水平井增产技术研究

工程名称:水平井增产技术研究一、研究内容二、技术研究的路线三、主要技术经济考核指标四、工程完成情况及取得的成果五、考核指标与实际完成指标比照六、几点体会汇报提纲一、研究内容

1、国内外水平增产技术调研:2、水平井压裂系列技术研究：1〕水平井压裂增产机理研究；2〕裂缝条数、形态对增产量影响；3〕水平井水力喷砂技术研究；4〕水平井机械隔离分段压裂技术研究。3、水平井酸化、解堵技术研究：1〕水平井污染机理研究；2〕水平井机械分段及连续油管拖动酸化技术研究；3〕酸液体系配套与完善；4〕其它解堵液体系配套与完善。一、研究内容二、技术研究的路线三、主要技术经济考核指标四、工程完成情况及取得的成果五、考核指标与实际完成指标比照六、几点体会汇报提纲二、技术研究的路线

1、开展国内外水平井增产技术调研，提出技术研究对策。2、开展裂缝条数、形态对增产量影响研究，根据模拟结果，确定最优化缝长、裂缝条数等参数。3、通过引进、研究改进等手段，配套性能稳定、可靠的水力喷砂分段压裂工具，满足现场井下工具应用的需求。4、分析水平井污染伤害特征，开展针对性低伤害强缓速酸液配方和机械酸化技术研究，实现水平段的均匀酸化，提高酸化、解堵效果。一、研究内容二、技术研究的路线三、主要技术经济考核指标四、工程完成情况及取得的成果五、考核指标与实际完成指标比照六、几点体会汇报提纲三、主要技术经济考核指标1、水力喷射压裂喷嘴耐用性≥2段，施工成功率100%，或牛圈湖区块平均单井日增油≥5t/d，其它区块≥8t/d；2、水平井机械隔离分段压裂分段≥3段，施工成功率100%，或平均单井日增油≥5t/d；3、水平井酸化、解堵技术实现均匀布酸，增油有效率≥75%；4、完成不同区块、不同完井方式水平井压裂机理研究；5、形成水力喷砂压裂技术系列；6、形成水平井机械隔离分段压裂技术系列；7、形成水平井酸化、解堵技术系列。一、研究内容二、技术研究的路线三、主要技术经济考核指标四、工程完成情况及取得的成果五、考核指标与实际完成指标比照六、几点体会汇报提纲四、工程完成情况及取得的成果1、国内外水平增产技术调研---压裂水平井压裂改造的难点：①改造井段长，需要分段改造。水平井改造的井段一般为数百米到几千米，为在需要改造的位置形成水力裂缝，需要采用分段改造措施；②水力裂缝优化复杂。为得到较好的改造效果，直井只须优化水力裂缝的支撑长度和导流能力，而水平井不仅要优化水力裂缝的几何尺寸，还要优化水力裂缝的条数，以减少水力裂缝之间的干扰，得到较高的累计产量；③分段改造实施工艺技术难度大。水平井一般分3-5段压裂，每一段如何隔离开，不影响下一井段的施工，施工平安且在较短的时间内完成，存在相当的难度，可以说是水平井压裂的核心。1〕化学隔离分段压裂技术该技术主要用于套管井。其具体做法是：先射开最远的层段〔第一段〕，油管注入压裂，完成后用液体胶塞和砂子隔离已压裂井段，再射开第二段，通过油管压裂该段，完成后再用液体胶塞和砂子隔离。采用这种方法，依次压开所需改造的井段，施工结束后冲砂冲胶塞合层排液求产。长庆油田2006年前采用填砂＋液体胶塞分段压裂工艺施工7口井19段，单段加砂21-30m3，2口井有明显的增产效果，到达相邻压裂直井产量的2倍以上，其他5口井增产效果不明显，与相邻压裂直井产量相当。四、工程完成情况及取得的成果1、国内外水平增产技术调研---压裂四、工程完成情况及取得的成果1、国内外水平增产技术调研---压裂2〕限流法分段压裂技术限流压裂技术是在压裂过程中，当压裂液高速通过射孔孔眼进入储层时会产生孔眼摩阻随泵注排量增加而增大，带动井底压力上升，当井底压力一旦超过多个压裂层段的破裂压力，即在每一个层段上压开裂缝，它要求各个段破裂压力根本接近，可用孔眼摩阻来调节。该技术适合套管完井且压裂前没有射孔的水平井，大庆、吐哈等油田进行过现场实验。吐哈油田2007年在牛平10-12井上开展了限流压裂改造技术试验。该井水平段长425m，分4段采用定向限流射孔，射孔总厚度2m，总孔数20孔，方位为30下、150下，施工获得成功，入井总液量323m3，入井砂量42.7m3。压后最高日产液25.28m3/d，日产油20.19t/d，稳定日产液10m3/d，稳定日产油6.7t/d。四、工程完成情况及取得的成果1、国内外水平增产技术调研---压裂3〕机械封隔分段压裂技术机械封隔分段压裂技术是近年开展较快和技术系列最多的水平井改造技术，国外哈里伯顿、贝克休斯、斯伦贝谢，国内大庆、长庆、吉林、四川等开展了配套的技术与工具。①双封隔器单卡分压②机械桥塞+封隔器分段压裂③环空封隔器分段压裂④裸眼管外封隔器滑套式压裂完井技术①双封隔器单卡分压大庆油田主力开展的分段压裂技术，可以一次性射开所有待改造层段，压裂时利用导压喷砂封隔器的节流压差压裂管柱，采用上提的方式，一趟管柱完成各层的压裂。封隔器耐温90℃，耐压50MPa，截至2021年12月，共完成75口井、355个层段分段压裂现场试验，工艺成功率97.3%。