工艺技术_水平井压裂改造工艺技术课程

水平井压裂改造工艺技术水平井压裂改造工艺技术水平井压裂改造工艺技术水平井压裂改造工艺技术 孙良田孙良田孙良田孙良田 20082008年年年年9 9月月月月 提纲提纲 一、前言 二、水平井压裂选井选层 三、水平井产能预测与优化设计 四、水平井分段压裂工艺与应用 一、前言 二、水平井压裂选井选层 三、水平井产能预测与优化设计 四、水平井分段压裂工艺与应用 10861086 765765 212212 远景资源地质资源可采资源远景资源地质资源可采资源 注：单位为注：单位为亿吨亿吨，评价结果不包括南海南部，评价结果不包括南海南部 石油资源量石油资源量 一、前言一、前言 品位分布品位分布 常规油占常规油占61%，低渗油占，低渗油占27，重油占，重油占12% 469 134 469 134 204 56 204 56 91 22 91 22 0 100 200 300 400 500 亿吨 0 100 200 300 400 500 亿吨 常规油低渗透油重油常规油低渗透油重油 石油资源量品位分布柱状图石油资源量品位分布柱状图 地质可采 1717 5 5 2222 0 5 10 15 20 25 万亿立方米 0 5 10 15 20 25 万亿立方米 陆上近海全国陆上近海全国 全国天然气可采资源量柱状图全国天然气可采资源量柱状图 76 %76 % 24 %24 % 天然气资源量天然气资源量 27 17 27 17 8 5 8 5 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 万亿立方米万亿立方米 常规气低渗透气常规气低渗透气 天然气资源量品位分布柱状图天然气资源量品位分布柱状图 地质可采 天然气：天然气：常规气占常规气占77%，低渗气占，低渗气占23% 品位分布品位分布 1995-2003年中石化低渗透油藏储量图1995-2003年中石化低渗透油藏储量图 4787 3784 3936 6309 4104 4903 47214650 4702 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 199519961997199819992000200120022003 低 渗 透 储 量 （ 万 吨 ） ?近年来新增探明储量低渗油藏比重较大，1995-2003年新增低渗透油 藏储量占新 增探明储量的20，平均年增加4655万吨；其中2003年新增4903万吨，占新增砂 岩储量的29。 ?原油产量低渗油藏比例越来越高，由1990年的315万吨增加到2003年的527万吨。 315 万吨 527 万吨 1990年 2003年 年均增加15万吨年均增加15万吨 中石化低渗油藏年产油量 中国石化低渗透储量动用情况中国石化低渗透储量动用情况 1、国内外水平井应用状况1、国内外水平井应用状况 渤海油田渤海油田2000年以来每年水平井数量增长年以来每年水平井数量增长20-30%， 从 ， 从2个油田扩大至目前的个油田扩大至目前的14个油田，其中分支水平井占个油田，其中分支水平井占 1/4。 应用状况应用状况 水平井数量已超过万口，其中美国水平井数量已超过万口，其中美国2005年以后每 年超过 年以后每 年超过3100口，水平井数量占总井数的口，水平井数量占总井数的7.6；加拿大水 平井数量超过总井数的 ；加拿大水 平井数量超过总井数的10。 国外国外 从从2002年加大力度抓水平井发展，年加大力度抓水平井发展，2005年突破年打 井 年突破年打 井200口，口，2006年当年完钻年当年完钻522口，口，2007年计划完成水平 井 年计划完成水平 井600口。口。 中石油中石油中海油中海油 国内外水平井应用状况国内外水平井应用状况国内外水平井应用状况国内外水平井应用状况 中国石化水平井开采状况及效果中国石化水平井开采状况及效果 270 150 100 116 86 99 6111519 32 4561 85 121 332 431 531 647 797 1067 174 246 0 100 200 300 400 500 199119931995199719992001200320052007 年 投 产 井 数 年 投 产 井 数 0 200 400 600 800 1000 1200 累 计 投 产 井 数 累 计 投 产 井 数 年投产井数年投产井数累计投产井数累计投产井数 “ 八五八五”攻关试验攻关试验 投产：投产：32口口 “ 九五九五”快速发展快速发展 投产：投产：142口口 “ 十五十五”扩大应用扩大应用 投产：投产：473口口 “ 十一五十一五” 创新发展创新发展 首先在首先在热采稠油油藏热采稠油油藏开 展了技术攻关，初步形 成水平井配套技术。 开 展了技术攻关，初步形 成水平井配套技术。 应用领域应用领域扩展到多种油藏 类型， 扩展到多种油藏 类型，应用阵地应用阵地由老区调 整扩大到新区产能建设。 由老区调 整扩大到新区产能建设。 应用阵地应用阵地进一步扩大，水 平井开发技术日趋成熟。 进一步扩大，水 平井开发技术日趋成熟。 