2010水力喷射分段压裂技术研究与应用.ppt

水力喷射分段压裂技术研究与应用李根生李根生 田守嶒田守嶒中国石油大学中国石油大学(北京北京)油气资源与探测国家重点实验室油气资源与探测国家重点实验室石油工程教育部重点实验室石油工程教育部重点实验室20102010年年8 8月月China University of Petroleum汇报提纲一、前言一、前言二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数 水力喷射分段压裂机理水力喷射分段压裂机理 管内和环空水力参数计算管内和环空水力参数计算 孔眼压力分布数模与物模孔眼压力分布数模与物模 水力射孔孔眼应力与起裂水力射孔孔眼应力与起裂 水力喷射射孔参数优化实验水力喷射射孔参数优化实验三、水力喷射分段压裂工具研制三、水力喷射分段压裂工具研制四、现场施工工艺设计与应用四、现场施工工艺设计与应用五、经济效益与应用前景五、经济效益与应用前景1.1 1.1 问题的由来问题的由来 压压裂裂改改造造是是油油气气井井特特别别低低渗渗增增产产的的主主要要措措施施，占占石石油油储储量量252530%30%产产能能由由压压裂裂增增产产。美美国国约约40%40%油油井井、70%70%新新气气井井是是压压裂裂投投产。世界范围内，压裂增产比例越来越高产。世界范围内，压裂增产比例越来越高。低低渗渗起起裂裂压压力力和和驱驱动动压压力力高高,裂裂缝缝起起裂裂位位置置及及扩扩展展方方向向难难以以控控制制，直直接接影影响响压压裂裂效效率率和和成成功功率率，世世界界性性难难题题。国国家家863863计计划划支支持持，水水力力射射孔孔应应力力分分布布、起起裂裂压压力力、扩扩展展方方向向、射射流流定定向向射孔射孔/分段压裂参数与工艺技术研究。分段压裂参数与工艺技术研究。水水平平井井快快速速发发展展，研研究究水水平平井井分分段段改改造造、完完井井工工具具与与技技术术。自主的水力射孔自主的水力射孔/分段分段/压裂一体化技术，成功应用压裂一体化技术，成功应用2020多井次。多井次。一、前一、前 言言一、前一、前 言言6060年代末年代末7070年代初，美国年代初，美国NSFNSF资助了一项庞大的研究计划，资助了一项庞大的研究计划，寻求一种高效的寻求一种高效的切割破岩切割破岩方法方法，提出并试验了提出并试验了2525种新方法，种新方法，电火花、激光、火焰、等离子体、电化学、高压水射流等，电火花、激光、火焰、等离子体、电化学、高压水射流等，最后一致公认最可行有效的是最后一致公认最可行有效的是高压水射流高压水射流破岩方法。破岩方法。高压水射流技术是近二、三十年来发展起来的一门新技术，高压水射流技术是近二、三十年来发展起来的一门新技术，正越来越广泛地应用于煤炭、石油、化工、冶金、船舶、航正越来越广泛地应用于煤炭、石油、化工、冶金、船舶、航空、交通、建筑等工业部门，用以清洗、除垢、切割、破岩空、交通、建筑等工业部门，用以清洗、除垢、切割、破岩等，提高工效，降低成本，减轻劳动强度，改善工作环境。等，提高工效，降低成本，减轻劳动强度，改善工作环境。近年来，出现超高压射流、空化射流、自振空化射流、磨料近年来，出现超高压射流、空化射流、自振空化射流、磨料射流等新型射流技术。射流等新型射流技术。一、前一、前 言言油气井工程油气井工程一一.提高射流井底效率提高射流井底效率二二.自振空化射流钻头钻井自振空化射流钻头钻井三三.水力脉冲空化射流钻井水力脉冲空化射流钻井四四.超高压射流辅助破岩钻井超高压射流辅助破岩钻井五五.旋转射流钻径向水平井旋转射流钻径向水平井六六.连续管洗井与小井眼钻井连续管洗井与小井眼钻井七七.煤层气与储气库洞穴技术煤层气与储气库洞穴技术完井和增产处理完井和增产处理八八.旋转射流处理近井地层旋转射流处理近井地层九九.磨料射流射孔割缝增产磨料射流射孔割缝增产十十.高压水射流深穿透射孔高压水射流深穿透射孔十一十一.水力喷射定向水力喷射定向/分层压裂分层压裂十二十二.水力喷射深穿透水平井水力喷射深穿透水平井十三十三.水平井旋转射流冲砂洗井水平井旋转射流冲砂洗井十四十四.自激波动注水技术自激波动注水技术十五十五.高油气比井射流增效高油气比井射流增效19981998年，年，SurjaatmadjaSurjaatmadja提出水力喷射提出水力喷射压裂方法，并应用于水平井压裂。压裂方法，并应用于水平井压裂。（1）机械分段压裂）机械分段压裂（2）限流法分段压裂）限流法分段压裂（3）砂塞、暂堵剂或液胶塞）砂塞、暂堵剂或液胶塞 （4）水力喷射分段压裂）水力喷射分段压裂 减少施工风险、降低伤害、减少施工风险、降低伤害、提高施工可控性提高施工可控性特别适合分段、分层作业，无须机械封隔。