现场数据显示，这些井一般施工时间1～3天，一趟管柱可压裂5层，单趟最大加砂115m3，单井最大加砂量120m3，最大卡距48m。朝100-葡平35井分段压裂现场试验突破8层，单趟管柱加砂102m3，创国内水平井单趟压裂管柱压裂层段最多的纪录。3〕机械封隔分段压裂技术四、工程完成情况及取得的成果四、工程完成情况及取得的成果3〕机械封隔分段压裂技术②机械桥塞+封隔器分段压裂射开第一段,油管压裂，完成后下机械桥塞座封封堵；再射开第二段，油管压裂，机械桥塞座封封堵；按照该方法依次压开所需改造的井段，打捞桥塞，合层排液求产。中石油长庆、吉林、吐哈油田，中石化中原等油田研究应用了该技术。自2006年8月-2021年4月应用18井54层，工艺成功率100%，耐温120℃，耐压70MPa，工作套管5½“和7〞，适用于水平井任意层段压裂，桥塞打捞吨位小〔2-3吨〕；步进锁定坐封解封，双向卡瓦锚定。吐哈油田首次完成了已经射孔的水平井分三段压裂施工，工具全部采用国产工具。3〕机械封隔分段压裂技术③环空封隔器分段压裂吉林油田开发的技术，已成功地应用于浅层油藏，相对成熟，在深井应用中还需改进与完善。首先把封隔器下到设计位置,从油管内加一定压力坐封环空压裂封隔器，从油套环空完成压裂施工，解封时从油管加压至一定压力剪断解封销钉，同时翻开洗井通道，洗井正常后起出压裂管柱，重复作业过程，实现分射分压。主要技术指标：分射分压2段；耐温150℃，耐压70MPa；工作套管5½“和7〞；解封后可反洗井；步进锁定坐封解封，双向卡瓦锚定。自2006年8月以来，应用20井40层段，工艺成功率100%。四、工程完成情况及取得的成果四、工程完成情况及取得的成果3〕机械封隔分段压裂技术④裸眼管外封隔器滑套式压裂完井技术BakerHughes近5年来开展完善的一项用于裸眼水平井的完井压裂技术，可以实现水平井分段压裂。主要技术特点：●管柱耐温160℃，耐压70MPa；●可实现水平井分段大规模压裂改造，能实现1口井8段压裂；●不用固井，降低储层伤害；●不用射孔，节约投资；●效率高，节省完井及投产时间。国内近年新疆、吉林、长庆、大庆等油田和BakerHughes合作，引进该技术进行现场实验，最多压裂5段，效果好，但该技术费用比较高。4〕水力喷砂分段压裂技术四、工程完成情况及取得的成果1、国内外水平增产技术调研---压裂是90年代末开展起来的，目前国外应用比较广泛。其技术原理是根据伯努利方程，将压力能转换为速度，油管流体加压后经喷嘴喷射而出的高速射流(喷嘴喷射速度大于126m/s)在地层中射流成缝，通过环空注入液体使井底压力刚好控制在裂缝延伸压力以下，射流出口周围流体速度最高，其压力最低，环空泵注的液体在压差作用下进入射流区，与喷嘴喷射出的液体一起被吸入地层，驱使裂缝向前延伸，因井底压力刚好控制在裂缝延伸压力以下，压裂下一层段时，已压开层段不再延伸，因此，不用封隔器与桥塞等隔离工具，实现自动封隔。4〕水力喷砂分段压裂技术哈里伯顿、BJ等公司在国外应用近千口井，国内长庆、万庄分院、新疆、四川等油田研究应用超过50口井，2021年11月大庆油田试验1口井4段压裂，施工15天，压后产气13万方。吐哈油田实验了2口井，现场施工一次成功，压后产量由施工前的1～2t/d增加到施工后的9～20t/d，取得了较好的增产效果。目前，国内应用该技术的难点在于喷嘴材料优选、设计和相关水力参数优化，国内的喷嘴容易磨损，加砂量比较小，施工过程中发生喷嘴刺穿现象。另外，该技术作业过程中需要动管柱，需要配套井口的带压作业装置，施工周期比较长。喷枪扶正器丝堵外加厚油管2021年10月26日-28日，在牛东平2井进行了两段水力喷射分段压裂，最高砂比45%，两段分别参加陶粒18.1m3和17.8m3，压后合采，日产液24.0m3/d，日产油19.8t/d，含水2%。2021年在牛东7-9井实施取得突破，单层最大加砂量27m3，压后日增油9t/d。四、工程完成情况及取得的成果四、工程完成情况及取得的成果1、国内外水平增产技术调研---压裂5〕连续油管水平井分段压裂技术连续油管作业装置被誉为“万能作业〞设备连续，连续油管压裂技术的关键是井底工具组合，采用膨胀式封隔器可在单个井眼中对多个目的层进行射孔并进行有效地改造，配套水力喷砂装置还可以对水平井、直井进行水力喷砂压裂。国内利用连续油管压裂的还处于实验阶段，中石化华北分公司在大牛地气田和BJ公司合作，进行了两口井6层次的试验应用，成功率100%，平均单层加砂26.28m3,单层最大加砂31m3，首次在国内致密气藏采用连续油管喷砂射孔环空分层压裂；西南油气田公司在四川白浅110井成功实施连续油管水力喷砂逐层压裂〔油管注入〕，不过这几口井均为直井。在国外该技术比较成熟。1、国内外水平增产技术调研---压裂总结四、工程完成情况及取得的成果压裂方式技术特点主要指标/关键技术适应性备注化学隔离分段压裂技术1、施工安全性高；2、对所隔离的层段伤害大；3、施工繁杂，作业周期长。1、

