页岩气水平井分段大型压裂实践

2012年9月中国·克拉玛依曾雨辰中国石化中原石油勘探局井下特种作业处页岩气水平井分段大型压裂实践目录引言1工艺方案2泵送易钻桥塞分段压裂技术3压裂液4支撑剂5连续油管作业6压裂准备7压裂施工8压后钻塞9存在问题10认识与建议DownholeServicesofZPEB引言我国页岩气勘探开发还刚起步，采取了引进国外先进技术的途径。作为国内最具实力的压裂施工队伍之一，“中原井下”积极投身到中国页岩气革命的浪潮当中，已完成了3口页岩气水平井分段大型压裂施工。DownholeServicesofZPEB1工艺方案压裂工艺井号岩性水平段长(m)压裂段数隔离+射孔方式压裂液支撑剂涪页HF-1页岩、夹薄层灰岩1136.7510桥塞+射孔联作滑溜水+冻胶100目+30/50目陶粒彭页HF-1页岩、粉砂质页岩1014.4812桥塞+射孔联作滑溜水+线性胶100目+40/70目石英砂延页平1泥页岩6056桥塞+射孔联作滑溜水+清洁压裂液100目+40/70目+20/40目陶粒页岩气水平井压裂工艺压裂工艺•泵送易钻桥塞分段压裂技术、光套管注入。•多家专业施工队伍协同施工。DownholeServicesofZPEB1工艺方案采用簇式射孔，即在每一级压裂井段中采用多点射孔的方式。射孔方案井号压裂段数射孔簇数簇长(m)簇距(m)枪型孔密(孔/m)孔径(mm)相位角(°)涪页HF-11021.217-4689201560彭页HF-11230.7611-5089191460延页平1640.511.5-26.5SYD1022460各井压裂段射孔参数DownholeServicesofZPEB1工艺方案第1段小型压裂试验,每段先注酸预处理,再进行主压裂施工。涪页HF-1:每段泵注程序一致,滑溜水→段塞加砂,冻胶→连续加砂。彭页HF-1:各段泵注程序不同,滑溜水→段塞加砂,线性胶→连续加砂。延页平1:各段泵注程序不同,全程均为段塞加砂。压裂方案井号层位压裂井段(m)压裂段数压裂管柱施工排量(m3/min)总液量(m3)支撑剂量施工砂比(%)涪页HF-1大安寨段2433.25-357010Ø139.7mm套管1014375每段80.1t，全井801t2.55-15.92彭页HF-1龙马溪组2431.52-344612Ø139.7mm套管8.512700每段59.19-88.98t，全井837.16t0.7-18.75延页平1长71738.0-2323.06Ø139.7mm套管1213202.8每段60-70m3，全井390m32-10压裂主要设计参数DownholeServicesofZPEB2泵送易钻桥塞分段压裂技术泵送易钻桥塞分段压裂技术作为一项新兴的水平井压裂技术近年来在国外页岩气藏及致密气藏开发中得到广泛应用。贝克休斯公司→“QUIKDrillTM”哈里伯顿公司→“FasDrillTM”威德福公司→“FracGuard™”斯伦贝谢公司→“COPPERHEAD*”DownholeServicesofZPEB电缆桥塞坐封工具射孔枪桥塞射孔枪桥塞电缆桥塞坐封工具裂缝桥塞泵送示意图桥塞封隔及射孔示意图2泵送易钻桥塞分段压裂技术工艺过程⑴井筒准备⑵第一段射孔⑶第一段压裂⑷下入桥塞+射孔联作管串⑸坐封桥塞，预定位置射孔⑹第二段压裂⑺同样方式，完成其余段的桥塞封隔、射孔、压裂。⑻采用连续油管钻除桥塞，排液、生产。DownholeServicesofZPEB•适合大排量注入（光套管）。•桥塞与射孔联作，带压作业，施工快捷，井筒隔离可靠。•桥塞易钻可排，留下全通径井筒。•套管固井完井，受井眼稳定性影响相对较小。•压裂段数不受限制。•工具风险相对较小，施工砂堵井筒易处理。