特别适合分段、分层作业，无须机械封隔。准确造缝、有效隔离、一趟管柱多段压裂。准确造缝、有效隔离、一趟管柱多段压裂。水力喷射分段压裂水力喷射分段压裂(HJF)是集射孔、是集射孔、压裂、隔离一体化的增产措施，专用压裂、隔离一体化的增产措施，专用喷射工具产生高速流体穿透套管、岩喷射工具产生高速流体穿透套管、岩石，形成孔眼，孔眼底部流体压力增石，形成孔眼，孔眼底部流体压力增高，超破裂压力起裂，造出单一裂缝高，超破裂压力起裂，造出单一裂缝一、前一、前 言言1.1 1.1 问题的由来问题的由来控制环空流量保持合适的环空压力至为关键控制环空流量保持合适的环空压力至为关键（补偿井眼漏失、补充裂缝、维持压力）（补偿井眼漏失、补充裂缝、维持压力）射孔过程：射孔过程：Pv+PhPv+Ph FIPFIP，起裂起裂 射流卷吸井底液流产生的推进压力射流卷吸井底液流产生的推进压力可达到约可达到约2.0MPa2.0MPa 环空压力环空压力 FEPFEP，井筒其它部位不起裂也，井筒其它部位不起裂也不会使先前的裂缝扩展。环空压力与推进不会使先前的裂缝扩展。环空压力与推进压力叠加超过压力叠加超过FEPFEP，裂缝持续延伸，裂缝持续延伸 调整环空压力，适应不同地层压裂调整环空压力，适应不同地层压裂射流孔口抽吸作用，强化封隔效果射流孔口抽吸作用，强化封隔效果1.2 水力喷射分段压裂机理水力喷射分段压裂机理一、前一、前 言言汇报提纲二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数 水力喷射分段压裂机理水力喷射分段压裂机理 管内和环空水力参数计算管内和环空水力参数计算 孔眼压力分布数模与物模孔眼压力分布数模与物模 水力射孔孔眼应力与起裂水力射孔孔眼应力与起裂 水力喷射射孔参数优化实验水力喷射射孔参数优化实验压裂液压裂液喷射压裂工喷射压裂工具具喷砂射孔参喷砂射孔参数效率数效率喷射起裂及喷射起裂及水力封隔水力封隔 关键技术难点：关键技术难点：喷砂射孔参数及效率喷射起裂、水力封隔喷射压裂工具（喷嘴）低伤害抗剪切压裂液连连续续资资助助2008ZX05045-003国家重大专项示范专题大牛地气田连续分层压裂工艺技术研究2009ZX05009-04A国家油气重大专项专题水力射孔与分段压裂一体化改造增产技术42006AA06A106-05国家863计划课题连续管技术与装备-射流增产技术研究5350774089国家自然科学基金项目高压水射流喷射压裂机理研究62005AA615020国家863计划滚动课题高压水射流辅助定向压裂技术22002AA615090国家863计划课题高压水射流辅助水平井定向压裂研究1批准号批准号项目来源项目来源项目名称项目名称序号序号二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数1 1 水力喷射分段压裂机理水力喷射分段压裂机理 射孔过程流场速度矢量射孔过程流场速度矢量压裂过程压裂过程流场速度矢量流场速度矢量2.1 水力喷射分段压裂机理水力喷射分段压裂机理二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数喷射排量和射流冲击力计算喷射排量和射流冲击力计算 管内流体压降损失计算管内流体压降损失计算 环空流体压降损失计算环空流体压降损失计算2.2 2.2 管内和环空水力管内和环空水力参数计算参数计算不同排量环空压耗与井深关系曲线不同排量环空压耗与井深关系曲线不同排量环空压耗与井深关系曲线不同排量环空压耗与井深关系曲线二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数2.3 2.3 孔眼内速度及压力分布计算孔眼内速度及压力分布计算套管壁孔径套管壁孔径10mm、喷射压力、喷射压力40MPa孔眼最大直径孔眼最大直径100mm、孔深、孔深500mm 套管壁孔径套管壁孔径15mm、喷射压力、喷射压力45MPa孔眼最大直径孔眼最大直径100mm、孔深、孔深500mm二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数1.喷嘴直径在37mm、喷距在070mm内调节；2.模拟孔眼长度在600mm内有级调节，每级长度40mm，套管孔径1020mm3.可测量孔眼壁面压力和轴心压力随喷嘴压力、排量、喷距、直径、围压等分布 4.还可模拟“环空加液、射孔裂缝渗流”物理过程。