國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)進展-成都講座

1、水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀與展望,主講：陳 作,匯報內(nèi)容,√第一階段: 1891年申請水平井專利，水平井鉆井最早為1929年（美國Texas ）直井側(cè)鉆成8米長水平段，20世紀50年代以前水平井，基本上都是通過坑道鉆成的，只有少部分井是在垂直井的基礎(chǔ)上鉆成的?！痰诙A段: 70年代末80年代初，原油價格的上漲，驅(qū)使世界上許多石油公司非常關(guān)注水平井技術(shù),水平井技術(shù)迅猛發(fā)展?！痰谌A段:90年代初開始規(guī)模應(yīng)用，2003年以后，美國70%以

2、上的頁巖氣井為水平井。,一、水平井應(yīng)用簡況,一、水平井應(yīng)用簡況,全世界的水平井井數(shù)超過 60000 口，占總井數(shù)的10%，主要分布在美國、 加拿大、俄羅斯等 69 個國家。目前頁巖氣大量使用水平井,每年鉆數(shù)千口水平井。,中國為第三個鉆水平井的國家,1965年第一口水平井：磨-3。中石油：從2004年加大力度發(fā)展水平井，2008 年突破水平井 1000口，截止到2011年12月，水平井總數(shù)達到5100口。,一、水平井應(yīng)用簡況,中石化：水

3、平井開發(fā)技術(shù)日趨成熟，在勝利油田、西北、華北、西南、中原、江漢、江蘇、東北、河南等地區(qū)廣泛推廣應(yīng)用，從 2006年加大水平井發(fā)展力度，截止到2011年12月底，水平井總數(shù)3739口。,一、水平井應(yīng)用簡況,●向深層與超深水平井方向發(fā)展 ☆美國Bakken頁巖： Medowark7-6H井深9571m，垂深6553.0m，水平段長度3018.0m ☆塔里木：塔里木塔北隆起輪南油田哈122H， 井深7053.0m，水平段長48

4、7.43m。 ☆塔河：塔河油田TP111井，井深7426.0m，垂深6735.52m，水平段長610.0m☆元壩：元壩103H井深7861.0m，垂深6750.0m。 元壩121H設(shè)計井深8158.0m，垂深7280.0m。,一、水平井應(yīng)用簡況,水平井的完井方式：（1）裸眼完井； （2）套管完井；（3）篩管完井（打孔、割縫）； （4）套管封隔器完井；（5）組合完井;（6）多分支井等。,碳酸鹽巖等裂縫性油藏,底水

5、油藏、低滲透油藏、疏松易出砂油藏,（1）裸眼完井,（2）套管完井,（3）篩管（割縫）完井,（3）篩管（打孔）完井,一、水平井應(yīng)用簡況,（4）管外封隔器完井,（5）組合完井,（5）組合完井,（6）多分支完井,一、水平井應(yīng)用簡況,（1）水力裂縫形態(tài)復(fù)雜(縱向裂縫→橫向裂縫→復(fù)雜裂縫）,二、水平井分段壓裂關(guān)鍵技術(shù),（一）水平井壓裂改造與直井的差異,,水平縫,水平井水平段優(yōu)化目標:①裂縫條數(shù)；②裂縫長度；③裂縫導(dǎo)流能力；④裂縫間距離。,,,

6、,,直井優(yōu)化目標:①裂縫長度；②裂縫導(dǎo)流能力。,,裂縫長度,,導(dǎo)流能力,,,二、水平井分段壓裂關(guān)鍵技術(shù),（2）水力裂縫優(yōu)化復(fù)雜（裂縫幾何尺寸 →裂縫條數(shù)、裂縫間距、裂縫幾何尺寸）,（3）改造井段長，分段改造工藝要求高（選段選位、一段一策）（4）完井方式多樣，分段壓裂工具要求高（起下順暢、施工快捷、安全可靠）（5）施工時間長，對壓裂施工設(shè)備、壓裂液性能要求高（低摩阻、長效防膨、低傷害）,二、水平井分段壓裂關(guān)鍵技術(shù),（一）水平井壓裂改

7、造與直井的差異,油藏工程水力裂縫匹配,分段壓裂工藝與配套工具,,,,,裂縫間距、幾何尺寸優(yōu)化,裂縫取向,,分段隔離方法、工具,水力裂縫監(jiān)測,地應(yīng)力場與裂縫形態(tài),,水平井段多裂縫滲流,機械、化學(xué)或其它,優(yōu)化目標,,,橫向縫、縱向縫、斜交縫？,,,達到目標？,,,,,,二、水平井分段壓裂關(guān)鍵技術(shù),(二)水平井改造關(guān)鍵技術(shù),√（1）地應(yīng)力場與應(yīng)力干擾綜合預(yù)測與評價技術(shù)√（2）水平井水力裂縫參數(shù)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)√（3）水平井分段壓裂工藝與工具

