水平井水力喷射分段压裂技术PPT课件.ppt

水平井水力喷射分段压裂技术研究与应用 李根生田守嶒中国石油大学 北京 油气资源与探测国家重点实验室石油工程教育部重点实验室CNPC钻井重点实验室高压水射流研究室2010年05月 ChinaUniversityofPetroleum 一 水力喷射分段压裂机理与参数水力喷射分段压裂机理管内和环空水力参数计算孔眼速度和压力分布数模与物模水力射孔孔眼中裂缝起裂与扩展水力喷射射孔参数优化实验二 水力喷射压裂工具设计研制三 现场施工工艺设计与应用四 结论与展望 提纲 1998年 Surjaatmadja提出水力喷射压裂方法 并应用于水平井压裂 1 机械分段压裂 2 限流法分段压裂 3 砂塞 暂堵剂或液胶塞 4 水力喷射分段压裂减少施工风险 降低伤害 提高施工可控性 特别适合分段 分层作业 无须机械封隔 准确造缝 有效隔离 一趟管柱多段压裂 水力喷射分段压裂 HJF 是集射孔 压裂 隔离一体化的增产措施 专用喷射工具产生高速流体穿透套管 岩石 形成孔眼 孔眼底部流体压力增高 超破裂压力起裂 造出单一裂缝 1水力喷射分段压裂机理 一 水力喷射分段压裂机理与参数 控制环空流量保持合适环空压力至为关键 补偿井眼漏失 补充裂缝 维持压力 射孔过程 Pv PhFEP 裂缝持续延伸 适应不同地层压裂射流抽吸引射作用 强化封隔效果 1水力喷射分段压裂机理 一 水力喷射分段压裂机理与参数 喷射排量和射流冲击力计算管内流体压降损失计算环空流体压降损失计算 2管内和环空水力参数计算 不同排量环空压耗与井深关系曲线 一 水力喷射分段压裂机理与参数 调整排量 精确控制Pv和Pa 3孔眼内速度及压力分布 数值计算 一 水力喷射分段压裂机理与参数 1 喷嘴直径在3 7mm 喷距在0 70mm内调节 2 模拟孔眼长度在600mm内有级调节 每级长度40mm 套管孔径10 20mm3 可测量孔眼壁面压力和轴心压力随喷嘴压力 排量 喷距 直径 围压等分布4 还可模拟 环空加液 射孔裂缝渗流 物理过程 3孔眼内速度及压力分布 室内实验 长庆合作 一 水力喷射分段压裂机理与参数 数模与物模对比 一 水力喷射分段压裂机理与参数 3孔眼内速度及压力分布 室内实验 RFPA RockFractureProcessAnalysis 软件水平井中不同射孔参数 加载速度 地应力等条件下压裂时的起裂压力变化规律以及裂缝扩展情况 改变孔眼直径 孔眼长度 孔眼轴线和最大水平主应力夹角 压裂液加载速度 垂直 水平应力比值 二 水力喷射分段压裂机理与参数 1 射孔参数 孔径 孔深 方向 对起裂影响 模拟计算 4水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 1 射孔参数 孔径 孔深 方向 对起裂影响 模拟计算 孔径越大 泵注排量越大 孔内流动阻力减小 起裂压力降低 射孔长度增大 有利于裂缝沿射孔方向延伸和扩展 且裂缝延伸压力降低 随射孔方向与最大水平主应力方向夹角的增大 起裂压力增加 平行于最大水平主应力方向射孔 破裂压力最低 有助于辅助压裂 4水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 一 水力喷射分段压裂机理与参数 实验装置示意图 一 水力喷射分段压裂机理与参数 2 射孔参数 孔径 孔深 方向 对起裂影响 室内实验 4水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 室内实验结果与数值模拟规律基本一致 起裂压力随孔径和孔深增加而降低 孔深由30mm变到50mm 起裂压力由29 21MPa降到25 77MPa 下降11 8 角由900降到00 起裂压力由30 2MPa降到25 8MPa 降低4 4MPa 14 5 一 水力喷射分段压裂机理与参数 2 射孔参数 孔径 孔深 方向 对起裂影响 室内实验 4水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 一 水力喷射分段压裂机理与参数 3 射孔参数 孔径 孔深 方向 对起裂影响 地面实验 4水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 定向水力射孔容易实现射孔方向与最大水平主应力方向一致 降低破裂压力和裂缝延伸压力 控制裂缝在近井地带转向 起导向孔作用 有利于产生单翼或双翼裂缝 特别为低渗改造 提高压裂效率和成功率提供有效手段 磨料射流原理 