压裂技术发展历史回顾与近期低渗层压裂国外工艺技术发展状况

压裂技术发展历史回顾与近期低渗层压裂国外工艺技术发展状况2005.5.压裂技术发展历史回顾与近期低渗层压裂国外工艺技术发展状况•非常规油气储量应用与发展相应技术的重要性•对压裂技术发展的历史回顾•近期低渗层压裂国外工艺技术发展状况•认识与结论非常规油气储量应用与发展相应技术的重要性非常规油气储量应用与发展相应技术的重要性•美NationalPetroleumCouncil(NPC)于1992年提出未来石油能源供给——深井、深水与非常规资源的动用•美提出——非常规油气勘探开发：石油能源持续增长的需要▲致密砂层气、页岩气▲低渗油▲煤层甲烷▲稠油•呈三角形分布的油气资源•非常规油气储量应用需发展的相应技术•低渗可采储量有效动用与压裂技术发展•三角形分布的油气资源Masters,J.A.:“DeepBasinGasTrap,WesternCanada,”AAPGBulletin(1979)63,No.2,152.•非常规油气储量应用需发展的相应技术•美专家提出应进行的专项研究与发展的技术----特殊的地层--评估方法----特殊的油气藏--工程方法----特殊的完井方法----大型水力压裂实施----蒸汽注入----水平井与多分支井----先进的钻井方法•美专家认为关键问题：发展技术，降低成本，才能使那些资源投放市场•低孔低渗层测井技术•改进对含天然裂缝、多层、渗透率各向异性、煤层气与页岩气的解吸与扩散等的油气藏--工程分析方法•多层完井、定向射孔、套管测井技术•低渗可采储量有效动用与压裂技术发展▲低渗可采储量有效动用需求▲对低渗层的认识▲（直井、水平井）压裂技术发展▲获得低渗可采储量有效动用对压裂技术发展历史的回顾对压裂技术发展历史的回顾•美压裂技术发展历史的三个重要阶段•对国内压裂技术发展历史的回顾•国内压裂技术水平总体上——接近国际先进水平，部分达到国际先进水平，并有重要的创新•低渗层开发研究与压裂改造经济界限问题•压裂技术发展与改变传统的技术概念1,解堵压裂2,大型压裂3,端部脱砂压裂4,未来压裂技术发展估计,压裂与油藏工程的组合•美压裂技术发展历史的三个重要阶段《LowPermeabilityProgram》计划《MWX》,《M-Site》,《SFE》,《AST》等计划《西部致密气砂层研究计划》研究目的——使美工业界认识主要低渗含气盆地中天然气的产量潜力，对主要生产层位的选择研究，应发展的相应技术，经济评估•美DOE进行的致密气砂层开发规划研究•《LowPermeabilityProgram》计划实施•目标：通过技术发展，从低渗气层中实现增加产量与储量，保证在未来对天然气的足够的供给•重点是发展技术，集中于：▲成象技术与诊断技术→探测与表征低渗层天然裂缝网状系统▲生产技术的验证性试验→取得试验区结论，有助于动用未开发与未充分开发低渗储量▲技术的商业化•应用3D地震与地质力学模型，研究天然裂缝网状系统•现场与井筒观测裂缝•遥感与非地震地球物理方法•理论与建模研究12000010000080000600004000020000011890m3255m31058m21134m3153m3661m3680m392m3450m4162m315m3132m051015202530时间（月）产量(m3/d)•在致密砂岩气藏开发上，水力压裂发展为大型水力压裂技术（MHF）应用典型实例大型水力压裂技术（MHF）要求液量:约1,136m3支撑剂量:约333,390kg•Φh=0.9m•k=0.05~0.005md•kh=0.45~0.045md.m•席状砂岩•单层•均匀介质•单一裂缝•多、薄低渗层•储层物性：例如基质φg0.04,he40ft,km1μd,以及储层含天然裂缝•储层介质类型：双孔介质•压裂：多裂缝形态•陆相沉积——透镜体•多种压裂工艺研究•单层•储层物性:例如Φh=0.9mk=0.05~0.005mdkh=0.45~0.045md.m•储层介质类型：均匀介质•压裂：单一裂缝形态•席状砂岩•大型水力压裂《MWX》,《M-Site》,《SFE》,《AST》等计划《LowPermeabilityProgram》计划西部致密气砂层研究计划•对国内压裂技术发展历史回顾1990’s低渗砂岩油藏整体压裂、开发压裂、重复压裂、致密超深气层压裂、煤层气压裂：压裂技术系统继续发展优化设计评估实施1970’s～1980’s水平裂缝砂岩油层多层分压、’低渗砂岩油层深穿透压裂改造’1955.