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压裂施工质量控制 川庆钻探工程有限公司工程技术研究院2009年6月 一 压裂机理概述二 压裂设备及管柱三 压裂液与支撑剂四 压裂施工设计内容五 压前准备六 压裂施工过程控制七 压后管理要点八 常见压裂工艺及质量控制要点 一 压裂机理概述 1 地应力对压裂裂缝形态的影响 z x y 垂直缝 x y z水平缝 2 地层岩石破裂机理 当外力P min T时 地层岩石产生破裂 min 岩石最小主应力大小 MPaT 岩石扩张强度 MPa对垂直缝而言 由于储层纵向砂 泥岩同向地应力大小存在一定差异 当纯泥岩层达到一定厚度时 压裂裂缝被限定在砂岩层内延伸 砂 泥 一 压裂机理概述 185井综合柱状地应力剖面 水平缝中流体流动示意图 不同流体启动压力梯度对比图 垂直缝中流体流动示意图 3 压裂增产机理 研究表明 储层渗透率越低 储层流体流动范围越小 流体需要更高的流动压差才能参与流动 压裂裂缝的存在可以使更大范围的储层流体参与流动 一 压裂机理概述 在地层中形成一定长度的高导流能力人工裂缝是提高特低渗透油田单井产量的关键 需要的的材料及设备1 高压泵车 压裂车2 高粘液体 压裂液3 支撑剂4 混砂车等其它配套 一 压裂机理概述 水力压裂是利用地面高压泵组 将压裂液在超过储层吸收能力的排量下泵入井中 在井底憋起高压 当井底附近憋起的高压超过井壁附近的地应力及岩石的抗张强度时 将使井底附近地层岩石产生破裂而形成裂缝 再将带有支撑剂的携砂液继续挤入裂缝中 确保压裂裂缝继续延伸并将支撑剂充填在压裂裂缝内 压裂结束后 压裂裂缝由于支撑剂充填于其中内而无法完全闭合 从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝 达到油井增产目的 水力压裂原理 水力压裂的工艺过程 憋压 造逢 裂缝延伸 充填支撑剂 裂缝闭合 一 压裂机理概述 造缝条件及裂缝的形态 方位等与井底附近地层的地应力及其分布 岩石的力学性质 压裂液的渗滤性质及注入方式有密切关系 图6 1压裂过程井底压力变化曲线a 致密岩石b 微缝高渗岩石 破裂压力 延伸压力 地层压力 一 压裂机理概述 二 压裂设备及管柱 由于压裂施工全过程中压裂车 地面管线 井口和井内管柱一直承受高压 出于安全考虑 所采用压裂施工设备 地面管线 井口和井内管柱必须达到一定的技术指标方可上井施工 一 压裂设备及主要功能 压裂车是压裂的主要动力设备 它的作用是给压裂液加压 并大排量的注向地层 压开地层 并将支撑剂注入裂缝 主要由运载汽车 驱泵动力 传动装置 压裂泵四部分组成 1 压裂车 YLC 1050型压裂车作业参数表 W 1500型压裂车作业参数表 二 压裂设备及管柱 压裂施工过程中 压裂车一般不允许在高挡位运行 以免机械故障 影响压裂施工正常进行 每次压裂施工结束后应检查泵腔和密封圈 确保压裂泵无刺漏现象 定期检查压裂车显示仪表 高低压阀门及控制系统 确保运转正常 压裂车运行及保养注意事项 二 压裂设备及管柱 2 混砂车 混砂车是在混砂池将支撑剂 压裂液及各种添加剂按一定比例混合起来 并将混好的携砂液供给压裂车 压入井内 目前混砂车有双筒机械混砂车 风吸式混砂车和仿美新型混砂车 混砂车主要由供液 输砂 传动三个系统组成 混砂车运行及保养注意事项 定期检查混砂车输砂器 液添比例泵等关键部位 确保运转正常 确保压裂施工过程中输砂比例 交联剂液比例按方案设计执行 禁止用水泥车给混砂车供交联剂液 定期检查混砂车显示仪表 进出口阀门及控制系统 确保运转正常 压裂施工中 混砂车上水困难时应开启专用离心泵给混砂车供液 二 压裂设备及管柱 3 仪表车 仪表车是压裂施工时显示和记录压裂过程各种参数 控制其它压裂设备的中枢系统 又称作压裂指挥车 1 压裂设备控制系统主要对各压裂设备采集的压力 排量 泵功率等参数传输 显示及控制 2 压裂施工数据采集显示记录系统主要对井口压力传感器 混砂车进 出口液体流量 砂浓度等压裂施工参数的采集 显示和记录 3 现场即时通信系统主要由对讲机 耳麦组成 也有使用高音喇叭 特定手语的施工队伍 二 压裂设备及管柱 仪表车运行及保养注意事项 仪表车三大系统在上井前必须进行例行检查 确保系统完整 运转正常 压裂施工中禁止带故障运行 影响压裂施工正常操作 压裂施工数据采集显示记录系统必须能完整准确地采集 显示和记录井口油压 套压 施工排量 砂浓度 累计液量 累计砂量等参数 对压力传感器 混砂车进 出口流量计等采集仪表应定期校准 对已经发现不准的压力传感器 混砂车进 出口流量计应及时更换 确保施工数据真实可靠 二 压裂设备及管柱 4 其它车辆 1 水泥车 主要用于配液 给油套环空打平衡 洗井冲砂等 2 管汇车 拉运专用高压管汇 3 运砂车 4 液罐车 二 压裂设备及管柱 二 地面高压管汇 井口及井内管柱 压裂井口一般可分为两类 用采油树压裂井口 采用大弯管 投球器 井口球阀与井口控制器的专用压裂井口 压裂井口使用注意事项 压裂井口在使用前必须按要求进行试压 所有闸门开关灵活 带压时无渗漏 1 压裂井口 二 压裂设备及管柱 2 压裂管汇 压裂管汇使用注意事项 压裂管汇在使用性能必须达到石油行业标准 压裂管汇 SY5260 91 要求 压裂施工前必须对地面高压管汇进行试压 