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压裂工艺技术 采油工艺研究所 井下工具是采油工艺的重要组成部分 它是保障采油工艺实施的重要手段 压裂井下工具是保障压裂工艺实施的重要手段 目前压裂井下工具的发展 不仅与压裂采油工艺相结合 同时 随着油田开采难度的加大 压裂井下工具同地质相结合 使压裂工艺与地质的结合更加紧密 为更好地提高油田采收率服务 压裂工具与管柱 随着压裂工艺的发展 压裂井下工具同时取得了很大的进步与发展 目前 大庆油田压裂井下工具已形成系列化与配套化 满足油田压裂不同地质特点的油层需要 下面把常用的井下压裂工具做一介绍 压裂封隔器主要起着分隔油层的目的 保障压裂更加有针对性 实施细分分层压裂需求 目前 大庆油田压裂封隔器 根据胶筒工作形式的不同 主要分为两大类 既扩张式与压缩式等十几种压裂封隔器 一 压裂封隔器 二 压裂工具与管柱 用途 主要用于油水井分层压裂 也可用于注水 酸化等其它工艺 1 K344 114封隔器 原DDQ457 9 结构 主要由上接头 中心管 下接头及封隔件胶筒等组成 工作原理 中心管加压时 液压经滤网罩 下接头的孔眼和中心管的水槽作用于胶筒内腔 使胶筒胀大封隔油套环形空间 放掉油管内压力 胶筒收回封隔器解封 技术参数 工作压差50MPa温度50 最大外径 114mm最小内径 55mm最大长度0 87m 1 K344 114封隔器 结构 该封隔器不同于K344 114封隔器 它是把封隔器与喷砂器融为一体的封隔器 具有双重功能 它主要由上接头 喷砂体总成及中心管 胶筒件等组成 2 K344 114导压喷砂封隔器 用途 主要用于大砂量 砂比较高的压裂中 该封隔器具有座封机构 压裂时 通过压裂液从油管内加液压 当排量到一定时 液压经导压通道作用于胶筒内腔 依靠节流装置产行的压差使封隔器座封 密封油套管环形空间 同时压裂液通过导压喷口进入地层 泄压时胶筒自行解封 工作原理 技术参数 工作压差50MPa温度90 最大外径 114mm最小内径 30mm最大长度1 47m 2 K344 114导压封隔器 该封隔器目前仅有适于 139 7mm套管与 168mm套管井中 结构 该封隔器主要由上接头 洗井阀 双层中心管 下接头及胶筒等组成 3 K344 114可洗井封隔器 用途 主要用于斜直井分层压裂 技术参数 工作压差50MPa温度70 最大外径 114mm最小内径 55mm最大长度1m 3 K344 114可洗井封隔器 结构 如图 该封隔器主要由上接头 中心管 胶筒 座封缸 下接头等组成 4 Y344 114封隔器 工作原理 压裂时通过中心管进液 上 中 下三个外套缸在液压作用下上行压缩胶筒 密封油套环形空间 三缸总面积110cm2在1MPa压差下可得到10KN的上推力 保证封隔器低压初封 该工具泄压后 压差消失 封隔器自行解封 用途 主要用于中深井压裂 技术参数 工作压差80MPa温度150 最大外径 114mm最小内径 53mm最大长度1175mm 4 Y344 114封隔器 结构 该封隔器主要由上接头 中心管 胶筒 下接头及配件等组成 5 Y111 114封隔器 工作原理 该封隔器属于支撑式封隔器 并以井底式卡瓦封隔器为支撑点 坐封时 按所需坐封高度 油管挂距顶丝法兰的高度 下放管柱 因承压接头与下接头作相对运动 通过管柱自身重量剪断销钉 使上接头 调节环 中心管及防转销钉随管柱一起下压缩胶筒 使封隔器坐封 封隔油层 该工具上提管柱解封 用途 该封隔器主要与其它压裂工具配合使用进行分层压裂 技术参数 工作压差80MPa温度150 最大外径 114mm最小内径 60mm最大长度800mm 5 Y111 114封隔器 存在的问题 不能多级使用 6 Y344 114可洗井封隔器 结构 由上接头 中心管 压缩胶筒 下接头 洗井机构等组成 用途 用于高砂比压裂 工作原理 压裂时 液压通过中心管进液孔作用于上中下三个坐封钢套上 坐封钢套在液压作用下压缩胶筒 密封油套环形空间 压裂后需要洗井时 可反循环洗井 打开反循环洗井通道 把卡距内的压裂砂冲洗干净 