压裂技术发展历史回顾与发展状况 PPT课件

1,压裂技术发展历史回顾与近期低渗层压裂国外工艺技术发展状况,2005.5.,2,压裂技术发展历史回顾与近期低渗层压裂国外工艺技术发展状况,非常规油气储量应用与发展相应技术的重要性对压裂技术发展的历史回顾近期低渗层压裂国外工艺技术发展状况认识与结论,3,非常规油气储量应用与发展相应技术的重要性,4,非常规油气储量应用与发展相应技术的重要性,NationalPetroleumCouncil(NPC)于1992年提出未来石油能源供给深井、深水与非常规资源的动用提出非常规油气勘探开发：石油能源持续增长的需要致密砂层气、页岩气低渗油煤层甲烷稠油呈三角形分布的油气资源非常规油气储量应用需发展的相应技术低渗可采储量有效动用与压裂技术发展,5,三角形分布的油气资源,Masters,J.A.:“DeepBasinGasTrap,WesternCanada,”AAPGBulletin(1979)63,No.2,152.,6,非常规油气储量应用需发展的相应技术,专家提出应进行的专项研究与发展的技术-特殊的地层-评估方法-特殊的油气藏-工程方法-特殊的完井方法-大型水力压裂实施-蒸汽注入-水平井与多分支井-先进的钻井方法专家认为关键问题：发展技术，降低成本，才能使那些资源投放市场,低孔低渗层测井技术改进对含天然裂缝、多层、渗透率各向异性、煤层气与页岩气的解吸与扩散等的油气藏-工程分析方法多层完井、定向射孔、套管测井技术,7,低渗可采储量有效动用与压裂技术发展,低渗可采储量有效动用需求对低渗层的认识（直井、水平井）压裂技术发展获得低渗可采储量有效动用,8,对压裂技术发展历史的回顾,9,对压裂技术发展历史的回顾,压裂技术发展历史的三个重要阶段对国内压裂技术发展历史的回顾国内压裂技术水平总体上接近国际先进水平，部分达到国际先进水平，并有重要的创新低渗层开发研究与压裂改造经济界限问题压裂技术发展与改变传统的技术概念,10,1,解堵压裂2,大型压裂3,端部脱砂压裂4,未来压裂技术发展估计,压裂与油藏工程的组合,压裂技术发展历史的三个重要阶段,11,LowPermeabilityProgram计划,MWX,M-Site,SFE,AST等计划,西部致密气砂层研究计划,研究目的使工业界认识主要低渗含气盆地中天然气的产量潜力，对主要生产层位的选择研究，应发展的相应技术，经济评估,DOE进行的致密气砂层开发规划研究,12,LowPermeabilityProgram计划实施,目标：通过技术发展，从低渗气层中实现增加产量与储量，保证在未来对天然气的足够的供给重点是发展技术，集中于：成象技术与诊断技术探测与表征低渗层天然裂缝网状系统生产技术的验证性试验取得试验区结论，有助于动用未开发与未充分开发低渗储量技术的商业化,应用3D地震与地质力学模型，研究天然裂缝网状系统现场与井筒观测裂缝遥感与非地震地球物理方法理论与建模研究,13,120000100000800006000040000200000,11890m3255m31058m21134m3153m3661m3680m392m3450m4162m315m3132m,051015202530,时间（月）,产量(m3/d),在致密砂岩气藏开发上，水力压裂发展为大型水力压裂技术（MHF）应用典型实例,大型水力压裂技术（MHF）要求液量:约1,136m3支撑剂量:约333,390kg,h=0.9mk=0.050.005mdkh=0.450.045md.m席状砂岩单层均匀介质单一裂缝,14,多、薄低渗层储层物性：例如基质g0.04,he40ft,km1d,以及储层含天然裂缝储层介质类型：双孔介质压裂：多裂缝形态陆相沉积透镜体多种压裂工艺研究,单层储层物性:例如h=0.9mk=0.050.005mdkh=0.450.045md.m储层介质类型：均匀介质压裂：单一裂缝形态席状砂岩大型水力压裂,MWX,M-Site,SFE,AST等计划,LowPermeabilityProgram计划,西部致密气砂层研究计划,15,对国内压裂技术发展历史回顾,1990s低渗砂岩油藏整体压裂、开发压裂、重复压裂、致密超深气层压裂、煤层气压裂：,压裂技术系统继续发展,优化设计,评估,实施,1970s1980s水平裂缝砂岩油层多层分压、低渗砂岩油层深穿透压裂改造,1955.1960s解堵性压裂处理,1955.