1 1 1 1、总体应用状况、总体应用状况、总体应用状况、总体应用状况 1 1 1 1）水平井发展历程）水平井发展历程）水平井发展历程）水平井发展历程 270 150 100 116 86 99 6111519 32 4561 85 121 332 431 531 647 797 1067 174 246 0 100 200 300 400 500 199119931995199719992001200320052007 年 投 产 井 数 年 投 产 井 数 0 200 400 600 800 1000 1200 累 计 投 产 井 数 累 计 投 产 井 数 年投产井数年投产井数累计投产井数累计投产井数 “ 八五八五”攻关试验攻关试验 投产：投产：32口口 “ 九五九五”快速发展快速发展 投产：投产：142口口 “ 十五十五”扩大应用扩大应用 投产：投产：473口口 “ 十一五十一五” 创新发展创新发展 150 100 116 86 99 6111519 32 4561 85 121 332 431 531 647 797 1067 174 246 0 100 200 300 400 500 199119931995199719992001200320052007 年 投 产 井 数 年 投 产 井 数 0 200 400 600 800 1000 1200 累 计 投 产 井 数 累 计 投 产 井 数 年投产井数年投产井数累计投产井数累计投产井数 “ 八五八五”攻关试验攻关试验 投产：投产：32口口 “ 九五九五”快速发展快速发展 投产：投产：142口口 “ 十五十五”扩大应用扩大应用 投产：投产：473口口 “ 十一五十一五” 创新发展创新发展 首先在首先在热采稠油油藏热采稠油油藏开 展了技术攻关，初步形 成水平井配套技术。 开 展了技术攻关，初步形 成水平井配套技术。 应用领域应用领域扩展到多种油藏 类型， 扩展到多种油藏 类型，应用阵地应用阵地由老区调 整扩大到新区产能建设。 由老区调 整扩大到新区产能建设。 应用阵地应用阵地进一步扩大，水 平井开发技术日趋成熟。 进一步扩大，水 平井开发技术日趋成熟。 1 1 1 1、总体应用状况、总体应用状况 1 1 1 1）水平井发展历程）水平井发展历程 313 0.3 0.4 0.5 0.7 0.9 1.1 1.5 1.9 2.2 2.5 3.0 0.2 0.2 0.10.10.1 0.3 0.4 0.5 0.7 0.9 1.1 1.5 1.9 2.2 2.5 3.0 0.2 0.2 0.10.10.1 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 199119931995199719992001200320052007 水平井所占比例（%） 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 199119931995199719992001200320052007 水平井所占比例（%） 水平井占总井数比例逐年提高，水平井占总井数比例逐年提高，2007年达到年达到3%。 胜利, 660口, 68% 胜利, 660口, 68% 西北, 211口, 22% 其它 96口, 10% 西北, 211口, 22% 其它 96口, 10% 投产总井数投产总井数967口口 0.3 0.4 0.5 0.7 0.9 1.1 1.5 1.9 2.2 2.5 3.0 0.2 0.2 0.10.10.1 0.3 0.4 0.5 0.7 0.9 1.1 1.5 1.9 2.2 2.5 3.0 0.2 0.2 0.10.10.1 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 199119931995199719992001200320052007 水平井所占比例（%） 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 199119931995199719992001200320052007 水平井所占比例（%） 水平井占总井数比例逐年提高，水平井占总井数比例逐年提高，2007年达到年达到3%。 胜利, 660口, 68% 胜利, 660口, 68% 西北, 211口, 22% 其它 96口, 10% 西北, 211口, 22% 其它 96口, 10% 投产总井数投产总井数967口口 中国石化水平井开采状况及效果中国石化水平井开采状况及效果 2 13 77 11 16 20 34 58 75 103 135 178 189 226 269 321 1.6 2.0 2.7 3.6 4.7 4.9 5.8 6.7 7.8 0.9 0 100 200 300 400 500 600 199119931995199719992001200320052007 年度 年产油（万吨） 199119931995199719992001200320052007 年度 年产油（万吨） 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 所占比例（所占比例（% ） 年产量年产量所占比例所占比例 水平井年产油贡献比例逐年提高，2007年预计年产油水平井年产油贡献比例逐年提高，2007年预计年产油 321万吨321万吨，占总产量的，占总产量的7.8%7.8%。 