按预测泵压的1 2 1 5倍试压45MPa 稳压5min不刺不漏 压力不降为合格 目前压裂管汇种类很多 常用的有压裂管汇车和专用的地面管汇 专用的地面管汇有8个连接头 压裂车可任选一个连接 高压管线外径 76mm 内径 60mm 最高压力可达100MPa 二 压裂设备及管柱 压裂管柱主要由压裂油管 封隔器 喷砂器 水力锚等组成 目前井下管柱可分为笼统压裂管柱和分层压裂管柱 1 压裂油管压裂应使用专用油管 抗压强度应满足设计要求 长庆油田储层推荐采用N80内径 62mm或 76mm的外加厚压裂油管 最高限压70MPa 3 压裂管柱 压裂油管使用注意事项 下井前必须用热水或蒸汽逐根刺净油管内外壁油污 并逐根检查油管内有无异物 下井前应对油管逐根检查 凡是以下油管不能用于压裂施工 凡是弯曲 变形 有裂缝和有砂眼的普通油管 经过酸化或其它原因腐蚀过的普通油管 玻璃衬里油管和涂料油管 丝扣有损伤和使用过久的油管 起下钻过程中注意对油管丝扣的保护 二 压裂设备及管柱 2 封隔器 目前压裂用封隔器种类较多 浅井使用扩张式或压缩式50 低温胶筒封隔器 深井使用扩张式 压缩式或机械式90 以上胶筒封隔器 深井大通径CS 1封隔器 工作压力105Mpa 工作温度可达177 压裂封隔器使用注意事项 压裂封隔器在使用前在地面按石油行业标准 扩张式封隔器 SY T5404 2002 要求进行试压 达到要求方可入井 二 压裂设备及管柱 3 水力锚 水力锚主要起定位作用 避免油管在承压状态下缩短对封隔器胶筒的损伤 在下井前水力锚必须按中华人民共和国行业标准 水力锚 ZBE14004 88 要求进行试压 达到标准要求方可入井使用 喷砂器主要作用一是节流 造成压裂管柱内外压差 保证封隔器密封 二是通往地层的通道口 使压裂液进入油层 三是避免压裂砂直接冲击套管内壁造成伤害 4 喷砂器 二 压裂设备及管柱 5 压裂管柱 合层压裂管柱 分层压裂管柱 油层 油层 A 合层压裂管柱 直咀子 封隔器 水力锚 油管注意事项 直嘴子位置不能低于射孔段顶界 推荐位置为射孔段顶界以上10m 封隔器位置与直咀子距离30 40m B 分层压裂管柱 死堵 下封隔器 喷砂器 上封隔器 水力锚 油管注意事项 下封隔器位置不能低于射孔段底界2m以上 应避开沉砂过多造成砂堵喷砂器应与下封隔器直接相连 封隔器位置应避开套管接箍位置 直咀子 二 压裂设备及管柱 三 压裂液与支撑剂 压裂用压裂液体和支撑剂是压裂过程中实现对储层造缝和填砂的重要载体 其性能的好坏直接影响到最终的压裂效果 因此 对压裂液和支撑剂的性能应严格控制 避免因压裂入井材料质量问题而造成的施工失败和对储层的伤害 压裂液的主要作用 是将地面设备的能量传递到油层岩石上 将油层岩石劈开形成裂缝 把支撑剂输送到裂缝中 压裂液在施工中按不同阶段的作用可分为前置液 携砂液 顶替液三种 为了压裂施工的顺利实施 要求压裂液具有低滤失性 高携砂性 降阻性 稳定性 配伍性 低残渣 易返排等性能 随着石油工业的发展 压裂施工的规模越来越大 压裂液用量越来越大 因而压裂液还应具备货源广 成本低 配制简单等特点 以满足大型压裂和新井压裂施工 一 压裂液 三 压裂液与支撑剂 水基压裂液目前世界上约有70 以上的压裂作业采用的胍胶和羟丙基胍胶水基压裂液 其成本低 使用安全方便 因而应用广泛 酸冻胶压裂液可携酸 浓度达到15 20 实现压裂酸化联作 泡沫压裂液国内主要用于气井 国外泡沫压裂液约占总用量的25 表面活性剂胶束压裂液 清洁压裂液 低伤害 但配制要求高 破胶困难 低分子可回收环保压裂液 压裂液残液可回收重复使用 粘度较低 适用于中低温特低渗储层 乳化压裂液醇基压裂液油基压裂液 1 压裂液主要类型 三 压裂液与支撑剂 2 压裂液性能要求 压裂液基本性能一览表 三 压裂液与支撑剂 压裂液体系性能必须满足石油行业标准SY T6376 2008压裂液通用技术条件规定的技术指标才能使用 压裂液体系性能评价参照石油行业标准SY T5107 2005水基压裂液性能评价方法进行 三 压裂液与支撑剂 3 压裂液配方筛选依据 储层类型 油层 气层 油气水同出层等 储层温度储层敏感性储层物性 岩性和粘土矿物成分储层油 气 水性质天然裂缝发育程度 三 压裂液与支撑剂 二 支撑剂 支撑剂是水力压裂时地层被压开裂缝后 用来支撑裂缝阻止裂缝重新完全闭合的一种固体颗粒 它的作用是在裂缝中铺置排列后形成支撑裂缝 从而在储集层中形成远远高于储集层渗透率的支撑裂缝带 使流体在支撑裂缝中有较高的流通性 减少流体的流动阻力 达到增产 增注的目的 为了适应各种不同地层以及不同井深压裂的需要 人们开发了许多种类的支撑剂 大致可分为天然和人造两大类 支撑剂性能主要是物理性能和导流能力 目前常用的支撑剂有天然石英砂和人造支撑剂陶粒 石英砂多产于沙漠 河滩或沿海地带 矿物组分以石英为主 石英含量 质量百分比 是衡量石英砂质量的重要指标 我国压裂用石英砂中的石英含量一般在80 左右 石英含量越高 石英砂抗压强度愈高 人造陶粒是一种主要由铝矾土 氧化铝 烧结或喷吹而成的 它具有较高抗压强度 一般有中等强度和高强度两种陶粒支撑剂 1 支撑剂主要类型 三 压裂液与支撑剂 2 支撑剂单项性能要求 支撑剂单项性能必须达到石油行业标准SY T5108 2006 压裂支撑剂性能指标及测试推荐方法 规定的指标值 评价方法参照标准执行 从评价结果看 