高速通道压裂技术(毕业答辩)教学内容

1、2014年06月12日高速(o s)通道压裂技术调研姓名(xngmng)：周喜元学号：第一页，共39页。汇报提纲一、论文研究目的与意义(yy)二、国内外研究现状三、高速通道压裂的原理四、高速通道压裂的相关工艺技术五、高速通道压裂在现场的应用六、结论第二页，共39页。 一、论文(lnwn)研究目的与意义 近年来水力(shul)压裂技术发展成熟多样，为油田增产做出了突出贡献，而对于低渗油气藏的压裂，由于技术设备的限制，返排困难和缝内伤害等问题仍普遍存在。 高速通道压裂作为一种新的工艺措施，整合了完井、填砂、导流和质量控制技术，在水力(shul)裂缝中聚集支撑剂创造高导流能力的通道，使油气产量和采收

2、率最大化。第三页，共39页。 一、论文研究目的(md)与意义 高速通道压裂技术可从根本上改变裂缝导流能力，降低作业成本，在优化支撑剂分布，有效地降低生产阻力(zl)的同时，减少清水和支撑剂用量，适用面较广。 该技术可显著提高最终采收率，降低人工举升成本，能有效解决低渗透油气藏压后普遍存在的返排困难和缝内伤害等问题，适于不同地层和多种井型需求。所以高速通道压裂技术对于低渗透油藏具有重要的意义。第四页，共39页。 二、国内外研究(ynji)现状 2010年Gillard 等人提出支撑剂指状积聚，冻胶层能防止支撑剂颗粒沉降。因而通道压裂中需要高频率地交替泵注含支撑剂和不含支撑剂的冻胶液。 2011年

3、Johnson与Rhein等人提出在传统的压裂处理中，用交替注入方式取代连续注入支撑剂的方式，在所述支撑剂加入短脉冲使之被清洁(qngji)流体的脉冲分离。 第五页，共39页。 二、国内外研究(ynji)现状 2011年Johnson等人在他们的研究中证实了利用通道压裂技术，使常规交联处理的提前终止率由4.5下降至0。 2012年卡尤莫夫等人研究并报告了在高速通道压裂技术可以使砂堵发生率从12减少至0，交替泵注支撑剂的脉冲与无支撑剂的脉冲，使泥浆能渡过形状狭窄的裂缝。最后指出纤维的添加也能使沿裂缝运输支撑剂变得更高效(o xio)，通道压裂中支撑剂用量显著减少使支撑剂铺置不那么严格。第六页，共

4、39页。 二、国内外研究(ynji)现状 2012年在俄罗斯的奥伦堡地区，Kayumov,Konchenko等人报告了相比于标准的压裂技术，通道压裂技术在泵注的尾追阶段加入杆状支撑剂使其在生产方面具有明显提升。 2012年Howard和S.G. James通过实验室研究确定支撑剂充填层分别(fnbi)在含纤维和不含纤维时的增长性和稳定性 第七页，共39页。 二、国内外研究(ynji)现状 2013年E.A.Ejofodomi等人进行了支撑剂嵌入的附加测试，通过研究嵌入的量和导流能力的降低评估不同(b tn)支撑剂类型时的影响，并通过明确地寻址裂缝内支撑剂的空间分布进行了详细的参数研究，用以调查

5、常规压裂与通道压裂的相对性能 ，最后采用了边界元法模拟运算。第八页，共39页。 三、高速(o s)通道压裂的原理 （一）高速通道压裂技术的原理； 在常规压裂方法的支撑剂充填层中，支撑剂颗粒都互相接触，流体流动局限于支撑剂颗粒之间的孔隙。 该技术通过支撑剂柱支撑建立开放通道网络的形式(xngsh)，实现支撑剂不均匀铺置，这时不连续支撑剂充填层中支撑剂不再是作为导流介质，而是作为支撑柱防止周围的通道壁发生断裂。 第九页，共39页。 三、高速通道(tngdo)压裂的原理常规水力(shul)压裂与高速通道压裂的支撑剂铺置示意图第十页，共39页。 三、高速通道(tngdo)压裂的原理 下图呈现了可视化的

