层厚度薄，河道砂体厚度 一般在3-5m 以上，厚油层可大于 10m，但单层平均厚度一般在1-3m ，薄层厚度仅有0.2-0.4m。 n（二）层内非均质性严重 n由于沉积环境变化大，造成砂岩单层层内纵 向上渗透率不同组合，按其 n特点可以分为五种类型： n（$）正韵律油层。下部沉积碎屑颗粒粗，渗 透率高，孔隙度大；上部沉 n积细粒岩屑，渗透率低，孔隙度小。 n（#）反韵律油层。与正韵律油层相反，上部 沉积粗粒岩屑，渗透率高； n下部沉积细粒岩屑，渗透率低。 n（/）复合韵律油层。纵向上为一个正 韵律和一个反韵律的复合体 n（)）多段多韵律油层。厚度大，纵向 上可分为厚度不等的多个韵律段， n韵律段多为正韵律特征。 n（-）薄油层。有效厚度小于$(+ 米， 砂体类型和非均质类型均较复杂。 n（三）砂体分布形态复杂 n平面上砂体类型变化大，单砂体稳定性 差，分布形态复杂。注水开发河 n道砂体时，其平面非均质性主要表现渗 透率有明显的方向性。 n上述砂岩油层的基本地质特征决定着水 力压裂技术的发展和应用效果。 n我国现有这套以分层压裂为主体的工艺 技术，正是在对各类砂岩油层特征的 n认识不断深化的基础上，针对不同开发 阶段调整挖潜需要而发展完善起来 n $#/, n的。因此，只有不断加强砂岩油层的地 质基础工作，才能有效地提高水力压 n裂水平和效果。 n二、应用沉积相理论指导油田开发调整挖潜 n“沉积相”可理解为在一定的沉积环境中所形成的沉积 岩（物）的组合， n它是沉积环境综合的物质反映，通常以地貌单元来命 名。通过沉积岩（物） n所具有的各种沉积特征，可以清楚地反映出它形成时 的自然地理、气候、构 n造及沉积介质的物理、化学和生物条件。在未经强烈 构造变动和成岩后生作 n用改造的地区，原始的沉积条件和沉积作用控制了砂 体的分布状况和内部结 n构特征，进而深刻地影响着流体的运动规律。 n从沉积相研究入手，掌握各类砂体的地质特 点及潜力分布状况，不仅对 n油田开发，而且对合理确定挖潜对象，正确 选择压裂改造措施，提高增产、 n增注效果，都具有十分重要的意义。例如大 庆油田，按油砂体成因和特点归 n纳划分为曲流点坝砂、弯曲分流砂、顾直分 流砂、河口砂坝、内前缘席状 n砂、外前缘席状砂、三角洲间席状砂和洪积 砂等八种类型。 n以一条河床的主体带为中心自成的一个沉积单元，就是注入水在平面上 n运动的单元，也是开采中平面上调整挖潜的主要单元。对于几个沉积单元迭 n加的厚油层，其水淹特征属于多段水淹型，但每一段仍为底部水淹。基于这 n一认识，采用蜡球选择性压裂工艺对厚油层层内改造挖潜，才获得了成功。 n由于席状砂体常与泥质沉积成互层，砂粒细，泥质含量较高，厚度薄， n渗透率低，但平面分布稳定，若这类油层和高渗透层一起开发，动用很困 n难，基于这一认识，研究应用了限流法、投球法多裂缝压裂工艺并取得了较 n好效果。 n大庆油田的实践证明，运用沉积相理论分析研究砂岩油层沉积特征，对 n搞好油田或开发区块压裂挖潜具有重要的指导意义。 n $#“! 水平井分段压裂改造技术 长庆石油勘探局长庆石油勘探局 20072007年年3 3月月 2018/10/27 汇报提纲汇报提纲 长庆石油勘探局 国内外水平井分段压裂技术现状 长庆油田水平井分段压裂技术 液体胶塞分段压裂技术 水力喷射分段压裂技术 机械工具分段压裂技术 水平井分段作业工具研发现状 认识与建议 前前 言言 开发水平井可以极大增加井筒在油层中的穿透长度，增大泄油开发水平井可以极大增加井筒在油层中的穿透长度，增大泄油 面积，提高单井产量。因此，水平井广泛应用于薄层油藏、边面积，提高单井产量。因此，水平井广泛应用于薄层油藏、边 底水油藏及低渗油藏。对于低渗油藏，由于储层裂缝不发育，底水油藏及低渗油藏。对于低渗油藏，由于储层裂缝不发育， 必须通过压裂改造，沟通天然微裂缝，才能达到理想的产能。必须通过压裂改造，沟通天然微裂缝，才能达到理想的产能。 整体压裂对储存的改造效果是有限的，而分段压裂可以产生多整体压裂对储存的改造效果是有限的，而分段压裂可以产生多 条人工裂缝，极大地改善了近井地带渗流条件，能大幅度提高条人工裂缝，极大地改善了近井地带渗流条件，能大幅度提高 单井产量。