2.4 2.4 孔眼内速度及压力分布实验孔眼内速度及压力分布实验二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数2.4 2.4 孔眼内速度及压力分布实验孔眼内速度及压力分布实验4mm喷嘴在入口压力为25MPa时，不同围压下，相差4.720。4mm喷嘴在入口压力为30MPa时，不同围压下，相差4.3 20数模与物模对比数模与物模对比二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数2.5 2.5 水力射孔孔眼应力分布水力射孔孔眼应力分布 1 1 水力射孔孔眼应力分布模型水力射孔孔眼应力分布模型 假假设设地地层层为为均均质质、各各向向同同性性、线线弹弹性性体体，水水力力射射孔孔井井壁壁上上的的三个主应力分量为：三个主应力分量为：二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数1 1 裂缝起裂和扩展模型裂缝起裂和扩展模型 最最大大拉拉应应力力破破坏坏准准则则，井井壁壁某某平平面面最最大大张张应应力力达达到到井井壁壁岩岩石石张张性性破破裂裂压压力力（抗抗张张强强度度）时时，就就会会在在该该平平面面起起裂裂，逐逐渐渐延延伸伸，依此可计算破裂压力。孔眼井壁上局部主应力最大值为：依此可计算破裂压力。孔眼井壁上局部主应力最大值为：拉伸区内裂缝以角度拉伸区内裂缝以角度方向扩散：方向扩散：2.6 水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数RFPA（Rock Fracture Process Analysis）软件 水平井中不同射孔参数、加载速度、水平井中不同射孔参数、加载速度、地应力等条件下压裂时的起裂压力变地应力等条件下压裂时的起裂压力变化规律以及裂缝扩展情况；化规律以及裂缝扩展情况；改变孔眼直径、孔眼长度、孔眼轴线改变孔眼直径、孔眼长度、孔眼轴线和最大水平主应力夹角、压裂液加载和最大水平主应力夹角、压裂液加载速度、垂直速度、垂直/水平应力比值水平应力比值 2 定向喷射对起裂压力影响数值模拟定向喷射对起裂压力影响数值模拟2.6 水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数3 水力射孔直径和深度对起裂压力影响水力射孔直径和深度对起裂压力影响孔径越大，泵注排量越大，孔内流动阻力减小，起裂压力降低孔径越大，泵注排量越大，孔内流动阻力减小，起裂压力降低射孔长度增大，有利于裂缝沿射孔方向延伸和扩展，且裂缝延伸压力降低。射孔长度增大，有利于裂缝沿射孔方向延伸和扩展，且裂缝延伸压力降低。2.6 水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数4 定向喷射角度对起裂压力影响定向喷射角度对起裂压力影响随射孔方向与最大水平主应力方向夹角的增大，起裂压力增加；随射孔方向与最大水平主应力方向夹角的增大，起裂压力增加；平行于最大水平主应力方向射孔，破裂压力最低，有助于辅助压裂。平行于最大水平主应力方向射孔，破裂压力最低，有助于辅助压裂。2.6 水力射孔孔眼中裂缝起裂和扩展 二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数2.7 定向喷射对起裂压力影响实验实验装置示意图实验装置示意图1.实验装置和方法实验装置和方法二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数2.实验结果分析实验结果分析起裂压力随射孔直径和射孔深度增加而降低，射孔深度由起裂压力随射孔直径和射孔深度增加而降低，射孔深度由30mm变到变到50mm，起裂压力由起裂压力由29.21MPa降到降到25.77MPa，下降，下降11.8。2.7 定向喷射对起裂压力影响实验二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数起裂压力起裂压力/时间时间-夹角夹角 2.实验结果分析实验结果分析随随角增加，起裂压力和起裂时间角增加，起裂压力和起裂时间都随之增加，且改变都随之增加，且改变角时，裂缝角时，裂缝总是在射孔端部开裂、扩展，从而总是在射孔端部开裂、扩展，从而避免裂缝在近井地带转向避免裂缝在近井地带转向。随随角由角由900降到降到00，起裂压力，起裂压力由由30.2MPa下降到下降到25.8MPa,降降低低4.4MPa，降幅降幅14.5%2.7 定向喷射对起裂压力影响实验二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数3.