水平井水力喷射分段压裂技术教学提纲.ppt

《水平井水力喷射分段压裂技术教学提纲.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

水平井水力喷射分段压裂技术 1998年，Surjaatmadja提出水力喷射压裂方法，并应用于水平井压裂。（1）机械分段压裂（2）限流法分段压裂（3）砂塞、暂堵剂或液胶塞（4）水力喷射分段压裂减少施工风险、降低伤害、提高施工可控性特别适合分段、分层作业，无须机械封隔。准确造缝、有效隔离、一趟管柱多段压裂。水力喷射分段压裂(HJF)是集射孔、压裂、隔离一体化的增产措施，专用喷射工具产生高速流体穿透套管、岩石，形成孔眼，孔眼底部流体压力增高，超破裂压力起裂，造出单一裂缝1水力喷射分段压裂机理一、水力喷射分段压裂机理与参数 控制环空流量保持合适环空压力至为关键（补偿井眼漏失、补充裂缝、维持压力）射孔过程：Pv+PhFEP，裂缝持续延伸，适应不同地层压裂射流抽吸引射作用，强化封隔效果1水力喷射分段压裂机理一、水力喷射分段压裂机理与参数 喷射排量和射流冲击力计算管内流体压降损失计算环空流体压降损失计算2管内和环空水力参数计算不同排量环空压耗与井深关系曲线一、水力喷射分段压裂机理与参数调整排量，精确控制Pv和Pa 3孔眼内速度及压力分布-数值计算套管壁孔径10mm、喷射压力40MPa孔眼最大直径100mm、孔深500mm套管壁孔径15mm、喷射压力45MPa孔眼最大直径100mm、孔深500mm一、水力喷射分段压裂机理与参数 1.喷嘴直径在3～7mm、喷距在0～70mm内调节；2.模拟孔眼长度在600mm内有级调节，每级长度40mm，套管孔径10～20mm3.可测量孔眼壁面压力和轴心压力随喷嘴压力、排量、喷距、直径、围压等分布4.还可模拟“环空加液、射孔裂缝渗流”物理过程。3孔眼内速度及压力分布-室内实验（长庆合作）一、水力喷射分段压裂机理与参数 4mm喷嘴在入口压力为25MPa时，不同围压下，相差4.7％～20％。4mm喷嘴在入口压力为30MPa时，不同围压下，相差4.3％～20％数模与物模对比一、水力喷射分段压裂机理与参数3孔眼内速度及压力分布-室内实验 RFPA（RockFractureProcessAnalysis）软件水平井中不同射孔参数、加载速度、地应力等条件下压裂时的起裂压力变化规律以及裂缝扩展情况；改变孔眼直径、孔眼长度、孔眼轴线和最大水平主应力夹角、压裂液加载速度、垂直/水平应力比值二、水力喷射分段压裂机理与参数（1）射孔参数（孔径、孔深、方向）对起裂影响--模拟计算4水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 （1）射孔参数（孔径、孔深、方向）对起裂影响--模拟计算孔径越大，泵注排量越大，孔内流动阻力减小，起裂压力降低；射孔长度增大，有利于裂缝沿射孔方向延伸和扩展，且裂缝延伸压力降低。随射孔方向与最大水平主应力方向夹角的增大，起裂压力增加；平行于最大水平主应力方向射孔，破裂压力最低，有助于辅助压裂。4水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展一、水力喷射分段压裂机理与参数 实验装置示意图一、水力喷射分段压裂机理与参数（2）射孔参数（孔径、孔深、方向）对起裂影响—室内实验4水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 室内实验结果与数值模拟规律基本一致。起裂压力随孔径和孔深增加而降低，孔深由30mm变到50mm，起裂压力由29.21MPa降到25.77MPa，下降11.8％。