所以，分段压裂技术是低渗油田水平井高效开发的单井产量。所以，分段压裂技术是低渗油田水平井高效开发的 保障。保障。 中石油水平井开发呈逐年上升趋势，中石油水平井开发呈逐年上升趋势， 20062006年已完钻水平井年已完钻水平井 522522口，口，20072007年计划部署年计划部署600600口水平井。因此，水平井分段压口水平井。因此，水平井分段压 裂技术具有良好的应用前景。裂技术具有良好的应用前景。 一、国内外水平井分段压裂技术现状一、国内外水平井分段压裂技术现状 国外的水平井开发起步较早，各种配套技术相对比较成熟。改国外的水平井开发起步较早，各种配套技术相对比较成熟。改 造措施大都以酸化、酸压为主，加砂压裂相对较少。主要改造造措施大都以酸化、酸压为主，加砂压裂相对较少。主要改造 工艺有：水平段整体酸化、分段酸化或酸压、分段压裂等。工艺有：水平段整体酸化、分段酸化或酸压、分段压裂等。 国外水平井压裂技术主要有：机械工具分段压裂技术、限流压国外水平井压裂技术主要有：机械工具分段压裂技术、限流压 裂技术、水力喷射压裂技术及旋转水力喷射压裂技术等。裂技术、水力喷射压裂技术及旋转水力喷射压裂技术等。 国内的水平井分段改造技术目前还处于探索阶段，虽然各油田国内的水平井分段改造技术目前还处于探索阶段，虽然各油田 均有研究与试验，但理论研究及现场应用与国外还相差甚远。均有研究与试验，但理论研究及现场应用与国外还相差甚远。 大庆、吉林油田现场试验过水平井限流压裂技术，取得了一定大庆、吉林油田现场试验过水平井限流压裂技术，取得了一定 的成果，同时还进行了暂堵分段酸化技术试验。的成果，同时还进行了暂堵分段酸化技术试验。 长庆油田水平井分段压裂技术主要有：液体胶塞封隔压裂，机长庆油田水平井分段压裂技术主要有：液体胶塞封隔压裂，机 械桥塞封隔压裂，水力喷射压裂。械桥塞封隔压裂，水力喷射压裂。 二、长庆水平井分段压裂技术 长庆油田水平井数量由长庆油田水平井数量由9393年的年的1 1口井增至口井增至0606年的年的4646口井，其中油井口井，其中油井 采油井采油井3333口，注水井口，注水井7 7口，天然气井口，天然气井6 6口。口。 长庆自长庆自9090年代开始，陆续对年代开始，陆续对7 7口井口井1717层段实施了液体胶塞分段压裂层段实施了液体胶塞分段压裂 。20042004年引进了机械隔离工具，对年引进了机械隔离工具，对2 2口井口井6 6层段进行了机械工具分层段进行了机械工具分 段压裂试验。段压裂试验。20052005年引进了哈利伯顿水力喷射压裂技术，先后对年引进了哈利伯顿水力喷射压裂技术，先后对 三口井进行了三口井进行了1010层段的压裂施工。层段的压裂施工。 三、液体胶塞分段压裂技术 1、液体胶塞分段压裂技术原理 水平井胶塞隔离分段压裂工艺是自井筒末端开始，逐段封堵逐段压裂水平井胶塞隔离分段压裂工艺是自井筒末端开始，逐段封堵逐段压裂 ，在前一级压裂完成之后，对求产结束的井段进行填砂，替入超粘完，在前一级压裂完成之后，对求产结束的井段进行填砂，替入超粘完 井液，这种完井液一旦就位就会胶凝成一种橡胶式的胶塞。胶塞在试井液，这种完井液一旦就位就会胶凝成一种橡胶式的胶塞。胶塞在试 油压裂过程中只起临时封堵作用，胶塞可定时软化易于清除。油压裂过程中只起临时封堵作用，胶塞可定时软化易于清除。 2、液体胶塞分段压裂的应用效果 长庆油田自长庆油田自9090年代开始，在水平井井筒支撑剂沉降规律及填砂、年代开始，在水平井井筒支撑剂沉降规律及填砂、 冲砂试验研究和液体隔离胶塞等室内试验研究的基础上，依据井冲砂试验研究和液体隔离胶塞等室内试验研究的基础上，依据井 网、地质特点，优化裂缝分布、射孔参数、压裂施工参数，完成网、地质特点，优化裂缝分布、射孔参数、压裂施工参数，完成 了了7 7口井口井1717层段的水平井液体胶塞分段压裂改造试验，均取得了层段的水平井液体胶塞分段压裂改造试验，均取得了 较好的改造效果。较好的改造效果。 