水平井压裂

水平井分段压裂技术新进展及下步工作方向胜利油田分公司采油工艺研究院2010年11月一、前言三、分析及下步工作方向二、水平井分段压裂技术新进展一、前言低渗透油藏开发现状桩西油田渤南油田东风港油田牛庄油田纯化油田商河油田大王北油田五号桩油田大芦湖油田滨南油田胜利油区低渗透油藏分布图正理庄油田东辛油田现河庄油田梁家楼油田平方王油田胜坨油田郝家油田博兴油田低渗透油藏分布在46个油田，探明储量9.44亿吨，动用7.18亿吨，未动用2.68亿吨，采出程度12.5％，采油速度0.51％，单井日油3.3t。2009年年产油量达到366×104t。“十二五”期间将成为油田稳产上产的重要阵地。一、前言从1992年至2007年，胜利油田在低渗透油藏钻了23口水平井。为了提高低渗、特低渗透油藏储量动用程度和采收率，2007年开始，胜利油田开展了水平井压裂研究和试验。1990年提出水平井压裂技术2007实施水平井分段压裂目前形成的主导工艺技术管内封隔器分段压裂1995开展水平井压力特性、裂缝布置等理论研究套管限流压裂连续油管喷射压裂水力喷射分段压裂裸眼分段压裂一、前言已开展限流压裂、连续油管喷射压裂、砂塞分段、封隔器分段压裂、水力喷射分段压裂等5项技术15井次的试验，施工成功率83%。类型技术分段方式针对性施工周期费用投产周期逐次分段逐段压裂连续油管喷射分段压裂砂塞封堵强较长较高长砂塞分段压裂一次分段逐段压裂水力喷射分段压裂自密封一般短较低较短封隔器分段压裂封隔器强短较低较短裸眼分段压裂封隔器/固井强短低短一、前言压裂方式套管，in一次管柱最大分段数套管51/2476裸眼41/2751/29712不同完井方式对应分段级数裸眼分段压裂具有分段可靠，施工周期短，放喷后即可投产的优点；裸眼完井相对于套管完井具有更大的通径，可以实现更多级数的压裂，是今后发展的重要方向。水平井裸眼封隔器分段压裂一、前言三、分析及下步工作方向二、水平井分段压裂技术新进展（一）水力喷射分段压裂技术1、技术原理根据水动力学动量-冲量原理。固体颗粒受水载体加速，高速冲击套管和岩石，射穿套管和近井地层，形成一定直径和深度的射孔孔眼，然后加大压力和砂比，沿孔眼扩张成裂缝。控制环空流量保持合适的环空压力至为关键水力喷射分段压裂机理（一）水力喷射分段压裂技术2、工艺管柱3、工艺特点根据水动力自密封原理，保证分段可靠性采用投球打开滑套方式，51/2in套管内不动管柱完成2－4段射孔压裂联作适应性强，可在裸眼、筛管、套管等多种完井方式中实施适用中小规模的压裂4、现场试验近期，在吐哈油田牛东8-6井、牛东89-91井、胜利莱115等6口井成功进行了应用。牛东8－6井施工管柱牛东8－6井水力喷射分2段压裂火山岩油藏孔隙度：平均9.38%渗透率：平均1.77mD完井方式：筛管完井（一）水力喷射分段压裂技术压裂后起出喷嘴情况序号射孔压裂液量（m3）砂量（m3）液量（m3）砂量（m3）最高砂比（%）平均砂比（%）1302.2106+40.412.240232302.1130+47.617.15023第一段（1344.5m）第二段（1326.5m）（一）水力喷射分段压裂技术18.982.441.8912.38日液日油压前压后压前压后（二）水平井拖动管柱封隔器分段压裂技术1、技术原理利用喷砂器的节流压差坐封封隔器，反洗井替液解封封隔器，采取逐级上提管柱的方式，实现一次管柱完成多段压裂。