地面实验观察地面实验观察定向水力射孔容易实现射孔方向与最大水定向水力射孔容易实现射孔方向与最大水平主应力方向一致，降低破裂压力和裂缝平主应力方向一致，降低破裂压力和裂缝延伸压力，控制裂缝在近井地带转向，起延伸压力，控制裂缝在近井地带转向，起导向孔作用，有利于产生单翼或双翼裂缝，导向孔作用，有利于产生单翼或双翼裂缝，特别为低渗改造、提高压裂效率和成功率特别为低渗改造、提高压裂效率和成功率提供有效手段提供有效手段。2.7 定向喷射对起裂压力影响实验二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数磨料射流原理，切割套管和射孔磨料射流原理，切割套管和射孔0.70.71.0m1.0m，穿透污染带，松弛地层，避免二，穿透污染带，松弛地层，避免二次污染次污染,为压裂创造良好井下环境为压裂创造良好井下环境。国内国内60607070年代拉丝模水力喷砂射孔。年代拉丝模水力喷砂射孔。机理、参数、喷枪结构材质、工艺优化机理、参数、喷枪结构材质、工艺优化2.8 2.8 水力喷射射孔参数优化实验水力喷射射孔参数优化实验高压纯水射流切割钢铁和钢筋混凝土高压纯水射流切割钢铁和钢筋混凝土等，压力极高，等，压力极高，7007001000MPa1000MPa。磨料水射流（磨料水射流（AWJAWJ）：在水射流中混：在水射流中混入一定数量磨料微粒，磨粒质量大且入一定数量磨料微粒，磨粒质量大且锋利，锋利，202030MPa 30MPa 即切割金属。即切割金属。二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数 根据水动力学动量根据水动力学动量-冲量原理，固体颗粒受水载体加速，冲量原理，固体颗粒受水载体加速，高速冲击套管和岩石，产生切割作用。高速冲击套管和岩石，产生切割作用。2.8 2.8 水力喷射射孔参数优化实验水力喷射射孔参数优化实验二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数影影响响因因素素 流体参数流体参数 射流压力 喷嘴直径 喷嘴型式 射流功率 流速 流量 流体性质 射流反冲力 磨料参数磨料参数 磨料类型 磨料流量 磨料粒度 混合管直径 工况参数工况参数 进给速度 靶距（喷距）流道数 入喷射角 切割体积 切深或切宽 比能 靶件参数靶件参数 靶件强度 靶件硬度 靶件孔隙度 靶件渗透率1.1.压力压力2.2.排量排量3.3.磨料类型磨料类型4.4.磨料浓度磨料浓度5.5.磨料粒度磨料粒度6.6.岩性岩性7.7.围压围压8.8.时间时间实实验验参参数数2.8 2.8 水力喷射射孔参数优化实验水力喷射射孔参数优化实验二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数实验装置与方法实验装置与方法高压泵组高压泵组磨料射流实验装置磨料射流实验装置磨料加砂系统磨料加砂系统磨料加砂系统磨料加砂系统喷嘴喷嘴岩样岩样2.8 2.8 水力喷射射孔参数优化实验水力喷射射孔参数优化实验二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数实验装置与方法实验装置与方法2.8 2.8 水力喷射射孔参数优化实验水力喷射射孔参数优化实验二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数套管喷套管喷孔形状孔形状 天然砂岩岩样喷孔形状天然砂岩岩样喷孔形状 0.4-0.6mm压压力力影影响响排排量量影影响响磨磨料料类类型型影影响响磨磨料料粒粒度度影影响响2.8 2.8 水力喷射射孔参数优化实验水力喷射射孔参数优化实验二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数1530min磨磨料料浓浓度度影影响响喷喷射射时时间间影影响响岩岩性性影影响响2.8 2.8 水力喷射射孔参数优化实验水力喷射射孔参数优化实验二、水力喷射分段压裂机理与参数二、水力喷射分段压裂机理与参数三、水力喷射压裂工具设计研制三、水力喷射压裂工具设计研制（1 1）喷射压裂工具整体方案设计）喷射压裂工具整体方案设计（2 2）滑套设计研制）滑套设计研制 1）滑套结构设计、材料优选、研制加工 2）各级滑套与喷枪本体之间滑动密封设计（3 3）喷枪喷嘴及防溅体设计研制）喷枪喷嘴及防溅体设计研制 1）喷枪本体结构设计研制 2）喷嘴结构设计、布置方案、材料与加工 3）防溅体参数设计与加工（4 4）单向阀、扶正器、多孔管等配套附件）单向阀、扶正器、多孔管等配套附件（5 5）二级滑套销钉连接方案设计）二级滑套销钉连接方案设计 1）滑套和喷枪销钉连接方案设计 2）销钉材料优选及加工水力喷射压裂工具是实现水水力喷射压裂工具是实现水力喷射压裂工艺的关键之一力喷射压裂工艺的关键之一喷射器本体三、水力喷射压裂工具设计研制三、水力喷射压裂工具设计研制本体总长660mm、最大外径108mm，适用于51/2“95/8“套管每级喷枪68只喷嘴，喷嘴直径 5.06.0mm，相位角60材料和处理：喷嘴工作寿命6h以上。