压裂技术理论及应用ppt课件

.,1,压裂酸化技术理论与应用,2010.08,主讲人：卢云霄,中石化胜利石油管理局井下作业公司,.,2,前言,压裂酸化技术不仅仅是提高油气井产量，更是认识地层的重要手段之一。通过压裂酸化改造，使许多复杂区块的地质储量得以升级和动用，在勘探试油和油气藏开发中发挥着日益重要的作用。近年来压裂酸化技术得到了迅速发展，在滩坝砂、砂砾岩、页岩等储层改造中发挥了重要作用。通过压裂改造，使史南地区、临盘基山砂岩体、正理庄油田、孤北深层气等多个低渗透、特低渗透油气藏的储量得以探明和动用，有力地促进了胜利油田的勘探开发。,.,3,主要内容,一压裂技术,二酸化技术,.,4,水力压裂技术自1947年投入现场应用以来，经过半个多世纪的完善和发展，已经成为提高单井产量的基本工程手段之一。压裂技术通过在油藏内形成深穿透、高导流能力的裂缝，提高油气井产量和增加勘探井可采储量，最终提高油气田的采收率。,第一部分压裂技术,.,5,水力压裂作业，是利用地面高压泵注设备将高粘度的流体，以大大超过地层吸收能力的排量注入井筒，在射孔油层附近憋起高压，当井底压力超过井壁附近地层最小主应力及岩石的抗张强度后，在地层中形成裂缝并向前延伸。然后，利用高粘度的压裂液携带支撑剂注入裂缝中，停止注入后，随着压裂液的快速破胶，粘度大大降低，破胶化水的压裂液沿裂缝流向井底，排出地面，携带的支撑剂随即在裂缝中沉降，在地层中形成了具有一定长度、宽度和高度的高导流能力的支撑裂缝。改善了地层附近流体的渗流方式和渗流条件，扩大了渗流面积，减小了渗流阻力并解除了井壁附近的污染，从而达到增产、增注的目的。,压裂机理,.,6,.,7,.,8,压裂工艺是一个复杂的系统工程，要设计一次压裂施工并达到预期的效果，与地质分析（控制着区块的含油分布）、岩石力学（控制着裂缝几何形态）、流体力学（控制着液体流动与支撑剂在裂缝中的铺置）、化学（控制着施工的材料性能）以及机械、材料力学等多学科有着密切的联系。,.,9,压裂工艺流程压裂裂缝扩展及增产机理压裂设计方法压裂工艺技术压裂测试方法压裂施工评估方法,压裂工艺,.,10,1.压裂工艺流程,高压管汇,低压管汇,压裂液罐,压裂井口,支撑裂缝,.,11,.,12,1,2,3,4,5,6,7,2.压裂增产机理水力压裂裂缝增长过程,1,2,3,4,5,6,7,Timeduringfracturetreatment,Fraclength,Fracwidth,1-Fractureinitiationaspumpingoffluidisstarted,2-Fracturepropagationwithfluid,3Proppant(usuallysand)entershydraulicfractureasitissuspendedinthefracturingfluid,4-Proppantadvancesfurtherintothefractureaspumpingcontinues,5Proppantadvancesfurtherinthefractureandmayreachthetipofthehydraulicfractureasfluidcontinuestoleakintothepermeableformation,6Pumpingofthefluid/proppantmixtureisstoppedandfluidcontinuestoleakawayintothepermeableformation,7Formationclosesonproppantandaconductivepathremainsinthereservoir,.,13,增产机理压裂井地层流体流动状态,井筒,.,14,压裂设计优化程序,二、压裂设计方法,参数录取,压裂液和支撑剂优选,地层评估,软件模拟分析,压后评价,现场实施,不断认识地层的过程,.,15,1.