石英砂 陶粒 在28MPa 52MPa 闭合压力时 破碎率小于10 左右 陶粒支撑剂的抗破碎性能明显好于天然石英砂 支撑剂性能评价结果 三 压裂液与支撑剂 3 支撑剂短期导流能力试验 支撑剂短期导流能力是选择适合油层特点的支撑剂的重要依据 试验方法按照石油行业标准SY T6302 1997 2005 压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法 规定方法进行 室内评价结果表明 闭合压力增大 支撑裂缝导流能力呈下降趋势 相同条件下 陶粒支撑剂导流能力明显高于石英砂 支撑剂导流能力评价结果 三 压裂液与支撑剂 4 支撑剂优化选择 对垂直缝而言 当裂缝无因次导流能力应达到 WK f KXf 30时 压裂效果较好 例 某储层埋深1850 1900m 压裂停泵压力在8 12MPa 井底流动压差为5MPa 取裂缝半长Xf 150m 渗透率K 1 2 10 3 m2 计算得裂缝导流能力应达到 WK f 15 30 m2 cm 作用于支撑剂上的闭合压力为25MPa左右 在5kg m2铺砂浓度和25MPa闭合压力下 兰州石英砂的导流能力约在50 m2 cm 因此 当铺砂浓度大于5kg m2时 兰州石英砂就可以满足某储层压裂施工的要求 三 压裂液与支撑剂 四 压裂施工设计内容 压裂设计是压裂施工的指导性文件 一般先进行压裂方案设计 再由施工方出具祥细的施工设计进行实施 禁止以压裂方案设计替代施工设计 对成熟区块常规压裂可由施工方直接出具施工方案进行施工 压裂设计的任务 优选出经济可行的增产方案压裂设计的原则 最大限度发挥油层潜能和裂缝的作用使压裂后油气井和注入井达到最佳状态压裂井的有效期和稳产期长压裂设计的方法 根据油层特性和设备能力 以获取最大产量或经济效益为目标 在优选裂缝几何参数基础上 设计合适的加砂方案 执行标准 SY T5289 2008油 气 水井压裂设计与施工及效果评估方法SY T6566 2003水力压裂安全技术要求 压裂优化设计流程示意图 压裂方案是在充分认识和分析储层条件的基础上 针对储层改造目标 做出的一整套最优化的应对措施处理方案 由于低渗透油田压裂具有自身特点 压裂优化设计针对地层与工艺 单井与区块 裂缝与井网 伤害与保护 投入与产出等进行全面优化 一 压裂方案设计 四 压裂施工设计内容 FracproPT DowellFracCADE 多级注入 闭合酸化 CO2泡沫压裂 压裂酸化优化设计软件 试井解释软件 EPS WORKBECH 四 压裂施工设计内容 压前评估是完整评估油井压裂效果的过程 主要包括油井基础资料评价 邻井压裂改造工艺 效果对比分析和现有压裂技术适应性 针对性评价 优先选择储层改造效果好 针对性强的压裂技术进行压裂方案设计 油井基础资料 井身结构 录井显示 储层物性及电性 储层纵向岩性变化情况 油井生产动态及历次措施效果 油井在井网中的位置 注水见效程度 特点等 1 压前评估 压裂井在井网中的位置 压裂井目的层测井图 压裂井前期采油曲线 压裂井 四 压裂施工设计内容 2 压裂总体方案制定 压裂方式 合压 分压 压裂工艺 常规压裂 其它压裂工艺 压裂液 水基胍胶压裂液 配方支撑剂 石英砂 陶粒 支撑剂粒径压裂管柱 单上封 上提管柱分层压裂 不动管分层 井口 油管 封隔器 水力锚 喷砂器类型 配套措施 前置酸预处理 高能气体压裂预处理 液氮助排 油套环空打平衡 四 压裂施工设计内容 3 压裂加砂规模及施工参数确定 天 不同缝长下的累计产量 不同无因次导流能力下的产量 无因次导流能力与砂比关系 不同排量下经济分析 1 压裂规模及施工参数优化 缝长优化铺砂浓度优化施工排量 砂比优化 2 确定压裂规模及施工参数 3 制定合理的施工泵注程序 5 压裂裂缝模拟计算 四 压裂施工设计内容 4 压裂方案设计显示内容 1 油田 井号 设计人 审核人 设计日期 单位 2 油井基本情况 位置 井身结构 3 油层基本数据 油层深度 电性 岩性 射孔位置 参数 井斜数据 4 油层前期改造情况 油井生产情况及异常情况提示 5 压裂方案 压裂方式压裂工艺支撑剂类型 用量 压裂液配方 用量 液体性能要求压裂泵注程序6 给出指定压裂工艺的特殊要求7 施工前的井筒 地面准备要求及压后管理措施8 技术风险提示及应急预案 四 压裂施工设计内容 二 压裂施工设计 压裂施工设计除完整的反映压裂方案设计内容外 还必须明确地标出压裂施工需要的所有设备 井筒和地面材料型号 规格 数量 和压裂前后施工工序及关键要求 以便于施工队伍进行材料组织和作业 压裂施工设计必须明确具体显示的内容 压裂封隔器 喷砂器 或喷咀 位置 井口 油管 封隔器 水力锚 喷砂器 或喷咀 的规格 型号和数量 支撑剂生产厂家 粒径及数量 施工用水量 压裂液添加剂生产厂家 代号 备量 液罐规格 数量 压裂设备 压裂车 混砂车 运砂车 水泥车等 型号 数量 祥细的压裂前后的施工工序及各工序施工要求 施工异常处理预案 四 压裂施工设计内容 五 压前准备 压裂现场施工包括压前准备 压前作业 压裂施工和压后作业等 新井施工工序 通 洗井 井筒试压 射孔 下压裂钻具 压裂 放喷及排液 反洗井 换抽汲管柱抽汲及求产 老井施工工序 灌井筒 起原井管柱 通 洗井 下压裂钻具 压裂 放喷及排液 反洗井 换抽汲管柱抽汲及求产 执行标准 SY T5289 