中原油田水平井水力喷射压裂技术的试验应用(中英)

2010.08中国·西安XIAN.CHINA曾雨辰孙敏邢希春潘卫东中国石化中原石油勘探局井下特种作业处ApplicationofHydraulicJetFracturingTechnologyonHorizontalwellsinZhongyuanOilFieldZengYuchen,Sunmin,XingXichun,PanWeidong（ZPEBDownholeServiceCompany,SINOPEC）目录CONTENT引言Introduction1压裂技术的选择Choiceoffracturingtechnology2水力喷射压裂技术Hydraulicjetfracturingtechnology3现场试验应用Fieldtestapplications4结论与建议ConclusionsandrecommendationsDownholeServicesofZPEB引言截止到2010年6月，中原油田已完钻水平井66口，其中新钻水平井56口，套管开窗侧钻水平井10口，完钻测深2000-4300m，垂深1900-3600m，水平井水平段长62-823m。完井方式主要采用筛管完井，占75%；其次为套管完井和裸眼完井，分别占17.9%和7.1%。Therewere66horizontalwellshavedrilled,drilledsounding2000-4300m,verticaldepthof1900-3600m,alonghorizontalsection62-823m.Screenwellcompletionis75%;Followedbycasingcompletionandopenholecompletionis17.9%&7.1%.DownholeServicesofZPEB引言水平井因为水平段较长，通常需要分多段进行压裂改造。要想以较短的时间、安全顺利地对多个井段完成压裂施工，关键在于根据完井方式选择合适的分段压裂技术。Thekeyistochooseasuitablestagedfracturingtechnology.DownholeServicesofZPEB目录CONTENT引言Introduction1压裂技术的选择Choiceoffracturingtechnology2水力喷射压裂技术Hydraulicjetfracturingtechnology3现场试验应用Fieldtestapplications4结论与建议Conclusionsandrecommendations中原油田水平井水力喷射压裂技术的试验应用DownholeServicesofZPEB1压裂技术的选择目前国内外水平井分段压裂技术:Stagedfracturingtechnologyforhorizontalwellsathomeandabroad:限流压裂分流转向剂转向分段压裂（胶塞属其中之一）套管井机械隔离工具分段压裂水力喷射分段压裂完井增产滑套分段压裂(国外公司)各有优、缺点和其适用范围。Eachhasitsadvantages，disadvantagesandapplicationscope.DownholeServicesofZPEB1压裂技术的选择•Φ339.7mm表套封表层软地层；•Φ244.5mm技套封直井段不稳定地层，对于下部存在盐膏层或出水或压力异常地层，技术套管下到斜井段或A靶点；•完井悬挂Φ139.7mm复合尾管，油层水平段下入筛管，靶点A以上固井。新钻水平井井身结构示意图新钻水平井主要采用的井身结构：Thenewdrillinghorizontalwellborestructure:DownholeServicesofZPEB•引鞋+Φ88.9mm筛管+盲管+封隔器+分级箍+浮箍+浮箍+Φ88.9mm套管串+Φ116mm机械或液压式悬挂器。1压裂技术的选择侧钻水平井井身结构示意图侧钻水平井井身结构：Sidetrackdrillinghorizontalwellborestructure:DownholeServicesofZPEB由于筛管完井水平井只能采用水力喷射压裂技术以及套管完井水平井采用机械工具分段压裂所存在的较大风险，确定了在中原油田以水力喷射压裂技术为主导的水平井压裂改造技术。NowinZhongyuanoilfield,horizontalwellfracturingstimulationtechnologyisleadingbythehydraulicjetfracturingtechnology.1压裂技术的选择DownholeServicesofZPEB目录CONTENT引言Introduction1压裂技术的选择Choiceoffracturingtechnology2水力喷射压裂技术Hydraulicjetfracturingtechnology3现场试验应用Fieldtestapplications4结论与建议Conclusionsandrecommendations中原油田水平井水力喷射压裂技术的试验应用DownholeServicesofZPEB2水力喷射压裂技术2.1技术原理TechnicalPrinciple目前选用的水力喷射压裂技术属于油管射孔、油管压裂+环空补液工艺，它集射孔、压裂、隔离为一体。该技术根据伯努利方程原理，把压能转变为动能。它采用一种特殊的喷射/压裂工具，通过两个步骤来将地层裂缝打开。DownholeServicesofZPEB2水力喷射压裂技术喷砂液冲量：γ—喷砂液的比重；g—重力加速度；A—喷嘴截面积;v—射流流速。水力喷砂射孔切割岩石原理示意图2P/gAv水力喷砂射孔参数：施工参数—喷嘴压差20－30MPa，喷砂射孔时间10-15min，尽可能提高排量；磨料类型—石英砂；磨料浓度—6%～8%；磨料粒径—0.4～0.6mm；射孔液—稠化剂HPG浓度为0.2-0.5%的基液。