压裂设计参数,油气井参数,油气层参数,压裂参数,压裂井的类别、井径、井下管柱（套管、油管）、井口装置、固井质量、射孔井段的位置、射孔方式、弹型、相位角、孔密与孔眼尺寸、井下工具规范、尺寸、额定压力，承受温度与位置。,储层有效渗透率、孔隙度、含油饱和度、有效厚度、储层地层压力、静态温度；储层油水的相渗关系、流体性质（密度、粘度、压缩系数与总矿化度等）；岩石力学性质（弹性模量、泊松比、抗压强度等）；储层就地应力的垂向分布及水平主应力方位；遮挡层的岩性，厚度与就地应力值、井的试油、开发生产与生产测试等资料数据。,裂缝破裂压力、延伸压力与闭合压力、压裂液的类型、流变性、粘温粘时性、滤失与损害等数据、支撑剂的类型及其抗压强度、导流能力与裂缝支撑剂层渗透率等数据、泵注排量、平均砂液比、泵注程序、压裂设备功率及其压力极限、油藏以往压裂实践及其压裂前后生产反应的资料数据。,.,16,2.压裂储层特性,10k0.001md(Gas)100k0.1md(Oil)储层厚，含油性好隔层遮挡性好泄油面积大,k100mD或k0.1mD(Oil)k0.001mD(Gas)储层薄，含油性差隔层遮挡性差透镜体油气藏敏感性储层,理想的压裂储层特性,复杂的压裂储层特性,.,17,3.不同类型油气藏压裂设计原则,低渗透性油藏需要长裂缝,但只需要低到中等的裂缝导流能力中渗透性油藏需要中等长度、高的裂缝导流能力高渗透性油藏只需要短的裂缝，但需要超高的裂缝导流能力,.,18,4.压裂设计目标,wk,=裂缝导流能力,md-m,K=储层渗透率,md,f,对于F30可以得到无限大的裂缝导流能力，一般而言，F2就可以满足生产需要。,CD,CD,.,19,三、压裂工艺技术,1.压裂设计软件FRACPROPT、GOFEER、STIMPLAN,设计软件处于世界领先技术水平,.,20,在压裂施工中，压裂液的主要作用是：造缝和携砂。压裂液与地层岩石和油藏流体要配伍并且对支撑剂渗透率伤害最小。一般来说，压裂液体系主要包括：水基压裂液（羟丙基瓜尔胶）、清洁压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液（CO2或N2）以及相应的交联剂、破胶剂和添加剂，目前胜利油田主要使用水基压裂液。目前胜利油田应用的压裂液以羟丙基瓜尔胶（HPG）为主，其水不溶物含量在6.58%，国外羟丙基瓜尔胶（HPG）水不溶物含量在24%。支撑剂包括石英砂和陶粒，目前胜利油田主要采用陶粒支撑剂。,2.压裂液和支撑剂,.,21,压裂液,压裂液是压裂工艺技术的一个重要组成部分。主要功能是造缝并沿张开的裂缝输送支撑剂，因此液体的粘性至关重要。成功的压裂作业要求液体除在裂缝中具有较高的粘度外，还要能够迅速破胶；作业后能够迅速返排；能够很好地控制液体滤失；泵送期间摩阻较低；同时还要经济可行。,最初的压裂液为油基液；20世纪50年代末，用瓜胶增稠的水基液日见普及。1969年，首次使用了交联瓜胶液。当时仅有约10%的压裂作业使用的是凝胶油。目前，约有85%以上的压裂施工用的是以瓜胶或羟丙基瓜胶增稠的水基凝胶液；凝胶油作业和酸压作业各占约5%；增能气体压裂约占10%。,.,22,压裂液分类,由于水基液具有价廉、性良且易于控制等特点，已成为应用最为广泛的压裂液。用于稠化压裂液的聚合物之一是瓜胶。瓜胶聚合物具有很强的亲水性，把瓜胶粉加入水中，瓜胶的微粒将溶胀并与水化合，即瓜胶聚合物分子与许多水分子缔合，在溶液中展开并延伸。从而增加了溶液的粘度。因为瓜胶中仍有4-8%的水不溶物，所以，在聚合物链上又引入了羟丙基，制成羟丙基瓜胶。