水平井多段压裂工艺技术

水平井多段压裂工艺技术中国石油**油田公司二〇一二年三月2012-3-231汇报提纲引言一、水平井压裂技术现状概况二、2012年**油田水平井主体压裂工艺技术及原理（一）水平井裸眼封隔器可开关滑套多段压裂系统（二）水平井滑套封隔器分簇射孔多段压裂系统（三）大型压裂安全施工技术三、2012年水平井部署及压裂方案要点2012-3-232引言1、摘要水平井油气井水平段的压裂改造工艺技术是当前国内外油田和石油服务公司研究的热点之一，中石油面对已经进入“多井低产”局面的现实，计划规模实施水平井，探索通过水平井改变这种被动局面的技术途径，其中的重点工作就是加大水平井在低渗透油田开发的应用力度。综合国内外的经验和做法，提高低渗透油田水平井开发效果的主导技术之一就是水平井段的储层改造。因此，水平井储层改造技术研究是制约当前低渗透油田水平井高效开发的技术瓶颈，这里详细介绍了目前国内外水平井油气井分段压裂工艺技术现状。2012-3-233引言2、技术背景储9876543210（1）近年来中国石油新增储量70％以上属于低渗透，动用难度大，开发效益差n截至2009年底，中石油累计探明石油地质储量187.61亿吨，其中低渗透石油储量76.2亿吨，占40.6%n截至2009年底，中石油累计探明天然气地质储量5.24万亿方，其中低渗透天然气储量4.10万亿方，占78.3%n2007～2009年新增石油储量73%为低渗透，新增天然气储量83%为低渗透111112222219992000200120022003200420052006200720082009中石油历年天然气新增探明储量变化情况2012-3-234）吨亿（量中石油历年新增原油探明储量变化情况引言2、技术背景（2）单井产量持续下降，多井低产形势严峻200000150000100000500004.5753534.2808473.9873093.7921003.6977103.3105356油井总井数总产量(万吨)单井产量(吨)11429032.81355742.71479552.55.04.54.03.53.02.52.0100000-5000019981049519991035920001033620011036220021039420031044620041058520051065320061075320071080720081.51.00.50.02009中国石油单井日产量变化图2012-3-235PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建、技术背景（3）水平井分段压裂技术难点水平井分段压裂难点技术要求由于水平井特殊的井身结构导致各射开段间分隔困难，易造成事故；要求研究的井下工具必须安全可靠、可洗井防卡水平井压裂诊断评估手段应用受到限制；要求必须研究的新的测试评价设计方法及手段水平井压裂优化设计方法比直井更加复杂。要求必须研究适合水平井的压裂优化设计方法及模式2012-3-236汇报提纲引言一、水平井压裂技术现状概况二、2012年**油田水平井主体压裂工艺技术及原理（一）水平井裸眼封隔器可开关滑套多段压裂系统（二）水平井滑套封隔器分簇射孔多段压裂系统（三）大型压裂安全施工技术三、2012年水平井部署及压裂方案要点2012-3-237（一）水平井压裂工艺技术现状1、水平井限流压裂工艺技术工艺原理：水平井限流法压裂是水平井早期投产的主要压裂工艺技术，它是通过控制各段的孔眼数量和直径，并尽可能提高注入排量，利用最先压开段孔眼产生的摩阻，提高井底压力，使其他段相继被压开，从而达到一次分压几个层/段的目的。工艺特点：水平井限流法压裂工艺技术井下无工具，施工风险小的特点。但是靠通过地面施工压力来进行井下分段压裂，储层改造针对性小，改造不彻底。国内最早大庆油田1991年-1995年研究了水平井限流改造技术并现场应用，**油田于1995、1996年在老平1井和民平1井进行了现场试验。