中石化历年水平井年产油及所占比例曲线图中石化历年水平井年产油及所占比例曲线图 胜利， 903 万吨，58% 胜利， 903 万吨，58% 西北， 553万吨， 35% 西北， 553万吨， 35% 其它 110万吨， 7% 其它 110万吨， 7% 累计产油累计产油1566万吨万吨 2 13 77 11 16 20 34 58 75 103 135 178 189 226 269 321 1.6 2.0 2.7 3.6 4.7 4.9 5.8 6.7 7.8 0.9 0 100 200 300 400 500 600 199119931995199719992001200320052007 年度 年产油（万吨） 199119931995199719992001200320052007 年度 年产油（万吨） 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 所占比例（所占比例（% ） 年产量年产量所占比例所占比例 水平井年产油贡献比例逐年提高，2007年预计年产油水平井年产油贡献比例逐年提高，2007年预计年产油 321万吨321万吨，占总产量的，占总产量的7.8%7.8%。 中石化历年水平井年产油及所占比例曲线图中石化历年水平井年产油及所占比例曲线图 胜利， 903 万吨，58% 胜利， 903 万吨，58% 西北， 553万吨， 35% 西北， 553万吨， 35% 其它 110万吨， 7% 其它 110万吨， 7% 累计产油累计产油1566万吨万吨 中国石化水平井开采状况及效果中国石化水平井开采状况及效果 1）高角度薄互层砂岩油气藏）高角度薄互层砂岩油气藏 特点：特点： 多层，一般油层较陡多层，一般油层较陡 纵向上呈叠瓦状分布纵向上呈叠瓦状分布 平面上呈条带状分布平面上呈条带状分布 选井选段类似直井选井选段类似直井 含油气性；物性；厚度；压力； 流体性质；污染情况；储层动用 情况等。 含油气性；物性；厚度；压力； 流体性质；污染情况；储层动用 情况等。 # # # # # 1、水平井选井选段影响因素1、水平井选井选段影响因素 二、水平井压裂选井选层技术二、水平井压裂选井选层技术 2 2 2 2）低角度）低角度）低角度）低角度薄互层薄互层薄互层薄互层油气藏油气藏油气藏油气藏 ?韵律：正韵律好于反韵律；韵律：正韵律好于反韵律； ?临层条件：临层条件：含油气性、物性、压力、厚度、流体性质等。含油气性、物性、压力、厚度、流体性质等。 选井选段重点考虑选井选段重点考虑 该类油气藏储集空间存在严重的非均质性。该类油气藏储集空间存在严重的非均质性。 水平井水平井 缝、洞缝、洞 3 3 3 3）裂缝性油气藏）裂缝性油气藏）裂缝性油气藏）裂缝性油气藏 含油气性；含油气性； 裂缝发育：裂缝发育：裂缝级别、 缝洞到井筒的距离 裂缝级别、 缝洞到井筒的距离 压力；压力； 流体性质；流体性质； 污染情况；污染情况； 储层动用情况等。储层动用情况等。 选井选段重点考虑选井选段重点考虑 2、水平井压裂选井选段原则2、水平井压裂选井选段原则 1）根据储层条件选井1）根据储层条件选井 1)储层应有足够的油气储量和能量。油气层的厚度、含油饱和度，供油 面积耍尽可能的大。压力系数、地层压力耍尽可能的高。 2）利用地层测试得出的参数定 量判断分析。 1)储层应有足够的油气储量和能量。油气层的厚度、含油饱和度，供油 面积耍尽可能的大。压力系数、地层压力耍尽可能的高。 2）利用地层测试得出的参数定 量判断分析。 一般认为： 表皮系数S 一般认为： 表皮系数S 0 时压裂效果好；-0.50 时压裂效果好；-0.5S S 0 时压裂效果一般； S 0 时压裂效果一般； S -1.5 时压裂效果较差。1.5 时压裂效果较差。 堵塞比DR堵塞比DR 1 时压裂效果较好；DR 1 时压裂效果较好；DR 1 时压裂效果 较差。1 时压裂效果 较差。 流动效率FE流动效率FE 1 时压裂效果较好，l 1 时压裂效果较好，l FE FE 1.5 时压裂效果较差。1.5 时压裂效果较差。 3） 利用压力恢复曲线形态判断。分析压裂效果。一般半对数曲线呈 “ 厂 ”字形，导数曲线出现较大驼峰的井。压裂效果好;半对数曲线 呈弧线形上升，导数曲线驼峰不大的井。压裂效果一般;半对数曲 线基本呈直线形上升，导数曲线驼峰很小的井压裂效果较差。 4）对于垂直裂缝区要警惕裂缝延伸至水层或气层。一般在压裂层与气 层或水层间的夹层较薄时;附近有与水或气的接触面。而且位于裂缝 可能通过的方向时;高油气比井或含水井，除非出气层或出水层可以 堵住时，均不宜压裂。 3） 利用压力恢复曲线形态判断。分析压裂效果。一般半对数曲线呈 “ 厂 ”字形，导数曲线出现较大驼峰的井。压裂效果好;半对数曲线 呈弧线形上升，导数曲线驼峰不大的井。压裂效果一般;半对数曲 线基本呈直线形上升，导数曲线驼峰很小的井压裂效果较差。 4）对于垂直裂缝区要警惕裂缝延伸至水层或气层。