水平井分段压裂技术课件

水平井分段压裂技术水平井分段压裂技术 水平井分段压裂技术 汇报提纲 一、概况 二、水平井压裂发展历程及技术现状 三、水平井压裂造缝机理 四、水平井分段压裂裂缝配置优化技术 五、水平井分段压裂工艺技术 六、下步研究发展方向 “八五”攻关试验 钻井：32口 “九五”快速发展 钻井：132口 “十五”扩大应用 钻井：339口 “十一五” 创新发展 1、自“十五”尤其是进入“十一五”以来，胜利 油田大规模地采用水平井技术进行各类油藏的开发 ，水平井应用规模不断扩大。 一、概述 截止到2007年9 月，累投产水平 井713口。 不同油藏类型水平井状况表（200709） 2、水平井显著改善了不同油藏类型开发效果 一、概述 3、低渗透油气藏水平井初期产能不理想，与邻近压 裂直井相比没有明显的产能优势，需要进行大规模油 层改造. 水平井分段压裂技术 汇报提纲 一、概况 二、水平井压裂发展历程及技术现状 三、水平井压裂造缝机理 四、水平井分段压裂裂缝配置优化技术 五、水平井分段压裂工艺技术 六、下步研究发展方向 二、水平井压裂发展历程及技术现状 1、国外研究应用情况 水平井压裂在1985年提出（只要固井质量有保证 水平井压裂就可实施水平段笼统压裂）。 1992年，北海Danish油田水平井进行分段压 裂（储层渗透率：1.010-32，实施井数：10口，裂缝 条数：初期5条、后期10条，增效明显）。 1994-2000年在Valhall油田采用挠性油管将 水平井射孔、分段压裂同时完成（连续油管胶塞压裂） ，很好的提高了区块的开发效果。 二、水平井压裂发展历程及技术现状 1、国外研究应用情况实施工艺 水平井的分段压裂工艺与水平井完井 技术是密不可分的，甚至可以说是分段压 裂完井技术。目前国外主要的施工工艺有 两：套管限流压裂和封隔器分段压裂、水 力喷射分段压裂。 目前国外正在研究应用无水力锚、小 直径扩张式封隔器进行水平井分段压裂。 国内从1994年开展了水平井的压裂改造试验研 究，目前有多口水平井进行了压裂改造，制约水平 井分段压裂的关键技术初步得到突破，分段压裂优 化设计、分段压裂工具上基本配套完善，保证了水 平井技术在低渗透油气藏的应用。 二、水平井压裂发展历程及技术现状 2、国内研究应用情况 1990年提出水平井压裂技术 1995年来，进一步对水平井压力特性 裂缝布置等理论研究和计算 目前，研究应用形成两项主导工艺技术 封隔器管柱分段压裂 3、胜利油田低渗透油藏水平井压裂改造技术技术历程 1993年实施了第一口水平井压裂 套管限流压裂 4、开展的研究内容及实施情况 针对胜利油田地渗透油藏水平井开发技术状况，以分段 压裂为目标，通过水平井分段压裂优化配置的研究、施工工 艺的选择、分段压裂分层管柱的优选及工具的研发等，为胜 利油田低渗透水平井压裂提供了可靠的技术支撑。 目前在胜利油区及其外部油田设计水平井压裂8口，完 成水平井压裂5口，取得了较好的研究和应用效果。 形成的工艺技术： （1）胶塞压裂 （2）限流压裂 （3）封隔器工具分层压裂 （4）水力喷射辅助压裂 应用井数：50余口（其中大庆12，长庆18、胜利4口 、华北局3口） 二、水平井压裂发展历程及技术现状 5、国内研究应用情况 水平井分段压裂技术 汇报提纲 一、概况 二、水平井压裂发展历程及技术现状 三、水平井压裂造缝机理 四、水平井分段压裂裂缝配置优化技术 五、水平井分段压裂工艺技术 六、下步研究发展方向 1、水平井压裂造缝机理 水平井压裂裂缝有横向缝 、轴向缝、水平缝，这取决于 储层的应力状态。 横向缝：如果井筒平行 于最小水平主应力方向（即 沿最小水平渗透率方向）， 则产生横向缝。 