压裂技术新进展一

《压裂技术新进展一》由会员分享，可在线阅读，更多相关《压裂技术新进展一（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、新技术追踪会议新技术追踪会议压裂酸化领域几个热点问题（一）压裂酸化领域几个热点问题压裂酸化领域几个热点问题目目 录录1、水力压裂机理及工艺模拟研究、水力压裂机理及工艺模拟研究2、水平井分段压裂技术、水平井分段压裂技术3、压裂裂缝实时测量技术、压裂裂缝实时测量技术4、压裂工艺及新材料、压裂工艺及新材料1、水力压裂机理研究、水力压裂机理研究 水力压裂机理的研究给油田开发和工艺技术带来了巨大水力压裂机理的研究给油田开发和工艺技术带来了巨大的推动作用，国外研究结构非常重视大型物理模拟试验研究。的推动作用，国外研究结构非常重视大型物理模拟试验研究。目前国内在超深高温储层、复杂岩性储层改造方面面临着一目前

2、国内在超深高温储层、复杂岩性储层改造方面面临着一系列的矛盾，也迫切需要开展该项研究：系列的矛盾，也迫切需要开展该项研究：以大庆油田为代表的火成岩储层以大庆油田为代表的火成岩储层以胜利油田为代表的砂砾岩储层以胜利油田为代表的砂砾岩储层以塔里木盆地为代表的碳酸盐岩储层以塔里木盆地为代表的碳酸盐岩储层以鄂尔多斯盆地为代表的低压致密气藏以鄂尔多斯盆地为代表的低压致密气藏以四川盆地为代表的高压酸性致密气藏以四川盆地为代表的高压酸性致密气藏1、水力压裂机理研究、水力压裂机理研究编编编编号号号号研究单位研究单位研究单位研究单位试样尺寸试样尺寸试样尺寸试样尺寸(mm)(mm)(mm)(mm)三轴应力三轴应力三

3、轴应力三轴应力( ( ( (MPaMPaMPaMPa) ) ) )孔隙孔隙孔隙孔隙压力压力压力压力试样岩性试样岩性试样岩性试样岩性裂缝裂缝裂缝裂缝监测监测监测监测1 1 1 1Delft University of Delft University of Delft University of Delft University of TechnologyTechnologyTechnologyTechnology303030300 0 0 0303030300 0 0 030030030030037.537.537.537.5水泥水泥水泥水泥位移传感器位移传感器位移传感器位移传感器2 2 2

4、2HallibutonHallibutonHallibutonHallibuton Energy Services Energy Services Energy Services Energy Services151515153 3 3 3454545457 7 7 7305305305305151515153 3 3 315315315315325425425425425252525砂岩砂岩砂岩砂岩无无无无3 3 3 3The University of New The University of New The University of New The University of New

5、 South WalesSouth WalesSouth WalesSouth Wales40040040040040040040040040040040040030303030砂岩砂岩砂岩砂岩无无无无4 4 4 4Rock Mechanics Inc. Rock Mechanics Inc. Rock Mechanics Inc. Rock Mechanics Inc. Science Applications IncScience Applications IncScience Applications IncScience Applications Inc3003003003003003

6、0030030030030030030020.720.720.720.7泥页岩泥页岩泥页岩泥页岩石膏岩石膏岩石膏岩石膏岩无无无无5 5 5 5Sandia Natl. LaboratoriesSandia Natl. LaboratoriesSandia Natl. LaboratoriesSandia Natl. Laboratories203203203203152.4152.4152.4152.4152.152.152.152.4 4 4 4无无无无6 6 6 6University of California, University of California, University

7、of California, University of California, Berkeley and ShellBerkeley and ShellBerkeley and ShellBerkeley and Shell46046046046046046046046046046046046055555555砂岩砂岩砂岩砂岩灰岩灰岩灰岩灰岩声发射声发射声发射声发射系统系统系统系统7 7 7 7中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）30030030030030030030030030030030030027272727水泥水泥水泥水泥砂岩砂岩砂岩砂岩

8、声发射系统声发射系统声发射系统声发射系统8 8 8 8中石油勘探开发研究院中石油勘探开发研究院中石油勘探开发研究院中石油勘探开发研究院30030030030030030030030030030030030056565656大理石大理石大理石大理石全球大尺寸真三轴压裂物理模拟系统全球大尺寸真三轴压裂物理模拟系统全球大尺寸真三轴压裂物理模拟系统全球大尺寸真三轴压裂物理模拟系统uuDelft University of TechnologyDelft University of TechnologyDelft University of TechnologyDelft University of T

