水平井分段壓裂完井優(yōu)化研究-

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禺診加油伙拶完井結課論文題目水平井分段壓裂完井優(yōu)化研究隊員姓名學號：201220028201220030201220031201220224201220029唐志強姜小亮袁征周鑫桂俊川完成日期2013年5月2日水平井分段壓裂完井優(yōu)化技術研究 一研究目的意義1?分段壓裂定義所謂分段壓裂技術，就是在井筒內沿著水平井眼的方向，根據(jù)油藏物性和儲層特征，在儲層物性較好的幾個或更多水平段上，采用一定的技術措施嚴格控制射孔孔眼的數(shù)量、孔徑和射孔相位，通過一次圧裂施工同時壓開兒個或更多水平段油層的技術。這是一套有效改造低滲透油氣藏的水平井技術。2?研究目的水平井開采技術結合壓裂技術儼然已成為開發(fā)低滲透油氣藏的一個重要方向和途徑，尤其是開發(fā)致密頁巖油氣藏，是實現(xiàn)其經(jīng)濟有效開發(fā)的關鍵技術。國內外于80年代開始水平井壓裂技術的研究，直到近些年來，水平井壓裂技術尤其是水平井分段壓裂才開始迅速發(fā)展。水平井開采技術和水平井壓裂技術的進步，也使致密頁巖汕氣藏的開采成為近期的熱點。同樣，水平井壓裂技術也使常規(guī)低滲透和特低滲透油藏的開采變得更加經(jīng)濟和高效。3?研究意義H前我國低滲透油藏已探明儲量近60億噸，已經(jīng)動用儲雖近30他li，近50%的探明低滲透儲量由于產(chǎn)能低、開采效益難以動用。水平井可以增加井筒與油層的接觸面積，提高油氣的產(chǎn)量和最終的采收率，但隨著石油勘探開發(fā)時間的延長,中高滲等常規(guī)汕山逐步減少，低滲透等非常規(guī)氣藏不斷增加，低滲透汕氣藏的重要性便H益凸顯。由于低滲透率油藏的滲透率低、滲流阻力大、連通性差，有時水平井的單井產(chǎn)能也比較低，滿足不了經(jīng)濟開發(fā)的要求，還耍對水平井進行壓裂增產(chǎn)，提高水平井的產(chǎn)能。應用水平井壓裂的措施，可以實現(xiàn)油田增儲穩(wěn)產(chǎn)。但對于地層滲透性各向異性，各段的滲透性相差有時很大，這會導致底水油藏水平井的底水錐進從而使水平井過早的水淹，那么將有必要對水平井段進行合理的分段，為更好控制底水上升剖面，為延長無水釆油期和提高油層采收率將進行水平井分段。對于無底水汕藏而分段段數(shù)一定要合理，段數(shù)太多會導致裂縫之間的間距太小從而引發(fā)一系列諸如投入太高和裂縫之間相互干擾乂或者產(chǎn)業(yè)剖而不一致的問題。所以合理進行分段一定耍考慮諸多影響因素，實現(xiàn)分段壓裂最優(yōu)完井。隨著石油勘探開發(fā)時間的延長，屮髙滲等常規(guī)油出逐步減少，低滲透等非常規(guī)油田不斷增加，低滲透油氣藏的至要性便口益凸顯。而水平井分段壓裂是被證 明了的開發(fā)低滲透油氣藏的有效手段，雖然它的整體工藝水平與實際生產(chǎn)需要還存在一定的差距，它的廣泛發(fā)展和應用將成為不可避免的趨勢。水平井分段壓裂優(yōu)化設計完井研究會依據(jù)不同地層的特點及水平井固井技術水平，可以實施分段射孔，也可實施裸眼分段，從而使水平井分段壓裂對低滲地層產(chǎn)能的增加更加高效，這具有重耍的意義（我國水平井技術現(xiàn)狀及發(fā)展建議）。因此，加強對水平井分段壓裂工藝技術的研究勢在必行，尤其是水平井分段壓裂完井優(yōu)化設計，這方面的研究還比較少，因予以加強。二國內外研究現(xiàn)狀水平井及分段壓裂技術是經(jīng)濟、有效開發(fā)低滲透油藏、非常規(guī)油氣藏的主要手段。