2008油 气 水井压裂设计与施工及效果评估方法SY T6566 2003水力压裂安全技术要求 一 压前作业 执行行业标准 起下油管作业规程 SY T5587 6 93 1 起下管柱 起下管柱前必须充分压井 确认压井合格 才能起下管柱作业 每起出10 20根油管向井内灌一次压井工作液 防止井内压井工作液液面降低发生井喷 当下入管柱的底部有封隔器 通井规等不可刮 碰的工具时 下到射孔井段及设计井深的最后几根时 应该限速下入 下入速度不得超过5m min 下压裂管柱时下钻速度小于18m min 起钻完等措施时 井内必须先下入不小于井深1 3的油管 坐好井口 连续灌入压井液 严禁空井等停 五 压前准备 通井规外径比套管内径小6 8mm 下通井管柱速度控制为10 20m min 下到距离设计位置或人工井底100m时下放速度不得超过5 10m min 通井过程遇阻时 悬重下降控制不超过20 30KN 并平稳活动管柱 循环冲洗 严禁猛敦 硬压 洗井排量控制在500 550L min 洗井不通时 应停泵分析原因 不得强行憋泵 2 通 洗井 执行行业标准 SY T5587 16 93油水井修井作业通井 刮削套管作业规程SY T5587 7 93油水井常规修井作业洗井作业规程 五 压前准备 3 井筒试压 油气井试压指标 用高压管线将试压设备与井口油放闸门连接起来进行套管内试压 试压时 稳压30min 允许压降不超过0 5MPa为合格 仅限于新井 五 压前准备 4 射孔 仅限于新井和补孔压裂井 执行行业标准 SY T5325 2005射孔施工及质量监控规范SY5436 1998石油射孔和井壁取心用爆炸物品储存 运输和使用的安全规定SY T5562 2000油气井用射孔枪 射孔前必需用压井液灌满井筒 负压射孔例外 每射一枪都要灌满井筒 射孔前要做好防喷准备 装好防喷器并试压合格 射孔过程中发现溢流 停止射孔作业 迅速起出电缆 抢下光油管 出现井涌时抢装井口 关井观察压力 并立即汇报 若井喷来势迅猛 应迅速关闭防喷器 并密切注视井口 若有失控前兆 应将电缆切断 关井观察压力 射孔后检查发射率 若单炮发射率低于80 时 必须补射 五 压前准备 二 压前准备 五 压前准备 压裂施工前 现场施工监督及技术人员必须首先熟悉掌握压裂施工设计要求的所有内容 压裂设备 材料 地面管线流程 井下管柱等 并逐项对压前需要准备的材料及工序进行检查落实 若发现与施工设计要求不符或存在安全隐患的项目应立即进行整改 确保压裂施工保质保量顺利完成任务 1 井内管柱位置检查 主要检查点 封隔器坐封位置下压裂管柱时 应逐根检查并丈量 记录油管长度 计算出准确的封隔器坐封位置 并通过油管短节的调整使封隔器坐封位置避开套管接箍 井口完好 闸门开关灵活 工具配件 大钳 压力表及接头等 齐全 地面试压不剌不漏 产品有检验合格证 2 施工材料检查及抽样 对进入施工现场的压裂液添加剂 支撑剂等所有施工材料产品进行检查 包括产品检验报告 生产厂家 产品名称 代号 规格 产品外包装等进行祥细检查 对无检验报告或检验不合格产品 产品外包装破损 标识不清楚的产品 被雨淋 水浸或污染的产品 出现严重变质 结块的产品 严格禁止入井 并对所有与施工设计不符的材料产品进行抽样备检 现场清点压裂液添加剂材料包装及数量 并对砂罐车逐个对砂罐体积及砂面高度进行丈量 并祥细记录 配液结束及施工结束时再清点剩余材料量 确保实际入井材料达到施工设计要求 五 压前准备 3 压裂施工设备 压裂车数量 型号及总功率必须达到压裂施工设计要求 禁止压裂车高挡位运行 施工前压裂车和混砂车必须进行全面检查及试运行 确保运行情况良好 控制系统完好 仪表车数字采集系统 显示系统及控制系统必须配套齐全 并在施工前进行全面检查 确保运行良好 全面检查对讲机 耳麦 确保无故障 并配发到所有关键岗位人员 除密闭砂罐车外 包括敞篷砂罐车在内的其它所有运砂车必须用防雨篷布将砂罐及砂袋包住 避免下雨将支撑剂淋湿 影响加砂 雨天施工必须用防雨篷布将砂罐及砂袋包住 另外 压裂施工前 应将自卸砂罐顶部的尘土清干净 避免加砂过程中尘土落入输砂器漏斗中 对袋装砂 应在输砂器漏斗中放入钢丝网 并有专人及时将留在钢丝网面上的绳头 砂袋残片去掉 水泥车等其它车必须按施工设计要求配齐 五 压前准备 4 地面流程 地面高 低管线在连接前 必须对大罐出口阀门 混砂车进出口阀门 压裂车进 出口阀门 井口油 套闸门开关进行全面检查 对阀门开关不灵活或开关不严的阀门及时更换 井口阀门与高压管线接头 大罐阀门与低压管线接头应匹配 否则应及时更换 地面高压流程管线必须采用N80以上钢级的油管 油管短节及弯头 1 作业机 2 油井 3 土油池4 平衡车5 消防车6 压裂车7 拉砂车8 混砂车9 大罐10 仪表车 五 压前准备 5 大罐与配液用水质检查 储液罐用途要标识清楚 配制交联剂的储液罐应为专用罐 不能与基液罐混用 备水前 所有储液罐内外壁要彻底清洗 保证内外干净 无异物 为保证供液畅通和提高液体使用率 压裂液罐后端应垫高40cm 配液用水必须选用井水 禁止采用地表水或油田污水 要求配液用水中机械杂质 0 2 PH 6 5 7 5 配液前用精密试纸逐罐进行检查 凡不符合要求的液罐内的水必须放掉 重新备水 测试 压裂液基液罐内液面与罐顶应留有10 20cm高度空间 以免在配液过程中发生溢罐污染环境 五 