压裂-压裂液

1水平井水力压裂技术水平井水力压裂技术水平井水力压裂技术水平井水力压裂技术西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学周德胜周德胜周德胜周德胜水平井压裂应用水平井压裂应用水平井压裂应用水平井压裂应用•水平井与直井?•水平井与水平井压裂?2第一讲第一讲第一讲第一讲压裂液压裂液压裂液压裂液历史历史历史历史•1947年在美国Hugoton气田完成第一口水力压裂；•用汽油作压裂液压裂四层石灰岩；•因汽油较贵，很快就采用水作压裂液，并一直广泛应用到六十年代；•到七十年代，高粘度胶因能携带高砂比开始取代水作为压裂液。3历史历史历史历史•到八十年代，盛行交联胶；•九十年代后期，开始用清洁水以降低成本；•近来，开始用混合液；压裂液基本要求压裂液基本要求压裂液基本要求压裂液基本要求1.具有足够的粘度以造宽缝；2.具有较小摩擦力以造长缝；3.能携带大量支撑剂充填裂缝；4.少量胶以易于破胶和降低成本。4交联瓜胶压裂液交联瓜胶压裂液交联瓜胶压裂液交联瓜胶压裂液从80年代开始;•水+稠化剂（瓜胶）+交联剂：高砂比；•长支撑裂缝；•温度影响：100ºC、130ºC•破胶考量：裂缝长度裂缝长度裂缝长度裂缝长度•压裂时裂缝长度：–3D模型计算；–微震监测；•支撑裂缝长度支撑裂缝长度支撑裂缝长度支撑裂缝长度:–3D模型计算；–测量测量测量测量？？？？•有效裂缝长度：–计算？–测量：5有效裂缝长度有效裂缝长度有效裂缝长度有效裂缝长度有效裂缝长度常小于压裂裂缝长度的一半：10-20%?办法办法办法办法?•支撑剂在裂缝中运移；•铺置；•较小尺寸支撑剂；•加大砂比。6•破胶；•部分破胶；主要不易清洗机理：–静态屈服应力+气体；交联胶压裂问题交联胶压裂问题交联胶压裂问题交联胶压裂问题SlickWater压裂液压裂液压裂液压裂液–水压裂液？–清水压裂液？–清洁水压裂液？–稠化水压裂液？–。。。7SlickWater压裂液压裂液压裂液压裂液什么是Slickwater压裂液？水中混合降阻剂以减小油、导管中的摩阻。SlickWater压裂液压裂液压裂液压裂液Slickwater压裂体系组成：–水；–降阻剂；–线性胶；–低浓度支撑剂；–(KCL);–（酸）；8SlickWater压裂液压裂液压裂液压裂液Slickwater压裂液添加剂（除上述外）：–杀菌剂；–阻垢剂；–表面活性剂；–粘土悬浮剂；–。。。SlickWater压裂液压裂液压裂液压裂液Slickwater压裂特点：–低粘度；•好处：油导缝摩阻小、造长缝和控高、大排量；•坏处：携砂能力差、缝窄；–大水量；–低砂比：用砂量不小。9SlickWater压裂液压裂液压裂液压裂液–水压裂液？–清水压裂液？–清洁水压裂液？–稠化水压裂液？Slick:光滑的，滑溜的；Slickwaterfrac:滑溜水压裂滑溜水滑溜水滑溜水滑溜水压裂液压裂液压裂液压裂液–维持相同的裂缝导流能力下，滑溜水压裂较瓜胶压裂液减少一半费用；–滑溜水压裂：清水中加入少量的减阻剂、表面活性剂、粘土活性剂携带低浓度支撑剂，在最后1%-5%时略加大砂比；–无胶（或少量），二次污染小;–清洁水液因粘度低可造矮长缝。10滑溜水滑溜水滑溜水滑溜水压裂压裂压裂压裂•1997年,滑溜水压裂应用于Barnett页岩中；•压裂效果：滑溜水压裂？交联胶压裂？•滑溜水压裂关键因素：孔隙度、渗透率、厚度、天然裂缝；滑溜水滑溜水滑溜水滑溜水压裂成功机理压裂成功机理压裂成功机理压裂成功机理–渗吸;–造出裂缝网；–剪切膨胀；–低二次损害：11裂缝网裂缝网裂缝网裂缝网SingleFracPlanarFracFracNetwork微震微震微震微震证实证实证实证实剪切膨胀剪切膨胀剪切膨胀剪切膨胀闭合天然裂缝压裂压裂后12滑溜水滑溜水滑溜水滑溜水压裂压裂压裂压裂•优点：–简单：–便宜：–低二次损伤：•限制：–较高温度:130度–良好的底部隔层：–中到高的地层压力：(0.2psi/ft)；–携砂低；滑溜水滑溜水滑溜水滑溜水压裂压裂压裂压裂---交联胶压裂交联胶压裂交联胶压裂交联胶压裂•缝长？•缝宽？