拖动式喷射器滑套式喷射器三、水力喷射压裂工具设计研制三、水力喷射压裂工具设计研制工具串组成喷枪喷枪2 2 喷枪喷枪1 1 施施工工工工艺艺与与参参数数1.1.工具入井定位工具入井定位2.2.油管内加压，射孔油管内加压，射孔3.3.维持喷嘴压降、环空加压，孔维持喷嘴压降、环空加压，孔内起裂、裂缝延伸内起裂、裂缝延伸4.4.第二段裂缝射孔、压裂第二段裂缝射孔、压裂5.5.重复重复4 4，完成多段压裂，完成多段压裂1 1、2 23 34 4、5 5自主工具工艺完成自主工具工艺完成8080多井次现场试验多井次现场试验井型：井型：直井、水平井、定向井，油井、气井直井、水平井、定向井，油井、气井完井：完井：套管射孔、割缝筛管、裸眼套管射孔、割缝筛管、裸眼管柱：管柱：油管、连续管，拖动管柱与滑套不动管柱油管、连续管，拖动管柱与滑套不动管柱自主：自主：参数软件、井下工具、工艺设计参数软件、井下工具、工艺设计四、现场施工工艺设计与应用四、现场施工工艺设计与应用工艺设计与现场试验工艺设计与现场试验油油 田田井井 次次 (次次)井井 段段 (m)单层砂量单层砂量(m3)井井 型型平均增产平均增产 (%)完井方式完井方式经济效益经济效益（亿元）（亿元）四川四川12241528953050H+V+X710%套管套管+衬管衬管(压裂完井压裂完井)1.206110521731050H+V+X540%套管套管+尾管尾管(压裂完井压裂完井)0.18大庆大庆11153819112040H+V580%套管套管0.90中原中原24284642001025H+V620%套管套管+筛管筛管1.20吐哈吐哈11199023731518H+V550%筛管筛管0.60辽河辽河6199038H+V540%筛管筛管0.26华北华北7255030701824H+V630%套管裸眼套管裸眼0.40其他其他72303237612H420%套管套管0.30 合计合计84口：水平井口：水平井59口，直井口，直井18口，斜井口，斜井7口；油井口；油井56口，气井口，气井28口口四、现场施工工艺设计与应用四、现场施工工艺设计与应用 BQ110BQ110井深井深2250m2250m，因产量低关井停产，因产量低关井停产 20072007年年7 7月月2727日日首次首次应用应用2 2”连续管水力连续管水力喷砂逐层压裂喷砂逐层压裂、一天成功连续压裂、一天成功连续压裂3 3层层。试验层位试验层位1105m1105m延续到延续到749m749m，3 3层共加入层共加入陶粒陶粒30.32 m30.32 m3 3，单层喷压时间，单层喷压时间1 12h2h，工具工具寿命达寿命达6h6h，作业跨度达到作业跨度达到365m365m。施工后，第二天排液施工后，第二天排液140m140m3 3，之后产气量，之后产气量8,000m8,000m3 3/d/d，稳产年以上，压裂效果显著。，稳产年以上，压裂效果显著。直井分层压裂现场试验直井分层压裂现场试验BQ110BQ110井井四、现场施工工艺设计与应用四、现场施工工艺设计与应用GA002-H9GA002-H9垂深垂深1700m1700m，水平段，水平段500m500m，用，用2 7/82 7/8”油管拖动油管拖动喷射压裂喷射压裂2 2段段，填砂，填砂50 50 m m3 3，工具寿命达，工具寿命达h h，日产气由日产气由8,0008,000m m3 3/d/d 增加至增加至70,00070,000m m3 3/d/d。工具和工艺试验取得成功，压裂增产效果显著。工具和工艺试验取得成功，压裂增产效果显著。水平井拖动管柱现场试验水平井拖动管柱现场试验GA002-H9GA002-H9井井四、现场施工工艺设计与应用四、现场施工工艺设计与应用GA002-X68GA002-X68井是新完成的一口定向井，井井是新完成的一口定向井，井深深2430m2430m，井斜角，井斜角43430 0，该井地层低孔低渗，该井地层低孔低渗，孔隙度仅孔隙度仅3.6%3.6%10%10%。