压前准备 6 压裂液配液过程及基液性能检测 配液所用的压裂液添加剂产品质量应符合石油行业或企业标准规定 要求每个添加剂产品都必须具有对应批次产品的检验报告 只有检验合格产品才能用于压裂液配液和施工 固体添加剂产品外包装完好 无结块 液体添加剂在加入前先搅拌均匀再使用 1 压裂液添加剂性能要求 SY T5764 2007压裂用植物胶通用技术要求SY T6074 94植物胶及其改性产品性能测定方法Q SYKT0039 2005压裂用杀菌剂性能评价方法SY T5762 1995压裂酸化用粘土稳定剂性能测定方法SY T5755 1995压裂酸化用助排剂性能评价方法SY T6216 1996压裂用交联剂性能试验方法SY T6380 1998压裂用破胶剂性能试验方法SY T5280 2000原油破乳剂通用技术条件SY T5281 2000原油破乳剂使用性能检测方法 瓶试法 五 压前准备 压裂液配液过程中 必须先在每个基液罐中加入杀菌剂 再缓慢加入胍胶增稠剂和其它添加剂 并对每个基液罐和交联剂罐大排量 0 5m3l min 循环15min以上 循环至罐上下液体性能一致 基液中不能有鱼眼存在 2 压裂液配液要求 五 压前准备 压裂液性能现场检测主要检测压裂液基液粘度和交联液的挑挂性能 现场配液完毕后和压裂施工前对压裂液和交联剂液各取一次样进行现场性能检测 取样要求在每个罐的上 中 下三个不同部位各取一个样 每个罐混合成一个样进行液体性能检测 压裂液基液粘度采用便携式六速旋转粘度计检测 要求0 35 胍胶压裂液基液粘度应达到30mPa s 0 4 的胍胶压裂液基液粘度应达到35 40mPa s 3 压裂液现场性能检测 将所有基液样品按一定量混合成一个样 取100ml基液混合样放在干净烧杯中 并用一次性抽取10ml以上交联剂液 少量多次加入基液混合样中 边加入边搅拌 至压裂液完全交联 记录交联剂用量 重复三次 确定交联比 用搅棒挑起交联液观察 要求交联液可完全挑挂方可使用 五 压前准备 7 压裂施工前施工方案及异常情况处理预案交底 压裂施工准备工作完毕后 现场技术人员应要求甲方将所有参与现场施工人员召集在一起进行压裂方案交底 明确施工程序和遇到异常高压或砂堵情况时处理预案及各岗位职责 要求试油队和压裂队都要有专人负责进行现场巡查 如出现紧急情况应第一时间组织人员按处理预案进行作业 要求关键位置有专人负责 并给关键岗位人员配备对讲机和耳麦 看交联 混砂车上看井口 井口附近看砂面 砂车上面看液面 液罐上面倒大罐阀门 低压管汇区 五 压前准备 压裂施工程序一般分为以下七道工序 1 循环目的是鉴定各种设备性能 检查管线是否畅通 就是将压裂液由液罐车打到压裂车再返回液罐车 循环时单车泵排量不低于1m3 min 时间不少于30s 循环路线是液罐 混砂车 压裂泵 高压管汇 液罐 目的是检查压裂泵上水情况以及管线连接情况 循环前一定要关闭井口阀门 六 压裂施工过程控制 执行标准 SY T5289 2008油 气 水井压裂设计与施工及效果评估方法SY T6566 2003水力压裂安全技术要求 2 试压关死井口总闸 对地面高压管线 井口 连接丝扣 由壬等憋压检验 试验压力为预测泵压的1 2 1 5倍 稳压5min 各部位不刺不漏 压力不降为合格 3 低替低替过程要求用活性水或压裂液替出井筒油管内原有液体 一般要求最低低替液量油管容积的1 5倍 低替时排量不得高于0 5m3 min 泵压不得高于2MPa 以免出现封隔器座封 原有井内液体被压入地层的情况出现 要求低替至井口油井进出口水色一致为止 六 压裂施工过程控制 4 封隔器座封换胍胶液 先开启1 2台压裂车 由小到大缓慢提高泵注排量达到1m3 min左右时 若油套环空返出液快速减小至不出液时 关闭套管闸门 准备正式压裂施工 若返出液排量变化不明显时应继续提高泵注排量 当排量超过施工设计排量时 返出液排量无变化时 应中止施工 起管柱检查 对压裂施工压力超过35MPa的井 准备好水泥车 当施工压力超过30MPa以上连续不降时 用水泥车或700型压裂车给油套环空打平衡 禁止直接用大排量座封封隔器 避免封隔器胶筒破坏影响施工 六 压裂施工过程控制 5 压裂注前置液封隔器座封后 启动全部车辆缓慢提高排量向井内注入压裂液 迫使施工压力迅速升高形成破压 压开地层进行造缝 若施工压力快速升高接近施工限压时 应适当降低施工排量 等破压过后压力下降后再恢复排量至设计排量 若施工压力继续上升有可能超压时 应停泵分析原因 再做下步处理 六 压裂施工过程控制 6 压裂注携砂液 加砂过程 当地层已被压开裂缝 待压力 排量稳定后即可加支撑剂 压裂加砂过程中 砂比由15 20 的低砂比缓慢提高40 50 高砂比 要求初始砂比控制在10 15 除特殊压裂工艺外 每次砂比提高幅度不得超过10 每一阶段砂比一般打入一个井筒的液量后再提砂比 以免提砂比速度过快或提高幅度而出现砂堵 对成熟区块或施工压力较低的油井 为提高总施工砂比 可将砂比较快地提高到30 45 的中高砂比 压裂加砂过程中 看交联人员必须随时观察混砂池内交联液交联性能 若交联不好应及时调整交比 确保交联液交联性能始终处于较好状态 避免交联液性能大幅变化而造成施工压力波动 甚至出现砂堵现象 六 压裂施工过程控制 压裂指挥人员应随时注意观察施工压力变化 当施工压力大幅波动或快速提高时 应积极采取措施 降砂比 降排量 