α角由900降到00，起裂压力由30.2MPa降到25.8MPa,降低4.4MPa(14.5%)一、水力喷射分段压裂机理与参数（2）射孔参数（孔径、孔深、方向）对起裂影响—室内实验4水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 一、水力喷射分段压裂机理与参数（3）射孔参数（孔径、孔深、方向）对起裂影响—地面实验4水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展定向水力射孔容易实现射孔方向与最大水平主应力方向一致，降低破裂压力和裂缝延伸压力，控制裂缝在近井地带转向，起导向孔作用，有利于产生单翼或双翼裂缝，特别为低渗改造、提高压裂效率和成功率提供有效手段。 磨料射流原理，切割套管和射孔0.7～1.0m，穿透污染带，松弛地层，避免二次污染,为压裂创造良好井下环境。国内60～70年代拉丝模水力喷砂射孔。机理、参数、喷枪结构材质、工艺优化5水力喷射射孔参数优化实验高压纯水射流切割钢铁和钢筋混凝土等，压力极高，700～1000MPa。磨料水射流（AWJ）：在水射流中混入一定数量磨料微粒，磨粒质量大且锋利，20～30MPa即切割金属。一、水力喷射分段压裂机理与参数 根据水动力学动量-冲量原理，固体颗粒受水载体加速，高速冲击套管和岩石，产生切割作用。5水力喷射射孔参数优化实验一、水力喷射分段压裂机理与参数 影响因素流体参数射流压力喷嘴直径喷嘴型式射流功率流速流量流体性质射流反冲力磨料参数磨料类型磨料流量磨料粒度混合管直径工况参数进给速度靶距（喷距）流道数入喷射角切割体积切深或切宽比能靶件参数靶件强度靶件硬度靶件孔隙度靶件渗透率1.压力2.排量3.磨料类型4.磨料浓度5.磨料粒度6.岩性7.围压8.时间实验参数5水力喷射射孔参数优化实验一、水力喷射分段压裂机理与参数 实验装置与方法高压泵组磨料射流实验装置磨料加砂系统喷嘴岩样5水力喷射射孔参数优化实验一、水力喷射分段压裂机理与参数 0.4-0.6mm压力影响排量影响磨料类型影响磨料粒度影响5水力喷射射孔参数优化实验一、水力喷射分段压裂机理与参数 15～30min磨料浓度影响喷射时间影响岩性影响5水力喷射射孔参数优化实验一、水力喷射分段压裂机理与参数 二、水力喷射压裂工具设计研制（1）喷射压裂工具整体方案设计（2）滑套设计研制1）滑套结构设计、材料优选、研制加工2）各级滑套与喷枪本体之间滑动密封设计（3）喷枪喷嘴及防溅体设计研制1）喷枪本体结构设计研制2）喷嘴结构设计、布置方案、材料与加工3）防溅体参数设计与加工（4）单向阀、扶正器、多孔管等配套附件（5）二～四级滑套销钉连接方案设计1）滑套和喷枪销钉连接方案设计2）销钉材料优选及加工水力喷射压裂工具是实现水力喷射压裂工艺的关键之一 喷射器本体二、水力喷射压裂工具设计研制适用于4″～95/8″套管，～5500m井深材料和处理：喷嘴工作寿命6h以上地面泵压力：40～90MPa，排量：1.0～3.0m3/min施工层段数：1～4层，单层填砂量：15～40m3拖动式喷射器滑套式喷射器 二、水力喷射压裂工具设计研制工具串组成喷枪2喷枪1适用于4″～95/8″套管，～5500m井深材料和处理：喷嘴工作寿命6h以上油压：40～90MPa，排量：1.0～3.0m3/min分层段：1～4层，单层填砂量：15～40m3 施工工艺与参数工具入井定位油管内加压，射孔维持喷嘴压降、环空加压，孔内起裂、裂缝延伸第二段裂缝射孔、压裂重复4，完成多段压裂1、234、5自主工具工艺完成50多井次现场试验井型：直井、水平井、定向井，油井、气井完井：套管射孔、割缝筛管、裸眼管柱：油管、连续管，拖动管柱与滑套不动管柱自主：参数软件、井下工具、工艺设计三、现场施工工艺设计与应用工艺设计与现场试验 油田井次(次)井段(m)单层砂量(m3)井型平均增产(%)完井方式四川42415～289530～502H+1V+1X3.04×104m3/d3套管+1衬管(压裂完井)31105～217310～501H+1V+1X3.9×104m3/d2套管+1尾管(压裂完井)大庆41538～191120～403H+1V259%4套管中原202846～420010～255H+9V169%4.5～15t/d12套管+6筛管吐哈21990～237315～181H+1V550%2筛管辽河G3-L4H1990381H146%1筛管华北32550～307018～241H+2V180%2套管＋1裸眼江苏G6-5H2303～2376121H135%1套管江汉J-12H3594～3606喷射酸化1H1裸眼说明:水平井25口，直井16口；油井31口，气井10口三、现场施工工艺设计与应用 BQ110井深2250m，因产量低关井停产2007年7月27日西南油气院与中国石油大学合作首次应用2”连续管水力喷砂逐层压裂、一天成功连续压裂3层。