一般在压裂层与气 层或水层间的夹层较薄时;附近有与水或气的接触面。而且位于裂缝 可能通过的方向时;高油气比井或含水井，除非出气层或出水层可以 堵住时，均不宜压裂。 2）根据井身结构及井眼方位选井2）根据井身结构及井眼方位选井 1)压裂选井时还要注意压裂井的井身条件，套管程序、套管 直径、强度、固井质量和完井方式等必须符合施工要求; 2)如果压开纵向裂缝，水平段最好垂直于最小水平主应力 方向; 3)如果压开横向裂缝，水平段最好平行于最小水平主应力 方向。 1)压裂选井时还要注意压裂井的井身条件，套管程序、套管 直径、强度、固井质量和完井方式等必须符合施工要求; 2)如果压开纵向裂缝，水平段最好垂直于最小水平主应力 方向; 3)如果压开横向裂缝，水平段最好平行于最小水平主应力 方向。 3）从经济效益方面考虑选井 选层3）从经济效益方面考虑选井 选层 和一般的直井压裂相比，压裂水平井的费用是末压裂 水平井的 和一般的直井压裂相比，压裂水平井的费用是末压裂 水平井的1.4倍。如果压裂后油气增量在某一界限以上 时，增油量获得的收益扣除压裂措施费用后是正值，压 裂才有经济效益。因此，这个增油气量收益经济界限可 作为压裂的选井原则。 倍。如果压裂后油气增量在某一界限以上 时，增油量获得的收益扣除压裂措施费用后是正值，压 裂才有经济效益。因此，这个增油气量收益经济界限可 作为压裂的选井原则。 三、水平井压后产能预测与优化设计三、水平井压后产能预测与优化设计 1、水平井压裂水力裂缝形态、水平井压裂水力裂缝形态 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： 横向缝、纵向缝、水平缝。最佳裂缝形态与水平井段 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： 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正交横向缝。 最佳裂缝配置最佳裂缝配置 2、压裂水平井的渗流特点、压裂水平井的渗流特点 横向裂缝水平井的流态示意图横向裂缝水平井的流态示意图 3、压裂水平井产能预测、压裂水平井产能预测 结合水平井压裂后的裂缝形态和生产过程中油气在裂缝中的渗流机 理，应用复位势理论和势叠加原理,推导了压裂水平井多条裂缝相互干 扰的产能预测新模型。 结合水平井压裂后的裂缝形态和生产过程中油气在裂缝中的渗流机 理，应用复位势理论和势叠加原理,推导了压裂水平井多条裂缝相互干 扰的产能预测新模型。 4、裂缝条数优化、裂缝条数优化 随着裂缝条数( N) 的增加,压裂水平井的日产油量总体上逐渐增加,但在相同 生产时间内,随着裂缝条数的增加,日产量增幅随着裂缝条数的进一步增加逐渐减 小。水平井中的多条裂缝之间将产生干扰，那么裂缝的最佳条数为35 条。 5、裂缝长度优化、裂缝长度优化 随着裂缝长度( Lf) 的增加,压裂水平井的日产量逐渐增加，随着裂缝 长度的进一步增加，产量的增幅变小。优化裂缝长度应控制在100-125m 较合适。 6、裂缝导流能力优化、裂缝导流能力优化 随着裂缝导流能力随着裂缝导流能力( Df ) 的增加，压裂水平井日产量增加，但是随着裂缝导 流能力的进一步增加，产量增幅逐渐变小，这与裂缝长度对产量的影响结果很 相似。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， 一般在 的增加，压裂水平井日产量增加，但是随着裂缝导 流能力的进一步增加，产量增幅逐渐变小，这与裂缝长度对产量的影响结果很 相似。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， 一般在50 m2左右比较合适。左右比较合适。 7、裂缝间距优化、裂缝间距优化 情形：取等间距 情形：间距从小到大 情形：从大到小 情形 情形：取等间距 情形：间距从小到大 情形：从大到小 情形)：两端小中间大 情形：两端大中间小 ：两端小中间大 情形：两端大中间小 不同裂缝间距组合情形下压裂水平井累计产量统计表不同裂缝间距组合情形下压裂水平井累计产量统计表 计算结果表明，不同的裂缝间距组合对水平井的累计产量有较大影响。模拟结果 表明， 计算结果表明，不同的裂缝间距组合对水平井的累计产量有较大影响。模拟结果 表明，当水平井筒根部和端部的裂缝间距小、内部的缝间距大时产量最高(情形)， 反之产量最低(情形) ，其他几种组合情形下的累计产量居中， 当水平井筒根部和端部的裂缝间距小、内部的缝间距大时产量最高(情形)， 反之产量最低(情形) ，其他几种组合情形下的累计产量居中，这说明可以通过减少 根部和端部的裂缝间距来提高压裂水平井的产量。 这说明可以通过减少 根部和端部的裂缝间距来提高压裂水平井的产量。 6002. 686725. 576355. 046355. 046620. 4612 5173. 645828. 805491. 325491. 325732. 6510 3433. 223938. 453674. 303674. 303862. 216 1474. 581787. 281617. 831617. 831736. 