2泵送易钻桥塞分段压裂技术技术特点DownholeServicesofZPEB泵送易钻桥塞2泵送易钻桥塞分段压裂技术井号厂商材质耐压(MPa)耐温(℃)最大外径(mm)备注涪页HF-1贝克休斯复合材料68.9149104.8实心和空心（投球式）2种彭页HF-1哈里伯顿复合材料68.9104111.0空心（投球式）延页平1斯伦贝谢铝质材料68.9177111.5空心（单流阀式）桥塞性能指标DownholeServicesofZPEB3压裂液•根据岩石矿物含量及脆性，选择了复合压裂液。•滑溜水在前期使用作为前置液及小粒径、低砂比支撑剂的携砂液。•交联凝胶、线性胶或清洁压裂液在后期使用以携带较大粒径及较高砂比的支撑剂。DownholeServicesofZPEB3压裂液•VikingD，延迟交联压裂液，适用温度65.5-149℃，交联时间0.5-10min可控。具有低摩阻、抗剪切、携砂能力强、低伤害等特点。添加剂名称产品代号使用浓度‰备注杀菌剂Magnicide5750.05配液加入粘土稳定剂CLAYTREAT3C2.0配液加入长效粘土稳定剂CLAYMASTER5C2.0配液加入降阻剂FRW-160.5配液加入助排剂INFLO-250W1.0配液加入添加剂名称产品代号使用浓度‰备注杀菌剂X-CIDE1020.5配液加入粘土稳定剂CLAYTREAT3C2.0配液加入长效粘土稳定剂CLAYMASTER5C2.0配液加入稠化剂GW-273.0配液加入助排剂INFLO-250W1.0配液加入pH调节剂BF-7L1.0配液加入胶囊破胶剂HipermCRB0.15在线加入生物酶破胶剂GBW-12(1:33)1.0在线加入氧化型破胶剂GBW-50.3在线加入延迟交联剂XLW-300.75在线加入快速交联剂XLW-320.2在线加入XLW-30稀释剂白油1:1配液加入涪页HF-1井：贝克休斯公司化学剂滑溜水组成及配比VikingD凝胶液组成及配比•滑溜水降阻率达70-80%，且具有较好的防膨效果。DownholeServicesofZPEB3压裂液•滑溜水降阻率可达70%左右。FR-66降阻剂水合速度只有10秒左右，特别适合在线混配。•考虑到储层岩石的脆性不足，选择了线性胶作为高支撑剂浓度的携砂液。添加剂名称产品代号使用浓度‰备注杀菌剂BE-90.7配液加入防水锁剂Gasperm11000.5-2.0配液加入降阻剂FR-660.75在线加入降阻剂的破胶剂OptikleenWF0.09在线加入线性胶组成及配比滑溜水组成及配比彭页HF-1井：哈里伯顿公司化学剂添加剂名称产品代号使用浓度/‰备注杀菌剂BE-3S0.018配液加入抑菌剂BE-60.018配液加入稠化剂WG-113.4配液加入表面活性剂Losurf-300L2.0配液加入破胶剂SP-Breaker0.1在线加入DownholeServicesofZPEB3压裂液•延长石油研究院的滑溜水和清洁压裂液。•清洁压裂液为成品，施工时按1%的比例在线加入，同时加入0.01%的过硫酸铵作为破胶剂。滑溜水组成及配比延页平1井：国产化学剂添加剂名称产品代号使用浓度（‰）备注杀菌剂0.5配液加入粘土稳定剂KCL20配液加入破乳剂2.0配液加入降阻剂PAM0.5配液加入助排剂4.0配液加入DownholeServicesofZPEB4支撑剂井号种类阶段备注前期中期后期涪页HF-1陶粒100目40/70目30/50目彭页HF-1石英砂100目40/70目延页平1陶粒100目40/70目100目40/70目20/40目最后1段各井使用的支撑剂DownholeServicesofZPEB涪页HF-1井、彭页HF-1井使用了1.75〞(外径44.45mm)连续油管配合压裂作业及钻塞。延页平1井使用了2〞(外径50.8mm)连续油管配合压裂作业及钻塞。5连续油管作业DownholeServicesofZPEB6压裂准备井号额定压力（MPa）材料级别主通径（mm）涪页HF-1105“EE”级Ø180mm彭页HF-1105“DD”级Ø150mm延页平1105“DD”级Ø130mm压裂井口•使用采气树和油管头作为压裂井口各井压裂井口DownholeServicesofZPEB6压裂准备•涪页HF-1井和延页平1井现场配制浓缩液，施工时按比例与清水混合注入井内。