H前水平井分段壓裂完井技術有水力噴砂分段壓裂技術（常規(guī)管柱拖動式、連續(xù)汕管拖動式和不動管柱式水力噴砂分段壓裂），裸眼封隔器分段壓裂技術（液壓坐封裸眼封隔器、遇油膨脹封隔器分段壓裂），套管橋塞分段壓裂技術。1.國內研究現(xiàn)狀水平井分段壓裂技術是伴隨著頁巖氣、致密氣、致密油等非常規(guī)油氣的開發(fā)而發(fā)展起來的一項工程技術。近幾年隨著非常規(guī)油氣開發(fā)規(guī)模的日益擴大，水平井占新鉆井數(shù)的比例越來越大，水平井分段壓裂工藝技術已在中國石汕塔里木、遼河、冀東、大慶、新疆、吉林勝利和長慶等多個油田進行了應用。隨著水平井分段壓裂技術的不斷進步，水平井壓裂段數(shù)越來越多，平均壓裂段數(shù)已經(jīng)從2008年的5?10段增加到目前的20段以上。1.1水力噴砂分段壓裂水力噴砂分段壓裂在四川、長慶地區(qū)施工20余井次，平均單井次縮短施工周期20天以上；氣井應用不動管柱分層壓裂技術307井次，施工成功率99%；平均單井縮短試氣周期20天以上；連續(xù)混配壓裂施工405井次，累計配液88898m3,累計縮短施工周期425天。交聯(lián)混砂液或酸液亡n防噴器=環(huán)空注入口噴射工具與滑套組合水力錨球座接頭安全接頭 圖1,不動管柱水力噴砂射孔壓裂示意圖1.2裸眼封隔器分段壓裂裸眼封隔器分段壓裂已取得突破性進展，國產(chǎn)水平井裸眼封隔器及配套工具的成功研發(fā)和推廣應用，打破了外國公司的壟斷。截至2011年在蘇里格等地區(qū)現(xiàn)場應用22井次，并取得良好效果。長城鉆探在蘇里格氣田采用裸眼封隔器進行壓裂投產(chǎn)后產(chǎn)量是臨近直井的5倍以上。裸眼封隔器分段壓裂是蘇里格水平井儲層改造的主要方式：截至2010年9月，蘇里格共完成裸眼分段壓裂36井（167段），占整個水平井改造總井數(shù)的81.8%,分段數(shù)從3段到10段，最長水平段1512m,最大下入深度5235im1.3電纜傳輸射孔+泵送橋塞分段壓裂技術川慶鉆探與美國EOG公司合作，在角64-2H井應用水平井泵送電纜橋塞壓裂技術，成功完成水平井9段分層加砂壓裂施工，注入液體4261.Im3,支撐劑908.51,刷新此項工藝技術作業(yè)時間最短、段數(shù)最多（9段）、注入砂量最大、注入液量最多、累計作業(yè)時間最長等5項亞洲記錄。 1.4連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空加砂壓裂技術2010年，川慶鉆探在合川2口井成功進行了連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空6-7級分段壓裂現(xiàn)場施工；西南油氣田的威201頁巖氣井也已進行了2次的頁巖氣壓裂改造施工，為非常規(guī)氣藏有效開發(fā)探索出了新的途徑。圖4,連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空加砂壓裂示意圖1?5遇水（遇油）膨脹封隔器分段壓裂塔中完成了7口井27段,累計初測原油557?8t/d,天然氣112.1xl04/d。 YVVV4^%i迥油膽脹X隔？?NOS>S7tt^2圖5,遇水（遇油）膨脹封隔器分段壓裂1.6多封隔器滑套分段壓裂 圖6,多封隔器滑套分段壓裂示意圖大慶油出研制了新型K344-110小直徑擴張式封隔器，在南237■平297等3口井進行了一趟管柱壓裂5段工藝實驗，起出工具基本完好。