水平井压裂工艺技术

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1、第一部分 大庆油田水平井总体情况第二部分 大庆油田水平井井下作业配套技术第三部分 目前存在的问题及下步攻关重点1年44口1991-2005年38口52口2006年工作量前所未有！目前投产井数单井日产液17.4t日产油t累计产油万吨南1-2-平25井日产 大庆油田通过多种类型油藏大胆尝试，拓宽了水平井应用领域，在外围薄层、多层葡萄花油层，特低渗透扶杨油层，长垣厚层水淹层，火山岩气层，裂缝潜山等多种类型油气藏，尝试应用了、等多种类型水平井。由于大庆油田的地质开发特点，与其它油田相比，水平井具有（为（为140mm套管套管，而其它油田主要为，而其它油田主要为178mm套管）套管）、（一（一般为般为40

2、-600/100m，最大水平井井眼曲率为，最大水平井井眼曲率为730/100m，最大侧钻水平井曲率为最大侧钻水平井曲率为1150/100m）、（一般（一般为为800m1000m，最长水平段，最长水平段1268m）、且水平井等特点。不断完善取得突破性进展和日趋成熟不断进步 随着大庆油田水平井应用规模扩大，为进一步提高水平井的开发效果和效益：针对大庆外围油田储层物性差、井筒轨迹复杂等增 产改造的难题，初步形成了压裂优化设计、高压耐 磨管柱、测试压裂分析等配套技术 2006年，共进行水平井压裂12口，超过“八五”以 来水平井压裂井数之和，增产效果显著。同时，进 行了第一口水平井双封单卡压裂，仅用一天

3、时间就 完成了三段压裂，填补了国内空白 l 针对薄互层水平井特点，完善分段布缝原则 根据裂缝和砂体在实钻轨迹上投影位置与周围水井关系：横向裂缝，避开对应水井，均匀布缝避免裂缝间干扰；纵向裂缝，裂缝贯穿井筒，避免重叠。1、进一步完善了水平井限流压裂优化设计方法(一)水平井限流法压裂技术肇肇57-57-平平3535井地质条件不如肇井地质条件不如肇57-57-平平3333井，初期日产井，初期日产油和累积产油分别是后者的油和累积产油分别是后者的1.371.37、2.162.16倍。倍。优选的压裂段位于含油砂岩内，且电性显示明显，含油饱满、总烃含量高；（横向裂缝尤为重要）人工裂缝尽量沟通邻近的油层，以“

4、一缝穿多层”为目标进行布缝。PI2PI31PI32PI4PI2PI31PI32PI4横向裂缝纵向裂缝l 针对水平段长特点，完善了限流布孔方法 根据布缝条数和施工排量上限，确定限流射孔段数，按照“跟部少，趾端多，中间匀”的原则确定各段孔数。采用DP36RDX-1型射孔枪射孔，单孔直径8.8mm 台105平2井测试压裂曲线在相同的施工排量下，不同射孔方式孔缝摩阻相差8.0 MPa。这说明上下180度的射孔方式消耗更小的施工摩阻，更有利于压裂施工。台105-平2测试时间(min)Pump pressure Mpa Rate m3/min 9.94 13.57 17.20 20.84 24.47 28

5、.10 -0.79 12.97 26.74 40.50 54.26 68.03 -0.06 1.41 2.88 4.35 5.82 7.29双88-平44测试时间(min)Suction Rate m3/min Pressure 1 MPa 0.00 3.20 6.40 9.60 12.80 16.00 0.00 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00 0.00 14.60 29.20 43.80 58.40 73.00双88-平44井测试压裂曲线孔缝摩阻：孔缝摩阻：37.5MPa37.5MPa 孔缝摩阻：孔缝摩阻：29.529.5 MPaMPa l 开展了压裂规模优化研究 以

6、达到合理缝长，实现“一缝穿多层”为目标，优化施工规模和施工参数，得出“”施工的认识。2006-2007年施工口井，平均砂比32%，最大排量达 m3/min，最大砂量m3。磨损后磨损后磨损前磨损前 研制Y344-115封隔器，中心管优选耐磨材质，改进了工具连接部位结构，采用橡胶垫充填间隙，满足了施工要求。州州52-52-平平7070井井 施工施工后后JS-2JS-2封隔器中心封隔器中心管下端磨断管下端磨断 由于薄互层水平井限流压裂排量大、砂比高，以往使用的JS-2封隔器难以适应。新管柱新管柱2、研制了适应大排量高砂比压裂管柱3、发展了水平井限流压裂诊断和评估技术水平井压裂节点压力分析示意图 水平

