水平井压裂工艺技术

1、 第一部分 大庆油田水平井总体情况 第二部分 大庆油田水平井井下作业配套技术 第三部分 目前存在的问题及下步攻关重点 1年 44口 1991-2005年 38口 52口 2006年 工作量前所未有！ 目前投产井数 单井日产液17.4t 日产油t 累计产油万吨 南1-2-平25井日产 大庆油田通过多种类型油藏大胆尝试，拓 宽了水平井应用领域，在外围薄层、多层葡萄花 油层，特低渗透扶杨油层，长垣厚层水淹层，火 山岩气层，裂缝潜山等多种类型油气藏，尝试应 用了、 等多种类型水平井。 由于大庆油田的地质开发特点，与其它油 田相比，水平井具有（为（为140mm套管套管 ，而其它油田主要为，而其它油田主要

2、为178mm套管）套管）、（一（一 般为般为40-600/100m，最大水平井井眼曲率为，最大水平井井眼曲率为730/100m， 最大侧钻水平井曲率为最大侧钻水平井曲率为1150/100m）、（一般（一般 为为800m1000m，最长水平段，最长水平段1268m）、且 水平井等特点。 不断完善 取得突破性进展 和日趋成熟 不断进步 随着大庆油田水平井应用规模扩大，为进 一步提高水平井的开发效果和效益： 针对大庆外围油田储层物性差、井筒轨迹复杂等增 产改造的难题，初步形成了压裂优化设计、高压耐 磨管柱、测试压裂分析等配套技术 2006年，共进行水平井压裂12口，超过“八五” 以 来水平井压裂井数

3、之和，增产效果显著。同时，进 行了第一口水平井双封单卡压裂，仅用一天时间就 完成了三段压裂，填补了国内空白 l 针对薄互层水平井特点，完善分段布缝原则 根据裂缝和砂体在实钻轨迹上投影位置与周围水井 关系：横向裂缝，避开对应水井，均匀布缝避免裂缝间干扰； 纵向裂缝，裂缝贯穿井筒，避免重叠。 1、进一步完善了水平井限流压裂优化设计方法 (一) 水平井限流法压裂技术 肇肇57-57-平平3535井地质条件不如肇井地质条件不如肇57-57-平平3333井，初期日产井，初期日产 油和累积产油分别是后者的油和累积产油分别是后者的1.371.37、2.162.16倍。倍。 优选的压裂段位于含油砂岩内，且电性

4、显示 明显，含油饱满、总烃含量高；（横向裂缝尤为重要） 人工裂缝尽量沟通邻近的油层，以“一缝 穿多层”为目标进行布缝。 pi2 pi31 pi32 pi4 pi2 pi31 pi32 pi4 横向裂缝 纵向裂缝 l 针对水平段长特点，完善了限流布孔方法 根据布缝条数和施工排量上限，确定限流射孔 段数，按照“跟部少，趾端多，中间匀”的原则确 定各段孔数。 采用dp36rdx-1型射孔枪射孔， 单孔直径8.8mm 台105平2井测试压裂曲线 在相同的施工 排量下，不同 射孔方式孔缝 摩阻相差8.0 mpa。这说明上 下180度的射孔 方式消耗更小 的施工摩阻， 更有利于压裂 施工。 台105-平2

5、测试 时间 (min) pump pressure mpa rate m3/min 9.94 13.57 17.20 20.84 24.47 28.10 -0.79 12.97 26.74 40.50 54.26 68.03 -0.06 1.41 2.88 4.35 5.82 7.29 双88-平44测试 时间 (min) suction rate m3/min pressure 1 mpa 0.00 3.20 6.40 9.60 12.80 16.00 0.00 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00 0.00 14.60 29.20 43.80 58.40 73.00 双8