压力平稳后恢复正常砂比 排量 压裂加砂过程中 禁止单车供砂 混砂池液面高度保持在池高的50 70 禁止出现溢池或干锅现象 造成施工加砂中断 加砂结束时应即时检查剩余砂量及液量 计算实际加砂量及用液量 7 顶替加砂结束后 立即泵入顶替液 把地面管线及井筒中的携砂液全部顶替到裂缝中去 防止余砂沉积井底形成砂卡 顶替液不可过量 一般替挤量为地面管线与油管总容积即可 六 压裂施工过程控制 1 关井 放喷排液压后关井20 30min 采用油咀由小到大控制放喷 禁止直接用井口闸门控制放喷 油咀的选择可根据井口油压大小来选择 表中参数仅供参考 七 压后管理要点 压裂结束关井期间 现场施工队伍应向监督提交完整的压裂施工数据 电子文档 施工曲线 压裂施工数据汇总表和施工确认单 压裂施工异常井应注明原因 2 压裂施工资料提交 4 抽汲排液 求产 探砂面 冲砂 完井 按照试油操作规程进行 3 反洗井 活动管柱 起出管柱放喷结束后 应立即大排量反洗井 要求洗井排量不低500l min 洗至返出液无砂粒 进 出口水色一致为止 洗井结束后卸完井口 先活动管柱 再起出压裂管柱 禁止直接上提管柱 防止余砂残存在封隔器上部 造成砂卡 活动管柱可加速封隔器胶筒回收 七 压后管理要点 八 常见压裂工艺及控制要点 各油田和区块的油层性质 压力 温度等条件不同 完井方法 技术设备条件也有差异 因此压裂方法也不相同 分层压裂工艺高能气体压裂工艺缝内转向压裂工艺底水油藏 三低一小 压裂工艺前置酸压裂工艺 常见压裂工艺 分层压裂就是多层分区或单独压开预定层位 多用于射孔完成的井 这种方法由于处理井段小 压裂强度及处理半径相对提高 能够充分发挥各产层的潜力 因而增产效果比较好 一 分层压裂工艺 1 连续上提管柱分层压裂工艺2 投塑料球分层压裂工艺3 不动管柱分层压裂工艺 主要分层压裂工艺 八 常见压裂工艺及控制要点 连续上提管柱分层压裂工艺是用两级封隔器卡住压裂层段 施工时先压下层 压完后上提至第二层 这样依次将各层压开 这种方法多用于选压层段间距均匀 选压层位较少的井 1 连续上提管柱分层压裂工艺 下封隔器位置不能低于射孔段底界2m以上 喷砂器应与下封隔器直接相连 封隔器位置避开套管接箍 最高砂比和平均砂比应略低于合层压裂方案 每压裂施工完一层应立即反洗井上提管柱 不得长时间关井 技术要点 八 常见压裂工艺及控制要点 2 投塑料球分层压裂工艺 对于射孔完成的井 可采用 18 25mm的塑料球 尼龙球等将巳压开裂缝处的射孔孔眼暂时封堵起来 继续蹩压近使压裂液进入未压开层段并形成新的裂缝 施工时 在压裂加入一定量的支撑剂后 停砂用井口专用的投球器 不停泵将塑料球或尼龙球送入井下 堵住已压开裂缝段的射孔孔眼 继续压开新裂缝 依此可连续压开几条裂缝 压裂施工前 必须进行验孔 射孔有效率低于80 建议采用其它工艺进行施工 投入封堵球数量应为封堵层段射孔孔眼数的1 1 1 2倍 不适用于油层段套损井 结蜡 结垢严重的井 封堵球送入井下必须等到出现明显的压力升高 平稳后再开始加砂 禁止支撑剂与封堵球一同加入 从而影响封堵球的封堵效果 技术要点 八 常见压裂工艺及控制要点 3 不动管柱分层压裂工艺 不动管柱分层压裂工艺是采用自下而上直径增大的滑套用销钉将其固定在喷砂器上 堵死喷砂器孔眼 只有最下一级喷砂器不堵 压开最下层后 投球封上一级滑套 并蹩压剪断销钉 使滑套下移 露出上面一级喷砂器孔 使下面一级堵死 压开上面一层后 依次自下而上投球逐层压开 组配管柱和投钢球时应仔细操作 滑套直径应自下而上由小到大 投钢球时也应小后大依次投入 不可出错 每压完一层应立即投入对应钢球入球座 封堵已压完层上部油管通道 打开滑套进行上一层压裂施工 压裂全部结束后应立即控制放喷排液 反洗井 活动上提并起出管柱 技术要点 八 常见压裂工艺及控制要点 二 高能气体压裂 高能气体压裂亦称可控脉冲压裂 爆燃压裂 是指利用火药或火箭推进剂燃烧产生的高温 高压气体压出多条径向裂缝 以取得增产效果的方法 1 工艺特点对油层增产增注作用 a 机械作用b 水力振荡作用c 高温热作用d 化学作用 压裂工艺 电缆送弹地面引爆油管送弹撞击引爆 常用 压挡反射定时引爆 八 常见压裂工艺及控制要点 a 机械作用 燃爆产生的高压气体在超过岩石破裂压力的条件下 在井筒附近产生多条径向裂缝 b 水力振荡作用 燃爆是在井中存在液柱条件下发生 高温 高压气体的产生将会推动液柱向上运动 而随着体积增大 压力下降 液柱会向下运动 这种反复的上下运动有助于裂缝形成和清理油层堵塞 c 高温热作用 燃烧产生的高温可达500 700 能够融化油井附近的石蜡和沥青 降低油的粘度 d 化学作用 燃烧后的产物主要是CO2 N2和部分HCl 这些气体在高压下都会溶于原油 降低原油粘度 八 常见压裂工艺及控制要点 2 适用范围高能气体压裂主要适用于水敏地层 脆性岩层 对于塑性地层不甚适用 可能产生压实效应 对胶结疏松岩层可能引起出砂 长庆油田主要用于底水油藏改造及破压较高的延长组储层压前预处理 八 常见压裂工艺及控制要点 高能气体压裂弹保存 运输和使用严格执行国家及行业标准规定 高能气体压裂弹现场组装由专业人员进行操作 非专业人员严禁参与 高能气体压裂弹间连接处 弹体与发火装置和油管连接处应进行防水密封处理 并做仔细检查 确认无误方可入井 否则造成施工失败 下钻过程中应严格控制下钻速度在10m