862 125 m 50 m 125 m 75 m 150 m 75 m 50 m 100 m 150 m 150 m 100 m 50 m 100 m 100 m 100 m d3-4d2-3d1 - 2d3-4d2-3d1 - 2d3-4d2-3d1 - 2d3-4d2-3d1 - 2d3-4d2-3d1 - 2 情形情形情形情形情形 生产时 间(月） 9、裂缝位置、裂缝位置 位于水平井段两端的裂缝产量大于内部裂缝的产量。位于水平井段两端的裂缝产量大于内部裂缝的产量。这是因为经过 一段较长的时间后，由于裂缝的干扰 这是因为经过 一段较长的时间后，由于裂缝的干扰,两条外部裂缝之间的流动区域的压 力下降大，而外部裂缝具有更大的泄油区域，所以两条外部裂缝的贡献将 会占主导地位。 两条外部裂缝之间的流动区域的压 力下降大，而外部裂缝具有更大的泄油区域，所以两条外部裂缝的贡献将 会占主导地位。 5.715.435.295.245.295.435.7112 5.795.515.365.325.365.515.7910 5.905.615.465.425.465.615.908 6.045.755.595.555.595.756.046 6.255.955.795.745.795.956.254 6.666.336.166.116.166.336.662 裂缝7裂缝6裂缝5裂缝4裂缝3裂缝2裂缝1 日产油量(m3)生产时间 (mont h) 不同位置裂缝的日产油量统计表 6、裂缝分布、裂缝分布 对称(情形) 、左翼大右翼小(情形) 、左翼小右翼大(情形) 、错开(情形) 各条裂缝沿水平井筒两翼错开排列时各条裂缝沿水平井筒两翼错开排列时(情形情形) 产量最高。产量最高。而各条裂缝两翼分 布形式相同时(情形、) ,左右两翼哪个长一些对产量没有影响。这说明, 在水力压裂的过程中,如果条件允许,压开的多条裂缝最好能够错开分布,这样有利 于提高压裂水平井的产量。 四、水平井分段压裂工艺技术四、水平井分段压裂工艺技术 ?水平井限流压裂技术水平井限流压裂技术 ?水平井双卡上提压裂多段技术水平井双卡上提压裂多段技术 ?水平井分段环空压裂技术水平井分段环空压裂技术 ?液体胶塞隔离分段压裂技术液体胶塞隔离分段压裂技术 ?机械桥塞隔离分段压裂技术机械桥塞隔离分段压裂技术 ?水力喷射分段压裂技术水力喷射分段压裂技术 1、液体胶塞隔离分段压裂技术、液体胶塞隔离分段压裂技术 国内外在20 世纪90 年代初采用该技术，主要用于套管井。 其基本做法是: 国内外在20 世纪90 年代初采用该技术，主要用于套管井。 其基本做法是: 射开第一段，油管压裂； 用液体胶塞和砂子隔离已压裂井段； 射开第二段，通过油管压裂该段，再用液体胶塞和砂子隔离； 采用这种办法，依次压开所需改造的井段； 施工结束后冲砂冲胶塞合层排液求产。 射开第一段，油管压裂； 用液体胶塞和砂子隔离已压裂井段； 射开第二段，通过油管压裂该段，再用液体胶塞和砂子隔离； 采用这种办法，依次压开所需改造的井段； 施工结束后冲砂冲胶塞合层排液求产。 优点：优点： 施工安全性高。施工安全性高。 缺点：缺点：作业周期长、冲胶塞施工易造成伤害作业周期长、冲胶塞施工易造成伤害 使用范围：使用范围：不太适用于低渗致密气藏不太适用于低渗致密气藏 2、水平井双卡上提压裂多段技术水平井双卡上提压裂多段技术 可以一次性射开所有待 改造层段，压裂时利用导压 喷砂封隔器的节流压差压裂 管柱 可以一次性射开所有待 改造层段，压裂时利用导压 喷砂封隔器的节流压差压裂 管柱,采用上提的方式，一趟 管柱完成各层的压裂。 采用上提的方式，一趟 管柱完成各层的压裂。 ?封隔器外径上大、下小（下小于105mm）封隔器外径上大、下小（下小于105mm） ?控制射孔段长度控制射孔段长度 ?卡距设置返循环通道卡距设置返循环通道 ?喷砂口距胶筒距离小（仅200mm），预防沉砂喷砂口距胶筒距离小（仅200mm），预防沉砂 ?封隔器外径上大、下小（下小于105mm）封隔器外径上大、下小（下小于105mm） ?控制射孔段长度控制射孔段长度 ?卡距设置返循环通道卡距设置返循环通道 ?喷砂口距胶筒距离小（仅200mm），预防沉砂喷砂口距胶筒距离小（仅200mm），预防沉砂 优点：优点：分层改造目的性强，提高井筒隔 离效果 分层改造目的性强，提高井筒隔 离效果 缺点：缺点：容易砂卡封隔器，造成井下事故容易砂卡封隔器，造成井下事故 使用范围：使用范围：套管完井的水平井套管完井的水平井 3、封隔器、封隔器 +机械桥塞分段压裂技术机械桥塞分段压裂技术 射开第一段，油管压裂，机械桥塞座封封堵；再 射开第二段，油管压裂，机械桥塞座封封堵，按照该 方法依次压开所需改造的井段，打捞桥塞，合层排液 求产。 射开第一段，油管压裂，机械桥塞座封封堵；再 射开第二段，油管压裂，机械桥塞座封封堵，按照该 方法依次压开所需改造的井段，打捞桥塞，合层排液 求产。 优点：优点：封隔器封隔器 +机械桥塞分段压裂技术虽然 在具备双封分压的优点。 机械桥塞分段压裂技术虽然 在具备双封分压的优点。 缺点：缺点：压后需下入工具打捞桥塞、存在砂埋 或砂卡的风险。 压后需下入工具打捞桥塞、存在砂埋 或砂卡的风险。 