用用2 7/82 7/8”油管下入滑套式喷射压裂工具，油管下入滑套式喷射压裂工具，喷射压裂喷射压裂2 2段段，单层填砂，单层填砂50 m50 m3 3，单层打液，单层打液约约500 m500 m3 3 ，单层施工时间，单层施工时间2 23h3h。水力射孔、投球打开滑套、分层压裂按水力射孔、投球打开滑套、分层压裂按设计要求施工顺利，工具和工艺试验取得设计要求施工顺利，工具和工艺试验取得成功。成功。定向井不动管柱现场试验定向井不动管柱现场试验GA002-X68GA002-X68井井四、现场施工工艺设计与应用四、现场施工工艺设计与应用四、现场施工工艺设计与应用四、现场施工工艺设计与应用衬管完井水平井喷射分段压裂衬管完井水平井喷射分段压裂XS311HXS311H井井气体气体/液体欠平衡钻井、液体欠平衡钻井、139.7mm139.7mm衬管完井衬管完井 完钻井深完钻井深3010m，垂深垂深2480m2480m，水平段长，水平段长385m 385m 层位：层位：JSJS3 31 1孔隙度孔隙度13.6%13.6%、渗透率、渗透率0.25md 0.25md AB新沙新沙311H311H、类储量类储量四、现场施工工艺设计与应用四、现场施工工艺设计与应用西西南南分分公公司司组组织织，采采用用不不动动管管柱柱常常规规油油管管水水力力喷喷射射分分段段压压裂裂技技术术8h8h完完成成三段三段压裂，这是该工艺在国内压裂，这是该工艺在国内衬管完井水平井衬管完井水平井首次试验成功。首次试验成功。分分别别完完成成40m40m3 3、30m30m3 3、30m30m3 3陶陶粒粒的的施施工工，油油管管排排量量3.03.03.3m3.3m3 3/min/min，最高砂浓度最高砂浓度700kg/m700kg/m3 3，泵压，泵压656576MPa76MPa，环空排量，环空排量0.90.91.5m1.5m3 3/min/min。完完井井仅仅0.30.310104 4m m3 3/d/d，压压裂裂后后测测试试天天然然气气无无阻阻流流量量16.116.110104 4m m3 3/d/d，增增产倍比达到产倍比达到5050倍以上，高于邻井单层压裂倍以上，高于邻井单层压裂11.411.410104 4m m3 3/d/d的平均水平。的平均水平。衬管完井水平井喷射分段压裂衬管完井水平井喷射分段压裂XS311HXS311H井井四、现场施工工艺设计与应用四、现场施工工艺设计与应用常规钻井、套管完井，完钻井深常规钻井、套管完井，完钻井深2940.0 m，JSJS2 21 1难动用储量。难动用储量。西西南南分分公公司司组组织织，完完成成不不动动管管柱柱水水力力喷喷射射分分3 3段段压压裂裂(2525-2527m、2695-2697m、2880-2882m)，规模，规模分别为分别为40m40m3 3、30m30m3 3、50m50m3 3。完完井井仅仅0.20.210104 4m m3 3/d/d，压压裂裂后后测测试试在在油油压压17.5MPa17.5MPa、套套压压18.7MPa18.7MPa下下配配产产3.23.210104 4m m3 3/d/d，获获天天然然气气无无阻阻流流量量4.34.310104 4m m3 3/d/d，增增产产倍倍比比达达到到2222倍倍以以上，是邻井直井单层压裂效果的上，是邻井直井单层压裂效果的2.02.0倍。倍。套管完井水平井喷射分段压裂套管完井水平井喷射分段压裂XS21-1HXS21-1H井井套套管管完完井井,由由于于井井筒筒条条件件较较差差，封封隔隔器器分分层层压压裂裂3次次未未能能顺顺利利座座封封。改造目的层为改造目的层为JSJS2 21 1、JSJS2 22 2、JSJS2 23 3层层,不不动动管管柱柱常常规规油油管管水水力力喷喷射射分分3 3段段压压裂裂,喷喷枪枪位位置置：2656m、2581m、2415m,分别完成分别完成40m40m3 3、30m30m3 3、35m35m3 3陶粒的施工陶粒的施工在井口在井口8.5MPa8.5MPa下测试天然气产量下测试天然气产量6.16.110104 4m m3 3/d/d四、现场施工工艺设计与应用四、现场施工工艺设计与应用套管完井水平井喷射分段压裂套管完井水平井喷射分段压裂CX601-2HCX601-2H井井牛东平2井是吐哈三塘湖盆地一口割缝管开发井，井深2404m，水平位移996m，割缝管长度596m。气举投产后供液不足，日产液不足 2.02.0 m m3 3/d/d。技术难题。