使封隔器顺利起出 技术参数 工作压差50MPa温度120 最大外径 114mm最小内径 42mm最大长度1255mm 6 Y344 114可洗井封隔器 结构 该喷砂器主要由上接头 中心管 弹簧 调节环 下接头等组成 7 DQKPS 114喷砂器 用途 用于分层压裂 喷砂器的作用是 保证坐封封隔器 起到出液出砂的作用 这样喷砂器通过弹簧对起开凡尔有一个预压力 使管柱内外有一个定压差 弹簧喷砂器预压力的大小由调节环调节 压裂时 当油管内的高压液体通过中心管内孔眼进入凡尔座的内腔 在压力的作用下起开凡尔上行 离开凡尔座 此时油管内的高压液体进入地层 弹簧喷砂器也可以带滑套 逐级打开 进行分层压裂 工作原理 技术参数 工作压差50MPa温度90 最大外径 114mm最小内径 40mm最大长度600mm 7 DQKPS 114喷砂器 结构 主要由上下接头 滑套及销钉等组成 8 DQKAN 114安全接头 用途 用于压裂管柱的丢手 有利于事故的处理 工作原理 该工具上下接头分别有一组销钉 组成反力矩防止工具下井过程中反扣松脱 而且下接头的剪断销钉在22MPa压差下剪断 压后如果管柱遇卡可右旋转油管 安全接头倒扣丢手 起出安全接头以上的管柱 工作压差60MPa温度120 最大外径 114mm最小内径 50mm最大长度400mm 技术参数 8 DQKAN 114安全接头 结构 主要由锚体 锚爪 弹簧等组成 9 DQKSL 114水力锚 用途 用于锚定压裂管柱 防止管柱上顶或管柱蠕动 工作原理 当油管内起压时 锚爪在压差作用下 径向外移卡紧套管 泄压时 锚爪在弹簧力的作用下向内移动 锚爪收回 工作压力80MPa温度150 最大外径 114mm最小内径 50mm最大长度580mm 9 DQKSL 114水力锚 技术参数 10 DQKTQ投球器 用途 压裂过程中用于投送炮眼球 该管柱主要由k344 114封隔器与DQKPS 114喷砂器组成 适于井深1500m以内 温度70 工作压力50MPa条件的油水井分层压裂施工 可进行多层分层压裂 一般可压裂4个层段 二 压裂管柱 1 滑套式分层压裂管柱 DQKPS 114喷砂器可带滑套 一般滑套有 42mm 37mm 32mm三种规格 压裂时可分别投 36mm 40mm 47 5mm钢球 分别打开相应滑套 压裂时 从油管内加液压 利用弹簧喷砂器的预节流压差 使封隔器座封 密封油套环形空间 压裂液经喷砂器凡尔进入地层 压开地层 当需要压裂其它层时 则逐级投相应的钢球 打开滑套分别进行分层压裂 一般可压裂4个层段 该管柱属于常规压裂管柱 结合其它工艺 可进行相应工艺施工 如常规分层压裂工艺 限流法压裂工艺 投球法多裂缝压裂工艺等 该管柱主要由定位压裂封隔器组成 适于井深1500m以内 温度70 工作压差45MPa条件下的油水井定位压裂施工 一次施工可压3 5个油层 2 定位压裂管柱 定位压裂封隔器是由一组长胶筒与短喷砂体组成的多级封隔器 即起封隔作用 又起喷砂器作用 适于跨度一般不超过20m的油层压裂施工 目前主要以 139 7mm套管应用为主 压裂时 利用封隔器中的节流装置产生的压差 使封隔器长胶筒扩张 使压裂裂缝定位 同时压裂液经喷砂体进入地层 压开油层 同时还可通过平衡装置控制保护0 8m的隔层 泄压后封隔器自行解封 该管柱主要应用于定位平衡压裂工艺技术 该管柱主要由Y344 114可反洗井封隔器与K344 114导压喷砂封隔器组成 适于井深1500m以内 温度90 工作压力50MPa条件下的油层分层高砂比压裂 一般可进行2 3个层段的压裂施工 3 高砂比压裂管柱 该管柱具有反冲砂洗井功能 可防止砂卡管柱 高砂比压裂施工中 加砂砂比高 施工过程中容易造成砂卡 这时可从套管打压 这样环空液推动上封隔器的洗井凡尔向上移动 启开洗井通道 液体由反洗井通道进入胶筒下部的油套环形空间 将该空间的砂子冲洗干净 达到了反洗井冲砂的目的 保证管柱施工安全 压裂时 利用导压喷砂封隔器中的节流装置产生的节流压差 使上下封隔器座封 流体经导压喷砂封隔器出砂口进入地层 采用上提方式一次施工可进行2 3段施工 工作原理 