–压裂时缝宽：较窄，低浓度、细沙；–裂缝关闭时支撑剂状态：悬浮，沉降。–有效支撑缝宽：交联胶减少50%,滑溜水减少小;13滑溜水滑溜水滑溜水滑溜水压裂压裂压裂压裂---交联胶压裂交联胶压裂交联胶压裂交联胶压裂?缝宽支撑剂运移支撑剂运移支撑剂运移支撑剂运移平衡高度非稳定悬浮砂14支撑剂运移支撑剂运移支撑剂运移支撑剂运移大直径大直径大直径大直径？？？？小直径小直径小直径小直径？？？？常用：从小到大。？可多种设计。Kernsetal(1959)滑溜水滑溜水滑溜水滑溜水压裂压裂压裂压裂常用支撑剂常用支撑剂常用支撑剂常用支撑剂支撑剂：•石英砂；•树脂包层树脂包层树脂包层树脂包层砂；•树脂树脂树脂树脂包层层层层多孔陶粒。尺寸：•30/50；•40/70；•100；15混合压裂液混合压裂液混合压裂液混合压裂液–混合应用清洁水压裂液与交联瓜胶压裂液；–用清洁水压裂液造较长较低的裂缝；–用低聚合物浓度的交联瓜胶压裂液传送中等砂比的支撑剂。第二讲第二讲第二讲第二讲水平井压裂技术水平井压裂技术水平井压裂技术水平井压裂技术16水平井多级压裂水平井多级压裂水平井多级压裂水平井多级压裂•桥塞式压裂：下导管并固井，射孔，压裂（反复进出井内施工，花费大）；•连续油管压裂：用喷砂射孔，支撑剂封隔（无需反复多次作业，压裂五段可在一天内完成）；•滑套封隔器:无需反复多次作业。水平井多级压裂水平井多级压裂水平井多级压裂水平井多级压裂•桥塞式压裂：–下导管并固井；–下射孔枪并完成射孔；–取出射孔枪；–水力压裂；–下桥塞；–重复上述步骤，完成各段压裂；–钻开桥塞。缺点：反复进出井内施工，花费大；17Vedio水平井多级压裂水平井多级压裂水平井多级压裂水平井多级压裂•连续油管压裂：连续油管一次完成各段压裂;–支撑剂封隔喷砂射孔压裂：喷砂射孔，支撑剂封隔；–封隔器封隔喷砂射孔压裂：喷砂射孔，封隔器封隔；优点：无需反复多次作业，速度快（压裂五级可在一天内完成）。18支撑剂封隔喷砂射孔压裂支撑剂封隔喷砂射孔压裂支撑剂封隔喷砂射孔压裂支撑剂封隔喷砂射孔压裂支撑剂封隔喷砂压裂支撑剂封隔喷砂压裂支撑剂封隔喷砂压裂支撑剂封隔喷砂压裂•用连续油管喷砂射孔；•喷砂用高浓度20/40陶粒或树脂包裹陶粒；•压裂时，压裂液由环空和油管同时泵入；19支撑剂封隔喷砂压裂支撑剂封隔喷砂压裂支撑剂封隔喷砂压裂支撑剂封隔喷砂压裂----优点优点优点优点•一次完成射孔压裂；•无需机械封隔，无需取出；•可用常规连续油管完成作业（1¾-或2-英寸）；•无温度限制；•无深度限制（连续油管可到处）；•3½以上导管；封隔器封隔喷砂压裂封隔器封隔喷砂压裂封隔器封隔喷砂压裂封隔器封隔喷砂压裂20裸眼水平井多级压裂裸眼水平井多级压裂裸眼水平井多级压裂裸眼水平井多级压裂滑套滑套滑套滑套----膨胀管封隔膨胀管封隔膨胀管封隔膨胀管封隔裸眼水平井多级压裂裸眼水平井多级压裂裸眼水平井多级压裂裸眼水平井多级压裂滑套滑套滑套滑套----膨胀管封隔膨胀管封隔膨胀管封隔膨胀管封隔21滑套滑套滑套滑套-膨胀管封隔膨胀管封隔膨胀管封隔膨胀管封隔•封隔器和滑套与生产管柱连接一次性下入水平段设定位置；•在环空中泵入油、水、或油水混合浸泡封隔器橡胶，以使其膨胀封隔；•泵入最小的球使其通过生产管各段座封在最后一个球座上；•加压打开该球座邻近的滑套；•压裂打开的一段（一级）；滑套滑套滑套滑套-膨胀管封隔膨胀管封隔膨胀管封隔膨胀管封隔•投入稍大的球，使之通过生产管座封在压裂段的上一球座上。加压打开滑套，完成压裂；•重复投球压裂，直到压裂完所有各级；•若有必要，可对各级作生产测试；•清洗可在全部压裂完成后各级同时流动；•清洗完成后，滑套作为生产的一部分。22膨胀封隔器膨胀封隔器膨胀封隔器膨胀封隔器•轮胎状，无机械运动件，无机械操作设备；•封隔器间距可达两三百米；•封隔器橡胶可在油、水、或油水混合物里膨胀；•封隔器封隔时间可按需设计；•封隔器橡胶可膨胀到原大小的200%；•封隔器在200度下可承受70Mpa压差。滑套滑套滑套滑套•作为生产管柱的一部分在封隔器之间与生产管柱一起下入；•滑套可用连续油管机械或水力方式打开，或投球打开；•滑套有两个开口。其中一个让压裂液进入环空。