2、工艺管柱3、工艺特点采用高压差K344封隔器跨隔密封，优化了管柱受力状态，提高了施工安全可靠性设置井下压力、温度测试仪，为压裂施工提供准确的数据记录设置安全接头，减少发生意外事故时的处理难度SP喷砂器SP压温器4、主要工具SPK344封隔器（二）水平井拖动管柱封隔器分段压裂技术基本数据：该井水平段2637.5m～3437.5m，水平段长800m完井方式：外径114.3mmN80套管固井，内径99.6mm5、现场试验DP35－1井拖动管柱分3段压裂3120.5～3240.026孔2933.0-3068.520孔2785.0-2834.027孔（二）水平井拖动管柱封隔器分段压裂技术5、现场试验（二）水平井拖动管柱封隔器分段压裂技术2006-12-2500:0000:3001:0001:3002:0002:3003:0003:302006-12-2504:00Time-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.0A-40-20020406080100B-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.0C0123456D-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.0E-400-2000200400600800100012001400F油压Mpa(MPa)套压Mpa(MPa)排出排量m^3/min(m?min)支撑剂流量m^3/min砂比%BBDFFCustomer:slofJobDate:Ticket#:WellDescription:Well#35-1UWI:GohWinv1.6.229-Dec-0611:04第二段压裂DP35-1第三段2911.9-3088.8m压裂施scon(Kg/CuM)51015202530volslurry(CuM)-volsand(CuM)100200300400500600rate(CuM/min)123456pt(MPa)-pc(MPa)020406080100Time(min)050100150第三段压裂DP35-1太2气层压裂施工曲线胜利井下压裂队2006/12/26Time(min)油压Mpa套压Mpa排出排量m^3/min砂比%0.048.096.0144.0192.0240.00.020.040.060.080.0100.00.020.040.060.080.0100.00.002.004.006.008.0010.000.020.040.060.080.0100.0第四段压裂012345678无阻流量（10^4m^3/d)1234压裂分段数分段数压后无阻流量（104m3/d)该井进行了四次压裂，累计压开10条裂缝，产能对比表明，压后无阻流量相当于单条裂缝时的9.6倍，合计无阻流量16.3×104m3/d。（三）水平井不动管柱封隔器分段压裂技术采用投球打开滑套的方式，在51/2in套管内，可实现一次管柱分2－4段压裂。水平井管内封隔器分段压裂启动压差：≤1.5MPa工作压差：≥50MPa耐温：150℃扩张式高压封隔器恒压滑套喷砂器低密度球喷嘴耐磨，根据流量调节喷嘴大小，保持节流压差恒定耐压：70MPa低密度：4.3g/cm3，可返排1、技术原理2、工艺管柱关键技术3、主要工具（三）水平井不动管柱封隔器分段压裂技术4、现场试验22066.0-2121.92025.0-2042.5水平5－1油层剖面图序号斜深井段渗透率10－3µm2孔隙度％泥质含量％实射井段m12066～2121.938.61512.09711.45621(2067～2088)22025～2042.53.5659.3257.24614(2025～2039)水平5－1分段压裂施工管柱压裂设计采用封隔器分两段压裂加砂量：52m3，每段26m3排量：4.5m3/s压裂液：GRJ-11支撑剂：0.212～0.425mm陶粒19m30.425～0.85mm陶粒33m3水平段长201m，油层套管51/2in，分两段射孔，压前供液不足停产。水平5－1井不动管柱分2段压裂（三）水平井不动管柱封隔器分段压裂技术4、现场试验水力锚封隔器及陶瓷件球座、低密度球从下入施工及起出工具解剖看，整套施工管柱分段可靠，无明显磨蚀，成功实现分两段压裂改造的目的，完全能够满足水平井分段压裂的需要。