13-压裂技术

胜利油田压裂技术应用现状2013.11提纲一、压裂技术发展概况二、大型压裂技术三、机械分层压裂技术四、非常规储层压裂技术一、压裂技术发展概况1、水力压裂的定义2、水力裂缝延伸过程及关联的物理机理3、水力压裂工艺技术分类4、水力压裂设计方法5、实施水力压裂的基本条件6、水力压裂技术系列1、水力压裂的定义井口下套管井射开层或部分射开层使压裂液/支撑剂能够进入油层裂缝边缘支撑剂区域泵车混砂车储砂罐仪表车压裂液储罐管汇低压管汇（吸入）低压管汇（排出）利用地面高压泵组将压裂液以超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底产生高于井壁附近岩石抗张强度的流体压力，随之形成裂缝并将支撑剂充填在裂缝中的过程。目标:通过建立一个高导流能力的流动通道来提高井筒和产层之间的连接。2、水力裂缝延伸过程及关联的物理机理1–随着开始泵注压裂液裂缝初步形成2–随着压裂液的泵注裂缝延伸3–支撑剂悬浮在压裂液中进入水力裂缝4–随着泵注的继续支撑剂被携带至裂缝更远处5–支撑剂在缝中向更远处前进，随着压裂液继续向渗透性地层的滤失，可到达水力裂缝的端部。6–停止泵注压裂液/携砂液，缝内压裂液继续向渗透性地层滤失。7–裂缝闭合在支撑剂上，在地层留下一条导流通道。时间压裂施工缝长缝宽12345671–开始泵注压裂液，地层破裂2–裂缝随压裂液的泵注而延伸3–支撑剂以悬浮状态进入水力裂缝4–支撑剂随着泵注的继续向更远处运移5–支撑剂在缝中向更远处前进，随着压裂液继续向渗透性地层的滤失，可到达水力裂缝的端部。6–停止泵注压裂液/携砂液，缝内压裂液继续向渗透性地层滤失。7–裂缝闭合在支撑剂上，在地层留下一条导流通道。地面泵压排量砂比理想的地面施工压力变化示意图压裂液在缝中流动压裂液滤失弹性变形裂缝延伸支撑剂传输五种机理相互关联、影响，以及井筒内流动介质的不断变化，造成了地面及井底压力的变化。3、水力压裂工艺分类4、水力压裂设计方法钻井录井测井岩心分析构造、单井评价地层测试储层低产原因分析预测天然产能储层改造潜力单井数模完井方式井身结构预测增产效果施工规模优化液体性能参数岩石力学参数施工方案现场实施施工工艺评估施工参数对比分析对比测试分析压降曲线分析液体性能评价压裂评估改造效果评估地震勘探室内工程模拟评价裂缝参数评估液体、支撑剂优化压裂设计理念NPV→支撑剂系数→改造体积（SRV）（单一缝→复杂缝的转变）1.常规NPV法定义无因次支撑剂系数：fk:裂缝渗透率；pV:支撑裂缝体积；k:地层渗透率；:泄油区域的体积式中：rV2.支撑剂系数法给定无因次支撑剂系数Nprop时，存在一个最佳的无因次裂缝导流能力，使采油指数最大。确定了最佳无因次裂缝导流能力，就可以确定最佳裂缝长度和裂缝宽度。无因次采油指数、最优的无因次导流能力都可表示为无因次支撑剂系数的函数。由此，得到无因次导流能力—无因次采油指数图版：设计步骤：(1)确定支撑剂类型、支撑剂用量；(2)确定无因次支撑剂系数；(3)根据无因次支撑剂系数，以无因次采油指数最大，确定最优的无因次裂缝导流能力；(4)计算裂缝长度和裂缝宽度；(5)优化设计施工泵注程序。1,000ft40acres英亩105x106ft31,600ft65acres英亩270x106ft3MapView/地图显示Weijers–Hart’sDuo20103.缝网压裂（体积压裂）(SRV)人工裂缝与天然裂缝相互交错组成网络通道压裂设计软件软件名称公司名称主要功能独特功能压裂模拟自动设计小型压裂压裂防砂模拟酸化压裂模拟产能预测净现值优化FracproPTPinnacle集成模型StimplanNSI压力分析及防砂MFracMeyer复杂裂缝GohferSTIM-Lab复杂应力场及数据库FracCADESchlumberger压裂防砂及管柱受力分析TerraFracTerraTek复杂裂缝模拟FracporPT功能强大：可用于压裂的各个环节上—模拟、设计、分析、优化、产量预测、经济评价和实时监测。