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1、水平井分段压裂完井技术调研报告现代完井工程水平井分段压裂完井技术调研报告目 录1研究目的及意义1 2水平井分段压裂技术2 2.1国外 水平井分段压裂技术研究现状2 2.1.1斯伦贝谢公司Stage FRACTM系统3 2.1.2哈里伯顿公司固井滑套分段压裂系统 3 2.1.3贝克休斯公司Frac Piont System 分段压裂系统4 2.2 国内水平井分段压裂技术研究现状5 2.2.1水力喷射分段压 裂技术5 2.2.2双卡上提压裂多段技术5 2.2.3分段环空压裂 技术5 2.2.4液体胶塞隔离分段压裂技术5 2.2.5机械桥塞隔 离分段压裂技术6 2.2.6限流压裂技术6 2.3本章小
2、结6 3水 平井分段压裂数值模拟方法7 3.1笛卡尔网格的加密法7 3.2 PEBI网格加密法9 3.3表皮因子法9 3.4直角网格加密法9 3.5本章小结9 4水平井完井技术10 4.1筛管分段完井技术 10 4.2水平井砾石充填防砂技术10 4.3鱼骨状水平分支井 完井技术10 4.4膨胀管完井技术11 4.5套管射孔分段压裂 完井技术11 4.6裸眼分段压裂完井技术11 4.7本章小结11 参考文献13 1研究目的及意义 所谓分段压裂技术，就是在 井筒内沿着水平井眼的方向，根据油藏物性和储层特征，在 储层物性较好的几个或更多水平段上，采用一定的技术措施 严格控制射孔孔眼的数量、孔径和射孔
3、相位，通过一次压裂 施工同时压开几个或更多水平段油层的技术。这是一套有效改造低渗透油气藏的水平井技术。2008年全球非常规石油资源规模达449.5Gtl。目前我国低渗透油气藏已探明储量近60亿吨，已经动用 储量近30亿吨。近50已探明的低渗透油气藏由于单井自然产能低、开采 效益差难以动用。水平井可以增加井筒与油层的接触面积，提高油气的产 量和最终的采收率，但随着石油勘探开发时间的延长，中高 渗等常规油田逐步减少，低渗透等非常规油气藏储量不断增 加，低渗透油气藏的重要性便日益凸显。由于低渗透率油藏的渗透率低、渗流阻力大、连通性差, 有时水平井的单井产能也比较低，满足不了经济开发的要 求，还要对水
4、平井进行压裂增产，提高水平井的产能。应用水平井压裂措施，可以实现油田增储稳产。但由于地层渗透性各向异性，各段的渗透性相差有时很 大，这会导致底水油藏水平井的底水锥进从而使水平井过早 的水淹，那么将有必要对水平井段进行合理的分段完井。此外，合理的、高质量的水平井分段压裂完井可以更好 地控制底水上升剖面，延长无水采油期和提高油层采收率。因此，加强对水平井分段压裂工艺技术，尤其是水平井 分段压裂完井技术的研究急不可待。2水平井分段压裂技术水平井分段压裂增产技术对 于改善低渗透、低孔隙度油气藏开发效果、提高单井产量和 最终采收率，具有重要作用，是油田增产、增注的有效手段 。使用压裂增产技术，可获得显著
5、的增产效果，社会经济 效益可观，具有广泛的推广应用前景。2.1国外水平井分段压裂技术研究现状 二十一世纪年 以来，随着水平井的规模应用，国外许多公司开始尝试水平 井分段压裂技术，经过十多年的发展，现已形成较为完善的、 能适应不同完井条件下的水平井分段压裂技术。国外主流的水平井分段压裂技术主要有水力喷射分段 压裂技术、裸眼封隔器分段压裂技术和快钻桥塞分段压裂技 术三类，其中裸眼封隔器分段压裂技术应用最为广泛3。2007年开始，水平井分段压裂技术成为非常规油气开发 的主体技术，开始在北美大规模应用。目前国外能够提供水平井分段压裂工具及技术服务的公 司有30多家，这些公司主要通过自主研发、并购和引进