7、井限流压裂过程水平井限流压裂过程中的摩阻与直井相比增加中的摩阻与直井相比增加了套管沿程损失，在以往了套管沿程损失，在以往的诊断中被忽略，使得计的诊断中被忽略，使得计算的炮眼摩阻大于实际，算的炮眼摩阻大于实际，导致计算的压开孔数不准。导致计算的压开孔数不准。完善摩阻分析法，提高压完善摩阻分析法，提高压开炮眼数判断的可靠性开炮眼数判断的可靠性 应用井底压力资料对水应用井底压力资料对水平井套管摩阻进行了拟合，建平井套管摩阻进行了拟合，建立了预测公式。同时对不同工立了预测公式。同时对不同工具下的油管阻力也进行了校正。具下的油管阻力也进行了校正。为能够定量解释限流压裂裂缝差异，开展了连续油管测井温解释裂

8、缝形态研究序号序号井井 号号压裂压裂 日期日期压裂初期压裂初期2007.06.302007.06.30累计产油累计产油(t)(t)日产液日产液(t/d)(t/d)日产油日产油(t/d)(t/d)日产液日产液(t/d)(t/d)日产油日产油(t/d)(t/d)1 1肇肇57-57-平平333303.12.2503.12.2529.629.627.227.216.616.613.013.019675196752 2肇肇57-57-平平353503.12.2603.12.2622.122.119.919.98.18.13.13.1774477443 3州州52-52-平平707006.06.0606

9、.06.0638.638.635.735.715.815.813.413.4775677564 4州州78-78-平平717106.08.3006.08.3049.349.348.848.816.116.114.214.2595659565 5肇肇62-62-平平222206.12.0406.12.0416.216.215.415.410.110.19.19.1228022806 6肇肇33-33-平平282807.01.0707.01.0713.813.812.612.69.99.98.98.99379377 7芳芳134-134-平平14714707.03.2507.03.2520.320

10、.317.017.020.320.318.418.46076078 8芳芳130-130-平平15015007.03.2807.03.2817.617.617.217.217.617.617.217.24014019 9芳芳142-142-平平14614607.05.0407.05.0420.820.818.718.716.616.614.414.48388381010芳芳146-146-平平13413407.05.2107.05.2118.618.616.516.518.618.617.517.5431431平均平均24.724.722.922.915.015.012.912.92424口射

11、孔水平井口射孔水平井13.813.812.812.87.1 7.1 5.2 5.2 44514451差值差值-10.9-10.9-10.1-10.1-7.9-7.9-7.7-7.71212口压裂直井口压裂直井6.06.05.15.14.34.32.92.919331933差值差值-18.7-18.7-18.7-18.7-13.5-13.5-10.0-10.05959口直井口直井4.14.13.63.63.03.02.22.213981398差值差值-20.6-20.6-19.3-19.3-12.0-12.0-10.7-10.7肇州油田肇州油田同区块限流压裂与水平井射孔、直井压裂、直井射孔效果统

12、计表同区块限流压裂与水平井射孔、直井压裂、直井射孔效果统计表限流压裂限流压裂/水平井射孔水平井射孔=1.79=1.79限流压裂限流压裂/直井压裂直井压裂=4.12=4.12限流压裂限流压裂/直井直井=6.02=6.02限流压裂限流压裂/水平井射孔水平井射孔=2.11=2.11限流压裂限流压裂/直井压裂直井压裂=3.49=3.49限流压裂限流压裂/直井直井=5.0=5.0目前：目前：初期：初期：水平井笼统限流法压裂见到了较好效果，但存在裂缝难于控制，现有条件下只能压开4-5段的问题 为提高对水平井压裂裂缝的控制程度，增加处理的层段数，开展了分段压裂研究。另外，为满足后续增产改造要求，也需要研究水

13、平井分段压裂工艺技术。(二)水平井机械分段压裂技术 州78-平67井应用两级K344-115封隔器单卡上提管柱和3油管实施了5段清水压裂。1、分段不加砂压裂试验 施工过程中各段破裂显示明显，说明双卡起到了封隔作用 压裂趾端后工具上提载荷有所增加，且下部封隔器胶筒有破损，说明用常规尺寸工具进行水平井压裂施工，确实存在较大风险。1、分段不加砂压裂试验K344-115封隔器液压坐封、丢手；液压坐封、丢手；下入工具上提解封；下入工具上提解封；卡距不受限制，可实卡距不受限制，可实现老井大跨距分段压现老井大跨距分段压裂施工裂施工。2、可取桥塞分段压裂技术 第一次：多裂缝第二次：桥塞压裂第三次：桥塞压裂序序