使用范围使用范围:不太适用于高压气藏不太适用于高压气藏 4、环空封隔器分段压裂、环空封隔器分段压裂 首先把封隔器下到设计位置，从油管内加一定压力坐封环 空压裂封隔器，从油套环空完成压裂施工，解封时从油管加压 至一定压力剪断解封销钉，同时打开洗井通道没，洗井正常后 起出压裂管柱，重复作业过程，实现 首先把封隔器下到设计位置，从油管内加一定压力坐封环 空压裂封隔器，从油套环空完成压裂施工，解封时从油管加压 至一定压力剪断解封销钉，同时打开洗井通道没，洗井正常后 起出压裂管柱，重复作业过程，实现分射分压分射分压。 优点：优点：该工艺技术下井工具少，一旦出现砂卡事故， 处理难度要比双封和封隔器桥塞分层压裂管柱 小，另外还具有液体摩阻小、利于提高施工排 量、降低施工压力等优点。 该工艺技术下井工具少，一旦出现砂卡事故， 处理难度要比双封和封隔器桥塞分层压裂管柱 小，另外还具有液体摩阻小、利于提高施工排 量、降低施工压力等优点。 缺点：缺点：现场试验结果表明，环空封隔器分段压裂技术 已成功地应用于浅层油藏，套管质量高、固井 质量好的井，且对套管有一定的影响，在深井 应用中还需改进与完善。 现场试验结果表明，环空封隔器分段压裂技术 已成功地应用于浅层油藏，套管质量高、固井 质量好的井，且对套管有一定的影响，在深井 应用中还需改进与完善。 使用范围：使用范围：套管完井的水平井、浅层、不太适用于高 压气藏。 套管完井的水平井、浅层、不太适用于高 压气藏。 5、限流分层压裂技术、限流分层压裂技术 限流压裂技术机理是在压裂过程中，当压裂液高速通过射孔孔眼 进入储层时会产生孔眼摩阻且随泵注排量的增加而增大，带动井底压力 的上升，当井底压力一旦超过多个压裂层段的破裂压力，即在每一个层 段上压开裂缝。 限流压裂技术机理是在压裂过程中，当压裂液高速通过射孔孔眼 进入储层时会产生孔眼摩阻且随泵注排量的增加而增大，带动井底压力 的上升，当井底压力一旦超过多个压裂层段的破裂压力，即在每一个层 段上压开裂缝。 水平井压裂节点压力分析示意图水平井压裂节点压力分析示意图 水平井压裂节点压力分析示意图水平井压裂节点压力分析示意图 求系统 总摩阻 求系统 总摩阻 求油管 和套管 摩阻 求油管 和套管 摩阻 求炮眼 摩阻 求炮眼 摩阻 求单孔 排量 求单孔 排量 确定压开 孔数排量 确定压开 孔数排量 应用小型压裂 测试摩阻分析法法 判断压开孔数 应用小型压裂 测试摩阻分析法法 判断压开孔数 2006年施工8口限流法井诊断结果表2006年施工8口限流法井诊断结果表 优点：优点：无工具下入，无风险，灵活方便。无工具下入，无风险，灵活方便。 缺点：缺点：1、分段的针对性相对较差 ；、分段的针对性相对较差 ； 2、各裂缝启裂和延伸不均衡，影响增产效果； 射孔眼少，打开程度不完善，产量较大时一定程 度上影响后期生产； 、各裂缝启裂和延伸不均衡，影响增产效果； 射孔眼少，打开程度不完善，产量较大时一定程 度上影响后期生产； 3、返排时流速快，更易出砂。、返排时流速快，更易出砂。 使用范围：使用范围： 1、适用套管完井；、适用套管完井； 2、只适用于破裂压裂相近的储层；、只适用于破裂压裂相近的储层； 3、摩阻大，深井应用受限、摩阻大，深井应用受限 6、水力喷射加砂分段压裂技术水力喷射加砂分段压裂技术 1998年，年，Surjaatmadjadia第一次提出了水力喷射分段压裂思想和方法 。 水力喷射分段压裂技术就是将水力喷射技术和压裂技术相结合。 水力喷射压裂技术可以在裸眼、筛管完井的水平井中进行加砂压裂 第一次提出了水力喷射分段压裂思想和方法 。 水力喷射分段压裂技术就是将水力喷射技术和压裂技术相结合。 水力喷射压裂技术可以在裸眼、筛管完井的水平井中进行加砂压裂,也可以在 套管井上进行 。 也可以在 套管井上进行 。 技术原理技术原理 根据伯努利方程，将压力能转换为动能，油管流体加压后经喷嘴喷射而出的高速 射流(喷嘴喷射速度大于190 m/ s) 在地层中射流成缝，通过环空注入液体使井底压 力刚好控制在裂缝延伸压力以下，射流出口周围流体速度最高，其压力最低，环空泵 注的液体在压差作用下进入射流区，与喷嘴喷射出的液体一起被吸入地层，驱使裂缝 向前延伸，因井底压力刚好控制在裂缝延伸压力以下，压裂下一层段时，已压开层段 不再延伸，因此，不用封隔器与桥塞等隔离工具，实现自动封隔。通过拖动管柱，将 喷嘴放到下一个需要改造的层段，可依次压开所需改造井段。 根据伯努利方程，将压力能转换为动能，油管流体加压后经喷嘴喷射而出的高速 射流(喷嘴喷射速度大于190 m/ s) 在地层中射流成缝，通过环空注入液体使井底压 力刚好控制在裂缝延伸压力以下，射流出口周围流体速度最高，其压力最低，环空泵 注的液体在压差作用下进入射流区，与喷嘴喷射出的液体一起被吸入地层，驱使裂缝 向前延伸，因井底压力刚好控制在裂缝延伸压力以下，压裂下一层段时，已压开层段 不再延伸，因此，不用封隔器与桥塞等隔离工具，实现自动封隔。通过拖动管柱，将 喷嘴放到下一个需要改造的层段，可依次压开所需改造井段。 