8、技術(shù)√（4）水平井分段壓裂材料技術(shù)√ (5) 水平井水力裂縫測試與評估技術(shù),二、水平井分段壓裂關(guān)鍵技術(shù),油藏改造面積(SRA)---雙翼裂縫,油藏改造體積(SRV)---復(fù)雜裂縫,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,（一）水平井水力裂縫參數(shù)優(yōu)化設(shè)計技術(shù),1.水平井壓裂多裂縫油藏模擬,,ECLIPES軟件,裂縫網(wǎng)格處理,水力裂縫處理,,油水兩相模型,2.水平井壓裂裂縫模擬,,裂縫條數(shù)及布放方式對產(chǎn)量的影響,裂縫幾何尺寸與壓裂規(guī)模的關(guān)

9、系,,,經(jīng)濟評價,①裂縫形態(tài)；②裂縫條數(shù)；③裂縫支撐長度與導(dǎo)流能力；④裂縫間距。,水平井壓裂不同裂縫長度油藏模擬,裂縫幾何尺寸對生產(chǎn)的影響,,,,,,,,評價模型,評價參數(shù),評價指標,,,,施工風(fēng)險,,3.經(jīng)濟優(yōu)化,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,(1)當儲層物性達到一定值時，縱向裂縫效果好于橫向裂縫。,Ke=0.3×10-3μm2,Ke=1.00×10-3μm2,K=5.0×10-3μm2,K=

10、10.0×10-3μm2,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,,,(2)外裂縫對產(chǎn)量貢獻率高(35-40%),優(yōu)先改造好外裂縫,K=0.3md裂縫長度=100.0m導(dǎo)流能力=30μm2.cm,外裂縫,,,,,,,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,(3)裂縫長度、導(dǎo)流能力等裂縫參數(shù)應(yīng)隨滲透率、水平井段長度等儲層條件變化。,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,(4)低滲透儲層裂縫間干擾是有限的,,,,,,,,,,,,,,,,400

11、m,400m,K=0.5md,K=0.5md,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,(5)儲層非均質(zhì)性越強，對產(chǎn)量影響越大，壓裂條數(shù)相應(yīng)增加,kv,,Kh,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,(6)物性越差，需要的裂縫條數(shù)越多,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,(7)裂縫間距依據(jù)儲層特征確定,(8)綜合實際井眼軌跡、儲層分布、裂縫干擾優(yōu)選布縫位置和裂縫條數(shù),三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,三、國內(nèi)外水平井分

12、段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,（二）水平井分段壓裂工藝技術(shù)與工具,1.國外水平井分段壓裂工藝技術(shù)與工具,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,（1）裸眼封隔器+滑套分段壓裂技術(shù) ①一球一段分段壓裂技術(shù),封隔懸掛器,裸眼封隔器,投球滑套,壓差滑套,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,主要公司： Packer Plus、哈里伯頓、威德福技術(shù)特點：一球打開一個滑套,投不同直徑球壓裂多段適用井眼：裸眼完井最新紀錄：40級分段壓裂（貝克休斯）工具

13、系列：(41/2″-95/8″),技術(shù)能力7″×41/2″工具達44級95/8″×51/2″工具達60級,工具性能1/16″級差球憋壓球密度：1.8g/cm3封隔器耐壓差:70.0MPa封隔器最高耐溫：TAM耐高溫自膨脹封隔器302 ℃。,低密度球,滑套,封隔器,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,FracPoint?壓裂實例,封隔器外徑5.75″1/16″投球滑套級差24小時壓完壓裂40段,三、國內(nèi)

14、外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,哈里伯頓裸眼封隔器+滑套分段分段壓裂技術(shù),三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,主要公司： Packer Plus、哈里伯頓、威德福技術(shù)特點：一球打開2-6個滑套適用井眼：裸眼完井最高紀錄：90級分段壓裂（哈里伯頓）,（1）裸眼封隔器+滑套分段壓裂技術(shù) ②一球多段分段壓裂技術(shù),三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,工具性能封隔器耐壓差:70.0MPa封隔器最高耐溫：177℃,技術(shù)能力41/2″和51/

15、2″兩種尺寸分隔段數(shù)：15段每段滑套數(shù)：6個最多壓裂點數(shù)：90級,RapidFrac系統(tǒng),三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,（1）裸眼封隔器+滑套分段壓裂技術(shù) ③等通徑開關(guān)滑套分段壓裂技術(shù),主要公司： 威德福、哈里伯頓技術(shù)特點：整個完井管柱滑套大小相同，滑套可開可關(guān)適用井眼：裸眼完井,工具性能封隔器耐壓差:70.0MPa封隔器最高耐溫：160℃,技術(shù)能力41/2″和51/2″兩種尺寸無限級分段壓裂,三、國內(nèi)外水平井

