水平井压裂工艺调研

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水平井压裂工艺调研 本次调研国内外水平井压裂工艺共13种，其中包括BJ、贝克、斯伦贝谢、哈里伯顿等公司的技术。 PSI系统是贝克休斯公司90年代初期研究完成的水平井完井系统。该系统可实现射孔压裂一次完成，在施工时，一次下入多级封隔器，依次分段射孔分段压裂，达到多段压裂的目的，同时，在压后若其中某一段出水，可使用封隔器对出水段进行封堵，在出现砂堵时封隔器胶筒可与压裂管柱脱离，防止卡死管柱的事故发生。技术特点：可对各压裂井段进行单独准确控制；可实现水平段分段生产；PSI系统可实现对出水段封堵。（1）贝克休斯分段压裂—PSI系统 Frac-Point™封隔器系统是2006年贝克休斯公司发明的一项新的完井技术。该系统可以一次性放置到水平井裸眼井筒中并通过液压完成坐封，压裂或作业通道的开启通过安装在衬管鞋里的球座来控制。（2）Frac-Point™封隔器系统 Frac-Point™封隔器系统技术特点：一次性作业完成节约占用作业机架时间全封隔器及其附属系统具有旋转和扭矩通过能力可靠的封隔器和滑套技术全面的堵塞球和球座测试工作保证了施工过程中承受高压的能力专利抗挤压部件系统保证在任何井筒条件下解封彻底（2）Frac-Point™封隔器系统 7寸套管内封隔器耐压差：10000PSI；温度：176度（2）Frac-Point™封隔器系统 StageFRACTM增产系统是由PPES（PackersPlusEnergyServices）公司专门为裸眼完井和套管完井的砂岩和碳酸岩油藏水平井设计完成的。这套系统可以准确地在指定位置坐封，并分隔各个层段，以满足压裂增产作业要求。其工作原理与Frac-Point™封隔器系统类似。该系统耐温达到200℃（390℉）、耐压差达到70MPa（10000psi）。（3）StageFRACTM增产系统 应用于：1、水平井和直井；2、裸眼井和套管完井3、砂岩、碳酸盐或非传统地层（3）StageFRACTM增产系统 水平段裸眼完井，采用井下配套工具进行分层压裂，逐层投球打开滑套进行压裂，压裂完后钻开滑套进行生产。（4）BJ公司DirectStimFracSleeveSystem （4）BJ公司DirectStimFracSleeveSystem 1998年，Surjaatmadja提出水力喷射压裂方法，并应用于水平井压裂。2002年前主要应用于裸眼水平井，之后推广至套管、筛管等多种完井方式的水平井，平均增产40～60%。准确造缝、有效隔离、一趟管柱多段压裂（5）水力喷射压裂技术 （5）水力喷射压裂技术2008年10月，西南分公司与石油大学（北京）合作在川西水平井不动管柱分段水力喷射加砂压裂首次试验获得成功。新沙311H井完钻井深3010m，水平段长326.7m，衬管完井后，替喷测试排液困难。新沙311H水平井成功进行了100m3陶粒的分三段水力喷射加砂压裂施工，日获天然气无阻流量16.1×104m3。 2.国内现状技术特点不用封隔器及桥塞等隔离工具，可实现自动封隔，施工风险小；可用于裸眼、套管等多种完井方式；一次管柱拖动可进行多段压裂，缩短施工周期，有利于降低储层伤害。（5）水力喷射压裂技术 水平井水力射孔压裂试排情况区块井号层位水平段长m油层长度(m)钻遇率(%)压裂段数施工次数单段加砂量m3试排产量油m3/d水m3/d吴420吴平3井长611435398.391.6423033.60吴平1井长611430355.982.8323029.10吴平5井长611285180.863.4323014.113.5吴平6井长611335291.887.1323040.20吴平2井长612400.5259.464.84335/25/25/3530.30吴平4井长612510.423245.55335/25/30/25/3536.60区块井号初期产量目前产量累计生产时间(天)累计产油(t)液m3/d油t/d含水%液m3/d油t/d含水%动液面m吴420区吴平114.9910.4318.18.056.55.010931901426.81吴平216.412.599.79.06.1919.1124343412.54吴平322.1415.318.79.147.088.916352812489.5吴平415.5211.6611.612.09.596.0112243466.43吴平56.302.6949.81.441.0613.2144699132.08吴平620.1312.5926.44.683.687.514551861219.95水平井生产动态（5）水力喷射压裂技术 2.