6、支柱分布(fnb)，裂缝壁面在支柱之间弯曲以及由此产生的流动通道。支撑剂的柱子(zh zi)和柱子(zh zi)之间弯曲支撑剂柱之间弯曲的裂缝壁面（左）和通过通道的烃流形态（右）第十一页，共39页。 三、高速通道(tngdo)压裂的原理（二）通过实验验证不连续支撑剂充填层的导流能力 实验室内，在导流仪上模拟支撑剂非均匀铺置状态，验证该状态对导流能力大小的影响。 支撑剂铺置在导流槽内，分散铺置4个柱状支撑剂块，中间的通道模拟实际裂缝“支柱”间的高速通道。分别用20/40 目石英砂、陶粒在均匀和非均匀铺砂状态下测得的渗透率，在不同(b tn)闭合应力下， 非均匀铺砂的渗透率是传统均匀铺砂的2510

7、0 倍，裂缝导流能力得到显著提高。第十二页，共39页。 三、高速(o s)通道压裂的原理第十三页，共39页。 三、高速(o s)通道压裂的原理 裂缝中的油气流动遵循渗流理论(lln)由达西公式表示： 如果裂缝中存在畅通的宽大通道流体流动则采用纳维-斯托克斯方程表示： 第十四页，共39页。 三、高速通道(tngdo)压裂的原理 对比两个式子定义有效渗透率： 该式说明大通道的渗透性比支撑剂均匀充填的裂缝大得多，例如裂缝中通道宽度为1mm(人工裂缝宽度35mm) 其有效渗透率约为8.3104m2，而20/40目支撑剂形成的充填裂缝在2735MPa的闭合(b h)应力下其渗透率为400500m2，可见

8、后者仅为前者的百分之一 第十五页，共39页。 三、高速通道(tngdo)压裂的原理（三）支撑剂段塞的稳定性 为了验证进入裂缝中的支撑剂段塞能否(nn fu)经受住后续生产等各种作业活动的考验，需要实验研究其稳定性。 斯伦贝谢公司的KLC研究中心进行了一系列实际规模的试验。得出了支撑剂段塞在以与实际压裂过程相同的流速通过地面管线，井筒管柱和射孔孔眼时都能保持稳定性的结论。第十六页，共39页。 四、高速通道压裂技术(jsh)的相关工艺 （一）多簇射孔工艺 常规压裂一般对目的层段进行连续大段射孔，但高速通道压裂则采用多簇射孔工艺。 多簇射孔的目的是在套管上形成多段且较短的进液口，当油管中的液体携带支

9、撑剂段塞高速注入时，在套管上出现(chxin)分流效果，形成多股独立的液流注入地层，把地面较大的支撑剂段塞分成地层中大量独立的较小的支撑剂支柱。 第十七页，共39页。 四、高速通道压裂技术(jsh)的相关工艺多簇射孔工艺特点： 支撑剂在裂缝高度上分布更加均匀； 通道的几何形状更规则； 提高了进入(jnr)裂缝的支撑剂段塞间的分离效果； 确保从裂缝到井筒之间的流通路径具有最佳导流能力。第十八页，共39页。 四、高速通道压裂技术的相关(xinggun)工艺 下图是高速通道压裂(a)与常规压裂的射孔方案(b)对比(dub)，高速通道压裂在25.9m井段内分9簇射孔，每簇射开1.52m，孔密度为6孔/

10、ft，一共射270孔；常规压裂全部射开15.24m，射孔数为300孔。 第十九页，共39页。 四、高速(o s)通道压裂技术的相关工艺 泵注工艺的四个阶段：a.前置液注入阶段与常规压裂一致，可以泵注冻胶液或者(huzh)滑溜水； b.携砂液阶段支撑剂以脉冲段塞形式注入，一段支撑剂脉冲、一段纯液体脉冲交替进行，支撑剂浓度逐级升高； c.支撑剂段塞阶段采用冻胶混合纤维注入，保获得稳定的支撑柱； d.尾追阶段需要一个连续支撑剂段塞，使缝口位置有稳定而均匀的支撑剂充填层。 第二十页，共39页。 四、高速通道压裂技术(jsh)的相关工艺 脉冲泵入期间逐步(zhb)增加支撑剂浓度，如下图第二十一页，共39