16、分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,①下入完井管柱，坐封懸掛器，注水泥,②坐封封隔器,③固井后、用HWB工具打開最底部壓裂滑套,④停泵后HWB鎖塊縮回、把開關(guān)工具提到位于頂部封隔器上部工具腔內(nèi),等通徑開關(guān)滑套分段壓裂技術(shù)施工步驟：,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,⑤開關(guān)工具就位后，壓裂最下部地層,⑥底部地層壓裂結(jié)束后，用HWB開關(guān)工具關(guān)閉,⑦打開上面一層的壓裂滑套、壓裂直至所有地層壓裂結(jié)束并關(guān)閉所有滑套,⑧用HWB開關(guān)工具開啟相應(yīng)層位的滑套，投產(chǎn),三、

17、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,,主要公司：哈里伯頓、貝克休斯、斯倫貝謝、威德福技術(shù)特點：工具泵送入井，套管壓裂，橋塞封隔，大排量、大砂量施工適用井眼：套管完井最新紀錄：42級分段壓裂,（2）泵送橋塞分段壓裂技術(shù),三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,,,,,,用連續(xù)油管或爬行器帶射孔槍入井，進行第一段射孔，起出射孔槍,從套管進行第一段壓裂，壓裂完成后用電纜帶橋塞和射孔槍入井,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,,,,,,,,,,坐封橋

18、塞，射開第二段，從套管壓裂第二段，壓完第二段后用電纜帶橋塞和射孔槍入井,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,依次類推，壓開所有壓裂井段,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,所有井段壓裂結(jié)束后下入磨銑工具，將橋塞鉆掉，留下干凈井筒，排液求產(chǎn),三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,工具性能橋塞最高耐壓差:103.4MPa橋塞最高耐溫：232℃,技術(shù)能力31/2″、41/2″、51/2″、7″、75/8 ″、 9 5/8 ″六種尺寸類型：三

19、種（全堵塞、單流閥、投球式）壓裂段數(shù)：不限,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,,（3）固井滑套一體化分段壓裂技術(shù)（TAP技術(shù)）,主要公司：斯倫貝謝技術(shù)特點：多級滑套工具與套管連接下入井，壓裂管串通徑相同，壓裂段數(shù)不受限制，飛鏢可溶解， C環(huán)易鉆磨適用井眼：套管完井最新紀錄：13段,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,工具性能工具外徑： 6.75 ″ 工具內(nèi)徑： 3.75″最高耐壓差:70.0MPa最高耐溫：160℃,技術(shù)能

20、力適用井眼：7 7/8″壓裂段數(shù)：不限最小間距：≥10英尺最大狗腿度：25º/30m,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,固井滑套一體化分段壓裂技術(shù)（TAP技術(shù)）,主要公司：哈里伯頓、貝克休斯技術(shù)特點：連續(xù)油管噴砂射孔，環(huán)空加砂壓裂，強制脫砂砂塞封堵適用井眼：套管完井最新紀錄：連續(xù)油管環(huán)空加砂方式：43段普通油管滑套式管內(nèi)加砂： 12段,Halliburton’s Cobra

21、Max H,（4）連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空加砂壓裂技術(shù),三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,●實例★Fort Worth盆地頁巖氣井★斜深2755m,垂深1696m,水平井段長度878m,4.5″套管完井★壓裂段數(shù)43段,每段裂縫間距15m-18m★每段加砂量43.1t,施工排量2.2m3/min,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,Halliburton’s CobraMax H,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,三、國內(nèi)外水平井分段

22、壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,國外水平井分段壓裂技術(shù)使用情況,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,2.國內(nèi)水平井分段壓裂工藝技術(shù)與工具,,,封隔懸掛器,裸眼封隔器,投球滑套,壓差滑套,井下隔離閥,（1）裸眼封隔器+滑套分段壓裂技術(shù),主要公司： 中石油川慶井下、中石化工程院、勝利油田技術(shù)特點：一球打開一個滑套適用井眼：6″裸眼完井最新紀錄：13段（川慶井下）,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,技術(shù)能力7″×41/2″工具16段,工具性能

23、1/8″級差球憋壓球密度：1.8g/cm3封隔器耐壓差:70.0MPa封隔器最高耐溫：170 ℃,雙孔球座,單孔球座,高分子低密度球,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,主要公司： 中石油川慶井下、中石化工程院、石油大學(xué)技術(shù)特點：不需要封隔器，負壓封堵，壓裂生產(chǎn)一體化適用井眼：套管、篩管與裸眼最新紀錄：11段（川慶井下）,（2）不動管柱水力噴射分段壓裂技術(shù),三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,工具性能1/8″級差球憋壓球密度