9、echnology（1992199219921992、1999199919991999、2002200220022002） uu地点地点地点地点: : : : 荷兰荷兰荷兰荷兰uu试样尺寸：试样尺寸：试样尺寸：试样尺寸：300300300300300300300300300mm 300mm 300mm 300mm 的立方体干试样的立方体干试样的立方体干试样的立方体干试样uu地应力模拟加载：最大地应力模拟加载：最大地应力模拟加载：最大地应力模拟加载：最大37.5MPa37.5MPa37.5MPa37.5MPa，相对于地层，相对于地层，相对于地层，相对于地层3500m3500m3500m3500m

10、的直井的直井的直井的直井uu监测方式：试样表面加载线性位移传感器（监测方式：试样表面加载线性位移传感器（监测方式：试样表面加载线性位移传感器（监测方式：试样表面加载线性位移传感器（LVDTLVDTLVDTLVDT），监测在地应力状态），监测在地应力状态），监测在地应力状态），监测在地应力状态下试样的变形量下试样的变形量下试样的变形量下试样的变形量uu研究内容研究内容研究内容研究内容: : : : 1 1 1 1）砂岩的起裂研究；）砂岩的起裂研究；）砂岩的起裂研究；）砂岩的起裂研究； 2 2 2 2）射孔状态下的水力裂缝形态研究；）射孔状态下的水力裂缝形态研究；）射孔状态下的水力裂缝形态研究；）

11、射孔状态下的水力裂缝形态研究； 3 3 3 3）地应力和裂缝尖端区域对水力裂缝的粗糙度影响；）地应力和裂缝尖端区域对水力裂缝的粗糙度影响；）地应力和裂缝尖端区域对水力裂缝的粗糙度影响；）地应力和裂缝尖端区域对水力裂缝的粗糙度影响； 4 4 4 4）射孔对水力裂缝扭曲的影响；）射孔对水力裂缝扭曲的影响；）射孔对水力裂缝扭曲的影响；）射孔对水力裂缝扭曲的影响； 1、水力压裂机理研究、水力压裂机理研究实验装置的部分照片及流程示意图 1、水力压裂机理研究、水力压裂机理研究设备实验流程设备实验流程设备实验流程设备实验流程 注入管线注入管线液压泵液压泵压力表压力表位移传感器位移传感器封隔器封隔器液体前缘液

12、体前缘夹板夹板切口切口树脂树脂HallibutonHallibutonHallibutonHallibuton Energy Services Energy Services Energy Services Energy Services （1973197319731973、1987198719871987、1992199219921992、1995199519951995） uu地点地点地点地点: : : : DunkenDunkenDunkenDunken OklahemaOklahemaOklahemaOklahemauu最大试样尺寸：最大试样尺寸：最大试样尺寸：最大试样尺寸：15315

13、3153153457457457457305mm305mm305mm305mm和和和和153153153153153153153153254mm254mm254mm254mm的矩形的矩形的矩形的矩形试样试样试样试样uu地应力模拟加载：最高加载记录地应力模拟加载：最高加载记录地应力模拟加载：最高加载记录地应力模拟加载：最高加载记录21MPa21MPa21MPa21MPauu研究内容研究内容研究内容研究内容: : : : 1 1 1 1）直井情况下水力裂缝的起裂研究：点起裂和线起裂；）直井情况下水力裂缝的起裂研究：点起裂和线起裂；）直井情况下水力裂缝的起裂研究：点起裂和线起裂；）直井情况下水力裂缝

14、的起裂研究：点起裂和线起裂； 2 2 2 2）斜井情况下，水力裂缝的扩展形态研究）斜井情况下，水力裂缝的扩展形态研究）斜井情况下，水力裂缝的扩展形态研究）斜井情况下，水力裂缝的扩展形态研究; ; ; ; 3 3 3 3）水平井的水力裂缝的非平面扩展研究；）水平井的水力裂缝的非平面扩展研究；）水平井的水力裂缝的非平面扩展研究；）水平井的水力裂缝的非平面扩展研究； 4 4 4 4）射孔段起裂多裂缝的研究；）射孔段起裂多裂缝的研究；）射孔段起裂多裂缝的研究；）射孔段起裂多裂缝的研究； 5 5 5 5）应力变化情况下水力裂缝的扩展；）应力变化情况下水力裂缝的扩展；）应力变化情况下水力裂缝的扩展；）应力