,水基压裂液,.,23,水基压裂液性能试验评价,水基压裂液以有机硼交联体系为主，压裂液耐温条件达到150-170。,.,24,油基压裂液,重油最初用作油基压裂液，是因为它们比水基液对含油气地层的伤害小，油基液本身固有的粘度也使其比水更具吸引力。但是油基液较贵，而且施工操作较难处理，所以目前仅用于已知是对水极为敏感的地层中。,.,25,清洁压裂液,常规聚合物压裂液（植物胶）由于存在较多的残渣，仅有30%45%瓜尔胶聚合物返排。聚合物残留在岩石裂缝表面和支撑裂缝内，将明显影响支撑裂缝的导流能力，阻碍流体流动，从而降低压裂改造效果。理想的压裂液是在满足压裂造缝和携砂能力的同时，要求压裂液实现快速彻底破胶，降低对储层的伤害，减少储层污染。在20世纪90年代后期，新一代的压裂液体系被开发成功，在一定程度上，成为常规植物胶水基压裂液体系的换代产品，。,.,26,清洁压裂液,以粘弹性表面活性剂（VES）为主体的粘弹性胶束结构体系。清洁压裂液具有良好的流变性能、滤失性能、低损害与高导流能力特性。同时，该清洁压裂液配制简便，将适量的VES加在盐水中，不需要使用交联剂、破胶剂和其它添加剂，不存在残渣，对储层伤害小，应用前境广阔,.,27,泡沫压裂液泡沫是一种稳定的气液混合物，用表面活性剂可使这种混合物达到稳定。降低了表面张力。当液体从作业井中返排时，泡沫中的承压气体（氮或二氧化碳）膨胀将液体从裂缝中驱出。泡沫加速了支撑裂缝中液体的回收率，因此是一种用于低压储层中的理想液体。由于体积气体的泡沫含量高达95%，所以液相最小。在水基液中，充满泡沫的液体极大地减少了与地层接触的液量，因此在水敏地层中泡沫液的效果良好。,多相压裂液,.,28,乳化压裂液乳化液是两种不融和相的分散体系，如用表面活性剂稳定的水中油或油中水。乳化基压裂液是高度粘稠溶液，具有良好的传输性。乳化液常因乳化剂吸附在地层岩石表面上而破乳。由于聚合物用量极少，这类液体对地层伤害较小，而且可快速清洗。聚乳化液的不足是摩擦压力较高，而且液体的费用较高（除非碳氢化合物可回收）。此外随着温度的升高，聚乳化液明显地变得稀薄，故不宜用于高温井中。,.,29,交联剂用于增加压裂液粘度杀菌剂防止压裂液因时间过长而霉变防膨剂用于抑制粘土膨胀助排剂降低液体表、界面张力，帮助返排消泡剂消除配液过程中液体气泡，使泵送顺利,压裂液添加剂,.,30,支撑剂,支撑剂用于支撑张开的裂缝，以便在停泵和压裂液滤失后，形成一条通往井筒的导流通道。在裂缝内铺置适宜浓度的支撑剂和选择适宜的支撑剂类型是保证压裂作业成功的关键。,.,31,支撑剂的物理性能,影响裂缝导流能力的支撑剂物理性能包括：、支撑剂的强度；、支撑剂的粒径和粒径分布、细小微粒和杂质含量。、支撑剂的因度和球度。、支撑剂的密度。,.,32,支撑剂,Carbolite,Carboprop,shengli,Shanxi,.,33,支撑剂铺置状态,.,34,支撑剂评价长期导流能力试验,.,35,、支撑剂的组分。、支撑剂的物理性能。、支撑剂充填层的渗透性。、闭合后裂缝内聚合物浓度影响。、地层中细小微粒在裂缝中移动。、支撑剂长期破碎性能。,影响裂缝导流能力（支撑裂缝在油井开采期输送产出液能力的量度）的因素如下:,.,36,.,37,支撑剂的选择,、石英砂闭合应力小于42MPa。、树脂涂层支撑剂（RCP）一一闭合应力小于56MPa。、中等强度支撑剂（ISP）闭合应力大于35MPa，但小于69MPa。、高强度支撑剂一一闭合应力等于或大于69MPa。,选择支撑剂时，从强度和费用两个方面考虑，可以参考下述指导性建议:,.,38,3.压裂配套工具,千型压裂井口,Y531型压裂封隔器,.,39,压裂改造技术,4.