三、水平井压裂造缝机理 1、水平井压裂造缝机理 轴向缝：如果水平井 筒垂直于最小水平主应力 方向（即沿最大水平渗透 率方向），则产生轴向缝。 三、水平井压裂造缝机理 1、水平井压裂造缝机理 斜交裂缝： 当井筒并不与最大、最 小水平主应力方向一致 时，则产生斜交裂缝。 三、水平井压裂造缝机理 根据水平井压裂裂缝造缝机理研究成果，水平井压裂裂 缝有三种形态：正交横向缝、纵向缝、水平缝。最佳裂缝形 态与水平井段正交横向缝。 最佳裂缝配置 2、水平井压裂裂缝形态优化 三、水平井压裂造缝机理 3、压裂裂缝与井身轨迹的优化匹配 水平井压裂裂缝造缝及延伸机理要求要产生正交的横向缝 ，水平段轨迹要与min方向一致。据此在胜利油田部署了7 口水平井井身轨迹 史127-1块水平最大主 应力方向为NE97.5。 为保证压裂时形成横向 裂缝，特部署的史127- 平1井水平短的井深轨 迹为近南-北向。 三、水平井压裂造缝机理 3、压裂裂缝与井身轨迹的优化匹配 滨428块最大主应力方 向为NE86。部署的 428-平2井水平段的井 深轨迹为近南-北向。 累计垂深m A 斜深2011.50 垂深1529.50 B 斜深2061.50 垂深1541.83 3、压裂裂缝与井身轨迹的优化匹配 商75块最大主应力方向为NE45。部署的商75-平1井水平 段的井深轨迹为NE130 。 水平井分段压裂技术 汇报提纲 一、概况 二、水平井压裂发展历程及技术现状 三、水平井压裂造缝机理 四、水平井分段压裂裂缝配置优化技术 五、水平井分段压裂工艺技术 六、下步研究发展方向 分段裂缝配置优化 内容：裂缝条数、裂 缝间距、裂缝规模 及其裂缝参数 四、水平井分段压裂裂缝优化配置技术 1、分段裂缝优化配置内容 两相流固耦合渗流模型的建立求解形 成分析软件来研究和分析水平井裂缝参数敏感 性。 四、水平井分段压裂裂缝优化配置技术 分段裂缝配置优化 1、建立水平井两相流固 耦合渗流模型，研究出 了其求解方法。 2、完成了水平井分段压 裂裂缝优化软件系统。 3、对分段裂缝敏感性进 行分析。 2、建模求解、分析 饱和油水两相渗流方程 （1）连续性方程： （2）运动方程 （3）饱和油水渗流模型 裂缝系统 孔隙岩块系统 水平井油藏一裂缝一井筒剖面 利用IMPES方法，对上面所建立三维两相渗流模型中的 油相渗流方程差分求解。 四、水平井分段压裂裂缝优化配置技术 从理论上计算并比 较了压裂水平井产能与 压裂裂缝的关系，掌握 了水平井分段压裂设计 施工和增产规律。 四、水平井分段压裂裂缝优化配置技术 2、建模求解、分析 分段裂缝数 分段压裂裂缝位置示意图 裂缝条数对压裂水平井产能的影响 当水平井压后裂缝为4 条以上时，水平井的产 能将随裂缝长度的增加 而提高，否则效果将不 佳。 四、水平井分段压裂裂缝优化配置技术 2、建模求解、分析 不同位置裂缝对产能的贡献不同，两端裂缝产能 比较高，中间裂缝偏低一些。 四、水平井分段压裂裂缝优化配置技术 裂缝导流能力 恒定裂缝渗透率、变裂缝宽度考察导流能力，产量随裂 缝导流能力增大呈增加趋势，但对于不同的储层渗透率、产 层有效厚度存在最佳的裂缝导流能力范围。 四、水平井分段压裂裂缝优化配置技术 裂缝长度 不同裂缝长度对增产效果的影响，4条裂缝的情况下考 察的裂缝长度对于压裂后产能的影响，从计算情况看裂缝 长度的增加几乎与产能的增加成正比，因此在压裂改造过 程中尽可能增大压裂改造规模。 