吉林油田進行了一口井的試驗，分段壓裂初期日產(chǎn)油13t,是限流壓裂1.04倍，是直井5.7倍；目前H產(chǎn)油7.5t,是限流壓裂1.42倍，是直井4.2倍。分段與限流法相比，措施針對性更強，其長期穩(wěn)定效果明顯好于限流法壓裂。1.7封上壓下封隔器與壓裂橋塞組合分段壓裂技術圖7,封上壓下封隔器與壓裂橋塞組合分段壓裂示意圖 吐哈油田07?08年共組織了4口井的分段卡封壓裂施丄，施工成功率100%,壓裂射孔井段最長達90m,最高施工壓力83.3MPa,最大施工排量7m3/min,平均每段入井砂量26.4m3；措施有效率100%,平均單井日增液15.4m3/d,日增油10.7t/do1.8橋塞封隔分層壓裂技術川慶鉆探在靖安油田吳平10井使用取得成功。該井試油效果也很好，日產(chǎn)原油35.28噸。圖8,橋塞封隔分層壓裂示意圖1.9填砂+液體膠塞分段壓裂技術玉門汕HI應用砂塞暫堵技術目前已現(xiàn)場應用10井次，成功率100%,單井平均增產(chǎn)254to圖9,填砂+液體膠塞分段壓裂示意圖1.10投球選擇性壓裂玉門油田廟平9井2007年采用常規(guī)壓裂措施后增產(chǎn)倍數(shù)為1.15倍，2008年采用塑料球選壓技術后增產(chǎn)倍數(shù)達到了14.3倍。 圖10,投球選擇性壓裂示意圖1.11水平井限流分段壓裂技術圖11,水平井限流分段壓裂示意圖吐哈油田07?08年共組織了4口井的現(xiàn)場施工，施工成功率100%,平均單井入井砂量47.9m3；有效率100%,平均單井口增液32.5m3/d,日増油19.9t/do1.12水平井連續(xù)油管拖動布酸+酸壓增產(chǎn)技術長慶油山、遼河油皿、川慶鉆探等應用該工藝技術進行了幾口井（篩管及裸眼完井）的施工作業(yè)，在個別井也収得了較好的增產(chǎn)效果。該工藝目前在磨溪和川東等地區(qū)水平井中應用普遍，并成為水平井酸化改造的首選技術。2?國外研究現(xiàn)狀2.1斯倫貝謝公司—StageFRACTM增產(chǎn)系統(tǒng)斯倫貝謝公司的StageFRACTM增產(chǎn)系統(tǒng)主耍針對砂巖或碳酸鹽巖油藏裸眼井的壓裂而設計的。該系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場證明通過利用RockSealTMII裸眼封隔器對水平段進行分段封隔可顯著改善壓裂效果。該系統(tǒng)一次下放最多可完成九段壓裂，適應溫度最高達200°C,封隔器最高承受壓差達69MPao另外，可節(jié)省鉆機及其他特殊設備的占用，施工時間也可從原來的幾周減少到幾天。該系統(tǒng)H前已在美國和加拿人應用兒百口井。 該系統(tǒng)主要適用于：裸眼或套管完井的水平井；砂巖、碳酸鹽巖或非常規(guī)油藏類型；大位移井。圖12,斯倫貝謝公司—StageFRACTM增產(chǎn)系統(tǒng)示意圖2.2哈里伯頓公司一固井滑套分段壓裂系統(tǒng)哈里伯頓公司的固井滑套分段壓裂系統(tǒng)主要包括膨脹懸掛器、遇油膨脹封隔器、壓裂滑套等幾部分，結構如下圖所示。圖13,哈里伯頓公司一固井滑套分段壓裂系統(tǒng)示意圖固井滑套分段壓裂系統(tǒng)的壓裂施工工藝流程：將固井滑套分段壓裂系統(tǒng)連接在油管上，利用專用卜?入工具將壓裂系統(tǒng)卜?入欲壓裂的裸眼水平段，循環(huán)洗井后，蹩壓坐封膨脹懸掛器，從井口灌入柴油或利用裸眼段的原油，柴油、原油至裸眼段后，將遇油膨脹封隔器浸泡在其中，浸泡7?8天后，遇汕膨脹封隔器膨脹坐虬將裸眼水平段不同壓力層段進行封隔，然后投球蹩壓打開第一級壓裂滑套，壓裂第一級目的層；依次投球蹩壓打開其他壓裂滑套，處理其他目的層，壓裂完成后，壓裂系統(tǒng)可直接作為生產(chǎn)管柱投入生產(chǎn)。