压裂工艺技术,压裂测试技术,.,40,4.1压裂改造技术,拟平滑加砂压裂技术延缓交联降摩阻技术高砂比压裂技术微胶囊全程破胶技术压前预处理技术,控缝高技术分层压裂技术大型压裂技术强制闭合压裂技术综合降滤技术,.,41,生产层,裂缝上下扩展缝高不能控制,控缝高技术压裂过程中出现的裂缝延伸状态1,.,42,生产层,?,?,裂缝向下延伸,裂缝向上延伸,控缝高技术压裂过程中出现的裂缝延伸状态2,.,43,缝高控制保证压裂增产的关键技术。,.,44,控缝高技术,缝高控制技术是利用射孔（避射、复射、定点射孔）、转向技术和施工参数调整等多种方式控制裂缝垂向延伸，避免压开水层或其他储层的有效手段。目前该技术属国际上压裂前沿技术。该技术在王550井得到成功应用。,.,45,缝高控制技术应力剖面计算,SINOPECSLOF,52,54,50,.,46,分层压裂技术,分层压裂改造工艺是指针对层间跨度较大的储层，在不动管柱的情况下，利用井下工具机械分层的方式分别实施针对性的压裂改造。,措施层,措施层,措施层,措施层,.,分层压裂技术,.,48,针对大井段、薄互层的大型压裂技术,该技术是近年来发展最为迅速，取得成效最大，应用范围最广的一项压裂改造技术，在基山砂岩体、正理庄高89区块、纯梁梁112等区块均取得了显著的增产效果，有效地攻克了以往针对大井段、薄互层的压裂改造难题，单井最大加砂量达到70m3，最高砂比80%，加砂强度达到4m3/m。该技术需要包括综合降滤、降摩阻、高砂比、强制闭合等多种压裂工艺技术的综合运用，设计难度大，施工复杂程度高，是体现压裂设计和施工水平的重要标志。,.,大型压裂技术,储层岩性复杂层间跨度大，井段长油层不集中单层、砂泥岩薄互层发育常规限流压裂改造不充分压后产能低,.,50,大型压裂改造！,.,51,.,综合降滤技术,储层具有双孔隙结构。天然微裂缝、溶孔及泥岩裂缝发育。,压裂液滤失量大，容易过早脱砂导致砂堵。,.,柴油和暂堵剂降滤技术。有机降滤剂、粉陶、低砂比段塞等综合降滤技术。,通过预置柴油和暂堵剂、液氮、粉陶和低砂比段塞等技术，形成综合降滤技术，降低了施工中压裂液向储层天然裂缝和孔洞的滤失速度，提高了压裂液效率，降低了砂堵风险。,综合降滤技术,.,商550井第一层（3020.03024.4m）压裂施工时，采用预置液氮降滤措施，加砂后期出现明显的脱砂显示。,综合降滤技术,.,在该井第三层（2946.22952.8m）压裂施工中，应用综合降滤技术，在施工排量为2.3m3/min的情况下，顺利完成加砂21m3的压裂施工，取得了初产油20.2t/d的改造效果。,综合降滤技术的应用,.,强制闭合技术,压裂液返排速度慢。返排手段单一。压裂液在地层滞留时间长。对储层二次污染伤害严重。,由残渣、滤饼和浓缩胶所引起的瓜尔胶水基压裂液在储层岩心入口端面的残留物较多。,如何提高压裂液的返排效率？,.,胶囊破胶剂平均加入比例从常规的120g/m3增加到360g/m3，提高压裂液破胶速度。压后关井时间从46小时缩短为12小时。强制裂缝闭合，减少支撑剂回流，缩短关井时间，进一步降低储层伤害。,强制闭合技术,.,58,4.2压裂测试技术,裂缝方位测试技术井温测试解释技术小型压裂测试解释技术井底温度压力实时监测技术,.,59,裂缝方位测试技术,目前，现场采用地面无源地震测量原理进行裂缝方位测定。由于水力压裂的造缝方向与最大水平主应力方向一致，所以由造缝方向即可获得地层最大水平主应力方向。另外利用井间地震和测斜仪也同样可以实现裂缝方位监测。