四、水平井分段压裂裂缝优化配置技术 水平井分段压裂推荐裂缝参数 井身轨迹沿着最小主应力方向 水平段长段不小于300-500m（如果允许尽可能长些） 压裂分段数不小于3-5段（井段较长可分段压裂分步投产） 压裂裂缝长度不小于50m 裂缝导流能力在0.5-1.0u.m 建议相应加砂规模：每条裂缝不小于1m3/m产层 （对于厚度10m的产层，压裂5段缝，应不小于50m3支撑剂） 四、水平井分段压裂裂缝优化配置技术 水平井分段压裂技术 汇报提纲 一、概况 二、水平井压裂发展历程及技术现状 三、水平井压裂造缝机理 四、水平井分段压裂裂缝配置优化技术 五、水平井分段压裂工艺技术 六、下步研究发展方向 主要介绍四种水平井分段压裂工艺及其实施情况 ： 1、水平井胶塞压裂技术 2、水平井限流压裂技术 3、水平井封隔器管柱分层（双封隔器单卡）压 裂技术 4、水平井水力喷射辅助压裂技术 五、水平井分段压裂工艺技术 1、水平井胶塞压裂技术 长庆油田1995年对塞平1井、1996年对靖平1 井，采用水平井胶塞压裂技术进行分段改造。 适用：新井投产 段数：3段 配套：自定位、定向射孔工艺 五、水平井分段压裂工艺技术 水平井胶塞压裂技术工艺过程 自定位、定向射孔； 压裂施工； 求产试油。 第 一 段 填砂液体胶塞封堵试压； 自定位定向射孔； 压裂施工； 求产试油。 第 二 段 填砂液体胶塞封堵第一、二段，试压； 自定位定向射孔； 压裂施工； 求产试油。 第 三 段 五、水平井分段压裂工艺技术 工艺优点：工艺简单可靠，施工工艺避免了下入井 下作业工具带来的潜在风险。 缺点：多次施工，不能同时压开，多条缝难以实现 周期长。 五、水平井分段压裂工艺技术 1、水平井胶塞压裂技术 五、水平井分段压裂工艺技术 2、水平井限流分段压裂 通过限制射孔数目与孔眼直径，在 井筒内形成一定的净压力，使不同的射 开段同时压开。 2、套管限流压裂 工艺优点：可以通过不同层段的射孔数目与 孔径的优化，实现不同层段预期的改造规模，体 现限流压裂的目的。 缺点：对于长水平井段实施限流压裂很难保 证多个层段同时压开，也无法实现不同层段不同 的改造要求。 五、水平井分段压裂工艺技术 到2008初年胜利油田进行了4井次试验，其 中史127-平1、商75-平1、高89-平13口井采用 直井段封隔，面4-14-斜29没下封隔器，都是在 水平段限流射孔方式分段。目前正在开展滨248 -平2和水平3的分段压裂工作。 五、水平井分段压裂工艺技术 垂深（m) （1）史127-平1井 S127-1S127-平1 水平位移（m) 中31 中321 史127-平井水平段为近南北向，史深100地区的最大主应力方向为东 西向，因此该井进行压裂施工时可形成正交缝。 3217m 3623m 射孔井段及应力分别为： 3488.5-3489.0m 51.96MPa 射6孔 3578.0-3578.8m 54.39MPa 射9孔 3646.0-3646.5m 53.05MPa 射7孔 应力差异在2.5MPa左右。 32层段3443.9m- 3670.0m从计算的数据 来看岩石泊松比为0.25 -0.29，杨氏模量在 24000-30000MPa左右， 储层应力值在47-57MPa 。 史127-平1井应力剖面及射孔方案 （1）史127-平1井 史127-平1井施工管柱 B点： 斜深：653.55m 垂深：3138.50m 变径接头+内径76mmN80油管20m 变径接头+厚壁短节+Y531封隔器：2000m（0.5m） 内径76mmN80外加厚油管2000m A点： 斜深：3217.17m 垂深：3105.00m 3488.5-3489.0m,6孔 3578.0-3578.5m,9孔 3646.0-3646.5m,7孔 五、水平井分段压裂工艺技术 2、套管限流压裂-史127-平1应用 压裂前置液306.35m3，携砂液376.46 m3，顶替液29.3 m3，施工泵压68.5- 81.0MPa；排量6.3-7.1 m3/min，加入陶粒72.0 m3，平均砂比19.8%，地面停泵压力 44.3MPa。 