2012-3-238（一）水平井压裂工艺技术现状2、水平井液体胶塞压裂工艺技术水平井液体胶塞—填砂压裂技术在美国于2000年研究成功，并申请专利。工艺原理：首先对水平井全井需压裂层段进行射孔；然后利用一只封隔器下入最指端射孔段上部，使封隔器胀封，通过油管对第一射孔段进行压裂增产处理，压裂施工结束后，向井筒继续注入胶塞和支撑剂，形成砂塞，封堵已压裂层段；上提管柱至第二射孔段，涨封封隔器进行压裂施工，施工结束后仍向井筒注入胶塞和支撑剂，形成砂塞，封堵第二压裂层段；后续层段重复上述过程；所有层段均压裂施工结束后，进行洗井冲砂后投产。2012-3-239（一）水平井压裂工艺技术现状2、水平井液体胶塞压裂工艺技术目前国内发明了成胶与破胶可控、破胶彻底、强度高、不用填砂的液体胶塞，为无法进行机械分段压裂的水平井提供分段压裂的技术手段。l化学暂堵胶塞性能指标Ø使用温度20-100℃Ø破胶时间2-72h内可控Ø抗压能力大于15MPaØ最大抗压时间可控1-3h成胶形成不变形的弹性硬胶l化学暂堵胶塞关键技术Ø成胶控制技术Ø破胶缓释技术Ø施工工艺技术破胶后2012-3-2310（一）水平井压裂工艺技术现状2、水平井液体胶塞压裂工艺技术n典型实例：杏8-4-L503井（目前国内成功完成4口水平井液体胶塞压裂试验）Ø胶塞封堵与注水井连通井段1260.0-1330.0mØ压裂1450.0-1525.0m压裂层段封堵层段n应用效果：Ø胶塞试压15MPa，成胶：9-12min，破胶:48h。Ø酸化后：液7.1方、油0.14吨、含水98％Ø胶塞分段压裂后：液20方、油6.8吨、含水60％33025产10502008-11-82008-11-132008-11-182008-11-232008-11-28日产液量日产油量含水2008-12-390807060504030201002008-12-8含2012-3-231120)/m量)(水（一）水平井压裂工艺技术现状3、水平井分射分压工艺技术水平井环空分段压裂工艺技术、水平井桥塞分压工艺技术工艺原理：先射孔一段，光油管压裂，再射孔一段，利用封隔器封堵下部开技术要点解决问题：裂，提高了压裂的针对性和有效性工艺管柱示意图2012-3-2312实现了水平井有效分隔、分段压◆创新性的提出水平井分射分压思想，实现对水平井储层的针对性改造。水平井环空压裂工艺技术水平井桥塞压裂工艺技术层，压裂上部层段，后续压裂依次重复进行。（一）水平井压裂工艺技术现状4、水平井水力喷射压裂工艺技术工艺原理：通过高速水射流，射开套管和地层，形成一定深度的喷孔，喷孔内流体动能转化为压能，当压能足够大时，诱生水力裂缝。由于喷孔内的压力要高于环境压力，喷射压裂具有自动隔离的效果。工艺管柱示意图适合于水平井油井压裂适合于水平井气井压裂拖动管柱水力喷射示意图不动管柱水力喷射示意图2012-3-2313（一）水平井压裂工艺技术现状4、水平井水力喷射压裂工艺技术长庆苏里格气田主要采用不动管柱水力喷射分段压裂7段和10段，单段加砂25m以上，苏14-7-41H2井压裂7段以后获得113.4×10m/d的高产试气产量。苏14-7-41H2井水力喷砂压裂施工曲线1-4段苏14-7-41H2井水力喷砂压裂施工曲线5-7段5.0005.000800.0800.04.0004.000640.0640.048.003.00048.003.00048.00480.048.00480.02.0002.000320.0320.016.001.00016.001.00016.00160.016.00160.00.000.0000.0120.0240.0时间(min)360.0480.00.000.00000.00.000.00.076.0152.0时间(min)228.0304.0380.00.000.0川庆井下压裂七队SJ2000型2010.9.13川庆井下压裂七队SJ2000型2010.9.132012-3-2314343