6、8-平44井测试压裂曲线 孔缝摩阻：孔缝摩阻： 37.5mpa37.5mpa 孔缝摩阻：孔缝摩阻： 29.529.5 mpampa l 开展了压裂规模优化研究 以达到合理缝长，实现“一缝穿多层”为目标，优化施 工规模和施工参数，得出“”施工 的认识。2006-2007年施工口井，平均砂比32%，最大 排量达 m3/min，最大砂量m3。 磨损后磨损后磨损前磨损前 研制y344-115封隔器，中心管优选耐磨材质，改进了工具连 接部位结构，采用橡胶垫充填间隙，满足了施工要求。 州州52-52-平平7070井井 施工施工 后后js-2js-2封隔器中心封隔器中心 管下端磨断管下端磨断 由于薄互层水平

7、井限流压裂排量大、砂比高，以往 使用的js-2封隔器难以适应。 新管柱新管柱 2、研制了适应大排量高砂比压裂管柱 3、发展了水平井限流压裂诊断和评估技术 水平井压裂节点压力分析示意图 水平井限流压裂过程水平井限流压裂过程 中的摩阻与直井相比增加中的摩阻与直井相比增加 了套管沿程损失，在以往了套管沿程损失，在以往 的诊断中被忽略，使得计的诊断中被忽略，使得计 算的炮眼摩阻大于实际，算的炮眼摩阻大于实际， 导致计算的压开孔数不准。导致计算的压开孔数不准。 完善摩阻分析法，提高压完善摩阻分析法，提高压 开炮眼数判断的可靠性开炮眼数判断的可靠性 应用井底压力资料对水应用井底压力资料对水 平井套管摩阻进

8、行了拟合，建平井套管摩阻进行了拟合，建 立了预测公式。同时对不同工立了预测公式。同时对不同工 具下的油管阻力也进行了校正。具下的油管阻力也进行了校正。 为能够定量解释限流压裂裂缝差异，开展了连续 油管测井温解释裂缝形态研究 序号序号井井 号号压裂压裂 日期日期 压裂初期压裂初期2007.06.302007.06.30 累计产油累计产油 (t)(t) 日产液日产液 ( (t/dt/d) ) 日产油日产油 ( (t/dt/d) ) 日产液日产液 ( (t/dt/d) ) 日产油日产油 ( (t/dt/d) ) 1 1肇肇57-57-平平333303.12.2503.12.2529.629.627.

9、227.216.616.613.013.01967519675 2 2肇肇57-57-平平353503.12.2603.12.2622.122.119.919.98.18.13.13.177447744 3 3州州52-52-平平707006.06.0606.06.0638.638.635.735.715.815.813.413.477567756 4 4州州78-78-平平717106.08.3006.08.3049.349.348.848.816.116.114.214.259565956 5 5肇肇62-62-平平222206.12.0406.12.0416.216.215.415.41

10、0.110.19.19.122802280 6 6肇肇33-33-平平282807.01.0707.01.0713.813.812.612.69.99.98.98.9937937 7 7芳芳134-134-平平14714707.03.2507.03.2520.320.317.017.020.320.318.418.4607607 8 8芳芳130-130-平平15015007.03.2807.03.2817.617.617.217.217.617.617.217.2401401 9 9芳芳142-142-平平14614607.05.0407.05.0420.820.818.718.716.61

11、6.614.414.4838838 1010芳芳146-146-平平13413407.05.2107.05.2118.618.616.516.518.618.617.517.5431431 平均平均24.724.722.922.915.015.012.912.9 2424口射孔水平井口射孔水平井13.813.812.812.87.1 7.1 5.2 5.2 44514451 差值差值-10.9-10.9-10.1-10.1-7.9-7.9-7.7-7.7 1212口压裂直井口压裂直井6.06.05.15.14.34.32.92.919331933 差值差值-18.7-18.7-18.7-18.