14、号号射孔井段射孔井段(m)(m)井段长度井段长度（m m）施工规模施工规模m m3 3最高砂比最高砂比%平均砂比平均砂比%压裂液量压裂液量m m3 312140.0-2132.08.0陶1924.06.71922080.0-2052.527.5陶21+树321.08.519621769.5-1706.063.5陶23+树324.013.021331438.0-1425.013.0陶23+树335.017.0170 朝平朝平1 1井压裂改造井压裂改造4 4个层段，除起下工具时在变形点稍个层段，除起下工具时在变形点稍微遇阻外，桥塞坐封、解封及打捞顺利。微遇阻外，桥塞坐封、解封及打捞顺利。朝平1井压

15、裂施工数据统计2、可取桥塞分段压裂技术 为满足加砂、降低施工风险、降低成本要求，研究应用了水平井多段双卡小直径压裂工艺管柱。v封隔器外径上大、下小（下小于105mm）v控制射孔段长度，保证卡距小于10mv卡距设置返循环通道v喷砂口距胶筒距离小(仅200mm)，预防沉砂 胶筒外径胶筒外径(mm)(mm)疲劳疲劳承压后外径承压后外径(mm)(mm)最大变形最大变形结果结果备注备注10410440MPa40MPa5min5min5 5次次下下1091094.804.80合格合格50MPa50MPa未爆未爆3、水平井多段双卡加砂压裂首次试验成功 现场试验情况及效果现场试验情况及效果 截至目前，应用机械

16、分段压裂工艺成功压裂截至目前，应用机械分段压裂工艺成功压裂1010口井口井4545个层段，并个层段，并均获成功。均获成功。一趟管柱最多压裂一趟管柱最多压裂3 3段，最大射孔井段段，最大射孔井段1010m m，每，每段最多孔数段最多孔数100100孔孔最大卡距最大卡距33m33m单井及单趟管柱最大加砂量单井及单趟管柱最大加砂量90m90m3 3、45m45m3 3最高施工压力最高施工压力53.9MPa53.9MPa 2006年12月8日，在利用双卡小直径压裂管柱顺利实现上提次压裂层施工，共加陶粒m3，填补了国内空白。27/8外加厚油管 95mm安全接头 扶正器 K344-115封隔器 114mm

17、导压喷砂器 K344-105封隔器导向丝堵 现场施工表明：该工艺可实现3个目的层段压裂施工，管柱具有，反洗后上提管柱负荷正常，施工简单，安全。该井压后初期日产液该井压后初期日产液19.5m19.5m3 3，日产油，日产油t t层位层位射孔井段（射孔井段（m m）孔孔数数最高施最高施工压力工压力MPaMPa施工施工排量排量m m3 3/min/min加砂量加砂量m m3 3最大最大砂比砂比备注备注PP2 21970-1970.71970-1970.77 756563.33.313134242砂堵，反洗后负荷正常砂堵，反洗后负荷正常1890-1890.71890-1890.77 754543.43

18、.416162121上提负荷正常上提负荷正常1807-1807.71807-1807.77 756563.63.613132525上提负荷正常上提负荷正常压裂压裂次序次序射开层位射开层位射开井段射开井段(m)(m)层层 厚厚(m)(m)隔层厚度隔层厚度(m)(m)小层小层数数射开射开有有效效下下上上(个个)1 1P2P23 31634.51634.51640.81640.82.72.70.50.5未射未射7.87.83 32 2P4P41648.61648.61649.41649.40.80.8-7.87.8未未射射1 1施工原理：待上一层裂缝闭合后，利用携砂胶团封堵已压开裂缝炮眼，然后对下一

19、目的层进行压裂施工肇11斜59井 压裂层段数据表4、水平井携砂胶塞先导性试验 肇11斜59井压裂施工曲线肇11斜59(P4)SubtitleDescriptionDate时间(min)Pump pressure Mpa Rate m3/min Prop conc kg/m3 0.09 12.81 25.54 38.26 50.98 63.71 -0.55 9.72 20.00 30.28 40.55 50.83 -0.04 0.66 1.36 2.06 2.75 3.45 -9.3 167.1 343.5 519.9 696.4 872.8压裂施工过程：压裂施工过程：该井共压裂2层段。考虑到第