国内现状（5）水力喷射压裂技术新疆油田BJHW601井是我国第一口采用自主开发工具、自主设计和组织施工的水力喷射压裂工艺井，也是新疆油田第一口水平井分段压裂井。BJHW601井是六区石炭系的一口水平井，套管固井完井。分三次进行分段压裂，并按设计要求共加砂66m3。获得日产37.2t的高产油流。2008年12月28日，辽河油田首次应用水力喷射分段加砂压裂技术，顺利完成冷10－H2井第3层的压裂施工，各项参数达到设计要求。 2.国内现状（6）大庆双封隔器分段压裂技术工艺特点针对性强：双封单卡（封隔器耐温70℃、耐压50MPa）效率高：一趟管柱上提可压3～4段，效率提高10倍以上安全性高：工具短、小，加砂量可达到60m3，可液压解卡 平均单井压裂5.2段一次下井压裂4段，两次下井最多压8段施工时间1-3天最大卡距44m单趟管柱最大加砂量60m32.国内现状投球丢手结构示意图双封隔器分段压裂已占水平井压裂总井数的75.6%，共81口，约已成为水平井压裂的主要手段。（6）大庆双封隔器分段压裂技术 >>>初期分段压裂/直井普压=4.28>>>目前分段压裂/直井普压=4.71采油八厂水平井压裂效果：>>>初期分段压裂/直井普压=6.30>>>目前分段压裂/直井普压=4.58采油七厂水平井压裂效果：（6）大庆双封隔器分段压裂技术 2.国内现状（7）长庆双封隔器分段压裂技术工作原理：利用封隔器及配套工具可对目的层位强制分段，通过导压喷砂器的节流压差坐封压裂封隔器，压裂目的层，完成后上提压裂管柱重新坐封另一目的层，实现一趟管柱完成多层段的压裂。 针对性强：双封单卡目的层，可控制各层段处理规模加砂量大：应用耐磨导压喷砂器，应用了低摩阻支撑剂，单趟管柱最大115m3（常规管柱过砂量小于45m3）喷砂器磨损对比南230-平257井磨损严重朝85-葡平33井无明显磨损加陶粒45m3加覆膜砂115m3特点：（7）长庆双封隔器分段压裂技术 施工要求：1、射孔段不宜过长，一般3-5m2、一般0°不射孔3、布缝要有一定间隔，隔层厚度大于30m，尽量均布4、施工排量3m3/min左右5、施工压力不大于50MPa6、设备要求要满足连续加砂要求，加砂后不能停泵7、若套管出液要立即反洗8、砂堵时要立即反洗（7）长庆双封隔器分段压裂技术 靖平6井位于第三采油厂塞392井区（陕西省吴旗县五谷城乡白草沟村营家沟组）。层位：长6井网：米字形完井：51/2″J55套管固井完井井筒与最大主应力夹角：61.7°井深(m)：2707.0水平段长(m)：518.4钻遇油层(m)：307.7设计压裂六段，依次为：2592-2596m，2500-2504m，2390-2393m，2289-2292m，2178-2181m，2079-2083m。（7）长庆双封隔器分段压裂技术 压裂管柱结构φ116mm导向丝堵+27/8"外加厚油管短节1根+K344-110封隔器+φ114mm导压喷砂器+27/8"外加厚油管及短节+压力计托筒(带压力计)+K344-110封隔器+27/8"外加厚油管短节+φ114mm水力锚+27/8"外加厚油管1根+φ116mm导流扶正器+φ95mm安全接头+27/8"外加厚油管至井口（7）长庆双封隔器分段压裂技术 阶段射孔段厚度砂量（m3）砂比（%）油管排量（m3/min）设计实际设计实际设计实际第一段2592.56-2596.564.03532.63533.72.01.8-2.0第二段2500.52-2504.524.030283530.71.81.8-2.0第三段2390.35-2393.353.0202036.437.51.81.8第四段2289.16-2292.163.025253535.82.02.0第五段2178.11-2181.113.0202036.436.61.81.8-2.0第六段2079.19-2083.194.030303535.12.02.0现场施工参数与设计参数对比表由于天气、地层起裂困难等因素影响，该井施工周期较长，共计18天(2009.7.1-7.18)（7）长庆双封隔器分段压裂技术 水平井机械工具分段压裂的施工工序为：通洗井－下桥塞至预定位置坐封－释放桥塞－井筒试压－射孔－压裂－试油求产－打捞桥塞。压裂第二段时重复以上工序，依次完成全井压裂。（8）桥塞机械封隔分段压裂技术 1、机械桥塞工作原理坐封：从油管内泵入的液体，经桥塞中心管上的进液孔推动单向阀下行，进入到内胶筒使之外张，使外胶筒密封套管，同时骨架芯子叠片锚定套管；坐封后油管卸压，单向阀在弹簧的推动下复位，将内胶筒中的注入液封闭，从而使桥塞始终处于密封、锚定状态。