6、等 方式获取该项技术。预计在未来的发展趋势中，水平分段压裂技术的发展方 向主要有四个高导流能力压裂、段数倍增压裂、缝网压裂、 随压甜点探测。表1国外水平井分段压裂主流技术主体技术技术特 点 水力喷砂 分段压裂 技术 常规管柱拖动式 水力喷砂 井下工具简单，长度短；工具外径小有反洗通道；砂卡管 柱几率小 连续油管拖动式 水力喷砂 连续油管喷砂射孔， 环空加砂压裂；砂塞留置，封堵已压井段；连续管兼做冲砂 洗井管柱；施工安全 不动管柱式 水力喷砂 不动管柱；工 具外径小；有反洗通道 裸眼封隔器分段压裂 技术液压坐 封裸眼封隔器（带滑套）不动管柱，投球打开滑套分压各 段；兼做压裂管柱与生产管柱；施工快
7、捷遇油膨胀封隔器 （带滑套）遇油膨胀坐封，封隔环空；隔离套管系统无需 机械操作；地面投球打开滑套；施工快捷 快钻桥塞分段压 裂技术同时射孔及坐封压裂桥塞；可进行大排量施工；分 压段数不受限制；压裂后可快速钻掉，易排出图1水平井 分段压裂工具结构2.1.1斯伦贝谢公司Stage FRACTM系统 斯伦贝谢公司的Stage FRACTM增产系统（如图2）主要针 对砂岩或碳酸盐岩油藏裸眼井的压裂而设计的。该系统经现场证明通过利用RockSealTMII裸眼封隔器对 水平段进行分段封隔可显著改善压裂效果。该系统一次下放最多可完成九段压裂，适应温度最高达 200C，封隔器最高承受压差达69MPa。另外，
8、可节省钻机及其他特殊设备的占用，施工时间也 可从原来的几周减少到几天。该系统目前已在美国和加拿大应用几百口。该系统主要适用于裸眼或套管完井的水平井，砂岩、碳 酸盐岩或非常规油藏类型以及大位移井。图2斯伦贝谢公司Stage FRACTM增产系统示意图 2.1.2哈里伯顿公司固井滑套分段压裂系统 哈里伯顿公司 的固井滑套分段压裂系统（如图3）主要包括膨胀悬挂器、 遇油膨胀封隔器、压裂滑套等几部分。固井滑套分段压裂系统的压裂施工工艺流程将固井滑套 分段压裂系统连接在油管上，利用专用下入工具将压裂系统 下入欲压裂的裸眼水平段，循环洗井后，蹩压坐封膨胀悬挂 器，从井口灌入柴油或利用裸眼段的原油，柴油、原
9、油至裸 眼段后，将遇油膨胀封隔器浸泡在其中，浸泡78天后，遇 油膨胀封隔器膨胀坐封，将裸眼水平段不同压力层段进行封 隔，然后投球蹩压打开第一级压裂滑套，压裂第一级目的层; 依次投球蹩压打开其他压裂滑套，处理其他目的层，压裂完 成后，压裂系统可直接作为生产管柱投入生产3。图3哈里伯顿公司固井滑套分段压裂系统示意图2.1.3 贝克休斯公司Frac Piont System分段压裂系统 贝克休斯公 司的Frac Piont System分段压裂系统主要由尾管圭寸隔器、裸 眼管外封隔器、投球驱动压裂滑套、“P压力驱动滑套、井筒 隔绝阀及引鞋等组成，结构如图4所示。图4贝克休斯公司Frac Piont
10、System分段压裂系统示 意图用分段压裂系统专用HR下入工具将压裂管串送入裸 眼水平段后，循环洗井，投球至井筒隔绝阀，蹩压将尾管封 隔器、裸眼管外封隔器坐封，尾管封隔器坐封到配合套管内 壁，裸眼管外封隔器坐封到裸眼水平段上，封隔不同的压裂 目的层；继续加压，HR下入工具脱手，从井下提出；继续 加压打开“P压力驱动滑套，压裂第一层段；投球蹩压，打开 第二级CMB可关闭式压裂滑套，压裂第二级目的层；依次 投球蹩压，打开其他CMB可关闭式压裂滑套，处理其他目 的层；压裂完成后，压裂系统直接作为生产管柱投入生产4。2.2国内水平井分段压裂技术研究现状 我国于20世纪 80年代开始研究水平井的压裂增产
11、改造技术，在水力裂缝的 起裂、延伸，水平井压后产量预测，水力裂缝条数和裂缝几 何尺寸的优化，分段压裂施工工艺技术与井下分隔工具等方 面取得了一定进展，但总体来讲不配套、不完善，特别是水 平井分段压裂改造工艺技术和井下分隔工具方面与实际生 产需求还存在较大的差距，有待进一步加大投入人力、物力 攻关研究。分段压裂是水平井的关键配套技术之一，运用分段压裂 可在较短时间内一次性完成对多个储层的压裂，并最大限度 地减少对储层的伤害，达到多层合采提高单井产量、最大限 度提高地质储量可动用程度的目的5。目前，我国各油田采用的水平井分段压裂技术主要有连 续油管分层压裂技术、水力滑套喷砂分层压裂术、投球打滑 套
