国内外水平井分段压裂技术进展

水平井分段压裂技术现状与展望汇报内容水平井应用概况水平井压裂关键技术国内外水平井分段压裂技术现状发展趋势一二三四√第一阶段:1891年申请水平井专利，水平井钻井最早为1929年（美国Texas）直井侧钻成8米长水平段，20世纪50年代以前水平井，基本上都是通过坑道钻成的，只有少部分井是在垂直井的基础上钻成的。√第二阶段:70年代末80年代初，原油价格的上涨，驱使世界上许多石油公司非常关注水平井技术,水平井技术迅猛发展。√第三阶段:90年代初开始规模应用，2003年以后，美国70%以上的页岩气井为水平井。一、水平井应用简况一、水平井应用简况全世界的水平井井数超过60000口，占总井数的10%，主要分布在美国、加拿大、俄罗斯等69个国家。目前页岩气大量使用水平井,每年钻数千口水平井。2628506816820052280610055058721000020040060080010001200200020012002200320042005200620072008200920102011数量(口)中国为第三个钻水平井的国家,1965年第一口水平井：磨-3。中石油：从2004年加大力度发展水平井，2008年突破水平井1000口，截止到2011年12月，水平井总数达到5100口。一、水平井应用简况中石化：水平井开发技术日趋成熟，在胜利油田、西北、华北、西南、中原、江汉、江苏、东北、河南等地区广泛推广应用，从2006年加大水平井发展力度，截止到2011年12月底，水平井总数3739口。一、水平井应用简况●向深层与超深水平井方向发展☆美国Bakken页岩：Medowark7-6H井深9571m，垂深6553.0m，水平段长度3018.0m☆塔里木：塔里木塔北隆起轮南油田哈122H，井深7053.0m，水平段长487.43m。☆塔河：塔河油田TP111井，井深7426.0m，垂深6735.52m，水平段长610.0m☆元坝：元坝103H井深7861.0m，垂深6750.0m。元坝121H设计井深8158.0m，垂深7280.0m。一、水平井应用简况水平井的完井方式：（1）裸眼完井；（2）套管完井；（3）筛管完井（打孔、割缝）；（4）套管封隔器完井；（5）组合完井;（6）多分支井等。碳酸盐岩等裂缝性油藏底水油藏、低渗透油藏、疏松易出砂油藏（1）裸眼完井（2）套管完井（3）筛管（割缝）完井（3）筛管（打孔）完井一、水平井应用简况（4）管外封隔器完井（5）组合完井（5）组合完井（6）多分支完井一、水平井应用简况（1）水力裂缝形态复杂(纵向裂缝→横向裂缝→复杂裂缝）二、水平井分段压裂关键技术（一）水平井压裂改造与直井的差异水平缝水平井水平段优化目标:①裂缝条数；②裂缝长度；③裂缝导流能力；④裂缝间距离。距离裂缝长度裂缝条数裂缝导流能力直井优化目标:①裂缝长度；②裂缝导流能力。裂缝长度导流能力二、水平井分段压裂关键技术（2）水力裂缝优化复杂（裂缝几何尺寸→裂缝条数、裂缝间距、裂缝几何尺寸）（3）改造井段长，分段改造工艺要求高（选段选位、一段一策）（4）完井方式多样，分段压裂工具要求高（起下顺畅、施工快捷、安全可靠）（5）施工时间长，对压裂施工设备、压裂液性能要求高（低摩阻、长效防膨、低伤害）二、水平井分段压裂关键技术（一）水平井压裂改造与直井的差异油藏工程水力裂缝匹配分段压裂工艺与配套工具裂缝间距、几何尺寸优化裂缝取向分段隔离方法、工具水力裂缝监测地应力场与裂缝形态水平井段多裂缝渗流机械、化学或其它优化目标横向缝、纵向缝、斜交缝？达到目标？二、水平井分段压裂关键技术(二)水平井改造关键技术√（1）地应力场与应力干扰综合预测与评价技术√（2）水平井水力裂缝参数优化设计技术√（3）水平井分段压裂工艺与工具技术√（4）水平井分段压裂材料技术√(5)水平井水力裂缝测试与评估技术二、水平井分段压裂关键技术最大油藏接触(MRC)油藏改造面积(SRA)---双翼裂缝油藏改造体积(SRV)---复杂裂缝三、国内外水平井分段压裂技术现状（一）水平井水力裂缝参数优化设计技术1.