液体胶塞是核心1、该技术主要用于套管井。1、该技术很少使用。限流法分段压裂技术1、分段的针对性相对较差；2、设计限流裂缝数多、隔层薄、层间差异大，导致压不开，支撑剂进入不均衡。1、利用孔眼摩阻调节使每个段破裂压力基本接近1、该技术主要用于套管井；2、压前没用射孔。1、该技术很少使用。机械封隔分段压裂技术双封隔器单卡1、一次性射开所有待改造层段；2、采用上提的方式，一趟管柱完成各层的压裂。1、封隔器耐温90℃，耐压50MPa；2、一趟管柱可压裂5层单趟管柱加砂102m31、该技术主要用于套管井；1、该技术主要在浅井使用。2、工具的可靠性差。机械桥塞+封隔器1、分段的针对性相对较强；2、水平井任意层段压裂1、耐温120℃，耐压差70MPa工作套管5½“和7”2、一趟管柱可压裂8层单趟管柱加砂102m31、该技术主要用于套管井；1、该技术主要在浅井使用。2、施工时间15-30天。环空封隔器1、只能分2段压裂；1、适应51/2和7”套管，耐压差70MPa，150℃1、该技术主要用于套管井；1、该技术主要在浅井使用。裸眼管外封隔器滑套式1、水平井任意层段压裂2、不用固井，降低储层伤害3、不用射孔，节约投资4、效率高，节省完井及投产时间1、管柱耐温160℃，耐压70MPa；1、该技术主要用于裸眼井；2、施工结束后，管柱永久留在井里。1、该技术是目前流行的技术。2、费用高水力喷砂压裂技术1、不用封隔器与桥塞等隔离工具，实现自动封隔2、施工安全性高；1、管柱耐温120℃，耐压50MPa；2、一趟管柱可压裂4段1、可以在裸眼、筛管完井、套变井、套管井上进行施工1、受到环空压力的限制。2、工具的性能需提高。连续油管水平井分段压裂技术1、施工安全性高，快速；2、万能作业1、井底工具组合是关键。1、可以在裸眼、筛管完井、套变井、套管井上进行施工1、在国内还处于实验阶段1、国内外水平增产技术调研---压裂技术研究对策四、工程完成情况及取得的成果1)针对以裸眼方式完井的水平井,以裸眼管外封隔器压裂技术为主,研究方式采用引进国外成熟的技术，提高水平井的产量。2)针对以筛管、套管方式完井的水平井，重点开展水力喷砂压裂技术研究，研究方式与中国石油大学〔北京〕合作，中国石油大学〔北京〕合作以理论研究为主，工程院以现场试验为主，创新点是将喷枪与滑套结合，实现一趟管柱两段以上的水力喷砂压裂改造。四、工程完成情况及取得的成果1、国内外水平增产技术调研---酸化水平井酸化与直井酸化相比有显著不同的。水平井酸化处理作业更为复杂和困难，因为水平井酸化时，酸液分布受到了更长井筒的影响。水平井酸化的难点：水平段浸泡时间长，污染程度深，酸化施工规模大、时间长、残酸返排困难，容易造成二次伤害。酸液在整个层段均匀置放难度大。1、国内外水平增产技术调研---酸化1)水平井酸化酸液体系的调研化学转向酸化液在水平井中利用暂堵剂是为了在不进行机械封隔情况下，有效地沿处理区段的井筒布酸。主要转向剂材料：①细粒惰性有机树脂；②固体有机酸；③可变形固体；④蜡的混合物；⑥油溶性聚合物；⑦遇酸膨胀聚合物；⑧含有水溶性聚合物的岩盐等。如苯〔甲〕酸、岩盐、蜡球、油溶性树脂、泡沫等。主要性质：①材料在浓酸中应根本上是不溶解的；②应在岩层外表形成低渗透致密滤饼，而不会穿入地层；③密度不要太高以防发生沉降；④生产期间易于消除等。四、工程完成情况及取得的成果1、国内外水平增产技术调研---酸化1〕水平井酸化酸液体系的调研四、工程完成情况及取得的成果盐酸配方针对碳酸盐岩储层，采用高浓度盐酸，酸液中添加有机缓速酸，延缓酸岩反响速度。由于水平井处理用酸量较大，一般选用一种不昂贵的无机酸〔如HC1等〕。对于碳酸盐岩来说，更应选用HCl，因为碳酸盐岩在HC1中极易溶解〔+98%〕。当钻井泥浆浸入非碳酸盐胶结砂岩的基质时，采用一种土酸〔HCl-HF〕作处理液。对微粒运移严重的，推荐用氟硼酸处理液。复合解堵酸水平井钻井液中含有聚合物势必会对储层造成有机伤害，采用氧化剂+酸液的复合解堵液，解除水平段存在的有机和无机伤害，考虑氧化剂的强腐蚀性用量在0.1-0.2%，酸液为潜在复合酸，具有强的缓速能力，保证酸液解堵深度。胜利油田滨古14-侧平井钻井伤害投产无油气显示，采用复合酸液解堵后初期产量产液30m3/d，产油21t/d，含水30%；桩2-2侧平1井采用复合解堵酸施工，酸后增产产液46.9m3/d，产油12.0t/d，含水73.5%，解堵效果显著。1、国内外水平增产技术调研---酸化1〕水平井酸化酸液体系的调研四、工程完成情况及取得的成果缓速酸针对超深水平井的储层污染伤害优选泡沫缓速酸和深穿透缓速酸，延缓酸岩反响速度，酸液解堵能力强，解除有机和无机伤害，且泡沫酸具有增能返排的能力，二次伤害小。塔里木油田超深水平井井深5000m左右，采用筛管完井，采用泡沫酸和深穿透缓速酸施工，酸液腐蚀速率1.0g/m2·h,酸液破乳能力100%，60min残酸的PH值≤2.0，岩芯流动实验解堵效果渗透率的恢复率110%，用酸强度在3/m,酸后采取气举或连续油管排液，现场用用13井次，酸后累计增油15×104t。1、国内外水平增产技术调研---酸化2〕水平井酸化布酸工艺技术的调研①笼统酸化工艺技术笼统酸化工艺技术是将油管下放至水平段的末端或始端，不采取任何的酸液置放技术将酸液挤入地层，工艺简单，但酸后易造成注酸点附近酸液浸泡时间较长过度溶蚀，水平段不能实现均匀酸化，酸后残酸返排困难。胜利东辛油田属疏松砂岩油藏，辛9-平1井采用笼统酸化工艺，主酸为硝酸+氟硼酸，酸后采取泡沫液排酸，增强排液效率，酸后日产液20m3，日产油11t。四、工程完成情况及取得的成果1、国内外水平增产技术调研---酸化2〕水平井酸化布酸工艺技术的调研②机械转向技术机械转向可主要分为封隔器转向和堵球转向。