该管柱主要由安全接头 水力锚 K344 114反洗井封隔器与K344 114导压喷砂封隔器组成 适于井深1500m以内 温度90 工作压差50MPa条件下的油层斜直井分层压裂 一般一次施工可完成2 3段压裂 4 斜直井分层压裂管柱 该管柱具有反洗冲砂功能 比较安全 斜直井由于井筒具有一定角度 在压裂过程中易于沉砂 造成砂卡 同时受力情况也不同于直井 不易活动管柱 因此 在设计时设计了反冲砂功能 一但砂卡 可反循环洗井 进行冲砂 达到解卡目的 压裂时一定流速的高压压裂液体 经过导压喷砂封隔器内的节流嘴形成压降 在管柱内外造成一定压差 使上下封隔器坐封 隔离目的层 对该层进行压裂 泄压后管柱自行解封 工作原理 该管柱主要由安全接头 水力锚 深井多级封隔器及导压喷砂封隔器组成 适于井深2000m以内温度90 工作压差50MPa条件下的中深井分层压裂 不动管柱可完成2 3段压裂 结合其它工艺可完成更多层压裂 该管柱可适于大砂量 高砂比 多层压裂施工 5 逐级释放多层压裂管柱 7号油层 8号油层 10号油层 9号油层 11号油层 10号油层 11号油层 1 2 3 4 5 6 7 8 分卡型压裂管柱图1 油管 2 安全接头 3 水力锚 4 多级封隔器 5 导压喷砂封隔器 6 K344封隔器 7 导压喷砂封隔器 8 丝堵 压裂时 首先压裂第一个目的层 该层是利用敞口喷砂封隔器中的节流装置使下两级封隔器座封 封隔油套环形空间 当压完第一个目的层后 投节流嘴总成 节流嘴总成到达预定位置后 使多级封隔器滑套销钉剪断 首先启开多级封隔器进液通道 然后节流嘴总成继续下行使下级导压封隔器滑套打开 压裂时 利用节流嘴嘴损形成油套压差 使封隔器座封且密封油套环空 压裂第二个目的层 该管柱的最大特点是下两级封隔器工作时 以上其它封隔器不工作 这样有利于管柱长时间工作 工作原理 该管柱由安全接头 水力锚 Y344 114及 25mm喷嘴组成 主要应用于井深大于1500m的中深井致密油层的压裂改造中 结合填砂法可进行多层的分层压裂改造 最大的优点是施工过程中 管柱较安全不卡管柱 同时管柱结构简单 6 喷嘴式单压下层压裂管柱 喷嘴型压裂管柱图1 安全接头 2 水力锚 3 封隔器 4 导压喷砂封隔器 5 水力锚 6 K344封隔器 7 喷嘴 该管柱在使用时 水力锚的选择是较重要的 在压裂过程中 管柱一直处于上顶状态 必须选择合适的水力锚进行锚定 水力锚的锚定力必须大于管柱的上顶力 这样在压裂施工过程中 施工才能比较安全进行 该管柱主要由安全接头 水力锚 Y344 114封隔器 DKDPS 114导压喷砂器及Y344 114封隔器组成 该管柱适于井深1500 3000m 井温度140 工作压力70MPa条件下的油层压裂改造 7 中深井压裂管柱 该管柱的特点是 利用导压喷砂器的大侧孔泄流 减缓了压裂过程中砂子对套管的破坏程度 适于大砂量施工 压裂时 该管柱主要是利用导压喷砂器内部的节流嘴和导压通道传压 使上下级封隔器坐封 同时水力锚锚爪卡紧套管内壁 压裂液经导压喷砂器的侧孔进入到地层中 压开地层 采用上提方式一趟管柱可压裂2 3个层段 工作原理 该管柱适应于 139 7mm套管 井温150 破裂压力80MPa条件下的外围勘探油气井的大型压裂施工 管柱主要由Y443 114 深 与Y111 114封隔器及喷砂器等组成 8 深井压裂管柱 该管柱一次可完成两层段压裂 压完下层后投球启开滑套喷砂器压裂上层 由于管柱上下有力锚和卡瓦固定 密封段的下端为活动端 卡距之间不承受拉力 因此 能够满足压力高 大砂量的油水井压裂施工 压裂施工中 首先是利用专用管柱下入Y443 114 深 封隔器于压裂目的层下隔层 使之坐封丢手 然后下入带水力锚 Y111 114封隔器 喷砂器及插入密封段的管柱 管柱到位后进行压裂施工 工作原理 该管柱主要适于 114 3mm套管井 井温90 的油层压裂改造 管柱分两种 一是主要K344 95封隔器与K344 95导压喷砂封隔器组成的分层压裂管柱 适应于井深1500m以内的小井眼分层压裂改造 原理同时其它类似管柱相同 二是套管预制式分层压裂管柱 9 小井眼压裂管柱 