水平井压裂多裂缝油藏模拟ECLIPES软件裂缝网格处理水力裂缝处理油水两相模型2.水平井压裂裂缝模拟裂缝条数及布放方式对产量的影响裂缝几何尺寸与压裂规模的关系经济评价①裂缝形态；②裂缝条数；③裂缝支撑长度与导流能力；④裂缝间距。水平井压裂不同裂缝长度油藏模拟裂缝几何尺寸对生产的影响评价模型评价参数评价指标施工风险3.经济优化三、国内外水平井分段压裂技术现状(1)当储层物性达到一定值时，纵向裂缝效果好于横向裂缝。0500100015002000250030000100200300400生产时间(d)累计产量(t)横向裂缝4条纵向裂缝01000200030004000500060000100200300400生产时间(d)累计产量(t)横向裂缝=4条纵向裂缝0200040006000800010000120000100200300400生产时间（d）累计产量（t）横向裂缝=4条纵向裂缝0200040006000800010000120000100200300400生产时间(d)累计产量(t)横向裂缝=4条纵向裂缝Ke=0.3×10-3μm2Ke=1.00×10-3μm2K=5.0×10-3μm2K=10.0×10-3μm2三、国内外水平井分段压裂技术现状13254(2)外裂缝对产量贡献率高(35-40%),优先改造好外裂缝3条裂缝时不同位置裂缝贡献率随时间变化曲线0.00%5.00%10.00%15.00%20.00%25.00%30.00%35.00%40.00%45.00%0306090120150180210240270300330360390时间(d)不同位置裂缝贡献率(%)Nf=3-外裂缝Nf=3-内裂缝5条裂缝时不同位置裂缝贡献率随时间变化曲线0.00%5.00%10.00%15.00%20.00%25.00%30.00%35.00%40.00%050100150200250300350400时间(d)不同位置裂缝贡献率(%)Nf=5-最外裂缝Nf=5-次外裂缝Nf=5-内裂缝K=0.3md裂缝长度=100.0m导流能力=30μm2.cm外裂缝三、国内外水平井分段压裂技术现状不同水平井段长度下裂缝条数、长度和导流能力图版（渗透率=0.5md）0123456780100200300400500600700800900100011001200水平井筒长度(m)裂缝条数(条)/导流能力(×10μm2.cm)050100150200250裂缝长度)(m)裂缝条数导流能力裂缝长度(3)裂缝长度、导流能力等裂缝参数应随渗透率、水平井段长度等储层条件变化。不同渗透率条件下裂缝条数、裂缝长度和导流能力的图版(水平井段400m)012345670123456渗透率(mD)裂缝条数(条)/导流能力(×10μm2.cm)050100150200250300裂缝长度(m)裂缝条数导流能力裂缝长度不同流度比条件下裂缝条数、长度和导流能力图版（水平段400m）01234560.1110100流度比,md.m/mPa.s裂缝条数(条)/裂缝导流能力(×10μm2.cm)050100150200250300裂缝长度(m)裂缝条数导流能力裂缝长度三、国内外水平井分段压裂技术现状(4)低渗透储层裂缝间干扰是有限的3条裂缝时中间裂缝位置对产量的影响3480349035003510352035303540355035603570020406080100120140160180200中间裂缝与最左边裂缝的间距(m)累积产油量(m3)360d4条裂缝时中间裂缝位置对产量的影响36803700372037403760378038003820020406080100120中间裂缝与两端裂缝间距(m)累积产油量(m3)360d400m400mK=0.5mdK=0.5md三、国内外水平井分段