国内外水平井分段压裂技术进展成都讲座.ppt

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1、水平井分段压裂技术现状与展望,主讲：陈 作,汇报内容,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

2、气大量使用水平井,每年钻数千口水平井。,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

3、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

4、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:裂缝条数；裂缝长度；裂缝导流能力；裂缝间距离。,直井优化目标:裂缝长度；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，

5、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

6、,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,裂缝形态；裂缝条数；裂缝支撑长度与导流能力；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。,Ke=0.

7、310-3m2,Ke=1.0010-3m2,K=5.010-3m2,K=10.010-3m2,三、国内外水平井分段压裂技术现状,(2)外裂缝对产量贡献率高(35-40%),优先改造好外裂缝,K=0.3md裂缝长度=100.0m导流能力=30m2.cm,外裂缝,三、国内外水平井分段压裂技术现状,(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。,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,400m,400m,K=0.5md,K=0.5md,三、国内外水平井分段压裂技术现状,(5)储层非均质性越强，对产量影响越大，压裂条数相应增加,kv,Kh,三、

8、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,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 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：Packer Plus、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

9、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741/2工具达44级95/851/2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5.751/16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：Packer Plus、哈里伯顿、威德福技术特点

10、：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 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 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

11、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,下入完井管柱，坐封悬挂器，注水泥,坐封封隔器,固井后、用HWB工具打开最底部压裂滑套,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,开关工具就位后，压裂最下部地层,底部地层压裂结束后，用HWB开关工具关闭,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,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,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

12、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、国内外水平井分段压裂技术现状,坐封桥塞，射开第二段，从套管压裂第二段，压完第二段后用电缆带桥塞和射孔枪入井,三、国内外水平井分段压裂技术现状,依次类推，压开所有压裂井段,三、国内外水平井分段压裂技术现状,所有井段压裂结束后下入磨铣工具，将桥塞钻掉，留下干净井筒，排液求产,三、国内外水平井分段压裂技术现状,工具性能桥塞最高耐压差:103.4MPa桥塞

13、最高耐温：232,技术能力31/2、41/2、51/2、7、75/8、9 5/8 六种尺寸类型：三种（全堵塞、单流阀、投球式）压裂段数：不限,三、国内外水平井分段压裂技术现状,（3）固井滑套一体化分段压裂技术（TAP技术）,主要公司：斯伦贝谢技术特点：多级滑套工具与套管连接下入井，压裂管串通径相同，压裂段数不受限制，飞镖可溶解，C环易钻磨适用井眼：套管完井最新纪录：13段,三、国内外水平井分段压裂技术现状,工具性能工具外径：6.75 工具内径：3.75最高耐压差:70.0MPa最高耐温：160,技术能力适用井眼：7 7/8压裂段数：不限最小间距：10英尺最大狗腿度：25/30m,三、国内外水平

14、井分段压裂技术现状,三、国内外水平井分段压裂技术现状,固井滑套一体化分段压裂技术（TAP技术）,主要公司：哈里伯顿、贝克休斯技术特点：连续油管喷砂射孔，环空加砂压裂，强制脱砂砂塞封堵适用井眼：套管完井最新纪录：连续油管环空加砂方式：43段普通油管滑套式管内加砂：12段,Halliburtons CobraMax H,（4）连续油管喷砂射孔环空加砂压裂技术,三、国内外水平井分段压裂技术现状,实例Fort Worth盆地页岩气井斜深2755m,垂深1696m,水平井段长度878m,4.5套管完井压裂段数43段,每段裂缝间距15m-18m每段加砂量43.1t,施工排量2.2m3/min,三、国内外水

15、平井分段压裂技术现状,Halliburtons CobraMax H,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,国外水平井分段压裂技术使用情况,三、国内外水平井分段压裂技术现状,2.国内水平井分段压裂工艺技术与工具,封隔悬挂器,裸眼封隔器,投球滑套,压差滑套,井下隔离阀,（1）裸眼封隔器+滑套分段压裂技术,主要公司：中石油川庆井下、中石化工程院、胜利油田技术特点：一球打开一个滑套适用井眼：6裸眼完井最新纪录：13段（川庆井下）,三、国内外水平井分段压裂技术现状,技术能力741/2工具16段,工具性能1/8级差球憋压球密度：1.8g/cm3封隔器耐压差:70.0MPa封

