高能气体压裂技术发展与现状

1、高能气体压裂技术发展与现状一、高能气体压裂技术的发展在其发展过程中不同的人从不同的角度出发,因而其名称也有差异。在文 献中所看到的名称有:高能气体压裂(HEGF 、气动脉冲压裂、热化学处理、爆 燃压裂、 推进剂压裂、 无壳粉末装药压力发生器等名称, 但大体上意思是一样的。 追根溯源,推进剂压裂起源于 19世纪 60年代,当时是向水井中开枪产生 振动可以增加水量。但在当代,是把推进剂用于油气井,增加油气井产量。以当 前可以看到的资料来分析, 美国约起源于 20世纪 70年代, 这一时期主要是研究 岩石力学,提出气驱裂缝是岩石力学的重要基础。二、高能气体压裂技术(推进剂压裂技术的现状1 从应用地域

2、上看 ,走向 全球推进剂压裂技术起初应用于美国、俄罗斯和中国,随着油气上游工业的发 展,应用的地域逐步扩大。以俄罗斯为轴心,扩大到土库曼、越南、乌克兰、乌 兹别克斯坦、哈萨 克 斯坦等 ; 以美国 为 轴心,扩 大到加 拿大、委内 瑞拉 (Halliburton Energy Services. Inc , 这些文献的团体作者中都有美国的公司; 唯独中国的推进剂压裂技术没有推向国外 (据说中国某公司在土库曼进行了压裂 施工,但未见文字报道 。2. 应用范围扩大2.1 从井的结构看,扩大到水平井、分支井推进剂压裂一开始仅用于垂直井, 但不久就探索在水平井运用推进剂压裂 技术开发老油田,改善已有的

3、激励方法,延缓水锥的不良影响的可行性。 1991年 5月至 1992年 1月运用 TORPEDO (爆燃弹在任意形状的 Wilson25水平井段进行了三次爆燃压裂试验, 2号弹和 3号弹压裂后的稳定增产率分别增长 458%和 349%,说明推进剂压裂水平井,甚至任意轨迹水平井均可,但要解决两个问题,一是推进剂爆燃弹装药,二是下井工具。 1992年 Oryx 能量 公司在裸眼水平井用推进剂压裂,压裂前总产液量不足 6桶 /日,处理后总产液 量达到 300桶 /日, 处理后原油产量为 3040桶 /日, 而此前的水力压裂产量无明 显改进; 1996年在碳酸盐岩裸眼、 Bakker 页岩,砂岩、含砂

4、石灰岩、石灰岩、 硅藻土、 Austia 白垩土地层用预先钻孔的松散衬管和割缝衬管完井的水平井上 作的 DGPL 激励,主要关心的问题是如何把推进剂放入水平段, 7次作业都显示 产量提高。一个典型的例子是,酸化处理不成功,再用 DGPL 激励,处理后油增 产 30%; 在阿拉斯加和北海的井使用应力压裂 (STRESSFRAC从 12英尺 (3.65米 产层增产量为 50200桶油 /日(790031600公斤 /日 ;在主井和分支井可同时 应用应力压裂也可分别单个处理。2.2 从井的用途看,扩大到注气井在委内瑞拉的 Ei Furria 油田,用高能气体压裂处理该气井,明显增加了 产气量。 该油

5、田采油层为砂岩地层, 块状砂岩内夹有页岩层面, 砂粒大小为中等 到粗大。根据生产测井结果,为改善注入剖面 , 增加注气量,拟定了 5种方案最 后决定用固体推进剂。2001年 5月,用 81英尺 (24.69米 长固体推进剂压裂 FUC-361G 井 ,处理前注气量为 7×106标准英尺 3/日(0.198×106米 3 /日,处理后注气量增加到 55×106英尺 3(1.557×106米 3 /日。2001年 11月对 Ful 671G 井进行了 7次作业,每次用 10英尺长(3.048米推进剂,处理前注气量为 10×106标准英尺 3(0.0

6、283×106米 3 /日,处理后注气量 65×106标准英尺 3(1.84×106米 3 /日。两个案例说明压开了射孔,注入量增加 68倍。实践证明, 在注入量下降时, 推进剂高能气体压裂是改进储层和井间连通性, 改进注入剖面的极好技术。2.3 适用的储层类型扩大委内瑞拉的 Pirital 油田属于 (cretaceous白垩系的高压高温油田 , 压力 为 12300psia(84.806×106帕 ,温度为 291°F 。在 21000英尺的测量深度及储 层孔隙度小于 46%, 渗透率低于 0.30.6md, 属于致密的硬岩石。 对两个勘探