玉门油田第一次压裂,2000.2004.低渗气砂层压裂、泡沫压裂、复杂岩性低渗油层酸压裂、碳酸盐岩低渗油层压裂/酸压裂、火山岩低渗气层压裂,油藏工程压裂力学酸岩反应动力学压裂酸化材料开发压裂酸化工具、设备,16,国内水力压裂技术应用于低渗砂岩油藏开发3种类型低渗砂岩油藏（区块）实例,17,基本单元分析：不同的“缝长与井网单元”组合，压后采出程度的差别，抽稀井网密度可用有足够的缝长来补偿采出程度的减少,18,对压裂技术发展历史的回顾（续）,国内压裂技术水平总体上接近国际先进水平，部分达到国际先进水平，并有重要的创新,19,压裂技术发展与改变传统的技术概念,压裂从单井增产措施发展成为油藏管理手段创新的工艺技术应用于低渗边际油气藏开发，可取得低成本、高效开发的结果，工艺技术上的组合研究与发展油藏工程、钻完井技术、压裂技术（井下工具、工作液、施工方法）等的组合应用研究在压裂造缝与裂缝导流能力机理的试验研究上的新概念重复压裂、水压裂、多裂缝压裂、水平井无水泥固结完井的水力喷射分段压裂等,20,技术发展要求改变传统的压裂方法与模型,AST（AdvancedStimulationTechnologyDeploymentProgram）计划实施提出：先进压裂技术实施研究结果，对传统的压裂方法与模型提出了挑战实际净压力高于常规理论与实验室实验预测净压力压裂液作用质量控制支撑剂铺置近井地带的裂缝弯曲远场多条裂缝延伸,21,压裂工艺技术发展的特点,工程与地质的组合压裂与油藏工程组合技术概念+专用设备+井下工具+材料+实验室支持+软件支持压裂实施工艺技术整合技术系统压裂技术近期发展特点,22,对类似上述已获得开发的储层条件，可应用成熟技术对未动用储量实施开发对未开发或未充分开发的难采低渗储量压裂实施面临的难度：低孔渗、特低孔渗油层物性，复杂岩性，复杂就地应力场与异常高净压力多、薄低孔渗储层、含不同程度发育的天然裂缝、储层透镜状岩体、严重非均质与各向异性等面对未开发或未充分开发难采低渗储量，必须发展（直井、水平井）完井压裂、重复压裂等增产（注）工艺技术，实施低成本开发与进一步提高储量动用程度对未开发或未充分开发的难采低渗压裂井层的选择、技术实施与压后效果，面临着高难度，加强先导性试验研究的重要性,进一步提高低渗储量动用程度与发展压裂技术,23,近期低渗层压裂国外工艺技术发展状况,24,近期低渗层压裂国外工艺技术发展状况,低渗层压裂改造的难度与近期低渗层压裂国外工艺技术发展的特点多、薄低渗层完井与分层压裂工艺技术多、薄低渗层连续油管分层压裂工艺技术含水低渗多层油藏增产相渗调节压裂液(RPM)增产改造工艺技术低渗层严重非均质与含天然裂缝系统多裂缝压裂重复压裂技术的应用与研究注水井注水反应特性与增注研究低渗层水压裂（Waterfracs）技术应用与效果水平井非固结完井与压裂工艺技术,25,多、薄低渗层连续油管分层压裂工艺技术,概况连续油管压裂设计原则与方法应用实例,26,多、薄低渗层连续油管分层压裂工艺技术（续）,连续油管作业应用现已形成一个热点，于短暂时间内：一种单项的修井服务工具，发展成为多种井下业务的组成部份早期应用：诱喷、排液、酸化近期发展：连续油管钻井连续油管完井连续油管井下作业连续油管装备系统显著的减少作业时间与经费的投入，提高工业卫生与安全减少直接费用，如较低的搬迁费减少依赖于时间的费用减少钻机拆、装费用，成为小型、可动、整装的连续油管组合提高了HSE水平提高了实时采集数据水平,27,多、薄低渗层连续油管分层压裂工艺技术（续）,概况连续油管压裂（CTF）,施工现已5,000口井（如于、）用于多、薄层井/低渗边际井，深度如应用于东Texas气层8,900ft,应用于东南Alberta气层2,4002,600ft,以及1,3002,000ft施工层典