在设计的时候考虑了井筒的弯曲对压裂设计的影响，而且可以通过调整弯曲半径来模拟水平井的单裂缝延伸、温度场、支撑剂运移和施工压力预测等施工参数。StimPlan新模型能够计算出不同射孔长度、射孔孔眼数量对裂缝参数的影响，提高了水平井压裂优化设计的能力。对含有不同油层特性的层间地层结构进行严格计算；直接利用测井曲线得到：地层岩石类型、剖面结构参数、分层应力。Mfrac可实现多层压裂裂缝三维几何尺寸、并实现多裂缝的可视化的显示和复杂裂缝的模拟。Gohfer基于离散方法论、采用全三维模型、考虑各种复杂的地层因素，能模拟非对称裂缝、复杂裂缝形状。施工设备与管柱满足特定施工工艺条件下的地层改造需要。施工工艺施工参数施工材料适应储层特征的要求。满足造缝、铺砂和增产的要求。满足储层和施工工艺的要求。配套措施适应工艺与投产的要求。5、实施水力压裂基本条件基本条件6、技术系列1.低渗油气藏大幅提高单井产量技术（单井优化设计与实施）2.整体压裂技术（在现有井网下优化裂缝与施工参数，提高整体压裂效果）3.开发压裂技术（优化井网及裂缝与施工参数，提高整体压裂效果）4.大型压裂技术（大规模压裂，增大缝长，提高单井产量及稳产）5.端部脱砂压裂技术（高渗层高导流压裂，提高单井产量）6.重复压裂技术（研究裂缝转向，再次压裂，提高单井产量）7.高温深井压裂技术（解决高温携砂、长时剪切与降阻，提高单井产量）8.复杂岩性储层压裂技术（对复杂应力与物性条件的单井实施优化施工）9.直井或小斜度井多层分压合采技术（一次作业、分压多层，提高产量）10.斜井、水平井压裂技术（多层或多段压裂，提高单井产量及稳产）二、大型压裂技术1、大型压裂技术应用背景2、大型压裂的界定3、大型压裂技术发展状况4、大型压裂集成配套技术5、大型压裂实施效果1、大型压裂技术应用背景在低渗特低渗透油气藏勘探开发工作中，存在几个方面的问题，使低渗特低渗透，尤其是特低渗透油气藏难以得到经济有效开发。自然产能低，常规压裂有效期短，递减快。0246810121416200104200108200112200204200208200212200304200308200312200404时间单井日油，t/d12.41.94.7梁家楼产量变化图递减率52%注水压力高，注水见效慢，效果差。因储层特低渗，吸水能力差，启动压力高，初期在近破裂压力状态注水，注水后压力传导慢，注水压力上升快，后期超破裂压力注水。注水压力（MPa)注水量（m3/d)262830323402040608010012014097.62003.699.122000.6储量丰度低，常规开发效益差从提高油藏采收率的角度要求加大井网密度，但因低渗透油藏储量丰度低，实际部署中突出的矛盾是：经济合理井距＞＞技术合理井距渗透率(10-3μm2)易流半径（m）理论极限半径（m）理论极限井距（m）经济极限井距（m）井距差值（m）5.52062124350226井距，m井网密度，口/km2采收率，%44755.33161014.62581520.32242024.2低渗透油田井网密度与采收率关系计算表相对导流能力无因次增产倍数裂缝导流能力愈高，增产倍数也愈高；造缝愈长，倍数也愈高左边：要提高增产倍数，则应以增加裂缝导流能力为主右边：增产主要靠增加缝的长度高渗油藏应以增加导流能力为主低渗油藏增加裂缝长度比增加裂缝导流能力对增产更有利Φh=0.9mk=0.05-0.005mdkh=0.45-0.045md.m席状砂岩单层均匀介质单一裂缝理论计算、国外实践均表明大型压裂可有效提高增产效果。解决生产实际问题的需求和国内外的实践，使压裂理念从常规向大型压裂转变2、大型压裂的界定大型压裂（MassiveHydraulicFracturing,MHF）是相对于中小规模的压裂而言，目前没有文献或资料对大型压裂做出明确界定。