～1960’s解堵性压裂处理1955.玉门油田第一次压裂2000.～2004.低渗气砂层压裂、泡沫压裂、复杂岩性低渗油层酸压裂、碳酸盐岩低渗油层压裂/酸压裂、火山岩低渗气层压裂•油藏工程•压裂力学•酸岩反应动力学•压裂酸化材料开发•压裂酸化工具、设备•国内水力压裂技术应用于低渗砂岩油藏开发——3种类型低渗砂岩油藏（区块）实例时间阶段φ(%)φhe(m)ke(md)kehe(md.m)Lf(m)KfWf(d.cm)自然产能(t/d)压后产量(t/d)1980’s初期1990’s初期1990’s中后期ⅠⅡⅢ13.53.2931～3120.575507.612.42.561.89761673922.52510~042229图不同井网下采出程度与缝长之间的关系（K=0.1）00.20.40.60.81050100150200250300半缝长(m)采出程度相对比较率（%）150*150300*150300*300600*150基本单元分析：不同的“缝长与井网单元”组合，压后采出程度的差别，抽稀井网密度可用有足够的缝长来补偿采出程度的减少对压裂技术发展历史的回顾（续）•国内压裂技术水平总体上——接近国际先进水平，部分达到国际先进水平，并有重要的创新•压裂技术发展与改变传统的技术概念▲压裂从单井增产措施发展成为油藏管理手段▲创新的工艺技术应用于低渗边际油气藏开发，可取得低成本、高效开发的结果，工艺技术上的组合研究与发展——油藏工程、钻完井技术、压裂技术（井下工具、工作液、施工方法）等的组合应用研究▲在压裂造缝与裂缝导流能力机理的试验研究上的新概念——重复压裂、水压裂、多裂缝压裂、水平井无水泥固结完井的水力喷射分段压裂等•技术发展要求改变传统的压裂方法与模型《AST》（《AdvancedStimulationTechnologyDeploymentProgram》）计划实施提出：先进压裂技术实施研究结果，对传统的压裂方法与模型提出了挑战▲实际净压力高于常规理论与实验室实验预测净压力▲压裂液作用▲质量控制▲支撑剂铺置▲近井地带的裂缝弯曲▲远场多条裂缝延伸•压裂工艺技术发展的特点▲工程与地质的组合▲压裂与油藏工程组合▲技术概念+专用设备+井下工具+材料+实验室支持+软件支持→→压裂实施工艺→技术整合→技术系统▲压裂技术近期发展特点对类似上述已获得开发的储层条件，可应用成熟技术对未动用储量实施开发对未开发或未充分开发的难采低渗储量——压裂实施面临的难度：▲低孔渗、特低孔渗油层物性，复杂岩性，复杂就地应力场与异常高净压力▲多、薄低孔渗储层、含不同程度发育的天然裂缝、储层透镜状岩体、严重非均质与各向异性等面对未开发或未充分开发难采低渗储量，必须发展（直井、水平井）完井压裂、重复压裂等增产（注）工艺技术，实施低成本开发与进一步提高储量动用程度对未开发或未充分开发的难采低渗压裂井层的选择、技术实施与压后效果，面临着高难度，加强先导性试验研究的重要性•进一步提高低渗储量动用程度与发展压裂技术近期低渗层压裂国外工艺技术发展状况近期低渗层压裂国外工艺技术发展状况•低渗层压裂改造的难度与近期低渗层压裂国外工艺技术发展的特点•多、薄低渗层完井与分层压裂工艺技术•多、薄低渗层——连续油管分层压裂工艺技术•含水低渗多层油藏增产——相渗调节压裂液(RPM)增产改造工艺技术•低渗层严重非均质与含天然裂缝系统——多裂缝压裂•重复压裂技术的应用与研究•注水井注水反应特性与增