油 压 前置段塞 阶段2 阶段3 阶段1 2、套管限流压裂-史127-平1应用 史127-平1井 34886holes 78m3 35789holes 78m3 36467holes 78m3 峰值产液20.3 m3/d，产油 量11.5m3/d，目前油4.5 m3/d。 2、套管限流压裂-史127-平1应用 2、套管限流压裂-商75-平1应用 五、水平井分段压裂工艺技术 A点： 斜深: 2861.00m；垂深：2649.00m 2、套管限流压裂-商75-平1应用 2、套管限流压裂-商75-平1应用 2954.75-2955.25m射7孔、 3027.0-3028.0m 射13孔，共射20孔 商75-平1实现水平井小型压裂现场快速诊断与加砂压裂 联作，测试压裂资料实施处理，在小型压裂侧压降大约 50min取得满意的测试资料，获得了重要的指导参数，随后 进行修正开始加砂。 2、套管限流压裂-商75-平1应用 小型压裂表明该井渗透性较好，有效渗透率44.510-3m2，拟 合地层压力25.6MPa，压力系数0.9；压裂液的滤失系数 7.47m/min1/2,从G函数诊断曲线上可以看到该储层不存在天然裂缝的 滤失，主要是基质滤失，滤失速度快的原因在于地层渗透性好、地 层压力低。根据这些特征压裂排量尽可能提高，同时增加暂堵剂降 低滤失，保证了压裂施工顺利实施。 裂缝闭合后分析曲线 2、套管限流压裂-商75-平1应用 从G函数诊断曲线上可以看到该 储层不存在天然裂缝的滤失，主要是 基质滤失。 拟合地层压力25.6MPa 2、套管限流压裂-商75-平1应用 小型压压裂测试测试 ：43.2 m3防水伤伤害液 加砂压压裂阶阶段：前置液294.5m3，携砂液318.6 m3，顶顶替液 24.1m3，施工泵压泵压 51.24-58.4MPa；排量7.0-8.0 m3/min， 成功加入陶粒68.0m3，平均砂比20.4%。 2、套管限流压裂-商75-平1应用 峰值产油量12m3/d，目前 油6.5 m3/d，含水17%。 2、套管限流压裂-商75-平1应用 3、封隔器分段压裂工艺技术 存在砂堵卡管柱的风险 存在不确定的压裂规模和造缝点的问题。 封隔器分段 压裂 该压裂方法可保证多段压裂的针对性，一趟管 柱完成各段的压裂。 水平井段固井质量有保证。管柱结构复杂，工 具顺利通过弯曲段、压裂后封隔器胶筒收回、管柱 被卡处理等问题旧是制约该项技术应用的关键。 五、水平井分段压裂工艺技术 目前此项工艺国外正在研究应用无水力锚、 小直径扩张式封隔器进行水平井分段压裂。 3、封隔器分段压裂工艺技术 五、水平井分段压裂工艺技术 大膨胀比、高压差SPK344封隔器跨隔密封，降低了工具起下难度 和砂卡几率，实现了一次管柱完成逐段压裂； 配套了井下压力、温度测试仪器，录取井底压力温度数据。 整体管柱可不采用锚定装置，降低了发生意外事故概率。 配备安全接头，便于后期处理。 适用4-7套管水平井分段压裂。 。 3、封隔器分段压裂工艺技术 五、水平井分段压裂工艺技术 水平井双卡分段压裂示意图 3、封隔器分段压裂工艺技术 五、水平井分段压裂工艺技术 确定了水力锚锚定方案： 水力锚 安全接头 上封隔器下封隔器 3、封隔器分段压裂工艺技术 五、水平井分段压裂工艺技术 哈里波顿石油公司分层管柱示意图 3、封隔器分段压裂工艺技术 五、水平井分段压裂工艺技术 钻头311.2mm*400m 表套244.5mm*399.07m 钻头215.9mm*2653.24m 套管177.8mm*2625.25m 钻头152.4mm*2637.50m3437.5m 套管114.3mm*2425.0m-3435.0m 大牛地气田 DP35-1机械 分层压裂 水平段2637.5-3437.5m， 水平段长800m ，水平位 移1011.67m，水平段采用 外径114.3mmN80套管固井 完井，外径114.3mm，内 径99.6mm。 