利用封隔器进行转向时，一般选用膨胀式封隔器或皮碗式封隔器，如果水平井段是用选择性完井方式完井的，就可用跨式双封隔器选择性注入处理液，目前已经开发了连续油管与膨胀式双封隔器分段处理技术〔FSTS地层选择处理系统。加拿大的Midale油田碎屑石灰岩储层的C3-5水平井，裸眼水平段长303m，使用带扶正器的膨胀式双封隔器通过常规的73mm油管下至预定深度，实现对裸眼井段的解封、移动并重新座封，对303m的水平段进行了27次酸化作业，处理长度115m，酸后进行效果统计产量比酸化前增加40%。。四、工程完成情况及取得的成果1、国内外水平增产技术调研---酸化2〕水平井酸化布酸工艺技术的调研③化学微粒暂堵剂分流酸化技术化学微粒暂堵剂分流是水平井基质酸化中最常用的转向技术。化学微粒暂堵酸化就是利用酸液优先进入最小阻力的高渗层，在酸液中参加适当的分流剂，随着注酸过程的进行，高渗层吸酸多，分流剂进入量也多，对高渗层的堵塞也较大，从而逐步改变进入各小层的酸量分布，最后到达各层均匀进酸的目的。显然，采用分流酸化技术，到达解堵所需酸量低于非分流酸化技术，并且可减轻措施工作强度，是一项较好的砂岩储层解堵酸化技术。胜利滨南油田滨古14-侧平1井，岩性为属白云质灰岩或泥质灰岩，酸液为盐酸+有机酸，施工工艺采用“多级注入+转向剂+缓速酸〞的方式，选择上提油管实现两点注酸增强均匀布酸。该井酸前日产液1.5m3，日产油1.4m3,酸后产量恢复至日产液24.4m3,日产油13.2m3，说明酸化起到了解堵增产的目的。四、工程完成情况及取得的成果1、国内外水平增产技术调研---酸化2〕水平井酸化布酸工艺技术的调研④水平井连续油管注酸技术目前，常用的连续油管注酸方式有2种：一是连续油管与膨胀跨式封隔器分段注入工艺，利用连续油管拖动作用，座封封隔器实现逐段酸化；二是连续油管全程拖动解堵酸化工艺，利用连续油管替出井内压井液，拖动挤酸的过程中实现整个水平段的均匀酸化，酸后采取连续油管气举排液。西南油气田白云岩储层的磨西雷一气藏的M38H和M50水平井采用连续油管拖动解堵酸化施工，连续油管全程拖动注酸，拖动速度5-10m/min,平均挤酸35m3,套管返液6m3，酸后无阻流量计算平均增气6.79×104。四、工程完成情况及取得的成果四、工程完成情况及取得的成果1、国内外水平增产技术调研---酸化2〕水平井酸化布酸工艺技术的调研⑤水力喷射酸化技术该方法利用动态流体能量传送流体到选定的造缝点以开启裂缝或通过井下高压混合形成高强度注酸所用的泡沫。该技术使用2股分开的液体流：一股用在环空中另一股用在油管中，2种液体〔如果存在差异的话〕以高能状态在井底混合，形成一种均匀的混合物。与常规挤酸相似，水力喷射挤酸可在连续油管注酸的同时，通过环空压力增压。水力喷射挤酸的过程是：将CO2或CO2/N2混合气从环空高速泵入井底，通过高压降的喷嘴，利用剪切作用产生泡沫。除了可以高速泵入酸外，此项技术还允许施工人员通过调节气和酸的泵入速度来改变井底泡沫的质量，国外采用水力喷射酸化，在井底形成高能气体，酸后平均增气4.74百万标准立方英尺/日。1、国内外水平增产技术调研---酸化3〕排液工艺方式优选的调研目前在残酸返排工艺技术方面，国内外主要应用的方式有5种：①酸化后起出酸化施工管柱，下泵排液；②酸化后不起酸化施工管柱，抽吸排液；③酸化后不起酸化施工管柱，泡沫+氮气〔或二氧化碳〕排液〔从套管活或用连续油管〕；④酸化后不起酸化施工管柱，液氮排液〔从套管活或用连续油管〕；⑤气举。类型下泵抽汲液氮水力泵与酸化联作气举及时程度不及时不及时及时及时及时排液程度彻底彻底不彻底彻底彻底排液强度弱强强强强四、工程完成情况及取得的成果四、工程完成情况及取得的成果1、国内外水平增产技术调研---酸化总结酸液优点缺点化学转向酸液能够实现转向酸化，施工简单。酸后转向剂降解不彻底会对储层造成二次伤害。盐酸配方成本低，配置简便。只适用于碳酸盐岩储层的酸化解堵。复合解堵酸液能够有效解除有机和无机伤害。氧化液对管柱的腐蚀能力较强，长时间施工对造成井下管柱断脱的危害。缓速酸酸液缓速性强，处理半径大，适合低渗砂岩储层水平井的酸化，酸后残酸返排率高，泡沫酸也可实现储层内的化学转向。多数发泡剂和稳泡剂不耐酸，泡沫酸配方筛选工作量大。四、工程完成情况及取得的成果1、国内外水平增产技术调研---酸化总结工艺优点缺点笼统酸化工艺简单，施工风险小。酸液不能均匀置放，无法实现水平段均匀酸化，酸后残酸返排困难。机械转向技术使用膨胀式封隔器，分段均匀布酸效果好，采用油管注入，注入排量0.5m3/min以上，施工时间短，酸化采用液氮排液，排液彻底，施工简单，效果好。只适合管外有封隔器的水平井，裸眼井井眼变形工具起下遇阻，施工风险大。化学微粒暂堵剂分流酸化技术施工简单，安全。施工结束后化学暂堵剂降解不彻底会对储层造成严重的二次伤害。水平井连续油管注酸技术分段均匀布酸效果好，施工简单，安全。施工摩阻大，限制施工排量，施工周期长，对缓蚀剂性能要求高，需要使用缓速酸，油管的使用寿命短。裸眼水力喷射酸化工艺用动态流体能量传送流体到选定的造缝点以开启裂缝或通过井下高压混合形成高强度注酸所用的泡沫。从费用上讲，更为经济，适合于裸眼井，可用于酸压施工。四、工程完成情况及取得的成果1、国内外水平增产技术调研---酸化技术研究对策1)在酸液方面上,围绕处理半径大、伤害小、返排快、腐蚀小、能转向开展配方研究。2)在布酸工艺上,立足吐哈油田现有的连续油管进行研究。3)在水力喷射分段压裂工具成功的根底上,试验水力喷射分段酸化。2、水平井压裂系列技术研究1)水平井压裂增产机理研究沿最小主应力方位布井形成横向裂缝示意图