小井眼分层压裂管柱示意图 封隔器 导压喷砂封隔器 油管 安全接头 水力锚 K344 95封隔器 丝堵 1 油层 2 油层 套管预制式分层压裂是根据固井胶塞过孔最小尺寸 确定出工作筒内径 先把预制的工作筒随套管下到设计深度 它与插入式密封段和带滑套式喷砂器组成的压裂管柱相配合 通过逐级打滑套并结合其它压裂工艺实现压裂多层的目的 其工作筒内径 97 5mm 下井工具简单 施工安全程度高 工作台阶内通径 98mm 可与注水及堵水工具相配套 能满足泵抽管柱对通径的需要 可与外径 95mm封隔器分层压裂管柱配套进行分层压裂 该管柱的特点 1 2 3 该压裂方式 在套管内不下入油管 主要是利用套管内的通道作为压裂液通道 主要适应于井深1500m以内的油层压裂改造 10 套管压裂 油套合压主要是为了降低摩阻 提高排量情况下的多层压裂 它是利用油管空间及油管与套管的环形空间做为压裂时的压裂液通道 增大了压裂液过流面积 主要适应于井深1500m以下的油层压裂改造 11 油套合压 所谓的普通压裂技术 就是指大庆油田最先研究的 常规的或常用的单层分卡压裂工艺技术 该技术管柱主要投球器 井口球阀 工作筒和堵塞器 K344 114封隔器 喷砂器等组成 喷砂器可敞口或带滑套 祥见滑套式分层压裂管柱介绍 三 压裂工艺技术 一 普通压裂技术 其原理是利用不压井 不放喷井口装置 井口工作筒和堵塞器 可使压裂管柱实现不压井 不放喷起下作业 利用井下滑套喷砂器逐级启开 自下而上实现多层的分层压裂 每压裂完一层时 从井口投入不同直径的钢球将滑套憋到已压开层的喷砂器上将其水眼堵死 目的打开上一层喷砂器的出砂口 开始对上一层进行压裂 从而实现不动管柱一次连续压3 4层 压裂层段具有2m以上厚度的隔层 以保证封隔器分卡 压裂井的套管无变形损坏等 固井质量好 管外无窜槽 采取低密度射孔 大排量施工 依靠压裂液通过射孔炮眼时产生的摩阻 大幅度提高井底压力 从而使压裂液自动转向 以相继压开破裂压力相近的各个目的层 这项技术的关键是 根据目的地层的物性 砂岩厚度 纵向相邻油层情况及平面上的连通关系 确定合理的布孔方案 确定每个目的层所射孔炮眼数量及直径 以此来控制不同油层的处理强度 获得所需要的产液剖面 二 限流法压裂技术 1 工艺原理 限流法压裂原理图 式中 Ppf 炮眼摩阻 MPa Q 注入排量 m3 min 压裂液密度 kg m3n 射孔炮眼数量 d 炮眼平均直径 mm 大庆地区取8 3mm 上述公式 既可用来确定施工设计参数 也可根据施工结果获得Ppf和Q 以及d和 等参数 求得携砂进入炮眼的有效孔数n 以此来确定在一个层段内压开了多少层数 计算炮眼摩阻的公式为 主要适用于纵向和平面上油水分布情况比较复杂的低渗透率薄油层的多层完井改造 在3m3 min左右的注入排量下 一次压裂可形成多条裂缝 与滑套式分层压裂管柱配套使用 一次可使15 30个目的层得到处理 完善系数1 54 2 37 施工一次成功率达98 自1985年以来 限流法压裂已在大庆油田2000多口调整井中推广应用 高含水后期单井日产油11 14t 成为改善低渗透率薄弱油层开发效果的重要技术 布孔方案的确定 限流法设计中制定合理的布孔方案是决定工艺效果的核心内容 布孔原则如下 充分利用设备排量保证足够的炮眼摩阻压开尽可能多的目的层 根据每一个层的具体情况按比例地分配炮眼数量 控制已见水或平面上容易水窜的目的层 选择层内渗透率最好的部位射孔 当层内存在岩性或物性的薄夹层时 夹层上 下分别布孔 2 压裂工艺设计方法 当目的层附近有其它可能在压裂中与之窜通的非目的层时 应注意拉开布孔与隔层的距离 当隔层厚度不足3m时 更应注意这一点 考虑到裂缝破碎带的影响 当处理层内层数多 而炮眼总数受到限制少于待处理层数的情况下 可在紧密相邻的几个小层中间位置布孔 由于受到目前实际射孔水平的限制 个别炮眼的堵塞难以避免 因而允许实际的布孔数量比理论计算的稍多一些 以利于顺利完成施工 射孔方案要结合考虑压裂施工的需要 在确定射孔方案的同时 确定压裂施工的方式 这一方法适用于多油层分散组合 即一口井中的目的层纵向分布成几个小段 