第一步：射孔Thefirststep:PerforationDownholeServicesofZPEB2水力喷射压裂技术P井底环空+P孔内增压=P孔内起裂：P孔内＞P破裂延伸：P孔内≥P延伸水力喷射压裂起裂机理示意图1v22+gh+P=C①.油管和环空分别泵入流体。②.油管流体经喷射工具射流继续进入射孔孔道，孔内压力高于井底环空压力，当孔内压力超过地层破裂压力,地层被压开。③.保持孔内压力不低于裂缝延伸压力，同时在喷射流核外将形成相对负压区，环空流体被高速射流卷吸进入射孔通道，裂缝得以扩展延伸。第二步：压裂Thesecondstep:FracturingDownholeServicesofZPEB2水力喷射压裂技术2.2技术特点TechnicalCharacteristics⑴可在需要压裂的任意井段进行实施，对于裂缝条数也没有限制。⑵一次管柱可进行多段压裂，简化了施工程序，缩短了施工工期，降低了成本。⑶压裂管柱结构简单，降低了井下复杂事故的发生率，不下机械隔离工具，极大地减少了工具砂埋或砂卡的风险。⑷对同一井不同井段可采取不同液体体系进行改造。⑸改造目的性强，实现精准定点压裂施工。DownholeServicesofZPEB2水力喷射压裂技术2.3水力喷射压裂工具HydraulicJetFracturingTools水力喷射压裂工具组成水力喷射压裂工具是技术实施的关键，核心是喷枪和喷嘴。单段施工工具由导向头、筛管、单向阀、扶正器、喷枪、扶正器、短节等组成。二段施工工具由导向头、筛管、单向阀、喷枪、扶正器、短节、带滑套喷枪、扶正器、短节等组成。DownholeServicesofZPEB目录CONTENT引言Introduction1压裂技术的选择Choiceoffracturingtechnology2水力喷射压裂技术Hydraulicjetfracturingtechnology3现场试验应用Fieldtestapplications4结论与建议Conclusionsandrecommendations中原油田水平井水力喷射压裂技术的试验应用DownholeServicesofZPEB3现场试验应用综合各方面的因素，中原油田最初引进了石油大学(北京)的水力喷射压裂技术进行现场试验，在试验应用过程中不断进行改进和完善，满足了中原油田目前水平井压裂改造的需要。IntroduceHydraulicjetfracturingtechnologyfromChinaUniversityofPetroleum(Beijing)initially.DownholeServicesofZPEB3现场试验应用液体经过喷嘴时会产生短暂的高速剪切，通过室内实验检测，优化配方后的压裂液经过短时高速剪切后压裂液流变性能恢复良好（先用1800-s剪切5min，然后用170-s进行剪切），可以用于水力喷射压裂施工。压裂液流变性试验曲线3.1压裂液优化OptimizationOfFracturingFluidDownholeServicesofZPEB3现场试验应用原施工需要2台混砂车，2组压裂车分别进行油管注入和环空注入。通过对混砂车管汇进行改造，一台混砂车就可为两组压裂车组同时供液，减少了一台混砂车及相应的流程，降低对井场要求，也节约了相应的单井施工费用。原混砂车排出管汇流程改进后的混砂车排出管汇流程3.2施工供液流程改造TheReformationOfTheLiquidSupplyProcessDownholeServicesofZPEB3现场试验应用3.3现场施工情况Siteoperationcondition09年8月至2010年上半年，在15口水平井上进行了水力喷射压裂施工，其中12口井压裂1段，3口井为分压2段。有10口井为筛管完井，另5口井为套管完井。达到设计砂量的有9口井，占施工井数的60%，没有达到设计砂量的有6口井，占施工井数的40%。压裂施工后，压裂管柱均顺利起出。水力喷射压裂技术在中原油田水平井储层改造中取得一定成效。DownholeServicesofZPEB3现场试验应用序号井号完井方式施工日期压裂层段(m)厚度/层数(m/n)射孔液(m3)破裂压力(MPa)砂比(油管/综合)(%)砂量(m3)排量(m3/min)前置液(%)加砂符合率(%)1文92-平2筛管09.08.053442.9-3583.0140.1/87075.224.3/21.318.22.5/0.444.41002濮4-平1筛管09.10.223039.3-3314.0185.7/2675.760.524.4/17.225.12.3/1.344.41003濮1-平1筛管09.11.012409.6-2603.5120.6/106582.612.8/12.810.41.5/048.339.84马11-平1筛管09.11.303106.1-3160.449.1/77064.526.8/19.229.82.5/1.044.81007584.824.8/18.219.62.9/1.1471005庆平1套管09.12.213003.9-3145.0141.1/146.358.524.9/18.317.42.9/1.048.11006文234-平1筛管10.01.153000.3-3004.34.0/1388925.0/17.9201.7/1.047.91007桥4-平1套管10.01.182682.0-2697.015.0/13672.824.5/16.824.52.3/1.0421008马26-平1筛管10.01.273807.3-3822.315.0/13586.226.8/2139.93.2/0.946.81003587.911.7/9.310.22.9/0.648.629.89刘17-平4筛管10.02.123330.9-3336.15.2/13582.917/8.66.82.2/1.049.543.310文92-平3筛管10.02.2