压裂技术现状05001000150020002500300035000123456789裂缝条数（条）产量（m3）kv/kh=0.01kv/kh=0.1kv/kh=0.50kv/kh=1kv/kh=5(5)储层非均质性越强，对产量影响越大，压裂条数相应增加600065007000750080008500900095001000010500012345678910裂缝条数（条）累计产量（m3）ky=5kxky=3kxky=kxkvKh三、国内外水平井分段压裂技术现状(6)物性越差，需要的裂缝条数越多三、国内外水平井分段压裂技术现状三、国内外水平井分段压裂技术现状(7)裂缝间距依据储层特征确定(8)综合实际井眼轨迹、储层分布、裂缝干扰优选布缝位置和裂缝条数三、国内外水平井分段压裂技术现状分段压裂主体工艺技术裸眼套管筛管裸眼封隔器+滑套分压技术簇射孔+泵送桥塞联作分压技术固井滑套分段压裂技术连续油管水力喷射射孔环空压裂技术三、国内外水平井分段压裂技术现状（二）水平井分段压裂工艺技术与工具1.国外水平井分段压裂工艺技术与工具（1）裸眼封隔器+滑套分段压裂技术①一球一段分段压裂技术封隔悬挂器裸眼封隔器投球滑套压差滑套三、国内外水平井分段压裂技术现状主要公司：PackerPlus、哈里伯顿、威德福技术特点：一球打开一个滑套,投不同直径球压裂多段适用井眼：裸眼完井最新纪录：40级分段压裂（贝克休斯）工具系列：(41/2″-95/8″)技术能力7″×41/2″工具达44级95/8″×51/2″工具达60级工具性能1/16″级差球憋压球密度：1.8g/cm3封隔器耐压差:70.0MPa封隔器最高耐温：TAM耐高温自膨胀封隔器302℃。低密度球滑套封隔器三、国内外水平井分段压裂技术现状FracPoint™压裂实例•封隔器外径5.75″•1/16″投球滑套级差•24小时压完•压裂40段三、国内外水平井分段压裂技术现状哈里伯顿裸眼封隔器+滑套分段分段压裂技术三、国内外水平井分段压裂技术现状主要公司：PackerPlus、哈里伯顿、威德福技术特点：一球打开2-6个滑套适用井眼：裸眼完井最高纪录：90级分段压裂（哈里伯顿）（1）裸眼封隔器+滑套分段压裂技术②一球多段分段压裂技术三、国内外水平井分段压裂技术现状工具性能封隔器耐压差:70.0MPa封隔器最高耐温：177℃技术能力41/2″和51/2″两种尺寸分隔段数：15段每段滑套数：6个最多压裂点数：90级RapidFrac系统三、国内外水平井分段压裂技术现状（1）裸眼封隔器+滑套分段压裂技术③等通径开关滑套分段压裂技术主要公司：威德福、哈里伯顿技术特点：整个完井管柱滑套大小相同，滑套可开可关适用井眼：裸眼完井工具性能封隔器耐压差:70.0MPa封隔器最高耐温：160℃技术能力41/2″和51/2″两种尺寸无限级分段压裂三、国内外水平井分段压裂技术现状①下入完井管柱，坐封悬挂器，注水泥②坐封封隔器③固井后、用HWB工具打开最底部压裂滑套④停泵后HWB锁块缩回、把开关工具提到位于顶部封隔器上部工具腔内等通径开关滑套分段压裂技术施工步骤：三、国内外水平井分段压裂技术现状⑤开关工具就位后，压裂最下部地层⑥底部地层压裂结束后，用HWB开关工具关闭⑦打开上面一层的压裂滑套、压裂直至所有地层压裂结束并关闭所有滑套⑧用HWB开关工具开启相应层位的滑套，投产三、国内外水平井分段压裂技术现状SurfaceCasing95/8@1500'4½”13.5#P110to14,000'TAPRuptureDiscValve@13,865'主要公司：哈里伯顿、贝克休斯、斯伦贝谢、威德福技术特点：工具泵送入井，套管压裂，桥塞封隔，大排量、大砂量施工适用井眼：套管完井最新纪录：42级分段压裂（2）泵送桥塞分段压裂技术三、国内外水平井分段压裂技术现状用连续油管或爬行器带射孔枪入井，进行第一段射孔，起出射孔枪,从套管进行第一段压裂，压裂完成后用电缆带桥塞和射孔枪入井三、