每一段内都有几个相邻小层的情况 由于充分利用了层段间存在的较厚隔层 化多为少 降低了对排量的要求 3 压裂方式选定 鉴于目前的工艺条件 供选择压裂方式有以下四种 滑套式管柱分层压裂法 当目的层多而密集 不能用封隔器分卡 受设备或地面条件限制 又不能提供足够施工排量的情况下 可以用投炮眼球的方法将限流法分成几级进行 每一级都同时处理几个层 处理级数如下 炮眼球分级限流法 处理级数 单孔额定排量 待处理炮眼总数 井口设备排量 这一方法同时从油管和套管注入液体 大幅度降低了摩阻 提高了排量 当关闭套管闸门 单独从油管注入时 可直接从油套压力表读出管损的数值 是测量管损的方法 油套合压法 套管压裂法 井内不下油管 直接由套管注入压裂液 管损极小 适用于对排量要求很高的情况 限流压裂采取井温测试 环空测试和 有效孔数法 等分析压裂效果 有效孔数法 计算公式见前述公式 1 4 效果检测方法 炮眼球分级压裂技术 适用于层间隔层小 或油层跨距大 用封隔器分采难以控制的已射孔的多个油层进行分层压裂 压裂层段内有多个已按一定方式孔密射开的压裂目的层时 一般受施工注入排量的限制 在第一个目的层或层段 破裂压力最低的目的层 被压开后 绝大部分压裂液都将被已压开层或层段吸收 井底压力很难上升到第二个目的层或层段破裂的水平 通常一次施工只能压裂一个目的层或几个小层 采用炮眼球封堵 则可使多个油层得到压裂改造 三 炮眼球分级压裂技术 该技术原理是 利用已压开层吸液量大的特点 在完成一个目的层段 几个小层 压裂施工后 用压裂液将一定个数的炮眼球带入已压开层的射孔炮眼处封堵该层射孔炮眼 迫使压裂液进入其它未压开层或层段 使井底压力提高 从而使另一个破裂压力更高的目的层被压开 如此反复进行 直到压裂层段内所有目的层都被压开为止 达到一次施工压开多个目的层的目的 该技术具有省钱省时 经济效益好 适应范围广 提高施工时效 可以和其它工艺方法配合使用 该技术的缺点是在地面不能准确判断各目的层被压开的顺序时 投球数量具有一定的盲目性 相应地也就可能出现没处理的遗漏目的层 影响压裂效果 该技术的特点 一是压裂完一个目的层后投入一定数量的直径大于射孔炮眼直径的炮眼球 迫使压裂液转向 从而压开其它层 二是一个炮眼球堵一个射孔炮眼 该技术的技术关键是 在进行该技术施工时 把一个压裂大的层段多个小层 按技术要求分成2 3个小层段 然后根据施工能力 分别投炮眼球 进行分一级或二级进行分层压裂 因此要求设计合理 计算准确 只有这样才能更好地实施炮眼球分级压裂 炮眼球有高密度球与低密度球两类 即球的密度有的大于压裂液密度 有的密度低于压裂液密度 该技术与限流技术相结合时 一般球的密度都低于压裂液的密度 这样在低排量 低压力情况下有利于炮眼球的座封 根据压开层位吸液能力高的特点 在一个压裂层段内压开第一层后 在低压下挤入高强度暂堵剂将已压开层的炮眼堵住 提高泵压压开第二层 然后再堵第二层再压第三层 这样可在一个层段内形成多条裂缝 其工艺特点是单层处理强度低 有利于重复压裂 四 投球法多裂缝压裂工艺技术 1 工艺原理 多裂缝压裂技术示意图1 压开第一层 2 封堵第一层 3 压开第二层 4 封堵第二层 5 压开第三层 可用于常规射孔井 夹层小于2m 层段内有较发育的多层不含水或低含水薄油层 且与注水井连通较好 也可用于重复压裂 达到一井压多段 一段压多层 提高油井产能 可用于油井和注水井调整出油剖面和吸水剖面 能有效地挖掘常规射孔完井中 低渗透率薄油层的潜力 是高含水期常规射孔井低渗透薄油层挖潜的重要措施 高强度转向剂 蜡球 的作用就是 封堵已射开油层的炮眼及已压开油层裂缝口及炮眼迫使高压压裂液转向进入其它油层从而获得一个卡段内压裂多个油层的目的 然后在油层条件下自行解堵 对油层无污染 2 高强度转向剂 蜡球 的性能及理论计算方法 QYZ高强度转向剂的组成主要有增强剂 增塑剂 增溶剂三种有机物组成 试块承压强度 288 2kg cm2 比重 0 998 油溶性 软化点 65 粒径 4 6mm 占40 3mm 占60 使用温度 45 90 1 高强度转向剂 蜡球 主要技术指标 被处理层的射开总厚度 有效厚度 