3、封隔器分段压裂工艺技术 2006年9月2日施工，长庆油田工程院负责对3374.0-3380.0m射开6m共69 孔进行了压裂改造，压裂管柱采用外径88.9mm76mm的管柱下至造斜点以上 直接进行压裂。施工总时间145.4min，入地层净液量326m3，入井总砂量 47.37m3，最高砂比37%，平均砂比22.2%，从施工曲线的压力可以看到， 井 底破裂压力在49.89MPa，储层最小主应力43.2MPa，最大水平主应力57.7MPa 。压裂完成后测试无阻流量1.5 104m3。 人工井底 3280m 3100m SPK344封隔器 安全接 头 导向器 SPY341封隔器 扶正器 节流器 外径89mm内径76mmEUE油管2400m 3250m 3120.5-3121.0m：6孔 3137.5-3138.0m：6孔 3180.5-3181.0m：6孔 3239.5-3240.0m：8孔 3374-3380m：69孔 外径73mm内径62mmNUE油管690m 3190m 压温器 DP35-1井管柱分段压裂 3、封隔器分段压裂工艺技术 本次压裂前置液160m3，携砂液318.6 m3，顶替液15 m3，施工泵压32.1-79MPa；排量2.8 -5.6 m3/min，携入陶粒砂57.2 m3，平均砂比18，挤入液氮16.9 m3，排量0.18-0.19 m3/min，入地净液量493.6 m3，地面停泵压力17.5MPa。压后采用3mm油嘴12mm孔板放喷，油 压12.8MPa，套压8.8MPa，日产气2.5104m3，无阻流量7.1104m3，是第一次的4倍。 DP35-1水平井机械工具分段压裂施工曲线 DP35-1井管柱分段压裂 3、封隔器分段压裂工艺技术 试验表明： （1）开发的分段压裂工具能够在1.5MPa左右的启动压差作 用下很好的座封，同时在整个压裂过程中达到了设计的目的， 起到了很好的分隔作用。 （2）机械分段加上限流压裂对于长井段的水平井的压裂改 造是较好的选择，这样可以在整个水平井段上形成多条裂缝， 很好的提高油气井的产能。 （3）从施工参数的预测、工作液的配套和现场施工工艺的 组合等方面，初步对于水平井压裂形成了较好的模式，对于今 后试验推广打下了基础。 DP35-1井管柱分段压裂 3、封隔器分段压裂工艺技术 2.3 压裂酸化施工工艺技术 2007年10月7日DP35-1井第三段进行了工具分段压裂改造 。压裂射孔：2933.0-2933.5m射5孔、2980.0-2980.5m射6孔 、3068.0-3068.75m射9孔。施工排量1.05.5m3/min，最高压 力75.0MPa，共加入支撑剂56.0m3，日产气1.75104m3，无阻流量 4.5104m3，是第一次的3倍。 2007年11月16日DP35-1井第四段压裂。射孔：2785-2786m 射13孔、2833-2834m射14孔。施工排量1.05.0m3/min，最 高压力70.0MPa，共加入支撑剂46.0m3，目前正在排液测试 。预期无阻流量3104m3以上。 DP35-1井管柱分段压裂 3、封隔器分段压裂工艺技术 4、水力喷射辅助水平井分段压裂 利用水力喷射工具产