沿最大主应力方位布井形成纵向裂缝示意图

四、工程完成情况及取得的成果假设井身不在这两个主要应力方向的一个方向上，那么将出现几种情况，这取决于井身与应力方向之间的夹角以及射孔孔眼的分布和密度。应力方向、井筒方向与形成裂缝形态的关系

2、水平井压裂系列技术研究1)水平井压裂增产机理研究四、工程完成情况及取得的成果①在一定物性条件下，水平井的产量效果好于直井压裂的产量效果。模拟计算结果说明，渗透率越高，水平井相对直井压裂效果越好，当储层有效渗透率大于0.5×10-3μm2时，水平井的产量效果好于直井压裂的产量效果，而当储层有效渗透率小于0.1×10-3μm2时，水平井生产效果不如直井压裂的效果。四、工程完成情况及取得的成果②压后形成横向裂缝的产量效果好于形成纵向裂缝的产量效果。四、工程完成情况及取得的成果③当形成横向裂缝时，压后产量随支撑裂缝长度的增加而增加。优化裂缝支撑长度100.0m。四、工程完成情况及取得的成果④当形成纵向裂缝时，压后产量随裂缝长度的增加，但增加的幅度均不大，根据水平井段的长度，优化裂缝支撑长度。四、工程完成情况及取得的成果2)裂缝条数、形态对增产量影响2、水平井压裂系列技术研究①水平井方位：考虑到地应力的方向问题，一般有2种布井方式，即水平井水平段平行于最大主应力方向和水平井水平段垂直于最大主应力方向，对水平井的压裂也存在这2种不同情形。研究说明，压后形成横向裂缝的产量效果好于形成纵向裂缝的产量效果，建议水平井方位沿最小主应力方向。四、工程完成情况及取得的成果②裂缝的条数和间距：数值模拟结果说明:随着裂缝条数的增加，压裂水平井的产量总体上逐渐增加，但产量增幅随着裂缝条数的进一步增加逐渐减小，裂缝的最正确条数为3～5条。当水平井筒根部和端部的裂缝间距小、内部的缝间距大时产量最高,反之产量最低,裂缝间距均匀分布时产量居中，为防止生产过程中裂缝间的相互干扰，合理裂缝间距为100-150m左右。2)裂缝条数、形态对增产量影响2、水平井压裂系列技术研究四、工程完成情况及取得的成果3)水平井水力喷砂技术研究(1)水力喷砂压裂机理①喷嘴射出固液相混合流体，固体颗粒高速切割套管、水泥环产生孔道；②高速流体进入孔道，动能转化为压力势能，大幅度增大孔道内压力，地层裂缝开启；③返回的流体在套管壁面孔眼处起到了“水力密封环〞的作用，裂缝得以延伸；④油管、套管同时注液增压，喷射位置孔眼内裂缝最先起裂、扩展，支撑剂此时将沿着起裂的裂缝进入地层；⑤控制环空压力低于地层起裂压力，实现地层中的裂缝仅在水力喷射形成的孔眼位置破裂、扩展，形成单一缝。四、工程完成情况及取得的成果2、水平井压裂系列技术研究四、工程完成情况及取得的成果2、水平井压裂系列技术研究3)水平井水力喷砂技术研究(2)喷嘴的结构设计与选择喷嘴的几何形状是圆锥带圆柱出口段喷嘴，是在圆锥收敛型喷嘴的根底上开展起来的。增加圆柱出口段长度能够提高其流量系数，是目前最常用的一种连续水射流喷嘴。由于需要较高的水射流来完成井下水力喷射射孔，圆锥收敛型喷嘴显然不能满足要求。由于受井下工作条件影响，喷嘴的直径不能太大，假设选择曲线型喷嘴那么加工难以实现,综合考虑之后，选择圆锥带圆柱出口段喷嘴做为水力喷射工具本体的喷嘴。四、工程完成情况及取得的成果(2)喷嘴的结构设计与选择在相同试验条件下，YG8、YT15、铸铁、45淬火钢、聚氨脂塑料等7种喷嘴材料的抗冲蚀能力由强到弱的顺序依次是Al2O3/(W，Ti)C、YG8、YT15、铸铁、45淬火钢、聚氨脂塑料。由上述实验结果和数据，综合选择喷嘴为陶瓷材料冲击时间：5分钟的倍数；压力：112MPa-126MPa；总测量时间超过40小时；水质过滤到25微米。各种材料喷嘴的体积冲蚀磨损率喷嘴材料种类冲蚀磨损率(10-3m3/g)Al2O3/(W，Ti)C陶瓷3.35YG8硬质合金3.63YT15硬质合金3.90铸铁(HT15233)48.1245淬火钢59.97聚氨脂塑料135.3〔3〕水力喷砂工具研究喷射管柱：由喷枪、喷嘴、单向阀、扶正器以及导向头等结构组成