15、变化情况下水力裂缝的扩展； 6 6 6 6）水平井水力裂缝的非平面扩展研究；）水平井水力裂缝的非平面扩展研究；）水平井水力裂缝的非平面扩展研究；）水平井水力裂缝的非平面扩展研究； 1、水力压裂机理研究、水力压裂机理研究实验装置流程示意图实验装置流程示意图 上部夹板上部夹板加压装置头加压装置头压力传感器压力传感器聚轴试验台聚轴试验台注入管线增压器注入管线增压器底部夹板底部夹板宽度记录仪宽度记录仪液压管线液压管线部分多裂缝实验结果部分多裂缝实验结果 垂向应力垂向应力水平应力水平应力水平应力水平应力The University of New South Wales The University of

16、 New South Wales The University of New South Wales The University of New South Wales （1997199719971997、2002200220022002、2000200020002000） uu地点地点地点地点: : : : 悉尼悉尼悉尼悉尼uu试样尺寸：试样尺寸：试样尺寸：试样尺寸：400400400400400400400400400mm 400mm 400mm 400mm 的立方体试样的立方体试样的立方体试样的立方体试样uu地应力模拟加载：最大可达地应力模拟加载：最大可达地应力模拟加载：最大可达地应力模

17、拟加载：最大可达30MPa30MPa30MPa30MPa，uu研究内容研究内容研究内容研究内容: : : : 1 1 1 1）水平井横向（单个和多个）裂缝的起裂研究；）水平井横向（单个和多个）裂缝的起裂研究；）水平井横向（单个和多个）裂缝的起裂研究；）水平井横向（单个和多个）裂缝的起裂研究； 2 2 2 2）射孔状态下的水力裂缝形态研究；）射孔状态下的水力裂缝形态研究；）射孔状态下的水力裂缝形态研究；）射孔状态下的水力裂缝形态研究；1、水力压裂机理研究、水力压裂机理研究实验装置流程示意图实验装置流程示意图 泵注模拟控制系统泵注模拟控制系统多裂缝测试辅助泵注系统多裂缝测试辅助泵注系统活塞泵活塞泵

18、关闭阀关闭阀液压油液压油 高粘注入液体高粘注入液体上游压力传感器上游压力传感器上游压力传感器上游压力传感器温度传感器温度传感器附加应力传感器附加应力传感器附加应力附加应力数据采集数据采集大尺寸实验装置大尺寸实验装置顶盖顶盖顶部平板顶部平板上部注入管线上部注入管线岩石试件岩石试件下部注入管线下部注入管线外部平板外部平板底座底座内部平板内部平板试样内部结构示意图试样内部结构示意图试样内部结构示意图试样内部结构示意图Schlumberger Perforating & Testing Center Schlumberger Perforating & Testing Center Schlumber

19、ger Perforating & Testing Center Schlumberger Perforating & Testing Center （1991199119911991）uu试样尺寸：试样尺寸：试样尺寸：试样尺寸：686686686686686686686686813mm 813mm 813mm 813mm 的矩形试样，水泥试的矩形试样，水泥试的矩形试样，水泥试的矩形试样，水泥试样，砂岩等，前者没有考虑孔隙压力，后者考虑样，砂岩等，前者没有考虑孔隙压力，后者考虑样，砂岩等，前者没有考虑孔隙压力，后者考虑样，砂岩等，前者没有考虑孔隙压力，后者考虑了孔隙压力；了孔隙压力；了孔隙压力

20、；了孔隙压力；uu三向地应力模拟三向地应力模拟三向地应力模拟三向地应力模拟: : : :最高可以达到最高可以达到最高可以达到最高可以达到8000psi8000psi8000psi8000psi56MPa56MPa56MPa56MPa；uu研究内容研究内容研究内容研究内容: : : : 射孔因素对水力裂缝的影响射孔因素对水力裂缝的影响射孔因素对水力裂缝的影响射孔因素对水力裂缝的影响1、水力压裂机理研究、水力压裂机理研究部分实验结果照片部分实验结果照片射孔孔眼射孔孔眼岩屑岩屑端部裂缝端部裂缝压裂液滤失带压裂液滤失带Rock Mechanics Inc. Rock Mechanics Inc. Ro

21、ck Mechanics Inc. Rock Mechanics Inc. Science Applications Science Applications Science Applications Science Applications Inc.Inc.Inc.Inc.（1982198219821982、1986198619861986）vv试样尺寸：试样尺寸：试样尺寸：试样尺寸：300300300300300300300300380mm 380mm 380mm 380mm 的矩形试样，泥页岩和石的矩形试样，泥页岩和石的矩形试样，泥页岩和石的矩形试样，泥页岩和石膏岩，没有考虑孔隙压力；膏