枪型 渗透率 射开层间的夹层厚度及小层数 全井的产液量 含水及生产方式 施工时所采用的管柱结构及以往所采取的措施 井身结构 状况及完井方式 2 高强度暂堵剂 蜡球 设计用量应考虑的因素 式中 n 射孔炮眼数 个 H 两封隔器间卡距 m B 附加量 一般为4 5kg 3 高强度转向剂 蜡球 理论计算公式 C总 0 15n 0 1H B 公斤 该工艺技术的特点是 不受完井工艺的限制 在常规射孔已投产的油井中 可按设计要求 达到一井压多段 一段压多层 不足之处在于施工过程中地面难以有效的准确的进行控制 表外储层是大庆油田高含水后期挖潜重点之一 由于这类储层产能低 必须压裂投产 而它与表内层间的隔层厚度又小 最薄的只有0 4m 为此 研究应用了既能一次压开多个表外储层 又能有效保护薄隔层和水泥环的平衡限流法完井压裂工艺技术 五 平衡限流法完井压裂工艺技术 压裂过程中 薄隔层或水泥环被破坏的直接原因是压裂层与末压裂层之间压差超过隔层或水泥环的承压界限而将其击穿 利用大庆长垣内部压裂裂缝主要为水平裂缝形态的特点 将同一层段内的压裂层和高含水未压层按平衡限流法压裂的布孔原则同时射开 再采用限流法压裂 使隔层上下两个层处于同一压力系统中 保持压力平衡 从而达到保护薄隔层的目的 压后再对射开的高含水层进行封堵 以防止油井投产后含水急剧上升 考虑到射孔对水泥环的破坏作用 为了保证水泥环的隔离性能 固井质量检查声幅曲线为直线的薄隔层 才可进行平衡限流法压裂完井 1 工艺原理 采用选择性定点射孔方案进行布孔 保证压裂目的层的裂缝在最佳部位产生 利用高含水层的层内物性或岩性夹层 使其裂缝尽可能处于低含水部位 每个压裂目的层的布孔数量应根据施工的设备能力 射孔炮眼直径与压裂层段内的目的层数量和油层厚度综合确定 为了加强目的油层的处理强度 控制高含水层的处理强度 可采用油层多布孔或布大孔 高含水层少布孔或布小孔的方法来实现 孔眼设计计算方法同限流法压裂技术 施工方式可采用滑套式多层段压裂管柱 油套管合压管柱 套管或油管压裂管柱 并且可与限流法压裂完井技术配合使用 2 压裂设计方法 可用于隔层厚度大于0 4m的低渗透率薄油层的多层改造挖潜 也可用于具有岩性或物性夹层的非均质油层中的低含水部位压裂挖潜 3 适用地质条件 通过14口井50个薄隔层的平衡限流压裂试验和40多口井的推广应用表明 0 4m以上厚度薄隔层在压裂过程中得到了良好保护 14口试验井中 0 4m厚度的薄隔层共7个 压裂前后验窜资料反映出在压裂过程中薄隔层均保持完好 4 作用与效果 由于在布孔过程中部分高含水层是选择低含水部位布孔的 因此 油井进行平衡限流法压裂后 在开采压裂目的层的同时 可对部分非均质水淹层的低含水部位进行一定时间的生产 杏13 J1 39井的高含水层厚度为10m 从测井曲线判断 该层为中部水淹 油层上 下部位含水较低 压裂设计时 该层上下部位各布一个平衡孔 压裂后 油井初期含水仅36 投产5个月后 含水才上升至48 固井质量良好 声幅曲线直线 的薄隔层处 采用低密度射孔时 射孔对水泥环的破坏作用很小 可以忽略 但声幅曲线有微小的波动时 射孔就可能对水泥环造成严重破坏 造成压裂前高含水层与目的层窜通 高含水层封堵后 0 4m以上的薄隔层岩层和水泥环都可以承受生产过程中的层间压差 定位平衡压裂技术工艺原理 首先建立在水平裂缝的前提下 在常规射孔井进行水力压裂时 在一定的排量下通过节流产生压差 使定位压裂封隔器坐封 利用定位平衡压裂封隔器上的长胶筒和喷砂体的组合来控制压裂目的层的裂缝形成的位置和吸液炮眼的数量 达到裂缝定位和使目的层产生水平裂缝的目的 六 定位平衡压裂技术 1 工艺原理 在需要保护的薄夹层的邻近高含水部位装有平衡装置 该装置只进液不进砂 使高含水层与压裂目的层处于同一压力系统中 夹层上下压力平衡而得到保护 通过大排量施工 依靠压裂液通过吸液炮眼所产生的摩阻 大幅度提高井底压力 从而相继压开破裂压力相近的各个目的层 一次施工可压开3 5个目的层 定位平衡压裂技术主要特点是工艺与地质相结合 它是一项选择性与针对性很强的压裂改造工艺技术 除此之外还具有以下几个特点 2 