喷枪：管柱的主体部件，固定、保护喷嘴喷嘴：喷射压裂核心部件，聚集高压能量转化为动能，获得冲击力单向阀：大排量时封闭，小排量时开启，到达既能控制流体向下流动，又能实现反洗的目的扶正器：使喷枪位于中心位置，确保施工顺利滤管：下部进液通道导向头：为喷射管柱入井导向，确保顺利到达目的层四、工程完成情况及取得的成果〔4〕水力喷砂工具的性能实验①水力喷砂射穿套管试验；②水力喷砂用喷嘴耐磨性试验。高压泵组磨料射流实验装置磨料加砂系统喷嘴岩样四、工程完成情况及取得的成果〔4〕水力喷砂工具的性能实验水力喷砂射穿套管试验两组，均在1分钟内射穿管。从实验结果可以看出，只要有足够的喷嘴压力，设计的喷射工具可以将套管射传。水力喷砂用喷嘴耐磨性共进行了三组试验：第一组试验用时10分钟，射穿套管16个孔眼，装嘴体上冲蚀深度2mm〔最深处〕；第二组试验用时10分钟，射穿套管17个孔眼，装嘴体上冲蚀深度5mm〔最深处〕；第三组试验用时10分钟〔分两次进行〕，射穿套管19个孔眼，装嘴体的护台被射穿，孔眼尺寸约4×6mm，且喷枪体冲蚀深度约10mm。喷嘴直径未测出变化。从试验结果看，套管一旦被射穿，返溅流体对喷射工具的冲蚀就大大减弱了，保守说该喷枪在现场使用时至少可以喷射15个孔眼以上,有效喷射时间7小时。四、工程完成情况及取得的成果压力影响排量影响磨料类型影响磨料粒度影响四、工程完成情况及取得的成果〔4〕水力喷砂工具的性能实验磨料浓度影响喷射时间影响岩性影响围压影响四、工程完成情况及取得的成果〔4〕水力喷砂工具的性能实验四、工程完成情况及取得的成果〔5〕水力喷砂分段工具研究①滑套喷枪工作原理投球直径：Ф28、Ф35、Ф45、Ф55mm。根据施工设计完成多层段压裂施工滑套关闭滑套开启四、工程完成情况及取得的成果〔5〕水力喷砂分段工具研究②目前水力喷砂分段工具的配套情况7in套管完井、筛管完井、裸眼完井的水平井最多可以进行7段水力喷射压裂；51/2in套管完井、筛管完井、裸眼完井的水平井最多可以进行5段水力喷射压裂；5in套管完井、筛管完井、裸眼完井的水平井最多可以进行3段水力喷射压裂；41/2in套管完井、筛管完井、裸眼完井的水平井最多可以进行2段水力喷射压裂；四、工程完成情况及取得的成果〔6〕水力喷砂分段压裂施工工艺研究①喷嘴压降与排量的关系喷嘴压降和排量是水力喷射压裂工艺中重要的水力参数。只有首先确定了喷嘴直径、数量和喷嘴压降等参数，才能进行施工排量、地面压力等其他工艺参数的计算。〔6〕水力喷砂分段压裂施工工艺研究②压裂流体管内流动压耗计算

四、工程完成情况及取得的成果

不同管径管内压降与工作排量关系曲线

不同直径油管管内压降与深度关系曲线

〔6〕水力喷砂分段压裂施工工艺研究②压裂流体管内流动压耗计算

四、工程完成情况及取得的成果

不同管径管内压降与工作液粘度关系不同直径油管管内压降与工作液密度关系四、工程完成情况及取得的成果〔6〕水力喷砂分段压裂施工工艺研究②压裂流体管内流动压耗计算

四、工程完成情况及取得的成果〔6〕水力喷砂分段压裂施工工艺研究③地面泵压预测

水力喷砂射孔阶段地面油压预测：水力喷砂射孔阶段，开启油套环空，通过油管注入射孔液，射孔液经喷射工具喷出射入地层形成孔眼，随后射孔液从孔眼流出，经油套环空返回地面。—地面油管压力，MPa；—地面环空压力，MPa；—喷射工具喷嘴压降，MPa；—油管压裂液摩阻，MPa；—环空压裂液摩阻，MPa。四、工程完成情况及取得的成果〔6〕水力喷砂分段压裂施工工艺研究③地面泵压预测

水力喷射压裂阶段地面油压及套压预测

—静液柱压力，MPa；—射孔孔眼内增压值，MPa；—地层破裂压力，MPa—地面环空压力，MPa；—地面油管压力，MPa；—环空压裂液摩阻，MPa。四、工程完成情况及取得的成果〔6〕水力喷砂分段压裂施工工艺研究④喷嘴参数优化

优选原那么有三：①保证水力射孔穿深的情况下喷嘴压降最低，实践证明，保持射流速度在200～250m/s范围内才能到达良好的射孔效果；②保证油管要求的施工排量；③满足加砂规模，降低单只喷嘴的磨损率。四、工程完成情况及取得的成果〔6〕水力喷砂分段压裂施工工艺研究⑤喷砂射孔参数

喷砂射孔参数包括磨料类型、射孔砂浓度、喷嘴压降、喷砂射孔时间等。射孔液一般选择基液，磨料可选20～40目天然石英砂或陶粒，磨料最正确浓度值〔体积浓度〕范围为6%～8%，喷砂射孔时间控制在15～20min为宜。根据油管排量和喷砂射孔时间就可以得出所需的射孔液量，然后确定磨料体积浓度，即可计算得到所需的磨料体积。四、工程完成情况及取得的成果〔6〕水力喷砂分段压裂施工工艺研究⑥水力喷砂压裂工艺参数设计实例

压裂井根本情况XX井是某油田一口水平井，完钻井深3000m，完钻垂深2500m，水平段长度400m，完井方式为筛管完井，套管程序见表3-4。参考邻井压裂资料可知，该区块地层延伸压力梯度2.0MPa/100m。现采用水力喷射压裂技术对水平段进行分段压裂，根据油藏地质情况，确定压裂井段分别为2695.0～2705.0m和2795.0～2805.0m，经考虑，水力喷射点分别为井深2700.0m和2800.0m处。加砂规模分别为30m3中密度陶粒和25m3中密度陶粒。要求油管排量到达2.5～2.6m3/min，压裂管柱采用Φ88.9mm普通加厚油管〔钢级N80〕。下面以压裂2795.0～2805.0m井段为例，设计工艺参数。套管类别钢级套管直径mm下深m壁厚mm管外水泥返至井深m表层套管J55339.7350.009.65地面技术套管P110244.52000.0011.99地面油管P110139.52500.009.17未返至地面筛管P110139.53000.009.17未固井喷嘴参数选择根据要求的施工排量和加砂规模，计算可得喷嘴排量、喷嘴个数和喷嘴压降之前的关系。根据射流速度要求和地面泵压控制，优选喷嘴直径为6.0mm，喷嘴个数为6个。方案方案1方案2方案3喷嘴直径（mm）656喷嘴个数566喷嘴压降（MPa）497134射流速度（m/s）294353245四、工程完成情况及取得的成果⑥水力喷砂压裂工艺参数设计实例

四、工程完成情况及取得的成果⑥水力喷砂压裂工艺参数设计实例

管内流动压耗计算在确定了油管排量、套管排量、压裂管柱类型、压裂液流变参数和井身结构后，就可以进行管内流动压耗计算了。清水摩阻压耗，雷诺数及流态判别：判断流态为紊流。压裂液在油管内的流动压耗环空内流动压耗四、工程完成情况及取得的成果⑥水力喷砂压裂工艺参数设计实例