20、一层厚度小，且没有有效厚度，压前进行了酸化预处理，破裂压力35MPa，瞬时停泵压力12.31 Mpa，加砂6m3，裂缝延伸压力3031.7 MPa。4、水平井携砂胶塞先导性试验 肇11斜59(P23)SubtitleDescriptionDate时间(min)Pump pressure Mpa Rate m3/min Prop conc kg/m3 0.12 4.44 8.76 13.08 17.40 21.72 -0.57 9.53 19.64 29.74 39.84 49.95 -0.04 0.59 1.21 1.83 2.45 3.07 -8.9 148.8 306.6 464.3 62

21、2.1 779.9压完第一层后扩散压力待压完第一层后扩散压力待裂缝闭合后，打入携砂液裂缝闭合后，打入携砂液胶塞，上提管柱胶塞，上提管柱30m,30m,封隔封隔器坐封后最高泵压器坐封后最高泵压48 MPa48 MPa，停车，再次起车，缓慢憋停车，再次起车，缓慢憋压至压至43.37 MPa43.37 MPa，第二层压，第二层压开开 。压裂施工分析：压裂施工分析：从压裂施工曲线上可以从压裂施工曲线上可以看出，两个层的破裂压力、裂缝延伸压看出，两个层的破裂压力、裂缝延伸压力、瞬时停泵压力、滤失量等各项施工力、瞬时停泵压力、滤失量等各项施工参数明显不同，说明压开的是两个不同参数明显不同，说明压开的是两个

22、不同的层位，因此可以确定本次携砂胶塞分的层位，因此可以确定本次携砂胶塞分层压裂是成功的，完成了两个不同层位层压裂是成功的，完成了两个不同层位的压裂施工。为了进一步加以证实，可的压裂施工。为了进一步加以证实，可以在该井投产后进行产液剖面测试。以在该井投产后进行产液剖面测试。4、水平井携砂胶塞先导性试验 4、水平井携砂胶塞压裂工艺 该井是一口已射孔的老井该井是一口已射孔的老井,04年年1月投产月投产,已射开已射开5个层段。个层段。本次选择其中的本次选择其中的3个层段进行压裂改造。水平段长个层段进行压裂改造。水平段长748.6m，主要改造层系为萨主要改造层系为萨。压裂施工分析：压裂施工分析：从从压裂

23、施工曲线上可压裂施工曲线上可以看出，前两个小以看出，前两个小层的破裂压力、裂层的破裂压力、裂缝延伸压力、瞬时缝延伸压力、瞬时停泵压力、滤失量停泵压力、滤失量等各项施工参数明等各项施工参数明显不同，说明压开显不同，说明压开的是两个不同的层的是两个不同的层位位 开展裂缝扩展模拟研究 通过净液和各携砂浓度的摩阻测试，研究炮眼磨蚀规律 改进三维压裂模拟软件 合理布孔方法 优化射孔参数和压裂施 工参数 南230-平257井摩阻变化曲线1、研究裂缝开启、延伸规律，提高裂缝的控制水平 裂缝三维模拟图 在长水平段上同时压开35条裂缝,而裂缝形态受区域应力、射孔、施工参数、地质非均质性等影响，裂缝形态复杂2、研

24、究裂缝形态的测试和模拟解释方法3、水平井分段限流技术研究通过以上研究，要实现裂缝形态及延伸规律的定量解释，提高水平井压裂布孔和压裂优化设计水平，形成具有“分”难压段，穿层“合”大段限流，降 成本，降风险一口井中有“分”有“合”分段压裂是提高水平井裂缝控制的有效手段，应形成以分段限流压裂为主体的配套技术：研究不压井起桥塞工艺，探索简化施工工序，降低施工成本的方法，开展连续油管+桥塞分段限流压裂试验。对于已大段射孔的老井，开展试验，加强胶塞配方研究，优化配置工艺，降低对储层的伤害，降低成本。水平井的射孔完井产能预测方法研究；不同产率比预测模型的求解方法；水平井射孔参数的敏感性分析；水平井最优射孔井段确定方法研究；水平井射孔优化软件的开发水平井内盲孔射孔器研制；水平井复合射孔技术研究。演讲完毕，谢谢观看！