水力喷射压裂原理示意图水力喷射压裂原理示意图 试验现场试验现场 试验结果试验结果 套管壁面上孔眼形态地层中孔眼形态套管壁面上孔眼形态地层中孔眼形态 水力喷砂射孔在地层中形成的纺锤形孔眼最大直径可超过水力喷砂射孔在地层中形成的纺锤形孔眼最大直径可超过5Omm、深 度可达到近 、深 度可达到近0.8-2m。 实内实验和现场数据显示：水力喷肘孔眼直径一般为喷嘴直径的 。 实内实验和现场数据显示：水力喷肘孔眼直径一般为喷嘴直径的4-8 倍，每一个水力喷射孔眼的过液面积是用射孔枪获得孔眼的倍，每一个水力喷射孔眼的过液面积是用射孔枪获得孔眼的5-10倍。倍。 水力喷砂射孔和聚能弹射孔对比图水力喷砂射孔和聚能弹射孔对比图 现场施工工序现场施工工序： 1、将连续油管准确下入施工层位; 2、维持连续油管内一定排量顶替基液; 3、进行加砂射孔，几分钟后套管压力会突然下降，说 明套管已被射穿，继续喷砂射孔，获得较为完善的 射孔孔眼; 4、顶替弱交联液; 5、关闭套管进行试挤; 6、提高连续油管排量高挤前置液; 7、向环空中泵入液体，同时按照设计加砂程序通过连 续油管高挤携砂液。此过程为防止连续油管和套管 超压，需根据情况不断调整环空和油管排量; 8、加砂完毕，油管和环空停泵; 9、将连续油管下入下一施工层位，重复以上2-9步 骤，完成连续油管水力喷射逐层压裂施工。 1、将连续油管准确下入施工层位; 2、维持连续油管内一定排量顶替基液; 3、进行加砂射孔，几分钟后套管压力会突然下降，说 明套管已被射穿，继续喷砂射孔，获得较为完善的 射孔孔眼; 4、顶替弱交联液; 5、关闭套管进行试挤; 6、提高连续油管排量高挤前置液; 7、向环空中泵入液体，同时按照设计加砂程序通过连 续油管高挤携砂液。此过程为防止连续油管和套管 超压，需根据情况不断调整环空和油管排量; 8、加砂完毕，油管和环空停泵; 9、将连续油管下入下一施工层位，重复以上2-9步 骤，完成连续油管水力喷射逐层压裂施工。 2005年12月引进哈里伯顿公司水力喷砂压裂技术，在长庆油田庄 平3井、庄平7井、靖平1井和中石化华北分公司DP1井开展了现场试 验，并 2005年12月引进哈里伯顿公司水力喷砂压裂技术，在长庆油田庄 平3井、庄平7井、靖平1井和中石化华北分公司DP1井开展了现场试 验，并获得圆满成功。获得圆满成功。 水力喷砂压裂井下配套工具组成示意图水力喷砂压裂井下配套工具组成示意图 水力喷射压裂水平井现场应用水力喷射压裂水平井现场应用 10.1 12.5 10.3 孔隙度 （%） 7.3 5.0 6.1 泥质含 量 （%） 58.7 35.0 54.8 深电阻率 （ 10.1 12.5 10.3 孔隙度 （%） 7.3 5.0 6.1 泥质含 量 （%） 58.7 35.0 54.8 深电阻率 （m）m） 3402 3253.0 3099.94 压裂点 （m） 气层56.01.39913.33396.503409.75 气层53.49.25533.33225.123258.38 气层55.32.0647.93076.003123.88 解释结论 含气饱 和度 （%） 渗透率 （10 气层56.01.39913.33396.503409.75 气层53.49.25533.33225.123258.38 气层55.32.0647.93076.003123.88 解释结论 含气饱 和度 （%） 渗透率 （10- 3 - 3m m2 2） 视厚 度 （m） 井深 （m） ） 视厚 度 （m） 井深 （m） DP1井井是华北分公司最早的一口水平井，于是华北分公司最早的一口水平井，于2002年年8月开钻，月开钻，2003年年5月月8日钻 至井深 日钻 至井深3600m完钻，层位为山完钻，层位为山1层，裸眼段长层，裸眼段长673.5米；砂岩米；砂岩594.5m，在裸眼段的 钻遇率 ，在裸眼段的 钻遇率88.3，气层和差气层气层和差气层299.2m 在水平段的钻遇率在水平段的钻遇率48.89%，与哈里伯顿合 作进行了水力喷砂射孔分段压裂 ，与哈里伯顿合 作进行了水力喷砂射孔分段压裂 射孔采用瓜胶基液携40/70目粉砂进行水力喷砂射孔。 压裂采用油管注入交联液携支撑剂、油套环空注入瓜胶 基液，实施水力喷砂压裂。 施工工艺施工工艺施工工艺施工工艺 设计及实施效果设计及实施效果设计及实施效果设计及实施效果 1.91 1.91 1.91 设计 19.28 19.28 17.16 设计实际实际 16.635.243.438.662.3136.42.028.922.83 15.740.941.822.795.2225.81.924.518.82 15.539.941.522.344.2215.81.92417.41 MPaMPaMPam3m3m3/minm3 停泵压力工作压力破裂压力返排液量 入地净液 量 排量砂比加砂量 层次 大于10 0.69 0.61 无阻流量 20030.49 612 水平段长m 20083.37压后 20080.66 压前 备注气产量作业 优点：优点： 可在需要压裂的任意井段进行施工，同时对于裂缝条数没 有限制； 不下机械隔离工具，极大地减少了工具砂埋或砂卡的风 险； 对同一井不同井段可采取不同液体体系进行改造缺点：在目 前情况下，得到压裂点以上和以下部分环空流体的滤失 可在需要压裂的任意井段进行施工，同时对于裂缝条数没 有限制； 不下机械隔离工具，极大地减少了工具砂埋或砂卡的风 险； 对同一井不同井段可采取不同液体体系进行改造缺点：在目 前情况下，得到压裂点以上和以下部分环空流体的滤失 缺点：缺点： 环空需要泵注液体； 施工完一段后，需上提施工管柱到第二层位置处。