型厚度320ft，单井CTF及应用配套的封隔器分压可达14个射孔层段CTF分压快速施工：在欠平衡条件下可实现快速多次移位（常规压裂需用钻机在过平衡条件下，上卸起下连接油管实现移位）应用CTF分压实施多次加砂，可满足对多、薄低渗层压裂分层改造要求应用无电缆套管接箍定位器(WirelessCasingCollarLocators)计量校正CT的深度,28,多、薄低渗层连续油管分层压裂工艺技术（续）,实施范围与设计应用考虑：举例如下,多、薄层井分压改造小直径井的分压改造,VES压裂液+支撑剂+连续油管+封隔器压裂液低伤害性能优化砂液比设计：满足所需的导流能力低摩阻：一般约1/3水基冻胶压裂液的摩阻,29,30,31,多、薄低渗层连续油管分层压裂工艺技术（续）,连续油管压裂设计原则设计时应考虑的2个独立目标：1）优化压裂所需的排量与支撑剂浓度2）由于地面压力的限制应对参数设计必须的限制在方法上不同于常规压裂设计与实施的考虑1）实施的安全性成为更重要的考虑2）连续油管压裂，额定压力不超过10,000psi（应用高钢级别时）3）压裂液应优先选择粘弹性液体系统（VES）：低摩阻1/3常规聚合物摩阻低伤害性能允许在低砂液比时仍可获得所需的导流能力提高排液性能4）应用考虑VES压裂液+足够强度的支撑剂进行连续油管压裂,32,多、薄低渗层连续油管分层压裂工艺技术（续）,连续油管压裂设计工序皮碗跨隔式双封隔器连续油管多层分层压裂单封隔器连续油管多层选压单层,33,34,35,多、薄低渗层连续油管分层压裂工艺技术（续）,应用实例1：连续油管封隔器多层分层压裂（加）西部，大量的天然气储量存在于白垩系多、薄低渗砂层中，用常规限流压裂完井，很多层在操作上与经济上受到限制，为暂放置层应用连续油管压裂连续油管、封隔器、压裂设备等组合应用，完成了对多、薄低渗砂层的经济有效增产改造多、薄低渗砂层与泥岩层间互的浅层，在一些井中含13个单层，深度范围1,3002,400ft，主要分布于：MilkRiver砂岩MedicineHat砂岩SecondWhiteSpecks砂岩多、薄低渗砂层单层厚度36ft，渗透率0.23md,36,多、薄低渗层连续油管分层压裂工艺技术（续）,应用实例1（续）：连续油管封隔器多层分层压裂连续油管分层压裂工艺单井一次射孔，2孔/ft，小单层全射使用23/8”CT与新型可取式连续油管压裂封隔器（RCTF）RCTF可对单井14个射孔段，进行多次封隔压裂，通过封隔器加砂总量已达到200,000lbm使用混气（N2或CO2）交联压裂液，施工排量10bpm、最高砂液比15ppg、20/40目砂已施工约200口井，如其中2口井分压8层，早期效果比常规限流压裂提高60%,37,多、薄低渗层连续油管分层压裂工艺技术（续）,应用实例1（续）：多、薄低渗层连续油管分压与常规压裂比较Alberta东南MedicineHat浅气田，为西部最大气藏之一，约4百万acres，最终储量约9Tcf，已开发井约为45,000口井主要气层为上白垩系MilkRiver（在上部）与MedicineHat（在下部）砂岩层，其中含多、薄低渗层，埋藏深度10002000ft两种压裂工艺：连续油管压裂与常规压裂，于加密井多、薄低渗层进行这两种压裂工艺试验与效果比较增产量可采储量NPV,38,单井连续油管压裂与常规压裂施工参数比较,39,单井连续油管压裂与常规压裂压后效果比较,40,多、薄低渗层连续油管分层压裂工艺技术（续）,应用实例2：深井连续油管单封隔器多层选压未动用边际单层储层（美）东Texas气层，已开发多年大部分井几乎无经济生产价值，需动用未动层（bypassedpayzones），但应用常规压裂在操作上与经济上受到限制东Texas气层未动用边际储层，低渗砂岩K=0.2md，深度8,0418,048ft/套管27/8”现应用连续油管压裂，可开发未动用边际储层1,连续油管选择：OD=13/4”（=0.188”）2,封隔器总成：封隔目的层的上层，封隔器J形槽机构，总成长度4ft，OD=21/4”3，液体与支撑剂选择：VES与中强陶粒4