切割套管和射孔0 7 1 0m 穿透污染带 松弛地层 避免二次污染 为压裂创造良好井下环境 国内60 70年代拉丝模水力喷砂射孔 机理 参数 喷枪结构材质 工艺优化 5水力喷射射孔参数优化实验 高压纯水射流切割钢铁和钢筋混凝土等 压力极高 700 1000MPa 磨料水射流 AWJ 在水射流中混入一定数量磨料微粒 磨粒质量大且锋利 20 30MPa即切割金属 一 水力喷射分段压裂机理与参数 根据水动力学动量 冲量原理 固体颗粒受水载体加速 高速冲击套管和岩石 产生切割作用 5水力喷射射孔参数优化实验 一 水力喷射分段压裂机理与参数 影响因素 流体参数射流压力喷嘴直径喷嘴型式射流功率流速流量流体性质射流反冲力磨料参数磨料类型磨料流量磨料粒度混合管直径 工况参数进给速度靶距 喷距 流道数入喷射角切割体积切深或切宽比能靶件参数靶件强度靶件硬度靶件孔隙度靶件渗透率 1 压力2 排量3 磨料类型4 磨料浓度5 磨料粒度6 岩性7 围压8 时间 实验参数 5水力喷射射孔参数优化实验 一 水力喷射分段压裂机理与参数 实验装置与方法 高压泵组 磨料射流实验装置 5水力喷射射孔参数优化实验 一 水力喷射分段压裂机理与参数 0 4 0 6mm 压力影响 排量影响 磨料类型影响 磨料粒度影响 5水力喷射射孔参数优化实验 一 水力喷射分段压裂机理与参数 15 30min 5水力喷射射孔参数优化实验 一 水力喷射分段压裂机理与参数 二 水力喷射压裂工具设计研制 1 喷射压裂工具整体方案设计 2 滑套设计研制1 滑套结构设计 材料优选 研制加工2 各级滑套与喷枪本体之间滑动密封设计 3 喷枪喷嘴及防溅体设计研制1 喷枪本体结构设计研制2 喷嘴结构设计 布置方案 材料与加工3 防溅体参数设计与加工 4 单向阀 扶正器 多孔管等配套附件 5 二 四级滑套销钉连接方案设计1 滑套和喷枪销钉连接方案设计2 销钉材料优选及加工 水力喷射压裂工具是实现水力喷射压裂工艺的关键之一 2020 1 8 21 喷射器本体 二 水力喷射压裂工具设计研制 适用于4 95 8 套管 5500m井深材料和处理 喷嘴工作寿命6h以上地面泵压力 40 90MPa 排量 1 0 3 0m3 min施工层段数 1 4层 单层填砂量 15 40m3 拖动式喷射器 滑套式喷射器 二 水力喷射压裂工具设计研制 工具串组成 喷枪2 喷枪1 适用于4 95 8 套管 5500m井深材料和处理 喷嘴工作寿命6h以上油压 40 90MPa 排量 1 0 3 0m3 min分层段 1 4层 单层填砂量 15 40m3 施工工艺与参数 工具入井定位油管内加压 射孔维持喷嘴压降 环空加压 孔内起裂 裂缝延伸第二段裂缝射孔 压裂重复4 完成多段压裂 自主工具工艺完成50多井次现场试验井型 直井 水平井 定向井 油井 气井完井 套管射孔 割缝筛管 裸眼管柱 油管 连续管 拖动管柱与滑套不动管柱自主 参数软件 井下工具 工艺设计 三 现场施工工艺设计与应用 工艺设计与现场试验 说明 水平井25口 直井16口 油井31口 气井10口 三 现场施工工艺设计与应用 BQ110井深2250m 因产量低关井停产2007年7月27日西南油气院与中国石油大学合作首次应用2 连续管水力喷砂逐层压裂 一天成功连续压裂3层 试验层位1105m延续到749m 3层共加入陶粒30 32m3 单层喷压时间1 2h 工具寿命达6h 作业跨度达到365m 施工后 第二天排液140m3 之后产气量8 000m3 d 稳产1年以上 压裂效果显著 直井分层压裂现场试验 BQ110井 三 现场施工工艺设计与应用 GA002 H9垂深1700m 水平段500m 用27 8 油管拖动喷射压裂2段 填砂50m3 工具寿命达 h 日产气由8 000m3 d增加至70 000m3 d 自主工具和工艺试验取得成功 压裂增产效果显著 水平井拖动管柱现场试验 GA002 H9井 三 现场施工工艺设计与应用 GA002 X68井是新完成的一口定向井 井深2430m 井斜角430 该井地层低孔低渗 孔隙度仅3 6 10 西南油气院与中国石油大学合作用27 8 油管下入滑套式喷射压裂工具 喷射压裂2段 单层填砂50m3 单层打液约500m3 单层施工时间2 3h 水力射孔 投球打开滑套 分层压裂按设计要求施工顺利 工具和工艺试验成功 定向井不动管柱现场试验 GA002 X68井 三 现场施工工艺设计与应用 三 现场施工工艺设计与应用 衬管裸眼完井水平井喷射分段压裂 XS311H井 气体 液体欠平衡钻井 139 