对于高压 气井需在井口安装防喷器； 施工后需要起出施工管柱，重新下入完井管柱。 环空需要泵注液体； 施工完一段后，需上提施工管柱到第二层位置处。对于高压 气井需在井口安装防喷器； 施工后需要起出施工管柱，重新下入完井管柱。 使用范围：使用范围： 对于裸眼井分段压裂尤其适合； 喷嘴节流作用明显，泵注压力比一般的压裂约高20MPa，不 适用于深井压裂 对于裸眼井分段压裂尤其适合； 喷嘴节流作用明显，泵注压力比一般的压裂约高20MPa，不 适用于深井压裂 水平井分段压裂技术应用水平井分段压裂技术应用 吉林油田吉林油田 在吉林油田，由于井比较浅，大部分水平井采用在吉林油田，由于井比较浅，大部分水平井采用环空分 段压裂技术 环空分 段压裂技术，已在扶平，已在扶平1井、扶平井、扶平2井等井等23口口井上实施分段环 空压裂施工 井上实施分段环 空压裂施工41段，施工均达到设计要求，施工成功率段，施工均达到设计要求，施工成功率100%。 用该工艺压裂投产的水平井，压后初期产量 。 用该工艺压裂投产的水平井，压后初期产量10.8-14.2m3/d， 稳定产量是周围直井产量的 ， 稳定产量是周围直井产量的3-5倍。倍。 长庆油田长庆油田 自1993年在安塞油田第一口水平井塞平1井成功实施分段压裂以 来，已利用 自1993年在安塞油田第一口水平井塞平1井成功实施分段压裂以 来，已利用填砂打胶塞分段填砂打胶塞分段压裂技术改造了压裂技术改造了7口7口井井17层段17层段。这批水平井投 产后，液体胶塞分压的井试采产量、累计产量均高于常规直井。按相同开 采时间比较， 。这批水平井投 产后，液体胶塞分压的井试采产量、累计产量均高于常规直井。按相同开 采时间比较，塞平1塞平1井增油量最大。该井一、二段日产油分别为井增油量最大。该井一、二段日产油分别为49.149.1吨、吨、 52.252.2吨，三、四两段合计日产吨，三、四两段合计日产64.464.4吨；吨；塞平2塞平2井增产倍数最大为邻井直井 的 井增产倍数最大为邻井直井 的4.44.4倍。倍。 封隔器+桥塞隔离井筒技术封隔器+桥塞隔离井筒技术成功实现了水平井的分段压裂 。在对成功实现了水平井的分段压裂 。在对塞平 5 塞平 5井分段实施改造后，产量为邻井直井日产量的井分段实施改造后，产量为邻井直井日产量的3 3倍左右。 在2005年引进哈里伯顿公司 倍左右。 在2005年引进哈里伯顿公司水力喷射分段压裂技术水力喷射分段压裂技术基础上，2006年 在 基础上，2006年 在4口4口井实施了水力喷射分段压裂，其中井实施了水力喷射分段压裂，其中庄平7井庄平7井投产后日产油投产后日产油7 7吨，取得 了较好的改造效果。 吨，取得 了较好的改造效果。 塞平1井与邻井产量对比图 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 103 109 115 121 127 133 生产时间(第n月) 日 产 油 能 力 (t) 塞平1 候23-16 倍数 塞平1井产量初期是相邻压裂直井产量的46倍，后期为2倍左右。塞平1井产量初期是相邻压裂直井产量的46倍，后期为2倍左右。 大庆油田大庆油田 在葡萄花油田实施在葡萄花油田实施8口水平井限流压裂8口水平井限流压裂，投产，投产2口2口井平均日产 量达到 井平均日产 量达到43.743.7吨，未压裂水平井日产为吨，未压裂水平井日产为9.79.7吨，压裂增产吨，压裂增产3.43.4倍。 2007年 倍。 2007年封隔器分段压裂封隔器分段压裂占水平井压裂总井数的占水平井压裂总井数的75.6%75.6%，增 产效果是直井压裂的 ，增 产效果是直井压裂的4.54.5倍，是水平井限流压裂的倍，是水平井限流压裂的1.4 2.51.4 2.5倍。 将 倍。 将分段压裂与限流压裂分段压裂与限流压裂相结合，开展水平井分段限流工艺研 究，试验 相结合，开展水平井分段限流工艺研 究，试验8 8口井，降低了施工成本与风险，并取得较好的增产效 果。 口井，降低了施工成本与风险，并取得较好的增产效 果。 七厂水平井分段压裂、限流压裂、直井普压效果对比表 0 05.775.775.775.770 08.638.638.638.6336.036.0334.3334.37527521313水平井分段水平井分段 0 02.242.242.242.240 06.976.976.976.971.91.93923926816813 3水平井限流水平井限流 0 01.261.261.261.260 01.371.371.371.377.67.67.67.62727直井普压直井普压 含水 (%) 含水 (%) 日产油 (t) 日产油 (t) 日产液 (t) 日产液 (t) 含水 (%) 含水 (%) 日产油 (t) 日产油 (t) 日产液 (t) 日产液 (t) 目前(200712)目前(