16、隔器最高耐温：170,双孔球座,单孔球座,高分子低密度球,三、国内外水平井分段压裂技术现状,主要公司：中石油川庆井下、中石化工程院、石油大学技术特点：不需要封隔器，负压封堵，压裂生产一体化适用井眼：套管、筛管与裸眼最新纪录：11段（川庆井下）,（2）不动管柱水力喷射分段压裂技术,三、国内外水平井分段压裂技术现状,工具性能1/8级差球憋压球密度：1.8g/cm3封隔器耐压差:60.0MPa封隔器最高耐温：120,技术能力41/2、5、51/2、751/2工具8段7 工具14段单趟加砂：40-50m3,三、国内外水平井分段压裂技术现状,主要公司：中石油大庆油田技术特点：导压喷砂器的节流压差坐封封隔

17、器，采用上提的方式分压各段适用井眼：套管最新纪录：12段技术能力工艺管柱耐温100、耐压70MPa单趟管柱压裂可以压裂12段,（3）双封单压分段压裂技术,三、国内外水平井分段压裂技术现状,（4）套管射孔管内封隔器分段压裂技术,主要公司：西南油气分公司技术特点：不动管柱，段内限流射孔，投球打开滑套分压各段适用井眼：套管最新纪录：10段18缝,三、国内外水平井分段压裂技术现状,工具性能1/8级差球憋压球密度：1.8g/cm3封隔器耐压差:50.0MPa封隔器最高耐温：120,技术能力5-7 套管压裂段数：10段,一、国内外水平井分段压裂技术现状,（5）泵送桥塞分段压裂技术,主要公司：中石化工程院、

18、江汉油田技术特点：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：套管最新纪录：正选井开展现场试验,三、国内外水平井分段压裂技术现状,工具性能坐封力：115KN丢手力：50KN封隔器耐压差:75.0MPa封隔器最高耐温：120 钻除时间：30min,技术能力51/2、7套管压裂段数：不限,桥塞 电缆坐封工具 射孔枪,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,国内外主体压裂技术对比,一体化、标准化、配套化压裂工具可控与智能化高效率低成本压裂重视环保,水平井压裂技术发展趋势：,四、发展趋势,（一）标准化、一体化、配套化,四、发展趋势,（二）压裂工具的可控与智

19、能化 1.大力发展等通径可开关滑套、一球多段、固井压裂一体化与速钻桥塞等工具与配套工艺技术，实现不限级数分段压裂,四、发展趋势,62,电控滑套 压力等级 10,000 PSI 温度 150 电传感器和滑套内芯片信号对应，开关滑套不受压裂层数限制,2.智能压裂工具（电控滑套（威德福 RFID）,四、发展趋势,四、发展趋势,1.高导流通道压裂设计技术,支撑剂以支撑剂骨架的形式非均匀的铺置在开启通道周围，此时支撑剂不再充当导流介质，而是作为支撑结构，产生高导流,压裂液与支撑剂脉冲注入可降解纤维材料簇射孔技术建立地质力学模型新井应用,（三）高效低成本压裂,2.高效低成本的“井工厂”压裂技术,单井压裂向

20、多井、整体压裂和规模化（井工厂）压裂发展，提高现场施工压裂施工效率与采收率，降低压裂成本,四、发展趋势,3.发展多分支水平井压裂技术,三分支水平井改造系统,多分支的隔离工具多分支再入压裂工具多段压裂技术合段生产,四、发展趋势,四、发展趋势,1.压裂液重复利用技术,压裂液返排液组分复杂，环保达标处理难度大：返排液具有量大、浊度高、粘度大、含盐量高和COD浓度高等特点。重复利用节约水资源：页岩气单井压裂液的用量是常规压裂井的几倍甚至几十倍。处理与利用：固液分离、碱化、化学絮凝、氧化、过滤等处理，用于钻井泥浆、水基压裂液、固井水泥浆等配制用水。,典型配方：降阻剂+助排剂（表面活性剂）+粘土稳定剂+絮凝剂+杀菌剂+KCl+破胶剂+清水,（四）重视环保,2.无水压裂(LPG)技术,水资源有限：地球上97.5%的水为盐水,2.5%为淡水(69.6%冰,30.1%在地下,0.3%地表水)非常规油气资源开发大量用水：一口典型页岩气井钻井与压裂近25000m3水LPG压裂液具有独特的优势：丙烷或丁烷作原料流体低粘、弹性好、破胶粘度小，压后气体100%回收,四、发展趋势,技术发展永无止境没有最好的技术只有最合适的技术,敬请各位领导、专家提出宝贵意见！,