试验层位1105m延续到749m，3层共加入陶粒30.32m3，单层喷压时间1～2h，工具寿命达6h，作业跨度达到365m。施工后，第二天排液140m3，之后产气量8,000m3/d，稳产1年以上，压裂效果显著。直井分层压裂现场试验—BQ110井三、现场施工工艺设计与应用 GA002-H9垂深1700m，水平段500m，用27/8”油管拖动喷射压裂2段，填砂50m3，工具寿命达６h，日产气由8,000m3/d增加至70,000m3/d。自主工具和工艺试验取得成功，压裂增产效果显著。水平井拖动管柱现场试验—GA002-H9井三、现场施工工艺设计与应用 GA002-X68井是新完成的一口定向井，井深2430m，井斜角430，该井地层低孔低渗，孔隙度仅3.6%～10%。西南油气院与中国石油大学合作用27/8”油管下入滑套式喷射压裂工具，喷射压裂2段，单层填砂50m3，单层打液约500m3，单层施工时间2～3h。水力射孔、投球打开滑套、分层压裂按设计要求施工顺利，工具和工艺试验成功。定向井不动管柱现场试验—GA002-X68井三、现场施工工艺设计与应用 三、现场施工工艺设计与应用衬管裸眼完井水平井喷射分段压裂－XS311H井气体/液体欠平衡钻井、φ139.7mm衬管完井完钻井深3010m，垂深2480m，水平段长385m层位：JS31孔隙度13.6%、渗透率0.25mdAB新沙311HⅠ、Ⅱ类储量 三、现场施工工艺设计与应用采用投球滑套工具，不动管柱常规油管水力喷射分段压裂技术8h完成三段压裂，这是该工艺在国内衬管完井（裸眼）水平井首次试验成功。分别完成40m3、30m3、30m3陶粒的施工，油管排量3.0～3.3m3/min，最高砂浓度700kg/m3，泵压65～76MPa，环空排量0.9～1.5m3/min。完井仅0.3×104m3/d，压裂后测试天然气无阻流量16.1×104m3/d，增产倍比达到50倍以上，高于邻井单层压裂11.4×104m3/d的平均水平。衬管裸眼完井水平井喷射分段压裂－XS311H井 三、现场施工工艺设计与应用常规钻井、套管完井，完钻井深2940.0m，JS21难动用储量。投球滑套工具完成不动管柱水力喷射分3段压裂(2525-2527m、2695-2697m、2880-2882m)，规模120m3（分别为40m3、30m3、50m3）。完井仅0.2×104m3/d，压裂后测试在油压17.5MPa、套压18.7MPa下配产3.2×104m3/d，获天然气无阻流量4.3×104m3/d，增产倍比达到22倍以上，是邻井直井单层压裂效果的2.0倍。套管完井水平井喷射分段压裂－XS21-1H井 套管完井,由于井筒条件较差，封隔器分层压裂3次未能顺利座封。改造目的层为JS21、JS22、JS23层,不动管柱常规油管水力喷射分3段压裂,喷枪位置：2656m、2581m、2415m,分别完成40m3、30m3、35m3陶粒的施工在井口8.5MPa下测试天然气产量6.1×104m3/d三、现场施工工艺设计与应用套管完井水平井喷射分段压裂－CX601-2H井 NDP2井是吐哈三塘湖盆地一口割缝管开发井，井深2404m，水平位移996m，割缝管长度596m。气举投产后供液不足，日产液不足2.0m3/d。技术难题。实施水力喷射分段加砂压裂，采用石英砂射孔、陶粒作为支撑剂，分别加入陶粒18.1m3和17.8m3，对2103-2105m、1989.6-1991.6m两层段进行水力喷射加砂压裂，取得成功，日产油13-19m3，是压裂施工前的6.5倍以上。