工艺特点 1 定位平衡压裂封隔器中胶筒和喷砂体的组合是根据目的层的地质特征及厚度确定的 工艺与地质结合紧密是该工艺的重要特点 2 封隔器上长胶筒与喷砂体融为一体 喷砂体长度很小 其直径与胶筒外径相同 避免了油套环形空间沉砂造成砂卡的问题 3 在封隔器内可装平衡装置 它吸液不吸砂 除起到导压平衡保护薄夹层的作用外 还相当于一个井下砂浆浓缩器 可以提高进入裂缝中的砂比浓度 有利于改善压裂效果 而高含水层吸液不进砂 产生裂缝不支撑 可以防止压裂后暴性水淹 4 定位平衡压裂封隔器可用密封段串接起来 多级封隔器可以同时工作 一次可以压裂的目的层数除与排量 孔密及孔径有关外 还与定位平衡压裂封隔器的结构参数有关 5 定位平衡压裂封隔器以上可以连接常规滑套式压裂管柱 实现定位平衡压裂与常规压裂相结合 使一趟管柱完成更多油层的压裂 6 在压力扩散裂缝闭合时 利用封隔器上长胶筒的摩阻效应 降低了地层裂缝的吞砂量 提高了压裂效果 定位平衡压裂工艺管柱主要由 76mm油管与定位平衡压裂封隔器组成 其中定位平衡压裂封隔器是工艺实施的关键工具 它主要由节流部件 长胶筒 中心管及喷砂体等组成 3 管柱结构 该封隔器不同于其它压裂工艺所使用的井下工具 封隔器与喷砂器是组合在一起的封隔器 其长度是不定的 主要根据压裂目的层的厚度和工艺要求 将不同规格长度的胶筒和喷砂体组合在一起 同时也可以根据保护薄夹层的需要将在对应高含水层的喷砂体上安装平衡装置 该装置只进液 不进砂 具有传导压力的作用 通过适当组合的定位平衡压裂封隔器覆盖大多数原射孔炮眼 只有对应喷砂体位置的少数炮眼接受压裂液 使常规射孔层位的吸液量得到控制 达到限流压裂的要求 又能实现压裂目的层与相邻高含水层间薄夹层的上下压力平衡 保护隔层 众所周知 油层含油饱和度和地层压力是影响压裂效果的主要地质因素 而压裂工艺的选择是影响挖潜效果好坏的工艺因素 两种因素是相互联系的 对于不同性质低渗透油层的改造 应采取一套与之相适应的压裂挖潜技术 才能获得更好地增产稳产效果 适合于该技术压裂改造油层的地质特征可分为三类 4 适应压裂油层的地质特征 水层顶底独立型 即压裂目的层与水层间有明显的厚度大于0 5m的阻渗层 隔层 分开 这部分目的层主要以薄层为主 同时也存在个别厚油层潜力 水层间薄层型 即压裂目的层位于两水淹层之间 并与水淹层有明显的厚度大于0 5m的阻渗层分开 此时两水淹层的距离相对较小 不能采取其它压裂工艺进行改造 砂层内部掺混型 即夹有个别已水淹的有效厚度小于0 5m薄油砂体 具有有效厚度的薄油层与表外层之间相互叠合而无明显隔层分开的厚砂层 针对大庆长垣内部各油田地质特征及水淹规律 结合本工艺技术特点 尽可能提高压裂效果 我们对不同类型的油层采取了不同的吸液炮眼布置方法 其基本原则如下 同时处理多个油层时 吸液炮眼总数应限制在一定范围内 炮眼总数的范围根据设备能力 射孔孔径确定 以保证产生足够的炮眼摩阻 使所有的目的层全部压开 对于水层间薄层型和砂层泥岩薄互层 即对于低渗透薄油层 一般选择渗透性较好的部位布置吸液炮眼 5 压裂目的层吸液炮眼的布置方法 对于存在稳定隔层的厚油层中的低含水部位或动用程度较差的低渗厚油层 一般选择渗透率较低的部位分配吸液炮眼 根据每个层的具体情况 尽可能按比例地分配各层吸液炮眼数量 突出主要目的层的处理强度 在目的层较多的情况下 施工排量和吸液炮眼总数又受到限制 可在紧密相邻的中间层上布置吸液炮眼 从压裂油层的地层条件出发 结合定位平衡压裂工艺技术特点 利用该技术处理的目的层除符合上述三种类型地质特征外 还应具有如下选井选层原则 压裂层段的跨度不宜太大 包括水淹层在内 一般情况下 压裂层段的跨度应限制在18m以内 以便有利于定位平衡压裂封隔器的组装和作业施工 在压裂管柱承受压力不许超过40MPa的前提下 充分利用设备排量 保证压开尽可能多的目的层 同时根据射孔孔径的大小 确定压裂目的层数量应在3 5个层之间 6 选井 选层原则及工艺要求 套管完好且压裂层段内的固井质量良好 无窜槽 特别是目的层与水淹层间的薄夹层平面上具有较好的稳定性 对于充当压裂隔层且小于2 5m 常规分卡不开 