另一开口联通生产管，且逐级减小，在管尽头最小；23裸眼水平井多级压裂裸眼水平井多级压裂裸眼水平井多级压裂裸眼水平井多级压裂开启开启开启开启滑套滑套滑套滑套低效水平压裂井低效水平压裂井低效水平压裂井低效水平压裂井•地层渗透率各向异性，尤其是垂直渗透率限制:•压裂液污染:•支撑剂污染:•裂缝有效长度低：•。。。•水平压裂井压裂本身水平压裂井压裂本身水平压裂井压裂本身水平压裂井压裂本身：：：：表现：原因：达不到设计要求。如应该增产4倍但仅为3倍。有时未受重视。24裸眼水平井压裂存在的问题裸眼水平井压裂存在的问题裸眼水平井压裂存在的问题裸眼水平井压裂存在的问题•问题一：封隔器不能有效封隔各段；•问题二：滑套无法开启；1.滑套自身问题；2.压裂球穿过该座封的球座；3.压裂球座封在上一级球座上；封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔25问题一问题一问题一问题一：：：：封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔一千米诊断方法：问题一问题一问题一问题一：：：：封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔原因原因原因原因1、封隔器自身：2、水平井井筒：•径向；•横向；3、裂缝开启：•方向；•位置；26问题一问题一问题一问题一：：：：封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器自身–设计：–橡胶：–质量：–可靠性：问题一问题一问题一问题一：：：：膨胀封隔器膨胀封隔器膨胀封隔器膨胀封隔器1.全橡胶太长，不易施工：6m2.耐久性不足：海绵化，硬度减少50%3.挤突。27问题一问题一问题一问题一：：：：膨胀封隔器膨胀封隔器膨胀封隔器膨胀封隔器解决办法？在维持相同封隔压差（45mPa）下，长度降到2米以下。问题一问题一问题一问题一：：：：封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔水平井井筒：径向；横向；径向：AA’AA’28问题一问题一问题一问题一：：：：封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔水平井井筒：径向；横向；横向：上下、左右弯曲问题一问题一问题一问题一：：：：封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔裂缝开启：方向；位置；方向：裂缝沿最薄弱方向发展29问题一问题一问题一问题一：：：：岩石破裂方向岩石破裂方向岩石破裂方向岩石破裂方向上覆地层压力最小水平应力最大水平应力问题一问题一问题一问题一：：：：水平井裂缝方向水平井裂缝方向水平井裂缝方向水平井裂缝方向-平行平行平行平行裂缝裂缝裂缝裂缝30问题一问题一问题一问题一：：：：水平井裂缝方向水平井裂缝方向水平井裂缝方向水平井裂缝方向-垂直垂直垂直垂直裂缝裂缝裂缝裂缝问题一问题一问题一问题一：：：：井筒岩石应力分布井筒岩石应力分布井筒岩石应力分布井筒岩石应力分布垂直井筒垂直井筒垂直井筒垂直井筒径向应力切向应力31问题一问题一问题一问题一：：：：封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔水平井筒应力分布水平井筒应力分布水平井筒应力分布水平井筒应力分布问题一问题一问题一问题一：：：：封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔裂缝开启：方向；位置；方向：裂缝沿最薄弱方向发展沿井筒劈裂长度取决于：地应力分布、岩石力学性质、井筒方位、和压裂液粘度等。32问题一问题一问题一问题一：：：：封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔封隔器不能有效封隔裂缝开启：方向；位置；位置：裂缝在最薄弱处开始问题二问题二问题二问题二：：：：滑套无法开启滑套