22、岩，没有考虑孔隙压力；膏岩，没有考虑孔隙压力；膏岩，没有考虑孔隙压力；vv三向地应力模拟：最高可以达到三向地应力模拟：最高可以达到三向地应力模拟：最高可以达到三向地应力模拟：最高可以达到20.7MPa20.7MPa20.7MPa20.7MPa；vv研究内容研究内容研究内容研究内容: : : : 天然裂缝对水力裂缝扩展的影响天然裂缝对水力裂缝扩展的影响天然裂缝对水力裂缝扩展的影响天然裂缝对水力裂缝扩展的影响1、水力压裂机理研究、水力压裂机理研究设备结构剖面图设备结构剖面图设备结构剖面图设备结构剖面图实验设备照片实验设备照片University of Texas at AustinUniversi

23、ty of Texas at Austin（20022002）uu 试样尺寸：试样尺寸：试样尺寸：试样尺寸：686686686686686686686686813mm 813mm 813mm 813mm 的立方体试样，考虑了孔的立方体试样，考虑了孔的立方体试样，考虑了孔的立方体试样，考虑了孔 隙压力；隙压力；隙压力；隙压力；uu 三向地应力模拟：最高模拟地应力为三向地应力模拟：最高模拟地应力为三向地应力模拟：最高模拟地应力为三向地应力模拟：最高模拟地应力为14MPa;14MPa;14MPa;14MPa;uu 研究内容研究内容研究内容研究内容: : : : 研究注水情况下，水力裂缝的扩展机理研究

24、注水情况下，水力裂缝的扩展机理研究注水情况下，水力裂缝的扩展机理研究注水情况下，水力裂缝的扩展机理1、水力压裂机理研究、水力压裂机理研究设备平面结构示意图设备平面结构示意图University of Oklahoma in Norman, University of Oklahoma in Norman, University of Oklahoma in Norman, University of Oklahoma in Norman, OklahomaOklahomaOklahomaOklahomauuFracturing Fluid Characterization Fracturing

25、 Fluid Characterization Fracturing Fluid Characterization Fracturing Fluid Characterization Facility(FFCFFacility(FFCFFacility(FFCFFacility(FFCF) ) ) )；（；（；（；（19921992199219922000200020002000）uu由混合泵压系统、预处理系统、数据采集系统和流变测量系统组成；由混合泵压系统、预处理系统、数据采集系统和流变测量系统组成；由混合泵压系统、预处理系统、数据采集系统和流变测量系统组成；由混合泵压系统、预处理系统、数据

26、采集系统和流变测量系统组成；uu工程造价：工程造价：工程造价：工程造价： DOE Contribution: $ 6,900,000DOE Contribution: $ 6,900,000DOE Contribution: $ 6,900,000DOE Contribution: $ 6,900,000（基础设（基础设（基础设（基础设施建设）施建设）施建设）施建设） Performer Contribution: $ 4,057,674Performer Contribution: $ 4,057,674Performer Contribution: $ 4,057,674Performer

27、 Contribution: $ 4,057,674（试验操作控制系统）（试验操作控制系统）（试验操作控制系统）（试验操作控制系统） 研究内容研究内容研究内容研究内容: : : : 预测压裂流体在井下的真实状态，压裂液流变特性，支撑剂输送与反预测压裂流体在井下的真实状态，压裂液流变特性，支撑剂输送与反预测压裂流体在井下的真实状态，压裂液流变特性，支撑剂输送与反预测压裂流体在井下的真实状态，压裂液流变特性，支撑剂输送与反排及流体滤失等；排及流体滤失等；排及流体滤失等；排及流体滤失等；1、水力压裂机理研究、水力压裂机理研究美国MTS公司拟三轴岩石材料实验装置 （成都理工大学、四川大学）9494年年

28、1010月引进月引进, ,价值约价值约5555万美元。万美元。系统主要参数：最高轴压：系统主要参数：最高轴压：1000KN1000KN。最高围压：最高围压：140MPa140MPa，最高环境温度：，最高环境温度：200200；孔隙流体介质：水；孔隙流体介质：水100mm100mm（d d）200mm200mm（h h）该系统主要由岩石力学、超声波参数、储层参数三大测试系统组成，可以在温度、压力（轴压、该系统主要由岩石力学、超声波参数、储层参数三大测试系统组成，可以在温度、压力（轴压、围压、孔压围压、孔压 ）组合（无级调试）控制条件下测试岩石力学参数（抗压强度、弹性模量、泊松比、）组合（无级调试