地面套压预测地面油压预测优选喷砂射孔参数选定压裂液基液作为水力喷砂射孔液，磨料选用20～40目天然石英砂，磨料浓度控制在7%左右，射孔时间不低于15min，要求射孔时地面泵压保持稳定，不能出现中途停车或降排量等情况。根据油管排量可计算得到需要射孔液37.5m3，天然石英砂2.5m3。四、工程完成情况及取得的成果〔6〕水力喷砂分段压裂施工工艺研究⑦水力喷砂压裂设计软件

四、工程完成情况及取得的成果〔6〕水力喷砂分段压裂施工工艺研究⑧不动管柱式水力喷射分段压裂工艺流程

压裂前准备工作：通井，洗井下压裂管柱及井下工具，定点误差不大于0.5m环空敞开，油管按设计排量泵注混有石英砂的基液，进行水力喷砂射孔降低油管排量至1.0m3/min，缓慢关闭套管阀门，环空按设计排量开始持续泵注基液提高油管排量至设计排量，油管加交联剂，泵注前置液阶梯式加砂，泵注携砂液加砂完毕，泵注顶替液停泵，等带裂缝闭合（60min）套管放喷，测压降，油管内投球，待套管压力降至10MPa以下，油管开始低替基液送球入座打开滑套，压裂下一层段，重复第3～7步四、工程完成情况及取得的成果不动管柱式水力喷射分段压裂工艺流程图

四、工程完成情况及取得的成果〔7〕水力喷砂分段压裂现场应用情况截止目前,水平井分段压裂施工4口井，分3段压裂1口井，分2段压裂3口井，最高砂比到达40%,单段最大加砂量27.8m3,施工一次成功。井号压裂方式层段m施工压力MPa施工排量m3/min平均砂比%最高砂比%入井总

砂量m3喷枪成功

加砂量m3喷嘴状况哈2平1滑套分3段306061-49.82.4-2.520.62826.524.7正常293360-64.52.4-2.019.52818.918.9正常286270-62.82.417.52215.915.9正常牛平16-12滑套分2段1757-175948.8-47.42.4-2.525.33617.517.5正常1722-172438-282.3-2.621.23011.211.2正常牛平17-14滑套分2段1882.0-1884.052-592.5771.51.5损坏1651.0-1653.035-412.124.3352020正常米平2滑套分2段2858-286046.1-54.72.5-2.824.74022.121.1正常2895-289757.9-70.32.6-2.724.34027.827.8正常四、工程完成情况及取得的成果〔7〕水力喷砂分段压裂现场应用情况井号压前压后对比产液m3/d产油/气t/d含水%产液m3/d产油/气t/d含水%产液m3/d产油/气t/d含水%哈2平1////400/144000牛平16-120.330.256.0611.49.25.611.078.95-0.5牛平17-140.320.265.718.11.381.27.781.0475.5米平2///1512015120水平井分段压裂施工4口井，哈2平1井是探井,压前无气,压后平均日产起400m3/d;牛东区块2口井,压后平均日增油5.25t/d,米平2井压后日增液15m3/d，日增油12t/d，含水0%。①完成哈2平1井悬挂5英寸筛管完井，滑套不动管柱三段水力喷射压裂井的施工。三段合计加砂61.3m3，最高砂比28%。〔7〕水力喷砂分段压裂现场应用情况四、工程完成情况及取得的成果四、工程完成情况及取得的成果2、水平井水力喷砂技术研究②牛平16-12井滑套不动管柱二段水力喷射压裂井的施工。二段合计加砂28.7m3，最高砂比36%。压裂措施后日产液11.6m3，日产油9.7吨，不含水，比措施前日增油9.2吨。四、工程完成情况及取得的成果四、工程完成情况及取得的成果2、水平井压裂系列技术研究4)水平井机械隔离分段压裂技术研究①针对吐哈油田的实际和需求，优选采用斯伦贝谢StageFRAC技术进行多段分级压裂现场试验，解决以裸眼方式完井的水平井增产的难题；②最多进行12级压裂，具体级数、位置需根据实际地质数据调整。四、工程完成情况及取得的成果2、水平井压裂系列技术研究4)水平井机械隔离分段压裂技术研究靶点A垂深1863m靶点B垂深1868m进一步认识马50块二叠系芦草沟组地层的含油规模，通过水平井解决芦草沟组单井产量问题，实现勘探突破与储量资源的有效动用。四、工程完成情况及取得的成果2、水平井压裂系列技术研究4)水平井机械隔离分段压裂技术研究确定将压裂井段分为以下四段〔从上到下〕：第四级：封隔器MD：1962-2030米，压裂端口1995米；第三级封隔器MD：2030-2115米，压裂端口2075米第二级：封隔器MD：2115-2230米，压裂端口2150米；第一级封隔器MD：2230-2360米，压裂端口2325米造斜点1610mФ216mm钻头×1895.35mФ177.8mm套管×1895.35m

BФ114.3完井管柱（1550-2367.13m）水泥返高1400mФ152.4mm钻头×2367.13m地层分层井深（垂深）（m）Q+R+K1J3qJ2xJ2tT2+3

P2l94011451380155017302545AC2k2015完井管柱悬挂点1550m四、工程完成情况及取得的成果2、水平井压裂系列技术研究4)水平井机械隔离分段压裂技术研究阶段前置液总液量100目粉陶30/50目陶粒20/40目陶粒支撑剂总量m3m3tttt测试压裂

80

第一级902001.226.79.636.3第二级1352851.229.72150.7第三级1352851.229.72150.7第四级150325.41.232.429.461.8总计5101175.44.8118.581199.5四、工程完成情况及取得的成果2、水平井压裂系列技术研究4)水平井机械隔离分段压裂技术研究使用YF100LG体系。该体系是一种硼酸交联，快速胶联的压裂液体系。通过调节延迟剂加量，交联时间可以延迟到最多12分钟〔取决于温度〕。这将极大的降低管柱中的摩阻。层位层段前置液携砂液顶替液砂比%入井总砂量入井总液量m3液量m3泵压MPa排量m3/min液量m3泵压MPa排量m3/min液量m3泵压MPa排量m3/min平均最高m3P2l2230-236010132-354.9-5.0101.235-395.0-4.81839-354.8-1.020.426.619.4220.22115-2230114.939.3-37.54.9157.837.5-40.44.91740.4-424.9-1.02133.330.6289.72030-2115125.939.5-42.84.9152.842.8-404.91840-38.74.9-2.021.833.330.6296.71962-203014045-46.84.920246.8-44.84.910.444.8-374.9-4.223.333.342.5352.4