min左右 每根油管下至最后20 30cm时应降低下钻速度 防止油管顿钻造成弹体脱落 下钻至最后一根油管时 用两个吊卡一正一反卡住油管顶部接箍 插上插销后用粗钢丝将两个吊卡捆在一起 清理所有人员至安全区后由专业技术人员投棒引爆 并用秒表计量投棒到爆燃时间 爆燃结束后 应由专人手持便携式有毒有害气体检测仪对井场气体进行检测 确认安全后方可进行起钻作业 技术要点 SY T6308 1997油田爆破器材安全使用推荐作法WJ Z9034 2002无壳高能气体压裂弹通用技术条件 执行标准 八 常见压裂工艺及控制要点 三 缝内转向压裂工艺 技术原理 借助于缝内转向剂的加入和压裂施工参数的结合控制 在主裂缝通道产生桥堵 使主裂缝产生升压效应 摆脱地应力对裂缝方向控制 实现裂缝转向 压开新的支裂缝或沟通更多微裂缝 形成不同方位的支裂缝 常规重复压裂裂缝延伸示意图 缝内转向重复压裂裂缝延伸示意图 八 常见压裂工艺及控制要点 技术要点 缝内转向压裂工艺需要在加入转向剂前对施工砂比根据施工压力进行不断调整 才能为加入转向剂后压力的提高创造有利条件 因此 现场指挥人员应配合专业技术人员进行施工砂比调整 加入转向剂应由专业技术人员进行实施 加入速度 加入量由专业技术人员根据施工实际情况进行调整 加完转向剂后先维持方案要求砂比对施工压力进行观察 等待施工压力上升 下降至平稳后可按设计正常施工至结束 若施工压力快速大幅上升 有可能超压时 可降砂比 降排量的预案进行处理 其它按常规压裂施工处理 缝内转向压裂施工压力曲线 八 常见压裂工艺及控制要点 四 底水油藏 三低一小 压裂工艺 延安组 长2底水油藏油 水处于同一砂体 无明显的泥岩隔层 压裂改造容易压穿底水 造成油井压后高含水 降低了储层改造效果 长庆油田多年来形成的 三低一小 低排量 低砂比 低射开程度和小砂量 压裂改造模式 有效地提高了底水油藏的开发效果 底水油藏常规压裂裂缝示意图 技术要点 一般施工砂比最高不超过40 施工排量在0 8 1 2m3 min施工排量应严格控制在设计砂比附近 平均施工砂比在18 25 其它同常规压裂施工 八 常见压裂工艺及控制要点 五 前置酸加砂压裂技术 针对物性差 喉道半径小 酸溶性矿物含量高的储层 将酸液作为部分压裂前置液 大排量注入地层后 再连续进行后续加砂压裂施工 将砂岩酸化与加砂压裂技术集成 形成前置酸加砂压裂技术 改善裂缝与地层之间的渗流能力 提高压裂液破胶程度 从而达到增产的目的 酸岩溶蚀反应可改善裂缝附近地层的渗透性 酸液具有抑制粘土矿物膨胀 防治微粒运移的作用 残酸在返排阶段可溶解部分压裂液滤饼和裂缝壁面残胶 残酸的降解作用可提高压裂液破胶程度 酸液可以溶解支撑裂缝中压裂液残胶及酸溶性杂质 提高支撑裂缝导流能力 前置酸的作用 八 常见压裂工艺及控制要点 技术要点 前置酸液为普通酸 可按常规酸液配制方法进行配液 前置酸采用耐酸压裂车泵入 压裂加砂过程中按常规压裂施工程序进行 八 常见压裂工艺及控制要点 第二部分酸化施工质量控制要点 一 酸化机理二 酸液及添加剂三 酸化工艺四 酸化设计五 酸化施工过程 一 酸化机理 酸化是油气井增产或注水井增注的重要措施 在油田生产中发挥了巨大作用 它是利用酸液的化学溶蚀作用及向地层挤酸时的水作用 解除油层堵塞 扩大和连通油层孔缝 恢复和提高油层近井地带的渗透率 从而增加油气井产量和注水井的注入量 常规酸化 当注酸压力小于油气层破裂压力 主要利用酸液的化学溶蚀作用 扩大与酸液接触的岩石的孔 缝 洞 压裂酸化或酸压 如用水力先将地层压开裂缝 然后再注酸或注酸时的压力超过地层的破裂压力都能起到压裂酸化的双重作用 普通酸自生酸复合酸缓速酸泡沫酸乳化酸胶凝酸降阻酸 酸液类型 1 酸化工艺及酸液类型 2 油井产量下降的原因 砂岩储层渗透率降低 往往是地层污染 堵塞造成的 钻井 作业过程中泥浆压井液进入地层造成的污染 层内粘土微粒在采油 注水过程中随液流移动对地层孔隙造成的堵塞 由于地层压力 温度变化造成的地层结垢 铁 钙等的化学沉淀造成的堵塞等 一 酸化机理 3 砂岩酸岩反应机理 砂岩地层由砂粒和粒间胶结物组成 砂粒主要成分是石英 长石 胶结物主要成分是粘土 碳酸盐矿物 一 酸化机理 盐酸与碳酸盐矿物反应 盐酸与铁质矿物反应 方解石 白云石 菱铁矿 砂岩酸化一般采用盐酸与氢氟酸的混合酸 土酸 或其它能够生成氢氟酸的酸液 盐酸先同碳酸盐矿物 铁质反应 溶解碳酸盐和铁质 然后氢氟酸再与石英 粘土矿物反应 提高地层渗透率 一 酸化机理 如果土酸中的盐酸量不够 不能完全溶解地层中的碳酸盐矿物 则氢氟酸将与碳酸盐矿物反应 生成CaF2沉淀 堵塞孔道 氢氟酸与石英 粘土矿物反应 石英 钠长石 沉淀 沉淀 沉淀 一 酸化机理 4 基质酸化增产原理 低于地层破裂压力下注酸 使酸液尽可能沿径向流动 溶解岩石或外来固相颗粒 增加近井地带的渗透率 酸液与岩石发生化学反应 部分溶解岩石 矿物 生成可溶性的盐和气体 增大孔隙体积 溶蚀孔壁或缝壁 增大孔隙体积 扩大裂缝宽度 改善流体渗流条件 酸液溶蚀孔道或裂缝中的堵塞物 或破坏堵塞物的结构使之解体 然后随残酸液一起排出地层 起到疏通流道的作用 恢复地层原始渗透能力 一 酸化机理 Muskat理论计算公式 其中 Jo 无污染地层的产能Js 酸化处理后的产能Fk 污染地层和原始渗透率的比值 Fk ks kok 地层原始渗透率 