实施水力喷射分段加砂压裂，采用石英砂射孔、陶粒作为支撑剂，分别加入陶粒18.1m18.1m3 3和17.8m17.8m3 3，对 2103-2105m2103-2105m、1989.6-1991.6m1989.6-1991.6m两层段进行水力喷射加砂压裂，取得成功，日产油13-19m13-19m3 3，是压裂施工前的6.56.5倍以上。割缝管水平井喷射分段压裂割缝管水平井喷射分段压裂NDP2NDP2井井四、现场施工工艺设计与应用四、现场施工工艺设计与应用牛东牛东7-97-9井是井是吐哈三塘湖油田牛东区块的一吐哈三塘湖油田牛东区块的一口开发井，井深口开发井，井深19001900米米。气举放喷未出液。之。气举放喷未出液。之后又连续油管气举未出液。全井段酸化，初期后又连续油管气举未出液。全井段酸化，初期日产液日产液5.6m5.6m3 3，含水，含水100%100%，产油，产油0 0吨，后关井。吨，后关井。对对1469-1489m1469-1489m射孔后常规压裂，入井总砂量射孔后常规压裂，入井总砂量47.9m47.9m3 3，压后初期日产油，压后初期日产油4.04.0吨，产量下降严吨，产量下降严重。重。20092009年年6 6月月3030日关井。关井前日产液日关井。关井前日产液0.78m0.78m3 3，日产油，日产油0.550.55吨。吨。采用采用3 3 油管实施水力喷射分段加砂压裂，油管实施水力喷射分段加砂压裂，分别加入陶粒分别加入陶粒20.0m20.0m3 3和和30.1m30.1m3 3，拖动工具对，拖动工具对1480m1480m、1503m1503m两层段进行，取得成功，日产油两层段进行，取得成功，日产油1414吨吨，增产效果十分明显。，增产效果十分明显。衬管直井动管柱现场试验衬管直井动管柱现场试验ND7-9ND7-9井井四、现场施工工艺设计与应用四、现场施工工艺设计与应用X X5-4-PB092井1960m,水平段746m,常规压裂产液11t/d，油2t/d，含水84.3%。7月23日采用不动管柱滑套水力喷射工具成功加砂压裂三层，加砂120m120m3 3,日产油8 814t14t，是压裂施工前的4 47 7倍,含水降为45%45%。微地震监测,三段裂缝走向明显,均垂直裂缝,长50-101m,高14-29m.套管完井水平井喷射分段压裂套管完井水平井喷射分段压裂X5-4-PB092X5-4-PB092井井 四、现场施工工艺设计与应用四、现场施工工艺设计与应用大庆Z66-P21井2205m，套管139.7mm，施工前日产油4.5t四级喷枪66喷嘴，压裂4 4段段：1538、1830、1951、2060m油管排量2.5m3/min，最大油压37.4MPa、套压19.5MPa加砂量22323222108m108m3 3，日产油8.5t8.5t，日增油4.0t4.0t四、现场施工工艺设计与应用四、现场施工工艺设计与应用套管完井水平井喷射套管完井水平井喷射4 4段压裂段压裂Z66-P21Z66-P21井井 套管完井水平井喷射分段压裂套管完井水平井喷射分段压裂W W92-92-P P2 2井井 中原中原W92-P2井深3584 m，水平段290 m，渗透率28.610-3m2，经两次酸化、两次补孔作业，产液0.81.5t/d，油0.51.0t/d，含水40%58%。8月5日水力喷射加砂压裂层（3496m），加陶粒砂20m20m3 3，重大突破。日产液252530t/d30t/d，日产油151516t/d16t/d，是压裂前1515倍，液面深1146m1146m，含水降为30%30%。四、现场施工工艺设计与应用四、现场施工工艺设计与应用现场施工工艺设计与应用现场施工工艺设计与应用中中原原文文留留构构造造开开窗窗侧侧钻钻井井、4in套套管管完完井井，完完钻井深钻井深3663.0 m，悬挂器深度悬挂器深度3008.6m。2007.9投投 产产 自自 喷喷，2008.6转转 抽抽，2009.3对对3565.8-3595.8m井段井段补孔，射后无显示，下泵投产。补孔，射后无显示，下泵投产。09.9.1009.9.10完完成成水水力力喷喷射射压压裂裂1 1段段施施工工(3565.8-3595.8m)，破破裂裂压压力力80.3MPa80.3MPa，加加砂砂压压力力76.1MPa76.1MPa，停停泵泵压压力力43.9MPa43.9MPa，加加陶陶粒粒26m26m3 3，平平均均砂砂液液比比22.6%22.6%，一般排量，一般排量1.3m1.3m3 3/min/min，总液量，总液量269.8m269.8m3 3。压压裂裂前前无无产产量量，压压后后自自喷喷三三天天，含含水水95%，然然后转抽，两天后无产量，压后产量共计后转抽，两天后无产量，压后产量共计10t。