解封：上提管柱，带动桥塞中心管上移，剪断解封剪钉，密封活塞对准中心管上溢流槽，胶筒内液体卸压，使骨架芯子叠片、胶筒收缩。（8）桥塞机械封隔分段压裂技术 -SJBJ公司采用套管完井全井段固井的方式，应用连续油管喷砂射孔、进行油套环空压裂施工。根据压裂层数要求，通过施工中上提连续油管进行连续多层压裂，确保水平段多个裂缝的全部压开，避免全井段限流合压所带来的压裂缝数难以确定的弊端。技术（9）连续油管分段压裂技术 2.国内现状（9）连续油管分段压裂技术BJ公司的连续油管压裂技术，在胜利梁8－P1、樊147-平2井，华北大12-10井、大66-4井进行了试验。施工工艺：从连续油管进行喷砂射孔，从套管进行压裂。 （9）连续油管分段压裂技术优势：分段可靠，安全性高；局限性：施工周期长（14天）；返排不及时；不适用已射孔的套管井和裸眼井；填砂需要较长水平段。 2.国内现状（10）投球选择性压裂技术（西南、华北、玉门油田）2008年9月15日，华北油田第一口水平井西柳10平3井压裂告捷，并创首次使用双路双管汇施工，首次采用多次多规格投球和不同规格加砂技术等记录。 水平井胶塞隔离分段压裂工艺是自井筒末端开始，逐段封堵逐段压裂，在前一级压裂完成之后，对求产结束的井段进行填砂，替入超粘完井液，这种完井液一旦就位就会胶凝成一种橡胶式的胶塞。胶塞在试油压裂过程中只起临时封堵作用，胶塞可定时软化易于清除。（11）液体胶塞分段压裂技术 国内外在20世纪90年代初采用该技术，主要用于套管井。其基本做法是:①射开第一段，油管压裂；②用液体胶塞和砂子隔离已压裂井段；③射开第二段，通过油管压裂该段，再用液体胶塞和砂子隔离；④采用这种办法，依次压开所需改造的井段；⑤施工结束后冲砂冲胶塞合层排液求产。优点：液体胶塞和填砂分隔分段压裂方法施工安全性高。缺点：作业周期长、冲胶塞施工易造成伤害使用范围：不太适用于低渗致密气藏（11）液体胶塞分段压裂技术 共施工7口井19段，单段加砂21~30m3,施工排量1.8~2.3m3/min。采用填砂＋液体胶塞分段压裂实施结果表（11）液体胶塞分段压裂技术 （12）环空封隔器分段压裂技术在吉林油田，由于井比较浅，大部分水平井采用环空分段压裂技术，已在扶平1井、扶平2井等23口井上实施分段环空压裂施工41段，施工均达到设计要求，施工成功率100%。用该工艺压裂投产的水平井，压后初期产量10.8-14.2m3/d，稳定产量是周围直井产量的3-5倍。 优点：该工艺技术下井工具少，一旦出现砂卡事故，处理难度要比双封和封隔器桥塞分层压裂管柱小，另外还具有液体摩阻小、利于提高施工排量、降低施工压力等优点。缺点：现场试验结果表明，环空封隔器分段压裂技术已成功地应用于浅层油藏，套管质量高、固井质量好的井，且对套管有一定的影响，在深井应用中还需改进与完善。使用范围：套管完井的水平井、浅层、不太适用于高压气藏。（12）环空封隔器分段压裂技术首先把封隔器下到设计位置，从油管内加一定压力坐封环空压裂封隔器，从油套环空完成压裂施工，解封时从油管加压至一定压力剪断解封销钉，同时打开洗井通道，洗井正常后起出压裂管柱，重复作业过程，实现分射分压。 限流压裂技术机理是在压裂过程中，当压裂液高速通过射孔孔眼进入储层时会产生孔眼摩阻且随泵注排量的增加而增大，带动井底压力的上升，当井底压力一旦超过多个压裂层段的破裂压力，即在每一个层段上压开裂缝。水平井压裂节点压力分析示意图求系统总摩阻求油管和套管摩阻求炮眼摩阻求单孔排量确定压开孔数排量应用小型压裂测试摩阻分析法法判断压开孔数2006年施工8口限流法井诊断结果表（13）限流压裂技术 史127-平1井水平段长351.3m,实施限流改造井段3488.5m-3646.5m,长度158.0m。射孔井段及应力分别为：3488.5-3489.0m51.96MPa射6孔3578.0-3578.8m54.39MPa射9孔3646.0-3646.5m53.05MPa射7孔应力差异在2.5MPa左右。史127-平1井应力剖面及射孔方案排量7m3/min的条件下射22孔，可确保孔眼压差大于4-5MPa以上，能够有效地实现三段同时进液的目的。（13）限流压裂技术 38史127-平1井压裂施工曲线压裂前置液306.35m3，携砂液376.46m3，顶替液29.3m3，施工泵压68.5-81.0MPa；排量6.3-7.1m3/min，成功加入陶粒72.0m3，平均砂比19.8%，地面停泵压力44.3MPa。限流压裂工艺需要涉及排量较大，限制了在海上的应用！（13）限流压裂技术