2.3貝克?休斯公司一FracPointSystem分段壓裂系統(tǒng)貝克?休斯公司的FracPointSystem分段壓裂系統(tǒng)主要由尾管封隔器、裸眼管外封隔器、投球驅動壓裂滑套、壓力驅動滑套、井筒隔絕閥及引鞋等組成，結構如下圖所示。圖14,貝克咻斯公司一FracPointSystem分段壓裂系統(tǒng)示意圖FracPointSystem分段壓裂系統(tǒng)施工工藝流程：用分段壓裂系統(tǒng)專用HR下入工具將壓裂管串送入裸眼水平段后，循環(huán)洗井，投球至井筒隔絕閥，蹩壓將尾管封隔器、裸眼管外封隔器坐封，尾管封隔器 坐封到配合套管內壁，裸眼管外封隔器坐封到裸眼水平段上，封隔不同的壓裂Fl的層；繼續(xù)加壓，HR下入工具脫手，從井下提出；繼續(xù)加壓打開壓力驅動滑套，壓裂笫一層段；投球蹩壓，打開第二級CMBnJ關閉式壓裂滑套，壓裂第二級1=1的層；依次投球蹩壓，打開其他CMB可關閉式壓裂滑套，處理其他1=1的層；壓裂完成后，壓裂系統(tǒng)直接作為生產(chǎn)管柱投入生產(chǎn)。三存在的問題及對策近年來，國內在水平井壓裂改造方面進行了一些有益的探索，開展了機械封隔、水力噴射、限流等分段壓裂工藝現(xiàn)場試驗，為今后發(fā)展積累了寶貴的經(jīng)驗。但在基礎研究、水力裂縫優(yōu)化設計、分段壓裂工藝技術、分段壓裂工具、壓裂材料、水力裂縫動態(tài)監(jiān)測等方面與生產(chǎn)實際需求還有巨大差距，我國的工具在分壓段數(shù)，工具耐壓差，工具耐高溫方面與國外相比都還存在較大的差距。國內應用的分段壓裂設計軟件也人多是國外研發(fā)的，國內沒有自己的軟件。主體技術也尚未形成，整體技術遠未配套，與國際先進水平的差距進一步加大，我們應全方位地開展技術引進、技術攻關、技術試驗與推廣。1存在的問題1.1理論發(fā)展無法滿足技術需求理論的發(fā)展現(xiàn)在已經(jīng)遠遠超前于技術。我們現(xiàn)在的問題就是有理論，但是造不出相應工具來滿足現(xiàn)場要求。這一方面還亟需提高。1.2主體技術尚未形成1.2.1裸眼封隔器+滑套連續(xù)性分段壓裂能力弱壓裂段數(shù)少，耐壓、耐溫能力和國外相比較低；沒有一系列化工具。 1.2.2連續(xù)油管水力噴砂射孔環(huán)空加砂壓裂技術未配套工具性能有待提高，配套設備不齊全，專業(yè)隊伍較少，屮石化甚至沒有相關專業(yè)隊伍。1.2.3泵送可鉆式橋塞分段壓裂技術研究剛起步還沒有相關工具可以提供給現(xiàn)場使用1.2.4水力噴射壓裂噴嘴耐磨能力差，加砂規(guī)模受限1.3水平井分段壓裂配套技術研究不夠水平井水力裂縫優(yōu)化設計技術、水平井井下壓裂管柱及工具、水平井連續(xù)油管作業(yè)技術、水平井水力裂縫監(jiān)測技術、水平井壓后壓力測試與解釋等等配套技術還需要進一步研究。2解決方案2.1加快形成主體技術在在優(yōu)先發(fā)展：套管射孔管內封隔器分段壓裂技術、封隔器雙封單壓分段壓裂技術、水力噴砂分段壓裂技術的同時，也耍同步公關：封隔器+滑套封分段壓裂技術和泵送可鉆式橋塞分段壓裂技術。進一步提高壓裂段數(shù)以及工具耐高溫高壓的能力。對壓裂工具如：封隔器+滑套、耐磨噴嘴、連續(xù)油管作業(yè)井口與保護裝置、易鉆橋塞進行進一步的改進，提高其適應性和應用能力，延長使用壽命，形成一個完整的體系。