压裂技术新进展一.ppt

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 目 录 1、水力压裂机理及工艺模拟研究 2、水平井分段压裂技术 3、压裂裂缝实时测量技术 4、压裂工艺及新材料 1、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 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 1、水力压裂机理研究 编编 号号 研究单位研究单位 试样尺寸试样尺寸 (mm)(mm) 三轴应力三轴应力 ( (mpampa) ) 孔隙孔隙 压力压力 试样岩性试样岩性 裂缝裂缝 监测监测 1 1 delft university of delft university of technologytechnology 30300030300030030037.537.5水泥水泥位移传感器位移传感器 2 2 hallibutonhallibuton energy services energy services 151533454577305305 151533153153254254 2525砂岩砂岩无无 3 3 the university of new the university of new south walessouth wales 4004004004004004003030砂岩砂岩无无 4 4 rock mechanics inc. rock mechanics inc. science applications incscience applications inc 30030030030030030020.720.7 泥页岩泥页岩 石膏岩石膏岩 无无 5 5 sandia natl. laboratoriessandia natl. laboratories 203203152.4152.4152.152. 4 4 无无 6 6 university of california, university of california, berkeley and shellberkeley and shell 4604604604604604605555 砂岩砂岩 灰岩灰岩 声发射声发射 系统系统 7 7 中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）3003003003003003002727 水泥水泥 砂岩砂岩 声发射系统声发射系统 8 8 中石油勘探开发研究院中石油勘探开发研究院3003003003003003005656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 uudelft university of technologydelft university of technology（19921992、19991999、20022002） uu地点地点: : 荷兰荷兰 uu试样尺寸：试样尺寸：300300300mm 300300300mm 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37.5mpa37.5mpa，相对于地层，相对于地层3500m3500m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（lvdtlvdt），监测在），监测在 地应力状态下试样的变形量地应力状态下试样的变形量 uu研究内容研究内容: : 1 1）砂岩的起裂研究；）砂岩的起裂研究； 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； 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； 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； 1、水力压裂机理研究 实验装置的部分照片及流程示意图实验装置的部分照片及流程示意图 1、水力压裂机理研究 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 液体前缘液体前缘 夹板夹板 切口切口 树脂树脂 hallibutonhallibuton energy services energy services （19731973、19871987、19921992、19951995） uu地点地点: : dunkendunken oklahemaoklahema uu最大试样尺寸：最大试样尺寸：153457305mm153457305mm和和153153254mm153153254mm的的 矩形试样矩形试样 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21mpa21mpa uu研究内容研究内容: : 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 ； 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; ; 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； 4 4）射孔段起裂多裂缝的研究；）射孔段起裂多裂缝的研究； 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； 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； 1、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 new south wales （19971997、20022002、20002000） uu地点地点: : 悉尼悉尼 uu试样尺寸：试样尺寸：400400400mm 400400400mm 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30mpa30mpa， uu研究内容研究内容: : 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； 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； 1、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 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 schlumberger perforating 14mpa; uu 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注水情况下，水力裂缝的扩展机理 1、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, oklahomaoklahoma uufracturing fluid characterization fracturing fluid characterization facility(ffcffacility(ffcf) )； （1992199220002000） uu由混合泵压系统、预处理系统、数据采集系统和流变测量由混合泵压系统、预处理系统、数据采集系统和流变测量 系统组成；系统组成； uu工程造价：工程造价： doe contribution: $ 6,900,000doe contribution: $ 6,900,000（基础设（基础设 施建设）施建设） performer contribution: $ 4,057,674performer contribution: $ 4,057,674（ 试验操作控制系统）试验操作控制系统） 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；撑剂输送与反排及流体滤失等； 1、水力压裂机理研究 美国美国mtsmts公司拟三轴岩石材料实验装置公司拟三轴岩石材料实验装置 （成都理工大学、四川大学成都理工大学、四川大学） 9494年年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，最高环境温 度：度：200200；孔隙流体介质：水；孔隙流体介质：水 100mm 100mm （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）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、岩石变形全过程曲线）超声波参数（运动学特征比、岩石变形全过程曲线）超声波参数（运动学特征-p-p、s s 1 1 、s s 2 2 波的波速，动力学特征波的波速，动力学特征-振振 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、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、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。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。 slopeslope stimulation laboratory for oil production enhancementstimulation laboratory for oil production enhancement mumuthetathetadarcysdarcys arcarc 000 000 rp m tem p pressu re regulat or 125 000 tem p pressur e pressur e 000 tem p 000 tem p 000 tem p acesacesdatadata pulse dampenerpulse dampener tank1tank1 tank 2tank 2 blendingblending tanktank stirrerstirrer mixing pumpmixing pump (centrifugal)(centrifugal) motormotor controllercontroller crosslinkercrosslinker cylindercylinder crosslinkercrosslinker pumppump intensifierintensifier pumppump 混配单元混配单元 shear loopshear loop loop lengthloop length manifoldmanifold connectionconnection to heat to heat transfertransfer systemsystem tube-in-tubetube-in-tube heatheat exchangerexchanger strut supportstrut support systemsystem connect to connect to conductivity conductivity system or system or rheometerrheometer (dynamic(dynamic loading)loading) skid-mountedskid-mounted unitunit theta - tubing heat exchange and test apparatus 剪切系统剪切系统 darcydarcy 大尺寸大尺寸 100 in100 in 2 2 酸压系统酸压系统 流变仪流变仪 vga monitorvga monitor cpucpu case case keyboardkeyboard speed indicatorspeed indicator temp indicatortemp indicator pressure pressure regulatorregulator bob and cupbob and cup high-temphigh-temp bathbath 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统 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 (1.8 0.5 ft (0.15 m) by 6 ft (1.8 m) m) to 4 ft (1.2 m) by 16 ft to 4 ft (1.2 m) by 16 ft (4.9 m)(4.9