苏里格气田裸眼水平井分段压裂工艺技术及其应用

1、铁合金高效余热发电技术及应用一、 前言： 铁合金属于高耗能行业，其冶炼耗能已超过全国工业能耗的2。目前，我国能源生产的增长速度还难以适应国民经济发展的要求，能源价格仍呈上升趋势，能源费用占企业生产总成本30以上，铁合金企业面临着不小的挑战。利用好铁合金生产过程中的大量余热，将是保障铁合金工业健康发展的有力手段。铁合金行业中又以硅铁生产的能耗最为突出，虽然硅铁生产的产量只约占铁合金总量的1/3，但其消耗的电能却占整个铁合金工业的一半以上。所以本文以硅铁冶炼的余热发电利用作为重点进行论述。在硅铁冶炼过程中，输入电炉能量的45%为电能，其余的大部分来自于冶炼化学反应。可以利用的能量主要有电炉尾气的显

2、热和合金显热。硅铁电炉烟气中大量热能（大约为总输入热量的50%）如果不利用将被烟气带走排入大气。当前，节能减排已成为我国的基本国策，而铁合金、电石、水泥行业又正是典型的高能耗行业，在这些行业里推广余热回收发电技术有利于降低企业能耗，提高能源利用效率。国家对铁合金行业的电价优惠全部取消后，2010年发改委下达文件，自6月1日起，将限制类企业执行的电价加价标准由现行每千瓦时0.05元提高到0.10元，淘汰类企业执行的电价加价标准由现行每千瓦时0.20元提高到0.30元，今年国家会制定科学的节能减排方法，将继续执行差别电价，设备先进的、能耗低的给予优惠政策，能耗高的，节能减排不达标的实行惩罚性上涨电

3、价等，在用电成本增加的情况下，铁合金、电石、水泥等企业余热回收发电项目的投资回收期将进一步缩短，高效余热发电技术将会有更好的发展前景。二、 技术发展趋势近几年，我国铁合金工业迅猛发展，产能和产量快速增长，我国已成为世界第一铁合金生产、消费和出口大国。同时，我国的铁合金生产设备更新换代步伐也在加快，装备技术正向大型化和自动化发展，涌现出的一批新工艺对铁合金工业发展起到了很大推动作用。尽管如此，我国铁合金工业运行和发展中仍存在一些亟待解决的突出矛盾和问题，如生产能力过剩、工艺装备技术落后、产业集中度偏低等。国家有关部门多次出台铁合金行业相关政策，以淘汰落后产能、节能减排、调整结构为发展重点。在铁合

4、金生产过程中，会产生大量余热。鉴于铁合金生产过程工艺比较成熟，对生产过程中产生余热加以利用，将成为铁合金工艺节能的主要研究方向之一。硅铁是以焦炭、钢屑、石英（或硅石）为原料，用电炉冶炼制成的。生产一吨硅铁电能消耗约为： 8400-9000kwh/t。铁合金企业常用的废气余热利用方式归纳起来主要有以下几种：1. 使用换热器；2. 余热锅炉；3. 余热发电(热电联产；4. 余热制冷。由于国家对限制类和淘汰类企业执行电价加价政策，甚至拉闸限电，加上国内能源紧张电价一直呈上涨趋势，铁合金企业采用废气余热发电的方式成为首选。硅铁矿热炉烟气余热发电的核心技术包括：1. 余热锅炉进出口烟气参数的确定；2.

5、余热电站热力系统及参数的确定；3. 余热锅炉的清灰技术的确定；4. 余热锅炉的高效换热技术的确定；根据铁合金矿热炉不同形式，余热发电热力系统可以考虑采用单压余热发电、双压余热发电、闪蒸余热发电、中温中压余热发电、联合循环余热发电等技术。硅铁电炉烟气中的硅灰（sio）：极细，其微小的颗粒被称为硅微粉，平均粒径0.15-0.20m，比表面积为15000-20000m2/Kg，具有极强的表面活性，对于余热锅炉受热面其有着极强粘附力和非常高的热阻。受热外管壁粘灰后大大降低了热交换率，这是一个非常棘手的问题。锅炉受热面清灰方式包括：钢珠清灰、机械振打、激波、燃气爆燃等等。无论采用哪种余热发电热力系统和清

6、灰方式，首先需要考虑在同规模矿热炉或同等的余热条件下，选择余热转换为电能效率最高的技术，即选择余热发电站的余热发电效率最高的技术。目前的几项应用技术指标比较见表1：幢表1 硅铁合金矿热炉余热发电技术比较表企业名称硅铁矿热炉炉容量单台电炉烟气量万Nm3/h废气温度配余热锅炉发电装机容量（MW）清灰方式/锅炉结构青海百通硅铁厂3x12500KVA约370-4301*3机械刷灰加激波/锅炉非自带除氧器鄂尔多斯冶金有限责任公司8x25000KVA12约370-430（两台电炉配一台锅炉）产汽量：18.5t/h,1.35MPa，t=340排烟温度大于1502*9机械振打为主，燃气爆燃为辅/真空除氧青海物

7、通集团实业有限公司2*14000kVA400-850排烟温度大于1501*3机械钢刷腾达西北铁合金有限责任公司一期2x25000KVA12-14（实际9）430-480（实际330-470）（单台电炉配一台锅炉）产汽量：16.5t/h,2.0MPa，t=40010（实际约380）排烟温度：150第卷第期开发工程苏里格气田裸眼水平井分段压裂工艺技术及其应用郑云川陶建林蒋玲玲杨南鹏沈建国川庆钻探工程有限公司井下作业公司川庆钻探工程有限公司苏里格项目经理部郑云川等苏里格气田裸眼水平井分段压裂工艺技术及其应用天然气工业，（）：摘要水平井分段改造是扭转低渗透油气田多井低产、转变发展方式、实现少井高产的重