12、7-13.5-13.5-10.0-10.0 5959口直井口直井4.14.13.63.63.03.02.22.213981398 差值差值-20.6-20.6-19.3-19.3-12.0-12.0-10.7-10.7 肇州油田肇州油田同区块限流压裂与水平井射孔、直井压裂、直井射孔效果统计表同区块限流压裂与水平井射孔、直井压裂、直井射孔效果统计表 限流压裂限流压裂/ /水平井射孔水平井射孔=1.79=1.79 限流压裂限流压裂/ /直井压裂直井压裂=4.12=4.12 限流压裂限流压裂/ /直井直井=6.02=6.02 限流压裂限流压裂/ /水平井射孔水平井射孔= 2.11= 2.11 限流压

13、裂限流压裂/ /直井压裂直井压裂= 3.49= 3.49 限流压裂限流压裂/ /直井直井= 5.0= 5.0 目前：目前：初期：初期： 水平井笼统限流法压裂见到了较好效果，但存在 裂缝难于控制，现有条件下只能压开4-5段的问题 为提高对水平井压裂裂缝的控制程度，增加处理 的层段数，开展了分段压裂研究。另外，为满足 后续增产改造要求，也需要研究水平井 分段压裂工艺技术。 (二) 水平井机械分段压裂技术 州78-平67井应用两级k344-115封隔器单卡上提管 柱和3油管实施了5段清水压裂。 1、分段不加砂压裂试验 施工过程中各段破裂 显示明显，说明双卡 起到了封隔作用 压裂趾端后工具上提载荷有所

14、 增加，且下部封隔器胶筒有破损， 说明用常规尺寸工具进行水平井 压裂施工，确实存在较大风险。 1、分段不加砂压裂试验 k344-115封隔器 液压坐封、丢手；液压坐封、丢手； 下入工具上提解封；下入工具上提解封； 卡距不受限制，可实卡距不受限制，可实 现老井大跨距分段压现老井大跨距分段压 裂施工裂施工。 2、可取桥塞分段压裂技术 第一次：多裂缝 第二次：桥塞压裂 第三次：桥塞压裂 序序 号号 射孔井段射孔井段(m)(m) 井段长度井段长度 （m m） 施工规模施工规模 m m3 3 最高砂比最高砂比 % % 平均砂比平均砂比 % % 压裂液量压裂液量m m3 3 1 2140.0-2132.0

15、8.0陶1924.06.7192 2080.0-2052.527.5陶21+树321.08.5196 21769.5-1706.063.5陶23+树324.013.0213 31438.0-1425.013.0陶23+树335.017.0170 朝平朝平1 1井压裂改造井压裂改造4 4个层段，除起下工具时在变形点稍个层段，除起下工具时在变形点稍 微遇阻外，桥塞坐封、解封及打捞顺利。微遇阻外，桥塞坐封、解封及打捞顺利。 朝平1井压裂施工数据统计 2、可取桥塞分段压裂技术 为满足加砂、降低施工风险、降低成本要求， 研究应用了水平井多段双卡小直径压裂工艺管柱。 v封隔器外径上大、下小（下小于105m

16、m） v控制射孔段长度，保证卡距小于10m v卡距设置返循环通道 v喷砂口距胶筒距离小(仅200mm)，预防沉砂 胶筒外径胶筒外径 (mm)(mm) 疲劳疲劳 承压后外径承压后外径 (mm)(mm) 最大变形最大变形 结果结果备注备注 10410440mpa40mpa5min5min5 5次次下下1091094.804.80合格合格50mpa50mpa未爆未爆 3、水平井多段双卡加砂压裂首次试验成功 现场试验情况及效果现场试验情况及效果 截至目前，应用机械分段压裂工艺成功压裂截至目前，应用机械分段压裂工艺成功压裂 1010口井口井4545个层段，并均获成功。个层段，并均获成功。 一趟管柱最多压

17、裂一趟管柱最多压裂3 3段，最大射孔井段段，最大射孔井段1010m m，每，每 段最多孔数段最多孔数100100孔孔 最大卡距最大卡距33m33m 单井及单趟管柱最大加砂量单井及单趟管柱最大加砂量90m90m3 3、45m45m3 3 最高施工压力最高施工压力53.9mpa53.9mpa 2006年12月8日，在利用双卡 小直径压裂管柱顺利实现上提次压裂层 施工，共加陶粒m3，填补了国内空白。 27/8外加厚油管 95mm安全接头 扶正器 k344-115封隔 器 114mm导压喷砂器 k344-105封隔器导向丝堵 现场施工表明：该工艺可实现3个目的层段压裂 施工，管柱具有，反洗后上提管柱负