水力喷射分段压裂技术原理是根据伯努利方程，把压能转变水力喷射分段压裂技术原理是根据伯努利方程，把压能转变 为动能。首先进行水力喷砂射孔，接着提高排量，在已射开为动能。首先进行水力喷砂射孔，接着提高排量，在已射开 孔上下部的井眼中产生负压值形成隔离，高速流体在地层岩孔上下部的井眼中产生负压值形成隔离，高速流体在地层岩 石中形成孔洞，直接作用于孔洞底部，产生高于地层破裂压石中形成孔洞，直接作用于孔洞底部，产生高于地层破裂压 力的压势，在地层中造出一条裂缝。力的压势，在地层中造出一条裂缝。 四、水力喷射分段压裂 1、水力喷射工艺原理 在水力喷砂射孔初期，水射流夹带石英砂颗粒垂直冲击套管表在水力喷砂射孔初期，水射流夹带石英砂颗粒垂直冲击套管表 面。根据冲蚀磨损理论面。根据冲蚀磨损理论, ,在砂粒入射能量大到足以使套管表面产在砂粒入射能量大到足以使套管表面产 生塑性变形的情况下，在压坑附近的亚表层中形成应变层生塑性变形的情况下，在压坑附近的亚表层中形成应变层, ,一部一部 分材料被挤压到坑四周形成凸起唇缘。分材料被挤压到坑四周形成凸起唇缘。 在靖平在靖平1 1、庄平、庄平3 3和庄平和庄平7 7进行了试验。靖平进行了试验。靖平1 1井在水力喷射分段压裂之井在水力喷射分段压裂之 前进行过两次压裂，前进行过两次压裂，9696年压裂第一段，年压裂第一段，20012001年采用填砂胶塞压裂第年采用填砂胶塞压裂第 二段，水力喷射压裂之前该井日产液二段，水力喷射压裂之前该井日产液4.62m3,4.62m3,日产油日产油3.86t3.86t，含水，含水1.8%1.8% ；压后对先后改造的三段和求，日产液；压后对先后改造的三段和求，日产液5.89-6.12m3,5.89-6.12m3,日产油日产油4.95-4.95- 5.11t5.11t，含水，含水1.2%1.2%。 2、水力喷射应用效果 庄平庄平3 3井为新投产井，水平段长井为新投产井，水平段长504m504m，采用套管未固井方式完井，采用套管未固井方式完井 ，井眼方向平行于最大主应力方向。，井眼方向平行于最大主应力方向。20052005年对该井年对该井2365m2365m、 2238 2238 mm、2080m2080m和和1965 1965 mm等四段采用水力喷射压裂技术进行分等四段采用水力喷射压裂技术进行分 段改造，压后两个月日产液段改造，压后两个月日产液5.63m35.63m3，日产油，日产油3.18t3.18t，含水，含水32.8%32.8% ；目前日产液；目前日产液2.0m32.0m3，日产油，日产油0.94t0.94t，含水，含水44.0%44.0%。 水力喷射压裂施工曲线 水平井机械工具分段压裂的施工工序为：通洗井下桥塞至预水平井机械工具分段压裂的施工工序为：通洗井下桥塞至预 定位置坐封释放桥塞井筒试压射孔压裂试油求产定位置坐封释放桥塞井筒试压射孔压裂试油求产 打捞桥塞。压裂第二段时重复以上工序，依次完成全井压裂。打捞桥塞。压裂第二段时重复以上工序，依次完成全井压裂。 五、机械工具分段压裂技术 1、机械桥塞工作原理 坐封：坐封：从油管内泵入的液体，经桥塞中心管上的进液孔推动单向阀下行从油管内泵入的液体，经桥塞中心管上的进液孔推动单向阀下行 ，进入到内胶筒使之外张，使外胶筒密封套管，同时骨架芯子叠片锚定，进入到内胶筒使之外张，使外胶筒密封套管，同时骨架芯子叠片锚定 套管；坐封后油管卸压，单向阀在弹簧的推动下复位，将内胶筒中的注套管；坐封后油管卸压，单向阀在弹簧的推动下复位，将内胶筒中的注 入液封闭，从而使桥塞始终处于密封、锚定状态。入液封闭，从而使桥塞始终处于密封、锚定状态。 解封：解封：上提管柱，带动桥塞中心管上移，剪断解封剪钉，密封活塞对准上提管柱，带动桥塞中心管上移，剪断解封剪钉，密封活塞对准 中心管上溢流槽，胶筒内液体卸压，使骨架芯子叠片、胶筒收缩。中心管上溢流槽，胶筒内液体卸压，使骨架芯子叠片、胶筒收缩。 2、机械工具分段压裂效果分析 机械桥塞隔离分段压裂技术在现场进行了机械桥塞隔离分段压裂技术在现场进行了2 2口井口井6 6层段的试验。