7mm衬管完井完钻井深3010m 垂深2480m 水平段长385m层位 JS31孔隙度13 6 渗透率0 25md 三 现场施工工艺设计与应用 采用投球滑套工具 不动管柱常规油管水力喷射分段压裂技术8h完成三段压裂 这是该工艺在国内衬管完井 裸眼 水平井首次试验成功 分别完成40m3 30m3 30m3陶粒的施工 油管排量3 0 3 3m3 min 最高砂浓度700kg m3 泵压65 76MPa 环空排量0 9 1 5m3 min 完井仅0 3 104m3 d 压裂后测试天然气无阻流量16 1 104m3 d 增产倍比达到50倍以上 高于邻井单层压裂11 4 104m3 d的平均水平 衬管裸眼完井水平井喷射分段压裂 XS311H井 三 现场施工工艺设计与应用 常规钻井 套管完井 完钻井深2940 0m JS21难动用储量 投球滑套工具完成不动管柱水力喷射分3段压裂 2525 2527m 2695 2697m 2880 2882m 规模120m3 分别为40m3 30m3 50m3 完井仅0 2 104m3 d 压裂后测试在油压17 5MPa 套压18 7MPa下配产3 2 104m3 d 获天然气无阻流量4 3 104m3 d 增产倍比达到22倍以上 是邻井直井单层压裂效果的2 0倍 套管完井水平井喷射分段压裂 XS21 1H井 套管完井 由于井筒条件较差 封隔器分层压裂3次未能顺利座封 改造目的层为JS21 JS22 JS23层 不动管柱常规油管水力喷射分3段压裂 喷枪位置 2656m 2581m 2415m 分别完成40m3 30m3 35m3陶粒的施工在井口8 5MPa下测试天然气产量6 1 104m3 d 三 现场施工工艺设计与应用 套管完井水平井喷射分段压裂 CX601 2H井 NDP2井是吐哈三塘湖盆地一口割缝管开发井 井深2404m 水平位移996m 割缝管长度596m 气举投产后供液不足 日产液不足2 0m3 d 技术难题 实施水力喷射分段加砂压裂 采用石英砂射孔 陶粒作为支撑剂 分别加入陶粒18 1m3和17 8m3 对2103 2105m 1989 6 1991 6m两层段进行水力喷射加砂压裂 取得成功 日产油13 19m3 是压裂施工前的6 5倍以上 割缝管完井水平井喷射分段压裂 NDP2井 三 现场施工工艺设计与应用 牛东7 9井是吐哈三塘湖油田牛东区块一口火成岩开发井 井深1900m 气举放喷未出液 之后又连续油管气举未出液 全井段酸化 初期日产液5 6m3 含水100 产油0吨 后关井 对1469 1489m射孔后常规压裂 入井总砂量47 9m3 压后初期日产油4 0吨 产量下降严重 2009年6月30日关井 关井前日产液0 78m3 日产油0 55吨 采用3 油管实施水力喷射分段加砂压裂 分别加入陶粒20 0m3和30 1m3 拖动工具对1480m 1503m两层段进行 取得成功 日产油14吨 增产效果十分明显 衬管直井动管柱现场试验 火成岩ND7 9井 三 现场施工工艺设计与应用 X5 4 PB092井1960m 水平段746m 常规压裂产液11t d 油2t d 含水84 3 7月23日采用不动管柱滑套水力喷射工具成功加砂压裂三层 加砂120m3 日产油8 14t 是压裂施工前的4 7倍 含水降为45 微地震监测 三段裂缝走向明显 均垂直裂缝 长50 101m 高14 29m 套管完井水平井喷射分段压裂 X5 4 PB092井 三 现场施工工艺设计与应用 大庆Z66 P21井2205m 套管139 7mm 施工前日产油4 5t四级喷枪6 6喷嘴 压裂4段 1538 1830 1951 2060m油管排量2 5m3 min 最大油压37 4MPa 套压19 5MPa加砂量22 32 32 22 108m3 日产油8 5t 日增油4 0t 套管完井水平井喷射4段压裂 Z66 P21井 三 现场施工工艺设计与应用 三 现场施工工艺设计与应用 套管完井水平井喷射分段压裂 W92 P2井 W92 P2井深3584m 水平段290m 渗透率28 6 10 3 m2 经两次酸化 两次补孔作业未见效果 产液0 8 1 5t d 油0 5 1 0t d 含水40 58 2009年8月5日水力喷射加砂压裂 层 3496m 加陶粒砂20m3 重大突破 日产液25 30t d 日产油15 16t d 是压裂前15倍 液面深1146m 含水降为30 中原文留构造开窗侧钻井 4in套管完井 完钻井深3663 0m 悬挂器深度3008 6m 2007 9投产自喷 2008 6转抽 20