跨度不超过15m的砂泥岩薄互层层段 也可利用该技术对这类低渗透油层进行压裂改造 根据油井的动静资料分析压裂油层纵向分布和平面连通关系 对于易见水的中低渗透油层改造 应采取较低的处理强度 防止压后油层过早水淹 对较难见水的差油层改造 应采取较大的处理强度 以保证压裂效果 根据压裂目的层的地质特征 确定各目的层中裂缝的最佳位置 完成施工设计 根据各油层厚度和选择的裂缝位置 选配不同规格的长胶筒和喷砂体组合成定位平衡压裂封隔器 将多级定位平衡压裂封隔器在地面由导压密封段和短节串接在一起形成定位平衡压裂管柱后下入井中 采用磁性定位测量的方法校核管柱深度 使各级喷砂体准确定位于设计中选定的目的层最佳裂缝位置 痕迹法 当携砂液通过定位平衡压裂封隔器上的喷砂体进入地层时 对喷砂体进行磨蚀 产生磨蚀痕迹 通过这个痕迹反过来可判断油层被压开并进入支撑剂 该方法是定位平衡压裂的独特检测方法 测井温方法 通过对压裂目的层进行井温测井 可判断油层是否被压开 压开的油层井温降低 孔数分析法 在压裂施工完后 结合实际施工情况 采用孔数分析法进行综合分析来判断裂缝是否能够形成 7 压裂效果检测方法 定位平衡压裂技术在大庆油田应用上百口井 工艺成功率达96 以上 通过现场试验 认识如下 定位平衡压裂技术可以满足常规射孔井中低渗透油层的压裂改造 一次施工可压开3 5个目的层 定位平衡压裂技术可以保护压裂层段内目的层与高含水层之间的薄夹层 处理目的层针对性较强 对于常规射孔井中 与水淹厚油层相邻的夹层小于2m的低渗透油层的挖潜 该技术具有较强的适应性和优势 常规射孔井的非均质水淹厚油层中如存在稳定的物性或岩性夹层 则可利用该技术对厚油中低渗透部位进行压裂改造 8 现场应用效果分析及认识 大庆油田开发进入高含水阶段以后 井网逐步加密 井与井之间的距离日益缩小 油田地下油水分布日益复杂 为了控制含水上升速度 给油层水力压裂施工提出了新的要求 即控制裂缝长度 又要提高裂缝导流能力 形成短而宽的裂缝 为此开展了脱砂压裂工艺技术的研究 七 水平缝脱砂压裂工艺技术 通过控制前置液用量和施工排量 使携砂液达到动态缝尖端附近时 前置液完全滤失 前置液脱砂形成砂堵 阻止裂缝进一步延伸 当地面继续加砂时 裂缝长度不再增加 但宽度不断增大 从而形成短而宽的高导流能力裂缝 1 工艺原理 该项工艺压裂设计方法 压裂液的性能以及现场施工的判断与控制是成败的关键 水平裂缝条件下脱砂压裂设计方法包括五个方面 2 技术关键 有限厚度滤失速度的计算 缝内流体流动分析 径向模型的裂缝宽度计算 裂缝扩展的条件 裂缝连续性方程 现场试验2口井均取得成功 如拉7 1412井 压裂萨II5 6层 射开厚度3 1m 有效厚度2m 渗透率0 12 m2 施工前置液用量30m3 排量2 5m3 min 初始砂比28 最高砂比40 当加砂4 5min时压力上升 5min时泵压由4 5min的20MPa上升到27MPa 0 5min内压力上升了7 0MPa 说明加砂4 5min时 3m3前置液全部滤失完 通过计算 该层脱砂半径为19 3m 脱砂平均缝宽12mm 适用于加密井网低渗透薄油层的改造 3 适用地质条件 4 作用与效益 该技术主要应用在压裂裂缝形态为水平缝的油水互层 或压裂油层厚度较大 且油层低含水或不含水 剩余油厚度大于3 0m 同时层内有较发育的薄夹层 一般讲欲压裂层与不压层具有明显吸液差别 而其又不能应用封隔器分卡开的油层 这样的地质条件才能进行选择性压裂 八 选择性压裂工艺技术 该技术原理就是利用油层内不同部位或各油层之间吸收能力不同的特点 通过投入暂堵剂将渗透率高 吸收能力大的高含水层部位或人工裂缝所在的射孔炮眼暂时封堵 迫使压裂液分流 从而在其它部位或层内压开新裂缝 达到有选择的压裂油层目的 由于暂堵剂是油溶性的蜡球 在一定的井温条件下软化后溶于原油中 压后开井即可解堵 这项工艺可与不压井滑套分层压裂管柱相结合 应用在非均质层间 厚油层和重复压裂层的调整挖潜中 复合压裂技术是指对同一油层在较短时间内 先后采取高能气体压裂和水力压裂技术进行改造 它为高含水期提高改造挖潜效果提供了新的手段 九 复