18、 荷正常，施工简单，安全。 该井压后初期日产液该井压后初期日产液19.5m19.5m3 3，日产油，日产油t t 层位层位射孔井段（射孔井段（m m） 孔孔 数数 最高施最高施 工压力工压力 mpampa 施工施工 排量排量 m m3 3/min/min 加砂量加砂量 m m3 3 最大最大 砂比砂比 备注备注 pp2 2 1970-1970.71970-1970.77 756563.33.313134242砂堵，反洗后负荷正常砂堵，反洗后负荷正常 1890-1890.71890-1890.77 754543.43.416162121上提负荷正常上提负荷正常 1807-1807.71807-1

19、807.77 756563.63.613132525上提负荷正常上提负荷正常 压裂压裂 次序次序 射开层位射开层位射开井段射开井段(m)(m) 层层 厚厚 (m)(m) 隔层厚度隔层厚度 (m)(m) 小层小层 数数 射开射开 有有 效效 下下上上( (个个) ) 1 1p2p23 3 1634.51634.5 1640.81640.8 2.72.70.50.5未射未射7.87.83 3 2 2p4p4 1648.61648.6 1649.41649.4 0.80.8-7.87.8 未未 射射 1 1 施工原理：待上一层裂缝闭合后，利用携砂 胶团封堵已压开裂缝炮眼，然后对下一目的 层进行压裂施

20、工 肇11斜59井 压裂层段数据表 4、水平井携砂胶塞先导性试验 肇11斜59井压裂施工曲线 肇11斜59(p4) subtitle descriptiondate 时间 (min) pump pressure mpa rate m3/min prop conc kg/m3 0.09 12.81 25.54 38.26 50.98 63.71 -0.55 9.72 20.00 30.28 40.55 50.83 -0.04 0.66 1.36 2.06 2.75 3.45 -9.3 167.1 343.5 519.9 696.4 872.8 压裂施工过程：压裂施工过程：该井共压裂 2层段。考虑

21、到第一层厚度 小，且没有有效厚度，压前 进行了酸化预处理，破裂压 力35mpa，瞬时停泵压力 12.31 mpa，加砂6m3，裂 缝延伸压力3031.7 mpa。 4、水平井携砂胶塞先导性试验 肇11斜59(p23) subtitle descriptiondate 时间 (min) pump pressure mpa rate m3/min prop conc kg/m3 0.12 4.44 8.76 13.08 17.40 21.72 -0.57 9.53 19.64 29.74 39.84 49.95 -0.04 0.59 1.21 1.83 2.45 3.07 -8.9 148.8 3

22、06.6 464.3 622.1 779.9 压完第一层后扩散压力待压完第一层后扩散压力待 裂缝闭合后，打入携砂液裂缝闭合后，打入携砂液 胶塞，上提管柱胶塞，上提管柱30m,30m,封隔封隔 器坐封后最高泵压器坐封后最高泵压48 48 mpampa， 停车，再次起车，缓慢憋停车，再次起车，缓慢憋 压至压至43.37 43.37 mpampa，第二层压，第二层压 开开 。 压裂施工分析：压裂施工分析：从压裂施工曲线上可以从压裂施工曲线上可以 看出，两个层的破裂压力、裂缝延伸压看出，两个层的破裂压力、裂缝延伸压 力、瞬时停泵压力、滤失量等各项施工力、瞬时停泵压力、滤失量等各项施工 参数明显不同，说明压开的是两个不同参数明显不同，说明压开的是两个不同 的层位，因此可以确定本次携砂胶塞分的层位，因此可以确定本次携砂胶塞分 层压裂是成功的，完成了两个不同层位层压裂是成功的，完成了两个不同层位 的压裂施工。为了进一步加以证实，可的压裂施工。为了进一步加以证实，可 以在该井投产后进行产液剖面测试。以在该井投产后进行产液剖面测试。 4、水平井携砂胶塞先导性试验 4、水平井携砂胶塞压裂工艺 该井是一口已射孔的老井该井是一口已射孔的老井,04年年1月投产月投产,已射开已射开5个层段。个层段。 本次选择其中的本