10 3 m2ks 污染带等效渗透率 10 3 m2re 泄油半径 mrs 污染带半径 m 污染程度 污染半径对增产倍比的影响 封闭油藏污染井示意图 一 酸化机理 计算结果表明 污染地层 在污染半径一定时 污染程度由轻到重 在酸化解除污染后 所获得的增产倍比值也在逐渐增大 这说明基质酸化对存在污染的井是极有效的 无污染地层 进行基质酸化处理 效果不大 一 酸化机理 5 酸压增产原理 酸压是在高于地层破裂压力下 将酸液挤入地层 形成裂缝并与裂缝壁面反应 非均匀刻蚀岩石形成凹凸不平或沟槽状刻蚀缝 酸溶蚀压开的人工裂缝 形成大大高于地层原始渗透率的酸蚀裂缝 提高油气渗流能力 酸蚀裂缝沟通高渗透裂缝带 扩大泄流面积 酸液进入裂缝壁面孔隙或裂隙与岩石发生反应 溶蚀孔壁或微缝壁 改善流体向裂缝渗流条件 酸液溶蚀孔道或裂缝中的堵塞物 或破坏堵塞物的结构使之解体 疏通流道 恢复地层原始渗透能力 一 酸化机理 6 影响酸岩反应速度因素 酸岩反应是在固液两相 酸液与岩石 间的界面上进行的复相反应 温度的影响 温度升高酸岩反应速度加快 压力的影响 低压下 压力对酸岩反应速度影响很大 压力升高 影响减弱 压力升高到5 0 6 0MPa后 压力影响很小 岩石类型的影响 低温下酸液与石灰岩要比白云岩反应速度快 面容比的影响 面容比越大 酸岩反应越快 常规酸化酸液有效作用距离只有几十厘米 酸压活性酸深入地层的距离可以达到几十米 一 酸化机理 酸液类型与酸液浓度的影响 不同类型酸液的离解度相差很大 而酸岩复相反应速度与溶液内部H 浓度呈正比 采用强酸反应速度更快 流速的影响 酸岩反应速度随酸液流速增大而加快 尤其处于紊流状态时更为明显 但反应速度增加的倍比小于酸液流速增加的倍比 酸液来不及完全反应就已流入地层深处 因此 提高注酸排量可以增加活性酸深入地层的距离 同离子效应的影响 溶液中生成物浓度增加将抑制酸液正反应 减缓生成物扩散 增大H 传质阻力 因此 同离子效应减小酸岩反应速度 酸岩反应速度的快慢 决定了酸液有效作用距离的大小 反应速度越快 有效作用距离越短 一 酸化机理 二 酸液及添加剂 酸处理所用的酸液是由主酸液和适当的添加剂组成 酸化时必须针对施工井层具体情况选择适当的主酸液和添加剂 1 酸液选择原则 能与油气层岩石反应并生产易溶的产物 加入化学添加剂后 配制成的酸液化学和物理性质能够满足施工要求 同地层矿物 流体配伍施工安全 方便 酸液选择的原则很简单 即酸液必须有效消除伤害 包括二次伤害 且能增加渗透率 酸化沉淀物伤害主要取决于 1 化学因素 沉淀物在后置液及油层天然流体中的溶解度 2 结晶因素 沉淀物为非晶质还是晶质 3 形态因素 关系到可以移动晶粒 从溶液中检出沉淀在孔隙空间 的形式 4 浓度因素 是否高得足以引起孔隙系统堵塞 5 油层因素 伤害与渗透率 孔隙大小和空隙形态等岩石特征有关 二 酸液及添加剂 注 用15 HCl作前置液预处理 用螯合的5 HCl作前置液预处理 用7 5 HCl或10 的醋酸作前置液预处理 用5 醋酸作前置液预处理 Mcleod 1984 根据大量的现场实践提出了砂岩酸化时酸液的选择准则 如表所示 二 酸液及添加剂 常用酸液主要特点和适用条件 2 常用酸液体系 二 酸液及添加剂 二 酸液及添加剂 适用条件 砂岩储集层的解堵酸化施工 恢复和提高近井地带渗流能力 典型配方 8 12 HCI 3 5 HF 2 3 缓蚀剂 2 3 表面活性剂 1 3 铁离子稳定剂 1 3 粘土稳定剂 1 常规土酸体系 盐酸 氢氟酸工业标准 二 酸液及添加剂 主要特点 酸岩反应速度慢 活性穿透距离大 酸处理半径大 能将粘土及其他微粒融合为惰性粒子 就地胶结 从而稳定粘土 防止微粒运移造成的伤害 能抑制粘土矿物质的水敏性膨胀 有利于储集层保护 有效增产期长 适用条件 砂岩油气层的深穿透酸化施工或高温井的酸化施工 2 氟硼酸缓速体系 氟硼酸由硼酸 H3BO3 和氟化铵 NH4F 和盐酸配置而成 酸化过程中 与地层反应 生成氢氟酸 水解速度较慢 对敏感性矿物有较好的抗失稳特性 二 酸液及添加剂 将酯与氟化胺在井口混合后以较低的排量泵入地层 酯分解生成有机酸 有机酸再与氟化胺反应生成氢氟酸 理论上 该工艺可将酸注入地层很深的部位进行酸化 使用不同的脂类化合物可以满足不同储集层温度 40 107 的要求 3 自生土酸 4 缓速酸 在土酸中加入氯化铝 从而降低酸岩反应速度 但存在氟化铝 氟铝酸盐等伤害性产物过早沉淀的危险 应用于砂岩油层 二 酸液及添加剂 5 有机土酸 有机酸甲酸 HCOOH 和乙酸 CH3COOH 为弱离子型 慢反应的有机酸 有机土酸就是用部分分解的弱有机酸代替土酸中的部分盐酸和氢氟酸 延缓酸岩反应速度 适用于高温井 成本高 6 硝酸 采用粉末硝酸与其它添加剂有机结合形成强酸性和强氧化性液体 与地层反应生成可溶性硝酸盐 可有效解除油层堵塞 不产生二次伤害 反应生成的热还可降低原油和沥青质粘度 恢复油层渗透性 二 酸液及添加剂 在常规酸液中加入一定数量的增稠剂 可使酸液粘度提高到10 40mPa s 称为稠化酸 适用条件 碳酸盐岩地层酸压裂施工或天然裂缝发育地层的深穿透处理 主要特点 反应速度慢 作用距离远具有良好的降滤失性能具有一定的粘度 可造缝和携砂摩阻系数小 极大降低施工泵压典型配方 20 28 HCI 2 酸液增稠剂 2 3 缓蚀剂 2 3