层段的试验。 塞平塞平5 5井分压了井分压了2 2段，双平段，双平1 1井分压了井分压了4 4段。段。 塞平塞平5 5井在投产时只进行了裸眼井段酸化解堵，其日产油井在投产时只进行了裸眼井段酸化解堵，其日产油1.56t1.56t， 含水含水6.9%6.9%，分段压裂改造后，第一段日产油，分段压裂改造后，第一段日产油6.9m3,6.9m3,第二段日产第二段日产 油油7.8m3; 7.8m3; 目前日产液目前日产液5.8m3/d5.8m3/d、日产油、日产油3.3t/d3.3t/d、含水、含水3131，日增，日增 油油1.74t, 1.74t, 是邻井日产油量的是邻井日产油量的3 3倍左右，改造效果良好。倍左右，改造效果良好。 双平双平1 1井压后未试油，直接下泵排液，投产初期日产油井压后未试油，直接下泵排液，投产初期日产油11.8t/d11.8t/d， 日产油量是邻井投产初期产油量（日产油量是邻井投产初期产油量（3.4t/d3.4t/d）的）的3.53.5倍，是邻井目前倍，是邻井目前 产油量产油量(2.5t/d)(2.5t/d)的的4.724.72倍，取得了较好的产能效果。倍，取得了较好的产能效果。 六、水平井分段压裂技术对比 现场试验表明：对于低渗透油田的水平井，无论采用何种压裂方现场试验表明：对于低渗透油田的水平井，无论采用何种压裂方 式，均有不同程度的增产效果，不同区块、不同储层增产幅度差式，均有不同程度的增产效果，不同区块、不同储层增产幅度差 异较大，同时也受井网、注水效果的影响。异较大，同时也受井网、注水效果的影响。 液体胶塞分段压裂技术优点是封堵可靠，施工安全，但液体胶塞分段压裂技术优点是封堵可靠，施工安全，但 作业周期长，在冲胶塞、冲砂施工过程中，对胶塞上下作业周期长，在冲胶塞、冲砂施工过程中，对胶塞上下 井段均造成伤害。相对来说，水力喷射与机械工具分段井段均造成伤害。相对来说，水力喷射与机械工具分段 压裂技术应用前景较好。但二者也各有利弊，水力喷射压裂技术应用前景较好。但二者也各有利弊，水力喷射 一趟管柱可进行射孔、压裂联作，而机械桥塞隔离分段一趟管柱可进行射孔、压裂联作，而机械桥塞隔离分段 压裂工序比较多。水力喷射压裂对现场技术人员、施工压裂工序比较多。水力喷射压裂对现场技术人员、施工 人员的应变能力要求比较高，隔离效果不理想；机械工人员的应变能力要求比较高，隔离效果不理想；机械工 具分段压裂能准确封堵，操作简单，完全依照常规压裂具分段压裂能准确封堵，操作简单，完全依照常规压裂 程序施工。程序施工。 室内实验已全部完成，下一步工作是急需进行现场试验，室内实验已全部完成，下一步工作是急需进行现场试验， 以全面验证工具的各项性能，真正满足水平井分段压裂施以全面验证工具的各项性能，真正满足水平井分段压裂施 工的需要。工的需要。 还要研究开发系列产品，用于油水井压裂酸化、采油、注还要研究开发系列产品，用于油水井压裂酸化、采油、注 水等方面，扩大应用范围。水等方面，扩大应用范围。 七、水平井分段作业工具研发现状 对于机械工具分段压裂技术，由于引进的工具成本过高，对于机械工具分段压裂技术，由于引进的工具成本过高， 加上该产品只服务不外售的垄断局面，因此，我们在借鉴加上该产品只服务不外售的垄断局面，因此，我们在借鉴 国外先进技术的基础上，自行研制了自锚定扩张式水平井国外先进技术的基础上，自行研制了自锚定扩张式水平井 分段作业工具。分段作业工具。 （1 1）工具集密封和锚定于一体，结构简单，操作方便，对储存伤）工具集密封和锚定于一体，结构简单，操作方便，对储存伤 害较小，适应于水平井的分段压裂、酸化、封堵等作业；害较小，适应于水平井的分段压裂、酸化、封堵等作业； （2 2）桥塞液压座封、上提解封，动作可靠，解封需两次上提管柱）桥塞液压座封、上提解封，动作可靠，解封需两次上提管柱 ，不会因误操作而解封；，不会因误操作而解封； （3 3）叠层钢片锚定相当于摩擦锚定，锚定可靠且对套管无损伤；）叠层钢片锚定相当于摩擦锚定，锚定可靠且对套管无损伤； （4 4）工具承压）工具承压60MPa60MPa，耐温，耐温1