29、）控制条件下测试岩石力学参数（抗压强度、弹性模量、泊松比、岩石变形全过程曲线）超声波参数（运动学特征岩石变形全过程曲线）超声波参数（运动学特征-P-P、S S1 1、S S2 2波的波速，动力学特征波的波速，动力学特征-振幅、振幅、衰减、主频等）、储层参数（渗透率、孔隙体积变化率）。该设备上配置有高精度压力、位移、衰减、主频等）、储层参数（渗透率、孔隙体积变化率）。该设备上配置有高精度压力、位移、体积变化、温度等传感器和超声波换能器，由计算机进行实验条件控制和数据采集。体积变化、温度等传感器和超声波换能器，由计算机进行实验条件控制和数据采集。SLOPEStimulation Laborator

30、y for Oil Production EnhancementStimulation Laboratory for Oil Production EnhancementMUMUTHETATHETADARCYSDARCYSARCARC000000RPMTEMPPRESSUREREGULATOR125000TEMPPRESSUREPRESSURE000TEMP000TEMP000TEMPACESACESDATADATApulse dampenerpulse dampenertank1tank1tank 2tank 2blendingblendingtanktankstirrerstirrermi

31、xing pumpmixing pump(centrifugal)(centrifugal)motormotorcontrollercontrollercrosslinkercrosslinkercylindercylindercrosslinkercrosslinkerpumppumpintensifierintensifierpumppump混配单元混配单元混配单元混配单元Shear loopShear looploop lengthloop lengthmanifoldmanifoldconnectionconnectionto heat to heat transfertransfer

32、systemsystemtube-in-tubetube-in-tubeheatheatexchangerexchangerstrut supportstrut supportsystemsystemConnect to Connect to conductivity conductivity system or system or rheometerrheometer(dynamic(dynamicloading)loading)skid-mountedskid-mountedunitunitTHETA - Tubing Heat Exchange and Test Apparatus剪切系

33、统剪切系统DARCY大尺寸大尺寸 100 in2 酸压系统酸压系统流变仪流变仪VGA monitorVGA monitorcpucpu case casekeyboardkeyboardspeed indicatorspeed indicatortemp indicatortemp indicatorpressure pressure regulatorregulatorbob and cupbob and cuphigh-temphigh-tempbathbath试验室规模的流变系统试验室规模的流变系统全尺寸管式流变系统全尺寸管式流变系统大尺度试验大尺度试验: 裂缝剪切流变系统裂缝剪切流变系

34、统 轨道式录像可视观察轨道式录像可视观察轨道式录像可视观察轨道式录像可视观察 Slot size from:Slot size from: 0.5 ft (0.15 m) by 6 ft 0.5 ft (0.15 m) by 6 ft (1.8 m) (1.8 m) To 4 ft (1.2 m) by 16 ft To 4 ft (1.2 m) by 16 ft (4.9 m)(4.9 m) With 5/16” gap; Shear With 5/16” gap; Shear rates from 10 secrates from 10 sec-1-1 to 60 to 60 secsec

35、-1-1 at flow rates from 1 at flow rates from 1 to 6 gal. Min-1(4 to 23 l. to 6 gal. Min-1(4 to 23 l. MinMin-1-1) can be determined) can be determinedSpecificationsSpecifications Max. Pressure 500 psigMax. Pressure 500 psig Temperature 300 degree FTemperature 300 degree F Transducers 20 Transducers 2

36、0 psidpsidACES With Optional Shear Loop旋转岩盘装置旋转岩盘装置大型压裂泵注设备大型压裂泵注设备1、水力压裂机理研究、水力压裂机理研究 胜利油田目前在深层勘探方面面临着胜利油田目前在深层勘探方面面临着5000-6000m5000-6000m、温、温度高达度高达200-260200-260度左右的储层，岩性复杂，并且储层存在度左右的储层，岩性复杂，并且储层存在较强的塑性，在今后的勘探开发中水力压裂技术必将成为较强的塑性，在今后的勘探开发中水力压裂技术必将成为关键技术，因此非常有必要建立并开展大型物理模拟试验关键技术，因此非常有必要建立并开展大型物理模拟试验装置，促进勘探开发技术的创新。装置，促进勘探开发技术的创新。