,.,60,压裂裂缝测试技术,.,61,井温测试技术,商549井压前压后井温曲线,商549井压裂施工综合曲线,商549井测井曲线图（部分）,.,62,Perfectlyconfinedfrac,WhyMapFracs?,压裂诊断测试技术,.,压裂施工实时数据拟合分析,MatchingnetpressureisaNECESSARYbutnotSUFFICIENTconditionforestimatingfracgeometry,.,64,压裂诊断测试方法及获取参数,瞬时停泵阶梯降排量测试压降测试净压力拟合分析,裂缝闭合压力闭合压力梯度闭合时间压裂液效率滤失系数地层净压力地层有效渗透率地层孔隙压力裂缝几何形态（多裂缝？）炮眼摩阻近井裂缝扭曲摩阻,.,65,压裂诊断测试压降、阶梯降排量测试,.,66,压裂诊断测试分析近井摩阻,.,67,压裂诊断测试分析近井摩阻,.,68,配套完善了与压裂工艺特点相符的井底压力、温度测试仪器，填补了胜利油田在该技术领域的空白。仪器主要技术指标：压力量程：0150MPa温度量程：0180数据存储容量：50万组采样间隔：1秒1小时/点,井底温度压力测试技术,.,69,四、压后效果评估方法,商848井压前双对数导数曲线,商848井压后双对数导数曲线,商550井压前双对数导数曲线,商550井压后双对数导数曲线,.,70,高导流能力裂缝,1.应用试井方法分析压裂效果,.,71,高导流能力裂缝,2.应用试井方法分析压裂效果,.,72,中等导流能力裂缝,3.应用试井方法分析压裂效果,.,73,压裂现场质量控制,井口、管柱、封隔器安全性能质量控制。泵车、仪表设备工作状态质量控制。压裂液、支撑剂质量控制。数据采集和过程质量控制。液体返排质量控制。健康安全和环境保护措施。,.,74,压裂资料录取要求,施工期间及时准确录取以下资料：（1）、施工时间、压裂方式、压裂层位、井段、厚度；（2）、管柱结构及深度；（3）、压裂液、支撑剂名称及性能；（4）、泵压、排量、液量（前置液、携砂液、顶替液）、混砂比、实际加砂量；（5）、关井时间及压力变化；（6）、排液方式、排出总液量（油、水）及含砂比。,.,75,.,76,.,77,第二部分酸化技术,“十五”期间，从车西富台油田开始揭开了胜利油田深层古潜山油藏勘探开发的序幕，此后在桩海104、桩古46、渤古4、渤古401和埕北30的古潜山油藏经过系列的措施改造相继发现了高产油气流，日产油量均达到了100吨以上，为胜利油田古潜山油气藏的勘探带来了光明的前景，这是由于我们发展了一项目前处于当今世界领先技术水平的改造技术大型酸压改造技术。该技术一度结束了车西北古潜山勘探的停滞局面，使富台油田全面投入开发，而且形成了较为完善的大型酸压技术体系，在胜利油田得到了广泛推广应用。,.,78,主要内容,一大型酸压技术,二常规酸化工艺,.,79,一、碳酸盐岩大型酸压技术,酸压是指以酸液为工作液直接压开地层，酸液既是压开地层裂缝的流体，又是与地层反应的流体，通过酸与岩石的反应在裂缝壁面形成溶蚀沟槽，施工结束后，裂缝不能够完全闭合而保持高导流能力的裂缝通道，从而达到连通储层天然裂缝系统，提高产能的目的。,1.什么是酸压？,.,80,2.酸压技术特点,天然裂缝、孔洞发育酸蚀“蚓孔”高酸液浓度，高反应速度高滤失速度，深穿透距离大规模，大排量，压力变化大,不同排量下酸蚀形成“蚓孔”的中子射线照片,.,81,注酸初期，施工压力高于岩石破裂压力，随着注酸过程的进行，施工压力有突然降低的趋势并不断递减。,2.酸压技术特点,.,82,3.大型酸压技术,多级交替注入闭合酸压技术,多级交替注入酸压技术,前置液酸压技术,.,83,前置液酸压裂技术,该技术是先向地层中注入高粘非反应性前置压裂液，压开地层形成裂缝，然后注入酸液溶蚀地层。注入过程中以前置液粘性指进酸压为主，其主观愿望是能够提高造缝体积，降低滤失，并形成非均匀刻蚀沟槽，但实际效果不理想。,.,84,前置酸酸压工艺,.,85,多级交替注入酸压技术,该工艺方