24、：1.8g/cm3封隔器耐壓差:60.0MPa封隔器最高耐溫：120 ℃,技術(shù)能力41/2″、5″、51/2″、7″51/2″工具8段7 ″工具14段單趟加砂：40-50m3,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,主要公司： 中石油大慶油田技術(shù)特點：導(dǎo)壓噴砂器的節(jié)流壓差坐封封隔器，采用上提的方式分壓各段適用井眼：套管最新紀錄：12段技術(shù)能力√工藝管柱耐溫100℃、耐壓70MPa√單趟管柱壓裂可以壓裂12段,（3）雙封

25、單壓分段壓裂技術(shù),三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,,（4）套管射孔管內(nèi)封隔器分段壓裂技術(shù),主要公司： 西南油氣分公司技術(shù)特點：不動管柱，段內(nèi)限流射孔，投球打開滑套分壓各段適用井眼：套管最新紀錄：10段18縫,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,工具性能1/8″級差球憋壓球密度：1.8g/cm3封隔器耐壓差:50.0MPa封隔器最高耐溫：120 ℃,技術(shù)能力5″-7″ 套管壓裂段數(shù)：10段,一、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)

26、狀,（5）泵送橋塞分段壓裂技術(shù),主要公司： 中石化工程院、江漢油田技術(shù)特點：工具泵送入井，套管壓裂，橋塞封隔，大排量、大砂量施工適用井眼：套管最新紀錄：正選井開展現(xiàn)場試驗,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,工具性能坐封力：115KN丟手力： 50KN封隔器耐壓差:75.0MPa封隔器最高耐溫：120 ℃鉆除時間：30min,技術(shù)能力51/2″、7″套管壓裂段數(shù)：不限,橋塞 電纜坐封工具

27、 射孔槍,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,三、國內(nèi)外水平井分段壓裂技術(shù)現(xiàn)狀,國內(nèi)外主體壓裂技術(shù)對比,一體化、標準化、配套化壓裂工具可控與智能化高效率低成本壓裂重視環(huán)保,水平井壓裂技術(shù)發(fā)展趨勢：,四、發(fā)展趨勢,（一） 標準化、一體化、配套化,四、發(fā)展趨勢,,（二）壓裂工具的可控與智能化 1.大力發(fā)展等通徑可開關(guān)滑套、一球多段、固井壓裂一體化與速鉆橋塞等工具與配套工藝技術(shù)，實現(xiàn)不限級數(shù)分段壓裂,四、發(fā)展趨勢,62,

28、□電控滑套 □壓力等級 10,000 PSI □溫度 150℃ □電傳感器和滑套內(nèi)芯片信號對應(yīng)，開關(guān)滑套□不受壓裂層數(shù)限制,2.智能壓裂工具（電控滑套（威德福 RFID）,四、發(fā)展趨勢,四、發(fā)展趨勢,1.高導(dǎo)流通道壓裂設(shè)計技術(shù),支撐劑以支撐劑骨架的形式非均勻的鋪置在開啟通道周圍，此時支撐劑不再充當導(dǎo)流介質(zhì)，而是作為支撐結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生高導(dǎo)流,壓裂液與支撐劑脈沖注入可降解纖維材料簇射孔技術(shù)建立地質(zhì)力學(xué)模型新井應(yīng)用,（三） 高效低

29、成本壓裂,2.高效低成本的“井工廠”壓裂技術(shù),單井壓裂向多井、整體壓裂和規(guī)?；ňS）壓裂發(fā)展，提高現(xiàn)場施工壓裂施工效率與采收率，降低壓裂成本,四、發(fā)展趨勢,,3.發(fā)展多分支水平井壓裂技術(shù),三分支水平井改造系統(tǒng),多分支的隔離工具多分支再入壓裂工具多段壓裂技術(shù)合段生產(chǎn),四、發(fā)展趨勢,四、發(fā)展趨勢,1.壓裂液重復(fù)利用技術(shù),壓裂液返排液組分復(fù)雜，環(huán)保達標處理難度大：返排液具有量大、濁度高、粘度大、含鹽量高和COD濃度高等特點。重復(fù)利

30、用節(jié)約水資源：頁巖氣單井壓裂液的用量是常規(guī)壓裂井的幾倍甚至幾十倍。處理與利用：固液分離、堿化、化學(xué)絮凝、氧化、過濾等處理，用于鉆井泥漿、水基壓裂液、固井水泥漿等配制用水。,典型配方：降阻劑+助排劑（表面活性劑）+粘土穩(wěn)定劑+絮凝劑+殺菌劑+KCl+破膠劑+清水,（四）重視環(huán)保,2.無水壓裂(LPG)技術(shù),水資源有限：地球上97.5%的水為鹽水,2.5%為淡水(69.6%冰,30.1%在地下,0.3%地表水)非常規(guī)油氣資源開發(fā)大量用水