12、分段压裂工艺技术和水平井裸眼分段压裂（包括酸压）技 术等。2.2.1水力喷射分段压裂技术 水力喷射分段压裂是水 力喷射和水力压裂的结合，它是把油管中的流体加压后经喷 嘴喷射出来形成高速射流（喷嘴射流速度超过190m/s，使地 层形成裂缝。该技术的优点是可在需要改造的任意位置进行压裂，不 需要下入隔离工具，大大减小了砂埋或砂卡的风险；其缺点 是环空需要泵注液体，对于高压气井需安装井口防喷器，压 裂完成后需要起出管柱，再下入完井管柱进行投产6。222双卡上提压裂多段技术利用双封隔器隔离，可实 现一次多层压裂，先对井筒末端进行压裂，上提管柱，依次 压开后续井段。该技术的优点是可对压裂层段实施准确定位
13、，一次压开 多段；缺点是容易砂卡封隔器，造成井下故障。2.2.3分段环空压裂技术 利用单封隔器进行隔离，从井 筒末端开始，逐段封隔逐段压裂，实现分射分压。该技术的优点是下井工具少，一旦出现砂卡，相比单封 和双封压裂处理事故难度小，另外液体摩阻小，有利于提高 排量；缺点是对套管质量有一定影响，在深井中使用还需要 改进与完善，且施工相对复杂，要求封隔器具有良好的密封 性。2.2.4液体胶塞隔离分段压裂技术 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，替入超黏完 井液，该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
14、中只起临时封堵作用，可定时软化 易于清除。该技术的优点是避免了下入井下作业工具砂卡带来的潜 在风险；缺点是与封隔器机械分隔相比，造缝点难以控制， 作业周期长，冲砂易造成储层伤害，不适用于低渗致密气藏。225机械桥塞隔离分段压裂技术 利用桥塞进行隔离， 逐段封堵逐段压裂，可实现双封分压，但是压后需要打捞桥 塞，容易砂卡或砂埋。长庆油田在苏里格气田苏东首口152.4mm井眼套管固 井水平井采用水力泵入式桥塞射孔分段压裂工艺，成功实现 了 15段压裂。2.2.6限流压裂技术 限流压裂技术的机理是，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大而增大，带动井底压
15、力的上升，当 井底压力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。该技术的优点是施工相对简单，周期短，一次施工便可 以压开多条裂缝，利于油层保护。缺点是该工艺受射孔孔眼回压影响较大，单条裂缝的控 制困难；而且由于施工能力的限制，较长的水平井筒裂缝数 目较多时，单条裂缝孔数较少，改造强度受影响；各裂缝起 裂和延伸不均衡，影响增产效果7。从工艺上来讲，以上分段压裂的关键技术在于分段压裂 工具及工艺方法，而且需要配备连续油管等连续冲砂设备， 以达到施工改造的要求。但是，上述井下工具目前还不能完全国产化，与国外相 比存在较大差距。2.3本章小结总体上来讲我国水平井分段压裂技术不 完善、不配
16、套。现场应用经验较少，且许多技术问题。特别在水平井分段压裂工艺和井下工具等方面，与我国 实际生产需求还存在较大的差距。在基础研究，水平井分段理论依据、水力裂缝优化设计、 分段压裂工艺技术、分段压裂工具、压裂材料、水力裂缝动 态监测等方面与国外先进水平差距还比较大。在引进国外技术的同时要结合我国实际情况进行高新、 咼能材料和精工制造方面的科技攻关，努力形成具有自主知 识产权的配套技术，争取在短时间内提升我国水平井分段压 裂技术水平。3水平井分段压裂数值模拟方法油藏数值模拟中，人工压裂缝的处理方法主要分为两种网格加密法和近井模拟 法(Near Wellbore Module)。但是由于近井模拟处理起来较繁琐，在模型中计算起来 较慢且容易不收敛，所以目前人工裂缝的模拟主要是通过局 部网格加密（Local Grid Refinemnt