7、井 PIC-25与 PIC-26完井的挑战是研究出一种能穿过损伤区使井筒与天然裂缝连通 的射孔器。 采用工业上当时用的射孔枪不能达到所要求的穿深, 故经评估后决定 运用推进剂辅助的射孔。采用 2 3/4英寸, 6孔 /英尺超深穿透射孔枪在两个井中不同的层(共 5个层进行射孔。对 PIC-25井 Naricual-5层深孔后,在 20英尺射孔段稳定产 率为 100桶油 /日。整个试验证明推进剂辅助的射孔能有效改善低渗、高温高压 的近井区条件, 试验层不必再作水力压裂, 作业过程安全。 由于高速记录仪限制 温度为 250°F ,在该井高温条件下不能使用高速记录仪,未能对作业过程进行 证实

8、。埃及 Raml 和 Ei-Faras 油田的 Bahariya 地层是一个垂向和侧向都是层状, 富含海绿石砂岩、石灰岩和大量页岩的非均质地层。研究表明,钻井过程中,钻 井液进入地层,因微粒沉淀、泥土膨胀、化学物质沉淀,在井筒周围引起损伤, 使液体流动的孔隙尺寸减少; 射孔过程中在孔道周围形成了压碎和致密区降低了 孔道周围渗透率。研究表明普通射孔周围损伤区为 1/4 到 1/2英寸,渗透率仅 为未损伤区渗透率的 7% 到 20%,由于进入射孔的流动为收敛流,这个损伤层大 大地影响了通过射孔的产率。例如,如果压实损伤层渗透率为原渗透率的 10%, 射孔的表皮系数高达 15。在这样的情况下,要尽快

9、收回投资,选用最佳射孔技 术至为关键。先用常规射孔,结果表皮系数达到 23,井流效率只有 0.27。于是采用推 进剂 /射孔相结合射孔方法,采用 4 5/8英寸、 12孔 /英尺、深穿透过油管射孔 枪与推进剂筒穿过 7英寸、 29磅 /英尺套管及 400Psi 地层欠压进行射孔。射孔 后压力瞬态分析表明,井筒周围确实经过了激励,表皮系数为 -4.08,流动效率 1.19;另一个井 RamlSW-2X 采用 4-5/8英寸、 12孔 /英尺、深穿透过油管射孔枪 与推进剂相结合射孔, 射孔后压力瞬态分析表明, 井筒周围确实经过了激励, 证 实表皮系数为 -2.29, 流动效率 1.25。 12推进

10、剂辅助射孔能有效提高低压砂岩 储层井筒附近流动条件。2.4 功能扩大水力压裂是一项非常有效的激励措施,但有时候过高的起裂压力不仅使 压裂设备难以承受也使成本大大上升, 会让工程技术人员望而却步。 因此, 人们 在寻找一种水力压裂前的预处理措施,以使降低破裂压力。阿尔及利亚的 Hassi Hessaound 油田用推进剂压裂作预处理,是解决这一问题的范例。该油田是一个厚砂岩油层。最初采用水力压裂,整个油田大部产量采自 经水力压裂处理的井。 可是, 由于水力压裂的破裂压力太高, 以及压裂后裂缝几 何形状超出了目标层, 使得可进行水力压裂的井大大减少, 产量急剧下降。 于是 决定采用推进剂激励和双压

11、裂技术解决这些问题。在该油田的 MD-265b 井,采用 2英寸直径、 2米长的推进剂压裂,第一次作业,峰值压力为 20000Psi (1.379×108帕 , 第二次作业峰值压力为 15000Psi(1.034×108帕 ,第二次作业峰值压力降低,表明推进剂处理已使原来的某些射孔破 裂。紧接着用水力压裂设备做破裂和注入试验。在 9300Psi (0.641×108帕地 面压力下,注入速度为 38桶 /分,比 1997年的注入压力(约 14000Psi 即 0.965×108帕减少了许多。这是推进剂辅助起裂的例子。在该油田的 MD-473井上, 用推进剂

12、激励和双压裂技术进行了控制起裂和 防止裂缝向下扩展的试验研究。 推进剂激励用于促进从射孔的底层起裂, 即控制 裂缝起裂位置。原准备作两次激励,但第一次激励时测得峰值压力仅 16000Psi (1.103×108帕 , 由于峰值。压力较低, 取消了第二次压裂作业。 其后所作的测试表明了压裂液通过射孔的底 部进入地层,推进剂激励控制起裂点取得了成功。在 MD-122井上用推进剂激励和双压裂技术辅助裂缝起裂防止裂缝向下 延伸。推进剂激励后峰值压力仅为 14500Psi (0.9997×108帕 ,故取消了第二 次压裂作业。其后在该井作注入试验,在 9000Psi (0.6205×108帕地面压力 下, 注入速度为 25桶 /分, 而以前的最大注入速度仅为 15桶 /分, 证明推进剂辅 助起裂是有效的。这些案例说明了推进剂激励在极硬的岩石上也能起到降低破裂压力或 者在多层被射孔时产生局部弱点控制起裂点的作用。三.推进剂压裂技术发展的新动向2003年 8, 9月份,几种石油杂志,如 Offshore 、 JPT等,简短报道了 激励管(Stim Tube 技术,所采用的推进剂为高氯酸钾。 2000年,报道过激励 枪 (StimGun也采用高氯酸钾,这跟现在已广