Pressure1[Mpa]Pressure2[Mpa]Pressure1[Mpa]Pressure2[Mpa]Dischargerate[m3/min]Proppant[kg/m3]Dischargerate[m3/min]Proppant[kg/m3]64.0064.0064.0064.0032.0032.0032.0032.00（一）水平井压裂工艺技术现状5、水平井双封单卡拖动压裂工艺技术（1）水平井扩张式拖动压裂工艺技术工艺原理：采用小直径双封隔器单卡目的层压裂，通过反洗、拖动实现一趟管柱多个层段的压裂管柱示意图达到指标Ø一趟管柱最多压裂15段，一天可实现8段压裂Ø单趟管柱最大加砂可达160mØ最大卡距112mØ现场试验142口井700段，工艺成功率97.6%2012-3-23153（一）水平井压裂工艺技术现状5、水平井双封单卡拖动压裂工艺技术（2）水平井压缩式拖动压裂工艺技术水平井压缩式拖动压裂封隔器能进一步提高封隔器耐温耐压指标工艺管柱示意图目前耐温120℃、耐压差50MPa、70MPa，但有提高耐温耐压指标的空间（可重复座封8次）安全接头脱开图压缩式重复座封封隔器压缩式拖动压裂工艺压缩式重复座封封隔器（现场试验后）2012-3-2316（一）水平井压裂工艺技术现状5、水平井双封单卡拖动压裂工艺技术（2）水平井压缩式拖动压裂工艺技术城平64井现场试验井下管柱情况：27/8N-80油管—安全接头（673m）—水力锚—扶正器—Y344-114封隔器（685±0.5m）—喷砂器—Y344-114封隔器（698±0.5m按—扶正器—丝堵城平64井压缩式双封单卡压裂施工曲线备注：每段加陶粒14m，两段共计28m3，管柱工作正常，施工过程套管打开，无溢流。2012-3-23173（一）水平井压裂工艺技术现状6、水平井不动管柱套内滑套封隔器多段压裂工艺工艺原理：一次射孔三段，下入工艺管柱，油管打液压完成封隔器坐封，并打开下压裂通道，先压下部层段；投球棒堵封隔器底部通道，并打开中间压裂滑套进行中间层段压裂；投球棒解封下封隔器；再投球棒打开上压裂通道，压裂上部层段；解封上封隔器，起出压裂管柱。管柱形式：保护封隔器——油管——上封隔器——油管——下封隔器井口投塞器艺管示图油管保护封隔器安全接头分层压裂上工具分层压裂下工具待压层段2012-3-2318工柱意（一）水平井压裂工艺技术现状7、水平井油气井完井式滑套多段压裂工艺（1）水平井套外封隔器+完井式投球滑套压裂工艺工艺原理：利用套外封隔器把水平井分为若干段，在需要改造的位置下入完井式滑套，封隔器座封后(液压座封)把水平段封隔开，依次投球打开滑工艺特点及适应性：该工艺利用套管进行压裂，套管尺寸大，可以进行多级压裂，目前国外最多进行20级压裂，**油田DP2井实施10级的压裂。应用于裸眼水平井，也可以应用于套管固井完井的水平井。目前工艺管柱耐压差140Mpa,耐温200℃，适应于开采的水平井气井压裂。2012-3-2319套实现分段压裂。（一）水平井压裂工艺技术现状7、水平井油气井完井式滑套多段压裂工艺水平井套外封隔器+完井式可开关滑套压裂工艺工艺原理：按要求下入套外封隔器和可开关滑套完井，利用连续油管配套可开关滑套钥匙进行选择性压裂。压裂过程中从连续油管和套管环空进行压裂。工艺特点及适应性：该项工艺预先埋好压裂滑套，然后根据需要进行选择性压裂，如果开采后期部分层段出水，可利用开关钥匙关闭出水段滑套，到达选择性堵水的目的。该项工艺对裸眼完井和水泥固井完水平井油气井均实用。套外封隔器+可开关滑套压裂管柱示意图2012-3-2320（一）水平井压裂工艺技术现状8、水平井复合桥塞多段多簇压裂工艺Ø适用于水平井/直井固井完井Ø多簇射孔，更易形成复杂裂缝，提高储层改造/覆盖率，提高储层改造效果Ø套管压裂，无球座等限流，适合进行大排量，大规模水力压裂施工Ø理论上可进行无限级作业Ø钻塞后为全通径井筒，为后期作业创造便利条件耐温177°CØ连续作业，作业效率较