注研究•低渗层水压裂（Waterfracs）技术应用与效果•水平井非固结完井与压裂工艺技术多、薄低渗层——连续油管分层压裂工艺技术•概况•连续油管压裂设计原则与方法•应用实例多、薄低渗层——连续油管分层压裂工艺技术（续）•连续油管作业应用——现已形成一个热点，于短暂时间内：一种单项的修井服务工具，发展成为多种井下业务的组成部份•早期应用：诱喷、排液、酸化•近期发展：▲连续油管钻井▲连续油管完井▲连续油管井下作业▲连续油管装备系统•显著的减少作业时间与经费的投入，提高工业卫生与安全▲减少直接费用，如较低的搬迁费▲减少依赖于时间的费用▲减少钻机拆、装费用，成为小型、可动、整装的连续油管组合▲提高了HSE水平▲提高了实时采集数据水平多、薄低渗层——连续油管分层压裂工艺技术（续）•概况▲连续油管压裂（CTF）,施工现已5,000口井（如于加、美、英）用于多、薄层井/低渗边际井，深度如应用于美东Texas气层8,900ft,应用于加东南Alberta气层2,400~2,600ft,以及1,300~2,000ft▲施工层典型厚度3~20ft，单井CTF及应用配套的封隔器分压可达14个射孔层段▲CTF分压快速施工：在欠平衡条件下可实现快速多次移位（常规压裂需用钻机在过平衡条件下，上卸起下连接油管实现移位）▲应用CTF分压实施多次加砂，可满足对多、薄低渗层压裂分层改造要求▲应用无电缆套管接箍定位器(WirelessCasingCollarLocators)→计量校正CT的深度多、薄低渗层——连续油管分层压裂工艺技术（续）▲实施范围与设计应用考虑：举例如下◆多、薄层井分压改造◆小直径井的分压改造◆VES压裂液+支撑剂+连续油管+封隔器◆压裂液低伤害性能◆优化砂液比设计：满足所需的导流能力◆低摩阻：一般约1/3水基冻胶压裂液的摩阻多、薄低渗层——连续油管分层压裂工艺技术（续）•连续油管压裂设计原则▲设计时应考虑的2个独立目标：1）优化压裂所需的排量与支撑剂浓度2）由于地面压力的限制应对参数设计必须的限制▲在方法上不同于常规压裂设计与实施的考虑1）实施的安全性成为更重要的考虑2）连续油管压裂，额定压力不超过10,000psi（应用高钢级别时）3）压裂液应优先选择粘弹性液体系统（VES）：——低摩阻→1/3常规聚合物摩阻——低伤害性能→允许在低砂液比时仍可获得所需的导流能力——提高排液性能4）应用考虑VES压裂液+足够强度的支撑剂进行连续油管压裂多、薄低渗层——连续油管分层压裂工艺技术（续）•连续油管压裂设计工序▲皮碗跨隔式双封隔器连续油管多层分层压裂▲单封隔器连续油管多层选压单层多、薄低渗层——连续油管分层压裂工艺技术（续）•应用实例1：连续油管封隔器多层分层压裂▲（加）西部，大量的天然气储量存在于白垩系多、薄低渗砂层中，用常规限流压裂完井，很多层在操作上与经济上受到限制，为暂放置层▲应用连续油管压裂——连续油管、封隔器、压裂设备等组合应用，完成了对多、薄低渗砂层的经济有效增产改造▲多、薄低渗砂层与泥岩层间互的浅层，在一些井中含13个单层，深度范围1,300~2,400ft，主要分布于：MilkRiver砂岩MedicineHat砂岩SecondWhiteSpecks砂岩▲多、薄低渗砂层单层厚度3~6ft，渗透率0.2~3md多、薄低渗层——连续油管分层压裂工艺技术（续）•应用实例1（续）：连续油管封隔器多层分层压裂▲连续油管分层压裂工艺——单井一次射孔，2孔/ft，小单层全射——使用23/8”CT与新型可取式连续油管压裂封隔器（RCTF）——RCTF可对单井14个射孔段，进行多次封隔压裂，通过封隔器加砂总量已达到200,000lbm——使用混气（N2或CO2）交联压裂液，施工排量10bpm、最高砂液比15ppg、20/40目砂——已施工约200口井，如其中2口井分压8层，早期效果比常规限流压裂提高60%多、薄低渗层——连续油管分层压裂工艺技术（续）•应用实例1（续）：多、薄低渗层连续油管分压