2.2加大科技攻關力度加強水平井分段方案和水平井水力裂縫起裂與延仲機理研究。進一?步優(yōu)化水平井井眼與完井方式設計技術、水平井同步壓裂技術以及水平井注采井網(wǎng)與整體壓裂技術。研發(fā)適用于水平井及復雜結構井分段壓裂管柱及配套工具，開發(fā)適用于水平井壓裂的新型材料等等。2.3加強專項技術管理加快儲層改造重點實驗室建設。開展應用基礎、工藝方法、壓裂監(jiān)測與診斷以及新材料等方面的研究；加快各類工具研制；設立總部層面上的可持續(xù)性的重大先導性試驗專項，安排專門力量負責技術引進與國產(chǎn)化，合理分工，各有側重,口主/引進/集成創(chuàng)新相結合，努力形成配套的工業(yè)化能力。上述斧距僅僅是表面現(xiàn)彖，其實質反映的是我國基礎工業(yè)（包括髙新材料、精工制造等）的差距，同時也折射出我們科技攻關工作中的不足。我們應整體規(guī)劃，分步實施，優(yōu)化資源，貼近生產(chǎn)，滿足需求，超前儲備，迎頭趕上，努力形成有自主知識產(chǎn)權的配套技術。!1! 總體上來講我國水平井分段壓裂技術不完善、不配套?，F(xiàn)場應用經(jīng)驗較少，且許多技術問題。特別在水平井分段壓裂工藝和井下T具等方面，與我國實際生產(chǎn)需求還存在較大的丼距。在基礎研究，水平井分段理論依據(jù)、水力裂縫優(yōu)化設計、分段壓裂工藝技術、分段壓裂工具、壓裂材料、水力裂縫動態(tài)監(jiān)測等方面與國外先進水平差距還比較大。在引進國外技術的同時要結合我國實際情況進行高新、高能材料和精工制造方面的科技攻關，努力形成具有自主知識產(chǎn)權的配套技術，爭取在短時間內提升我國水平井分段壓裂技術水平。參考文獻[1]熊友明，劉理明，張林我，等?國水平井完井技術現(xiàn)狀與發(fā)展建議[J]?石油鉆探技術，2012,1(40)：1-6.[2]劉猛，董本京，張友義.水平井分段完井技術及完井管柱方案[J].石油礦場機械，2011,40(1)：28-32.[3]董云龍，唐世忠，牛艷花，等.水平井套管固井滑套分段壓裂完井存在問題及對策[J].石油鉆采工藝,2013,1(35)：28-30.[4]朱正喜，李永革.水平井裸眼完井分段壓裂技術研究[J].石油礦場機械，2011,40(11)：44-47.[5]王建軍，于志強.水平井裸眼選擇性分段壓裂完井技術及工具[J].石油機械，2011,39(3)：59-62.⑹孫騫，田啟忠，呂瑋，等?水平井管內分段壓裂技術的研究與應用[J]?石油機械,2012,40(5)：92-94.[7]陳汾君，湯勇，劉世鐸，等.低滲致密氣藏水平井分段壓裂優(yōu)化研究山.特種油氣藏，2012,19(6)：85-87.[8]位云生，賈愛林，何東博.致密氣藏分段壓裂水平井產(chǎn)能評價新思路[J].鉆采工藝，2012,35(1)：32-34.[9]董建華，郭寧，孫渤，等.水平井分段壓裂技術在低滲油出開發(fā)屮的應用[J].特種油氣藏,2012,18(5)：117-119.[10]段文廣,李曉軍?國內外水平井分段壓裂技術現(xiàn)狀[J]?工藝與裝備,2012,(3)：55-57.[11]張煥芝，何艷青，劉嘉，等?國外水平井分段壓裂技術發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢山?石油科技論壇,2012,(6)：47-52.[12]魏新芳，徐鑫，余金陵，等.水平井分段完井工具的室內試驗及現(xiàn)場應用[J]. 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