井下多级压裂工具组设计方案及应用技术研究

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1、井下多级压裂工具组设计方案及应用技术研究前言目前，储层品质由相对优质化向劣质化转变已经不是一个区域、一个油田的问题，而是中国乃至全球油气田开发共同面临的难题。低渗透、超低渗透油气储量正成为我国各主力油田的上产主体。同时，世界在页岩气、致密油气等非常规油气储量上寻求突破的迫切需求，也使压裂技术的地位与日俱增，作用日益凸显，越来越受到作业者的欢迎。通过对本课题的深入研究，形成了多种压裂方式的技术报告和技术对比，确定了多级压裂工具组的研究方向。一、课题概况1、国外非常规油气技术迅猛发展近年来，国外以美国页岩油气为代表的非常规油气勘

2、探开发飞速发展，并逐步形成了非常规油气水平井勘探、钻井、完井、压裂、裂缝监测等系列配套技术，建立了较为完善的勘探开发理念。在技术不断配套完善的同时，也形成了甜点勘探、优快钻井、压裂完井一体化、体积压裂、“井工厂”管理模式等成熟的勘探开发理念。美国已钻页岩油气水平井数量达50000多口，水平井多级分段压裂完井技术已日趋成熟，2011年美国共完钻非常规油气水平井8500多口，水平井占非常规油气产量的90%以上，80%以上为“井工厂”模式。页岩气产量为1800亿立方米，占美国天然气总产量的34%。国外非常规油气水平井多级分段压裂完

3、井技术主要形成了水平井裸眼封隔器分段压裂完井和泵送桥塞射孔分段压裂联作两大主导技术，以两大主导技术的突破为核心，配套形成了优化设计、裂缝监测、设备配套等技术系列，提供了有力支撑。创下分段最多90级，水平段段长最长4900m，单段最大加砂量450m3，单段最大液2550m3，80%以上的井为“井工厂”模式。2、国内非常规油气勘探开发迈出实质性步伐我国非常规油气资源储量丰富。根据美国能源信息署在2013年公布的《页岩油和页岩气技术可采资源量》数据，中国页岩气的技术可采储量为31.6万亿立方米，居全球第一位，是全球最有潜力的页岩气

4、生产国；页岩油的技术可采资源量为43.7亿吨，占全球总量的9%。此外，我国埋深2000米的煤层气资源量约为35万亿立方米；油砂资源量约1000亿吨，可采资源量可达100亿吨。从政策规划角度来看，我国高度重视非常规油气开发。目前，我国制定了诸多扶持政策：《全国矿产资源规划（2008—2015年）》指出，要积极推进油砂、油页岩等非常规能源矿产的勘查开发利用；《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》指出，重点开发复杂环境与岩性地层类油气资源勘探技术；《“十二五”规划纲要》明确，要推进煤层气、页岩气等非常规油气资

5、源开发利用；国家发改委《关于保障天然气稳定供应长效机制的意见》表明，中国将加大对天然气尤其是页岩气等非常规油气资源的政策扶持力度。除此之外，《煤层气开发利用“十二五”规划》《“十二五”页岩气勘探开发规划》等政策都在整体规划上对非常规油气开发给予了有力支持。3、多级压裂对非常规油气开发意义当前提高油气采收率的策略包括大斜度井、大位移井、多层和采及二次完井，应用这些技术的目的在于开发原先不具有经济性或难以开采的油气层。利用地质导向技术方面的新进展，作业人员可以在防止井轨迹偏离产层上下边界的同时将大斜度井钻得更长，从而大大的扩大井

6、筒与地层的接触面积。扩大井筒与地层的接触面积是许多此类长分支井能否获得成功的关键，这是因为大多数容易开采的油气层都是在多年前就已经被发现并得到开发。因此，今天的作业公司更需要从储层质量可能较差的页岩或老油气田外围的非常规或低渗透油气层中开采石油和天然气。大位移井在提高井筒与储层的接触面积方面具有十分重要的作用，而利用多级压裂技术还可以进一步扩大其与地层的接触面积。如图1图1多级压裂可以大大增加接触面积在直井中应用压裂技术可以将井筒与储层的接触面积扩大到数百倍，而在水平井中，井筒与储层的接触面积会呈指数增长。尽管在大斜度、大位

7、移井中应用压裂技术的成果令人鼓舞，但许多此类措施却常常达不到预期的经济或产量目标，而问题的结症在于其前期的完井技术。为了最大限度的提高井筒与地层的接触面积，这些油井通常是裸眼完井，或是产层段利用割缝衬管或预射孔衬管完井。在裸眼井完井井段，利用常规的挤入压井法几乎不可能有效地对水平井段进行增产处理，因为这样的情况下，想要在地层中精确地布置压裂液和酸液难度太大。利用标准技术通常只能处理井筒上部或底部，流体几乎没有任何机会流入中部或下部层段。如图2图2常规压裂只能压开水平井上部或底部如果作业公司选择胶结衬管方式对水平井进行完井，就

8、可以方便地隔离和处理单个产层。但是，与其他多层处理措施一样，在各产层多次起下管柱非常耗时，而作业成本常常令这一增产措施得不偿失。尽管存在这些障碍，但是由于水力压裂作业确实能够提高产量，因此，在各种类型的油气井中实施这一技术的需求在不断增长。为了在成本和产量方面都能获得更好的效益，服务公司正