44套管水平井水力喷射压裂套管水平井水力喷射压裂W13-C356W13-C356井井喷枪喷枪喷嘴喷嘴接箍接箍+变扣变扣裸眼完井，完钻深度裸眼完井，完钻深度3388.7m3388.7m，完钻层位山，完钻层位山2 2层位，水平段长层位，水平段长370.33m370.33m，生物酶完井液解堵后气举求产，无阻流量仅生物酶完井液解堵后气举求产，无阻流量仅0.140.1410104 4m m3 3/d/d。四、现场施工工艺设计与应用四、现场施工工艺设计与应用裸眼水平井喷射分段压裂裸眼水平井喷射分段压裂DP5DP5井井 水力喷射滑套封隔不动管柱分层压水力喷射滑套封隔不动管柱分层压裂，投球打开多级滑套，无需机械裂，投球打开多级滑套，无需机械封隔。封隔。射孔段射孔段喷砂射孔喷砂射孔压裂入地净入地净液量液量破裂压破裂压力力停泵压停泵压力力砂量排量砂比砂量排量砂比m3m3/d%m3mm3 3/d/d%mm3 3MPaMPaMPaMPa30702.42-2.1718.12-2.12-2.12116616637.237.216.716.72986由于现场配套连接短节丝扣刺坏，工具落井，第2段未施工射孔射孔投球打滑套投球打滑套压力突然降落压力突然降落四、现场施工工艺设计与应用四、现场施工工艺设计与应用裸眼水平井喷射分段压裂裸眼水平井喷射分段压裂DP5DP5井井 大牛地直井喷射分段压裂大牛地直井喷射分段压裂D66-63D66-63和和D66-64D66-64井井 D66-63井井2820、2689、2550m三段压裂，加砂60m3。D66-64井井2807、2686、2663 m三段压裂，加砂54m3。大庆直井喷射分段压裂大庆直井喷射分段压裂葡扶葡扶172-532172-532井井20082008年年1212月月2121日，大庆日，大庆葡扶葡扶172-532172-532井井16501650、15311531、15101510m m三层，三层，实施拖动管柱式水力喷射分段压裂成功，共加砂实施拖动管柱式水力喷射分段压裂成功，共加砂40m40m3 3。中原油田常规增产措施，中原油田常规增产措施，20092009年年8-128-12月施工月施工1414井井次。次。四、现场施工工艺设计与应用四、现场施工工艺设计与应用水平井分段压裂方法对比水平井分段压裂方法对比五、经济社会效益与应用前景五、经济社会效益与应用前景 序号序号分段压裂分段压裂优点优点缺点缺点1投球选择性压裂投球选择性压裂1、不压井，不动管柱、不压井，不动管柱2、现场施工方便、现场施工方便封堵效果差，不能有效对设计层位进封堵效果差，不能有效对设计层位进行最佳改造行最佳改造2 2填砂填砂+液体胶塞液体胶塞分段压裂分段压裂1 1、隔离可靠，施工相对简单、隔离可靠，施工相对简单2 2、可进行分段试油、可进行分段试油1 1、施工周期长、施工周期长2 2、只适应套管固井射孔完井、只适应套管固井射孔完井3 3双封隔器分段压裂双封隔器分段压裂1 1、可进行已施工层段和未施工层段、可进行已施工层段和未施工层段间的有效封隔间的有效封隔1 1、易砂卡封隔器造成井下事故、易砂卡封隔器造成井下事故2 2、不适合气井改造、不适合气井改造4 4桥塞封隔桥塞封隔分段压裂分段压裂1 1、各段之间隔离可靠，施工简单、各段之间隔离可靠，施工简单2 2、可进行分段试油、可进行分段试油1 1、只适应套管固井射孔完井、只适应套管固井射孔完井2 2、存在卡钻风险、存在卡钻风险5连续油管压裂连续油管压裂1、一趟钻具可进行多段压裂、一趟钻具可进行多段压裂2、适应不同完井方式、适应不同完井方式1、无法进行分段试油、无法进行分段试油2、施工排量调整变化困难、施工排量调整变化困难6遇水（油）封隔遇水（油）封隔器压裂器压裂1、中心管与环空无泄漏、中心管与环空无泄漏2、操作简便、操作简便膨胀时间相对较长膨胀时间相对较长7裸眼封隔器裸眼封隔器1、对各层段可进行有效封隔、对各层段可进行有效封隔2、改造效果相对较好、改造效果相对较好1、永久封隔，后续措施困难、永久封隔，后续措施困难2、无法进行分段试油、无法进行分段试油8不动管柱水力喷不动管柱水力喷砂射孔压裂联作砂射孔压裂联作1、操作简便、成功率较高、操作简便、成功率较高2、适合油气井的多段改造、适合油气井的多段改造不易进行分段试油不易进行分段试油五、经济社会效益与应用前景五、经济社会效益与应用前景 863课课题题验验收收评评价价中中国国石石油油报报-吐吐哈哈中中国国石石化化新新闻闻网网-中中原原中中国国石石化化报报西西南南分分公公司司石石油油