割缝管完井水平井喷射分段压裂－NDP2井三、现场施工工艺设计与应用 牛东7-9井是吐哈三塘湖油田牛东区块一口火成岩开发井，井深1900m。气举放喷未出液。之后又连续油管气举未出液。全井段酸化，初期日产液5.6m3，含水100%，产油0吨，后关井。对1469-1489m射孔后常规压裂，入井总砂量47.9m3，压后初期日产油4.0吨，产量下降严重。2009年6月30日关井。关井前日产液0.78m3，日产油0.55吨。采用3½’油管实施水力喷射分段加砂压裂，分别加入陶粒20.0m3和30.1m3，拖动工具对1480m、1503m两层段进行，取得成功，日产油14吨，增产效果十分明显。衬管直井动管柱现场试验—火成岩ND7-9井三、现场施工工艺设计与应用 X5-4-PB092井1960m,水平段746m,常规压裂产液11t/d，油2t/d，含水84.3%。7月23日采用不动管柱滑套水力喷射工具成功加砂压裂三层，加砂120m3,日产油8～14t，是压裂施工前的4～7倍,含水降为45%。微地震监测,三段裂缝走向明显,均垂直裂缝,长50-101m,高14-29m.套管完井水平井喷射分段压裂－X5-4-PB092井三、现场施工工艺设计与应用 大庆Z66-P21井2205m，套管139.7mm，施工前日产油4.5t四级喷枪6×φ6喷嘴，压裂4段：1538、1830、1951、2060m油管排量2.5m3/min，最大油压37.4MPa、套压19.5MPa加砂量22＋32＋32＋22＝108m3，日产油8.5t，日增油4.0t套管完井水平井喷射4段压裂－Z66-P21井三、现场施工工艺设计与应用 三、现场施工工艺设计与应用套管完井水平井喷射分段压裂－W92-P2井W92-P2井深3584m，水平段290m，渗透率28.6×10-3μm2，经两次酸化、两次补孔作业未见效果，产液0.8～1.5t/d，油0.5～1.0t/d，含水40%～58%。2009年8月5日水力喷射加砂压裂１层（3496m），加陶粒砂20m3，重大突破。日产液25～30t/d，日产油15～16t/d，是压裂前15倍，液面深1146m，含水降为30%。 中原文留构造开窗侧钻井、4in套管完井，完钻井深3663.0m，悬挂器深度3008.6m。2007.9投产自喷，2008.6转抽，2009.3对3565.8-3595.8m井段补孔，射后无显示，下泵投产。2009.9.10完成水力喷射压裂1段施工(3565.8-3595.8m)，破裂压力80.3MPa，加砂压力76.1MPa，停泵压力43.9MPa，加陶粒26m3，平均砂液比22.6%，一般排量1.3m3/min，总液量269.8m3。压裂前无产量，压后自喷三天，含水95%，后转抽生产。4"套管水平井水力喷射压裂－W13-C356井喷枪喷嘴接箍+变扣三、现场施工工艺设计与应用 四、结论与展望水力喷射分层压裂集射孔、压裂、分段一体化，无须机械封隔，造缝准确、有效隔离、一趟管柱多段压裂，新型增产措施；建立喷砂射孔参数优化范围，磨料射流射孔穿透污染带，提高射孔深度和质量，避免二次污染，改善压裂孔眼环境；数值模拟和实验研究了射孔孔径、孔深、孔眼轴线和最大水平主应力夹角、压裂液加载速度、垂直/水平应力比值对起裂压力和裂缝扩展的影响，探讨了水力定向射孔辅助压裂可行性；研制成功自主产权水力喷射分段压裂工具，建立了动管柱和不动管柱施工工艺，直井、水平井现场试验50井次取得成功；发展深井超深井水力喷射压裂、碳酸岩地层水力喷射分段酸压技术。 数据采集系统围压射流实验架超高压射流泵MTS816三轴岩石试验仪管柱及井筒多相流实验平台钻井动力学实验架油气资源与探测国家重点实验室石油工程教育部重点实验室中国水射流技术专业委员会美国水射流技术协会（WJTA）国际会员211工程高压水射流与破岩重点实验室CNPC钻井重点实验室高压水射流研究室四、结论与展望 谢谢 此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