8、要手段，年苏里格气田开始实施大规模的水平井开发，制订了口水平井的开发部署。但是，裸眼水平井压裂裂缝起裂和延伸的复杂性，以及裂缝条数的不确定性给裸眼水平井的有效压裂带来了巨大挑战。在介绍分段压裂工具及工序的基础上，重点研究裸眼水平井压裂裂缝的起裂机理，对比直井地层破裂和裂缝延伸的特点，分析了裸眼水平井压裂裂缝的延伸特征，结合实例水平井分段压裂得到裸眼水平井压裂会产生次生裂缝的结论，以增加主裂缝缝长和控制次生裂缝数量为目标，通过净压力拟合和预测的方法建立了裸眼水平井分段压裂参数的力学设计方法。该结论和方法在苏里格气田苏、桃区块水平井的分段压裂中取得了成功，压后效果证明了其结论的正确性和方法的有效性

9、。关键词苏里格气田水平井裸眼完井分段压裂起裂模型裂缝（岩石）参数有效性：裸眼水平井分段压裂工具及工序分段压裂工具裸眼水平井分段压裂需要的主要工具类型和参数见表。按国际标准，投球滑套内通径采用梯度，分段级数小于等于级，采用梯度，分段级数可达到级。表碬套管、碬裸眼水平井分段压裂工具组合表类型通井规铣柱反打开滑套悬挂封隔器裸眼封隔器投球滑套压差滑套浮鞋低密度球长度外径内通径启动压力分段压裂工序分段压裂工序具体流程如图所示。图分段压裂工序流程图为了让裂缝在压裂段能集中起裂，苏里格气田多数以双封隔器进行单段压裂，例如分段使用个裸眼封隔器，其压裂施工管柱结构如图所示，反打开滑套可在压裂施工前打开，施工时以

10、便监测井底压力。裸眼水平井压裂裂缝起裂机理裸眼水平井压裂裂缝起裂模型无限大地层水平钻进后在井壁周围会产生应力集中，其物理模型如图所示，并假设井筒方向与水平最小主应力方向平行。井壁圆周应力分布如图所示，其中径向应力和作者简介：郑云川，年生，高级工程师，博士；主要从事油气田增产技术研究工作。地址：（）四川省成都市二环路北四段瑞丰巷号。电话：。：图分段压裂施工管串示意图（）（）（）（）（）式中为径向应力，；、分别为水平最大主应力和最小主应力，；为径向距离，；为井眼半径，；为井眼圆周上一点与水平面的夹角，（）；为垂直于井筒平面的剪应力，；为井眼内压图三轴应力下水平井物理模型图图井壁圆周应力分布图切向应

11、力由式（）、（）和式（）计算，垂向应力由（）式计算。（）（）（实际11图井壁上不同位置的切向应力值图图不同径向距离处井筒顶部和底部的切向应力图基本消失，在超出应力集中带后，重新产生垂直于最小主应力的横向主裂缝（图）。图水平井压裂起始微型纵向裂缝与横向主裂缝图430-480（实际360-480）图桃井石盒子组压裂净压力拟合结果图产、隔层应力差为，区域破裂压力梯度为，区域地层破裂压力为。从净压力拟合结果和区域地应力参数得到一重要结论：地层破裂压力减去产层闭合压力既是达到地层破裂压力时缝内净压力，计算得出的该值为层的破裂压力，而图此时的井底压力已达到显示裂缝延伸时的缝内净压力可涨至，对于射孔完井的直

12、井压裂，已经超过地，井底压力可以超过地层破裂使裂缝继续向前延伸，而对于裸眼完井的水平井压裂，井底压力达到地层破裂压力时必将在裸露段的其他应力薄弱处产生新的次生裂缝；一旦形成新的次生裂缝，主裂缝的缝长不再增加，由于次生裂缝没有前置液造缝，井底压力将迅速上涨，砂堵即将产生，裸眼水平井次生裂缝产生的压力响应如图所示。图桃井第段压裂施工曲线图（单台电炉配一台锅炉）图排量、前置液比例、平均砂浓度与净压力值的关系图（水平线为地层破裂时的净压力）从图可以得出排量和平均砂浓度没有前置液比例对缝内净压力上涨的控制力度大，且垂直厚度的厚储层净压力涨幅远低于的薄储层净压力的涨幅。按照净压力预测结果，以增加主裂缝缝长

13、和控制次生裂缝产生为出发点，苏、桃区块水平井分段压裂参数优化范围如下：排量、薄砂体前置液比例，厚砂体前置液比例，平均砂浓度。现场应用目前，苏里格气田苏、桃区水平井分段压裂共施工口井，施工成功率，获得平均测试产量，平均无阻流量，最高测试产量，最高无阻力量，具体设计及施工参数和压后产量如表所示。压后效果证明笔者所建立的方法有效，结论正确，应用效果良好。表苏里格气田苏、桃区块裸眼水平井分段压裂参数与压后效果表井号桃桃桃桃桃苏测试产量无阻流量水平段长度压裂段数总液量总砂量平均砂浓度排量液砂比前置液比例结论）裸眼水平井分段压裂工具入井的井筒准备和压裂施工是两个关键环节，施工前打开反打开滑套可以实时监测井底压力。）裸眼水平井由于应力集中使得纵向裂缝的破裂压力比横向裂缝的破裂压力低，压裂首先形成纵向微裂缝，在穿过应力集中带之后形成横向主裂缝。）裸眼水平井压裂在施工后期容易形成次生裂缝，次生裂缝产