但公开出版的文献中普遍将压裂液用量400m3以上、加砂量50m3以上、最高施工泵压60MPa以上，同时动用了数台较大功率机组且有较大排量和较长作业时间的压裂作业称为大型压裂。胜利油田企业标准（Q/SH10201250-2006《压裂选井及单井地质设计和总结》）把压裂工艺分为三种主要类型：限流压裂：多层压裂前通过调节各层射孔孔数来控制各层压裂液进入量，达到均衡压裂的目的，主要用于低渗致密薄层、多层的新井、层；普通压裂：指传统的加砂压裂工艺，主要用于低渗致密油层的改造及油层污染后的解堵；大型压裂：加砂强度大于3m3/m，裂缝半长大于150m的压裂工艺。主要用于超低渗致密油层的改造。结合目前压裂技术的发展，大型压裂更多的是适应井网部署的压裂理念转变3、大型压裂技术发展状况2003年，在基山砂体探井压裂试油中进行大型压裂经验获得成功；2004年，滩坝砂储层大型压裂改造取得明显成效（弹性开发）；2010年，浊积岩储层仿水平井压裂规模应用（注采井网开发）。仿水平井大型压裂180米121米200m90米180米121米200m90米供油面积：0.061Km2控制储量：5.5万吨单井投资：680万元供油面积：0.097Km2控制储量：8.8万吨单井投资：880万元水平井分段压裂90米供油面积：0.15Km2控制储量：13.5万吨单井投资：1570万元120m200m直井压裂180米121米90米90米100m直井压裂半缝长100m，水平井压裂半缝长按120m，仿水平井大型压裂半缝长200m。渗透率10毫达西加砂强度为常规压裂的4～6倍，单井最大加砂量达到188m3，最高砂比80%，加砂强度达6.9m3/m。4、大型压裂集成配套技术上述技术系列在目前的各类压裂设计、施工中得到了广泛应用。在大型压裂实施过程中，形成和配套完善了十二项压裂工艺技术，为大型压裂施工的顺利实施和效果的获得提供了技术支撑。•组合粒径加砂技术•综合降滤失技术•射孔优化技术•变排量施工技术•延迟交联降摩阻技术•强制闭合技术•控缝高技术•地应力剖面解释技术•支撑剂段塞技术•复合防膨技术•柴油互溶剂与处理技术•变密度加砂技术博兴油田滨南油田纯化油田平方王油田史南油田高青油田正理庄油田乔庄油田大芦湖油田平南油田小营油田粱家楼油田樊154樊162樊163樊深1樊159纯110纯112樊148樊155樊157樊151樊153樊156梁751梁752史14滨681滨444滨437利57滨682史142史141梁753平面上勘探范围由南坡推进至洼陷腹地，纵向上工业价值的油层埋深从2800m以上突破至3700m以下，延拓1000m。仅2006-2008年东营南坡滩坝砂储层探明储量1.02亿吨；。5、大型压裂实施效果日液(t)日油(t)含水(%)日液(t)日油(t)含水(%)L112-82003.1130.825.816.325.724.16.37121初期自喷L112-322004.216.58.846.711.15.153.82297初期自喷L112-432004.229.927.38.926.824.68.36222初期自喷L112-122004.1114.19.632.410.58.321.2609初期自喷L112-452004.1116.611.729.825.318.825.7688初期自喷L112-462004.1114.45.1644.31.760.6209L112-472004.913.28.436.521.524.6456压裂砂堵L112-482004.12102.673.912.15.851.8167初期自喷L112-492004.128.23.557.46.65.123163初期自喷L1132004.518.87.759.123.93.884.11253初期自喷G892004.212112.843.922319初期自喷G89-12004.832303.520190.43513初期自喷G89-22004.9129.81898.72.81002初期自喷G