481.8

613.8

63.4

123.11159四、工程完成情况及取得的成果2、水平井压裂系列技术研究4)水平井机械隔离分段压裂技术研究四、工程完成情况及取得的成果2、水平井压裂系列技术研究4)水平井机械隔离分段压裂技术研究压裂后稳定日产油3.6m3/d，日产水10m3/d。四、工程完成情况及取得的成果3、水平井酸化、解堵技术研究1〕水平井污染机理研究与直井相比，水平井在油层内的井段较长，钻井液和完井液对储层的伤害程度较大，尤其对于低渗透性储层，考虑污染系数的水平井的稳态产能公式如下：3、水平井酸化、解堵技术研究1〕水平井污染机理研究四、工程完成情况及取得的成果水平井伤害特点：和直井不同，水平井的流动更可能是近井区为径向流，远井区为线性流，此外，渗透率各向异性对流动也有很大影响。由于伤害和渗流场直接相关，从而导致水平井伤害的位置和形状也同直井存在显著差异：①由于油藏各向异性，水平井水平段上水平渗透率和垂直渗透率大小不同，导致与井身垂直的伤害区横截面为椭圆形，而椭圆的形状取决于垂直渗透率与水平渗透率之比；②在水平井钻、完井过程中，由于地层接触长度较长，工作液对水平段不同位置的浸泡时间不同，导致水平段起始端比末端伤害严重。造成的伤害带呈不均匀分布，其形状为一个大头端靠近垂直井段的椭圆锥台体。3、水平井酸化、解堵技术研究2〕水平井机械分段及连续油管拖动酸化技术研究；①定压阀酸化：弹簧式单流阀，酸化过程中连接多级定压阀，管内压力超过2.75MPa阀自动翻开，形成酸流通道，实现酸液在水平段的多段注入、均匀置放，泵酸排量不受酸液粘度和摩阻的限制。适用酸液：低伤害缓速酸、泡沫。适用范围：水平段较长、污染伤害严重、深井。分布位置：考虑储层物性好、污染伤害严重的井段。三级定压阀位置2862m二级定压阀位置2933m一级定压阀位置3060m水力循环凡尔3070m投球滑套2535m四、工程完成情况及取得的成果②连续油管拖动酸化技术研究；酸化目的层连续油管酸化上提频率：30-50m适用范围：水平段较短、钻井液伤害较轻、用酸规模小。四、工程完成情况及取得的成果吐哈油田连续油管CT220主要技术参数外径(mm)内径(mm)最小屈服强度(KN/m)抗内挤压力(Mpa)试验压力(Mpa)容量（m）防喷器压力（Mpa)31.7527.33137.463.351.1450068连续油管摩阻计算酸液粘度（mPa.s）泵酸排量（l/min）连续油管摩阻（MPa）1.010012.71.015025.81.020042.71.025063.11.030086.9目前使用的连续油管采用低伤害缓速酸施工，最大压力50MPa，排量200l/min。四、工程完成情况及取得的成果3、水平井酸化、解堵技术研究3)酸液体系配套与完善①低伤害强缓速酸缓速能力强，能够维持低的PH值，解堵半径超过2.5m。②泡沫酸体系性能稳定、携砂性能好、低伤害，泡沫质量超过80%，半衰期达15.5min、外表张力小(小于30mN/m)。四、工程完成情况及取得的成果低伤害强缓速酸酸液综合性能评价项目技术指标外观均匀液体、无分层、无沉淀腐蚀速度，60℃，常压静态12h4.09g/m2.h；表面张力，mN/m，≤29破乳率，70℃，1h，%100酸液防膨能力，≥85酸液稳铁能力，mg/l，≥2000缓速能力V低伤害/V土酸≥8同地层和地层流体配伍性良好残酸防膨、防运移能力优于粘土稳定剂四、工程完成情况及取得的成果岩芯编号浸泡流体干岩样Kg/μm2浸泡后启动压力/MPa浸泡后Kg/μm2渗透率相对变化倍数25-3地层水5.15×10-68.493.46×10-8125-1土酸4.50×10-66.454.09×10-711.825-4低伤害酸A3.93×10-64.993.01×10-687.0岩芯编号流体干岩样Kg/×105μm2浸泡后启动压力/MPa浸泡后Kg/μm2渗透率相对变化倍数离心后突破压力/MPa离心后Kg/μm2渗透率相对变化倍数20-16地层水6.445.646.52×10-812.104.55×10-7120-17前置酸5.655.486.78×10-710.41.573.40×10-67.520-18低伤害酸A7.305.321.01×10-515.50.892.91×10-564.0①低伤害强缓速酸酸液处理后岩芯启动压力明显降低，渗透率增大的倍数优于土酸配方。②低伤害酸液段塞注入，岩芯的启动压力逐段下降，渗透率逐渐增大，解堵效果显著，该酸液配方适合致密气藏的酸化解堵。四、工程完成情况及取得的成果4〕其它解堵液体系配套与完善。HRS-30HRS-60HRS-90HRS复合解堵剂采用间接生成二氧化氯的方法，解决了氧化剂平安施工的难题，能够使钻井液完全破乳，滤饼氧化降解破碎从滤纸上剥离，优于常规的酸液，对于有机和无机的伤害均有解堵能力,目前研发适用不同储层条件的三个系列。酸液酸液酸液3、水平井酸化、解堵技术研究四、工程完成情况及取得的成果HRS复合解堵剂作为压裂液破胶剂使用，不影响压裂液性能，破胶液粘度＜3mPas，残渣含量低，二次伤害小。序号类型空桶质量g空桶+残渣质量g残渣质量g残渣含量mg/L1APS21.280821.33000.04929842APS21.141321.1896