国内外水平井分段压裂技术进展-成都讲座.ppt

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，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,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=0.3×10-3m2,Ke=1.00×10-3m2,K=5.0×10-3m2,K=10.0×10-3m2,三、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、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 7×41/2工具达44级 95/8×51/2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5.75 1/16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：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：25º/30m,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,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 7×41/2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、7 51/2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、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！,