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1、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
2、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 PackersPlusE
3、nergyServices 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
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
5、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 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
6、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60m3 2 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
7、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
8、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
9、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 116mm导向丝堵 27 8 外加厚油管短节1根 K344 110封隔器 114mm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 114mm水力锚 27 8 外加厚油管1根 116mm导流扶正器 95mm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 现场施工参数与设计
10、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
11、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 SJ BJ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
12、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
13、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 射开第一段 油管压裂 用液体胶塞和砂子隔离已压裂井段 射开第二段 通过油管压裂该段 再用液体胶塞和砂子隔离 采用这种办法 依次压开所需改造的井段 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
14、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
15、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 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3
16、578 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