•彭页HF-1井在往储罐内打水时加入杀菌剂、防水锁剂，施工中降阻剂、降阻剂破胶剂为混砂车在线加入。井号浓缩滑溜水(m3)泵注比例(浓缩液：清水)泵注时在线添加涪页HF-114001:9无彭页HF-1未浓缩FR-66、OptikleenWF延页平125001:5无各井滑溜水配制统计压裂液：滑溜水DownholeServicesofZPEB6压裂准备•涪页HF-1井的原胶和彭页HF-1井的线性胶预先配出1～2段的用量，随后根据需要进行配制补充。•延页平1井使用的清洁压裂液为成品，使用时按1%比例在线加入。各井其它压裂配制统计压裂液：其它井号名称数量(m3)备注涪页HF-1凝胶基液2150除在线加入添加剂之外此时加入彭页HF-1线性胶3400延页平1清洁压裂液636.1在线加入DownholeServicesofZPEB6压裂准备井号类型数量备注100目40/70目30/50目20/40目涪页HF-1陶粒125t456t220t现场装砂，人工吊装加砂(100目)+立式砂罐加砂彭页HF-1石英砂300t1415t现场装砂，立式砂罐加砂延页平1陶粒60m3310m320m3现场装砂，砂罐车加砂支撑剂各井支撑剂准备统计DownholeServicesofZPEB6压裂准备压裂设备•涪页HF-1井动用了7台2500型、10台2000型压裂车等设备•彭页HF-1井动用了8台2500型、3台2000型压裂车等设备•延页平1井动用了6台2000型、8台1800型压裂车等设备。压裂施工主要设备统计井号2500型压裂车2000型压裂车1800型压裂车混砂车仪表车管汇车配液车离心泵酸泵涪页HF-1710232122彭页HF-183211122延页平1682221162DownholeServicesofZPEB7压裂施工井号作业次数泵送排量(m3/min)泵送压力(MPa)备注涪页HF-1110.8-1.5247.1-68.2前期出现桥塞未坐封、不能丢手，压力高无法泵送桥塞，用连续油管补救射孔等问题。彭页HF-1110.4-1.512.3-35.2各段顺利延页平161.0-1.918.8-32.2一次因井筒有沉砂桥塞无法泵送到位；各段实射2簇。桥塞及射孔桥塞及射孔作业统计DownholeServicesofZPEB7压裂施工井号施工日期压裂井段(m)压裂级数施工排量（m3/min）施工压力(MPa)总液量(m3)支撑剂量(m3)施工砂比(%)涪页HF-12012.2.18-3.132433.25-3570107.1-13.360.2-97.416098.7487.253-20彭页HF-12012.5.1-5.82305.0-3390.0128.3-9.628.0-59.016548.4832.93-30延页平12012.5.29-6.31738.0-2323.078.7-12.230.4-58.517427.1286.62-8压裂施工统计表•涪页HF-1井进行了10段12次压裂•彭页HF-1井对泵注程序进行了调整，注入液量和砂量比设计均有较大幅度的提高。•延页平1井比设计多压了1段。压裂施工DownholeServicesofZPEB7压裂施工涪页HF1彭页HF1延页平1DownholeServicesofZPEB8压后钻塞•压后用连续油管钻塞。•涪页HF-1井剩4个桥塞未能钻除，延页平1井剩2个桥塞未能钻除，彭页HF-1井桥塞全部钻除。DownholeServicesofZPEB9存在问题⑴有高压设备、管件损坏，高压部件断裂飞出的情况发生。⑵没有泵送浓缩滑溜水的可计量供液泵，混砂车添加剂比例泵不适应直接泵送粘稠的添加剂。⑶立式砂罐只能分装2种支撑剂，存在安装拆卸慢、不易准确查看砂面确定剩余砂量等问题。DownholeServicesofZPEB9存在问题⑷涪页HF-1井出现过桥塞未丢手、射孔枪未发射的问题，延页平1井出现过水平段沉砂桥塞送不