，施工：排量8bpm，最高砂液比4PPA,最高P=9,800psi（8.2bpm,4PPA）中强陶粒压后生产效果：压后产量比压前提高5倍，投资回收期约17天,41,42,43,多、薄低渗层连续油管分层压裂工艺技术（续）,应用实例3：重复压裂连续油管封隔器多级分压（CTF）与不压井起下的油管封隔器多级分压（SF）比较Alberta东南MilkRiver与MedicineHat砂岩浅气层，深度9841641ft，对井层实施重复压裂应用CTF实施复压多、薄层，47层/井，厚度320ft/单层，加砂量20/40目2,60022,800kg应用SF实施复压多、薄层，24层/井，厚度9.845.9ft/单层，加砂量20/40目5,20028,900kg,44,压后效果与经济评估比较,45,含水低渗多层油藏增产相渗调节压裂液（RPM）增产改造工艺技术,在含水低渗多层油藏中，相渗调节压裂液增产改造工艺技术是重要的技术研究RPM技术的发展典型实例,46,含水低渗多层油藏增产相渗调节压裂液（RPM）增产改造工艺技术（续）,在多层油藏中，控水研究是长期以来石油开采的重要技术研究项目；RPM处理多油层间含较高渗条带水层、油水同层、含底水层的油井RPM技术的发展RPM技术概念的提出：如何有效降低生产井水油比，提高产油量In-SituRPM研究-开发PCS(PolymerConformanceSystem)化学剂,1995.1）就地聚合2）不堵塞孔隙3）有效降低水相渗透率4）类似水的粘度5）无需对层实施封隔典型实例：(美)NewMexico，LosMedanos油田BrushyCanyon油层的应用：BrushyCanyon油层带有多个含水层的多油层系，生产含水6070%早期应用常规压裂效果差，液体产量迅速下降，裂缝垂向延伸时，油水层之间无遮挡层,47,48,低渗层严重非均质与含天然裂缝系统压裂多裂缝研究,多条水力裂缝同时延伸现象多裂缝压裂概念的提出水力压裂形成多裂缝条件与观测水力压裂多裂缝模拟压裂压力历史拟合与压后试井水力压裂作业减少多裂缝的基本方法,49,50,水力裂缝多裂缝几何形态的复杂性,51,低渗层严重非均质与含天然裂缝系统压裂多裂缝研究(续),水力压裂形成多裂缝条件与观测储层系统的严重非均质性与存在天然裂缝系统完井时长射孔井段，形成多个压裂造缝起始点压裂造缝起始趋向于由天然裂缝或射孔诱发的裂隙造缝起始后在延伸过程中将形成若干裂缝聚合，多个聚合裂缝多裂缝观测：净压力历史拟合由净压力研究可表示多裂缝状况滤失行为可认识多裂缝的增加裂缝面状况,52,低渗层严重非均质与含天然裂缝系统压裂多裂缝研究(续),水力压裂压力历史拟合水力压裂多裂缝：使用水力裂缝“当量”数多裂缝的条数、几何尺寸,53,多裂缝压裂压力历史拟合,54,低渗层严重非均质与含天然裂缝系统压裂多裂缝研究(续),水力多裂缝压裂实施的基本注意事项，限制引发多条裂缝限制射孔井段长度使用高粘度压裂液正确使用支撑剂段塞使用小粒径支撑剂使用在实施上允许的最高排量定向射孔，与最大水平应力方向一致射孔井段设定于天然裂缝密度相对较低处,55,重复压裂技术的应用与研究,重复压裂技术的商业性应用重复压裂技术的研究与发展,56,重复压裂技术的应用与研究,重复压裂技术的商业性应用,57,重复压裂技术的应用与研究(续),重复压裂技术的商业性应用对复压作业的增产预期要求复压井层选择主要考虑物性、厚度初始压裂裂缝对提高单井供油气面积动用程度的作用复压井供油气面积潜力评估复压压裂裂缝对提高单井剩余储量动用程度的作用评估复压工艺优于初始压裂的改进复压在增储上产中的作用应用实例：WattenbergFieldMuddy“J”与Codell致密气砂层复压应用,58,实例：WattenbergFieldTightCodell气砂层重复压裂作业,Codell致密气砂层重复压裂复压储层研究：Codell致密气砂层为边际储层，复压储层条件首要考虑是孔隙容积条件h1.52ft,h1.5ft为非产层k400ft/s环空井底压力保持略低于裂缝延伸压力,83,Bernoulliequatio