主要工具起出后情况（四）水平井裸眼分段压裂完井技术1、水平井裸眼封隔器分段压裂完井水平井裸眼封隔器分段压裂完井－技术原理：采用裸眼封隔器分段，通过投球打开滑套的方式实现分多段压裂完井，并研制配套的专用井口投球器。低密度球高强度、低密度、可返排、易钻多功能投球器远程投球安全可靠工艺优势：－裸眼完井，降低油层污染－基管尺寸扩大，可实现分较多段数压裂－压裂完井可一体化完成，亦可先期投产，后期压裂（四）水平井裸眼分段压裂完井技术1、水平井裸眼封隔器分段压裂完井投球滑套球座可钻压差（趾端）滑套压差打开扩张式（压缩式）裸眼封隔器两类裸眼封隔器适应不同井况－技术目标：41/2in套管内，水平井裸眼封隔器最大7分段压裂完井；裸眼压裂封隔器密封压差≥50MPa，耐温≥150℃。－目前进展：已完成加工，准备进行室内试验，年底前具备进入现场试验能力。（四）水平井裸眼分段压裂完井技术1、下入工具串，座封封隔器4、投稍大球，打开相应滑套，压裂相应段3、投球，打开下部滑套，压裂下面第二段2、起压，打开趾端滑套，压裂最底段1、水平井裸眼封隔器分段压裂完井（四）水平井裸眼分段压裂完井技术5、投入最后一球，结束压裂作业7、磨铣球与球座6、开井口回流，返出球和压裂砂8、投产，根据需要开关滑套。1、水平井裸眼封隔器分段压裂完井（四）水平井裸眼分段压裂完井技术水平井预制滑套固井分段压裂完井技术原理：在固井完井套管中间预制压裂滑套，采用固井水泥段进行分段，通过下入开关打开预制滑套进行压裂的方式，实现任意多段压裂完井。2、水平井裸眼预制滑套固井分段压裂完井工艺优势：－兼容目前套管固井方式，无需更换工艺－采用液压扶正辅助固井分段，提高了固井质量，无需裸眼封隔器，成本低，分段可靠－分段数不受尺寸限制，可分任意多段（四）水平井裸眼分段压裂完井技术2、水平井裸眼预制滑套固井分段压裂完井－技术目标：预制滑套耐压≥50MPa，耐温≥150℃滑套可关闭打开次数≥10次－目前进展：已完成工具设计，准备加工，明年初前具备进入现场试验能力。预制滑套滑套开关工具（四）水平井裸眼分段压裂完井技术1、下入完井工具串，泵注水泥3、水泥侯凝后，下入液压开关工具，打开最底端预制滑套2、胶塞碰压，侯凝4、将液压开关工具提至竖直井段托筒处2、水平井裸眼预制滑套固井分段压裂完井（四）水平井裸眼分段压裂完井技术2、水平井裸眼预制滑套固井分段压裂完井5、开始底层压裂7、打开第二段预制滑套，重复步骤4~5进行压裂，然后关闭本段预制滑套6、底层压裂结束，用液压开关工具关闭底层预制滑套8、所有段压裂结束后，可选择性打开滑套进行生产。一、前言三、分析及下步工作方向二、水平井分段压裂技术新进展（一）国内技术对比分析技术研究单位技术水平应用情况对比水力喷射分段压裂拖动管柱川庆钻探石油大学裸眼10段直斜井31口水平井16口胜利地层压力较高，拖动管柱受限胜利应用井数较少，裸眼未进入现场胜利采油院00不动管柱川庆钻探石油大学7in套管内7段已应用胜利低渗7in套管较少胜利采油院51/2in套管内4段直井6口水平井1口封隔器分段压裂双封单卡大庆15段160余井次胜利地层压力较高，拖动管柱受限拖动管柱理论上可以分任意多段胜利采油院3段3井次不动管柱川庆钻探7in套管内6段已应用胜利低渗7in套管较少应用井次少胜利采油院51/2in套管内4段1井次裸眼分段压裂封隔器川庆钻探6in裸眼内10段7井次胜利分段略少胜利未应用胜利采油院7in挂41/2in套管7段无预制滑套胜利采油院任意多段无国内空白（二）下步工作方向1、加快水平井裸眼分段压裂技术攻关，具备现场试验条件后，采油处牵头，采油厂参加，选井试验，提高技术影响力。2、继续完善水平井封隔器分段压裂，提高工具的可靠性，实现7in套管的系列化。3、由于水力喷射分段压裂具有低成本、适于中小规模压裂的特点，在改造增产的基础上，还可用于低渗透水井解堵增注，扩展技术应用领域。