11、页。 四、高速通道压裂技术(jsh)的相关工艺 （三）保持高速通道的方法 高速通道压裂采用支撑剂段塞拌注纤维注入的方法，在压裂液中添加纤维，改变支撑剂段塞的流变学性质，增加屈服应力，从而防止段塞在输送和沉降中分散，利于缝内通道保持长期高导流能力。 为了测试这一方法可行性，工程师在填充了压裂液的透明槽中观察了支撑剂的静态沉淀状况可以看到用常规(chnggu)压裂液配置的支撑剂段塞在充满压裂液的槽中的初始位置在槽的上部。 第二十二页，共39页。 四、高速通道(tngdo)压裂技术的相关工艺 如果支撑剂段塞或压裂液中没有添加纤维，30分钟内支撑剂段塞就会分散开，添加了纤维后在两个(lin )小时内基

12、本保持不变 第二十三页，共39页。 四、高速通道压裂技术的相关(xinggun)工艺 在过去5年中纤维已在各种条件(tiojin)下成功地被用于控制支撑剂返排，它是一种成熟的技术。 添加纤维的优势在于：（1）在许多不同的实验室测试中，通道很大范围的条件(tiojin)下稳定的；（2）在清理过程中添加纤维并以较高的流速建立的通道稳定可靠；（3）当把纤维加入到支撑剂的重要部分时通道更加稳定。 第二十四页，共39页。 四、高速(o s)通道压裂技术的相关工艺 （四）保持高速通道的方法 高速通道压裂采用支撑剂段塞拌注纤维注入的方法，在压裂液中添加纤维，改变支撑剂段塞的流变学性质，增加屈服应力，从而防止

13、段塞在输送和沉降中分散，利于缝内通道保持长期高导流能力。 为了测试这一方法可行性，工程师在填充了压裂液的透明槽中观察了支撑剂的静态沉淀状况可以看到用常规压裂液配置的支撑剂段塞在充满压裂液的槽中的初始(ch sh)位置在槽的上部。 第二十五页，共39页。 四、高速通道(tngdo)压裂技术的相关工艺 （五）尾追杆状支撑剂 泵注的尾追阶段需要一个可靠的近井充填层来维持裂缝壁面的敞开，该区域应力增加使夹卡的危险性增加。通常情况下，通道压裂尾追阶段会泵入最结实和渗透性最好的支撑剂，以最大限度地提高裂缝导流能力。 尾追阶段由于流速在近井筒区域达到最大值，支撑剂的返排仍然可能成为问题(wnt)，那就必须相

14、应地设计支撑剂充填层在尾追阶段的稳定性。由于试验中结合通道压裂技术和杆状支撑剂具有很好的效果，就决定了通过在尾追阶段中使用杆状支撑剂结合这两种技术。 第二十六页，共39页。 四、高速通道压裂技术的相关(xinggun)工艺 杆状的支撑剂颗粒相比通常在工业中使用的球形支撑剂颗粒，颗粒更大，柱面底部的直径是等同于12/16目的尺寸。这种圆柱形颗粒的随机分布增加了充填层的最终孔隙率，从而(cng r)提高了充填层的渗透性，更容易使用聚合物进行裂缝清理。 第二十七页，共39页。 四、高速通道(tngdo)压裂技术的相关工艺 支撑剂返排控制是杆状的支撑剂的另一个重要的优势。杆状磨粒联锁在高度耐拖曳力综合

15、结构中。如下图 相对于树脂包覆的支撑剂，棒条形颗粒通过机械手段彼此约束，而不是化学键。因此，充填层的稳定性与化学基础技术所限制(xinzh)的活化时间与活化温度无关，在充填层内杆状颗粒的移动性受到限制(xinzh)增加了孔隙度和稳定性。 第二十八页，共39页。 四、高速通道压裂技术的相关(xinggun)工艺 （五）实施标准 1、选井与选层 这种技术并不适用于具有低杨氏模量(13789MPa17236MPa)的弱地层或地层中具有较高的闭合应力（高于55MPa）的地层。 杨氏模量与应力比的比例必须超过400，在弱地层或存在高闭合应力地层中，压裂井会围绕压实区域的支撑剂支柱倒塌，这将会对裂缝导流能

16、力产生负面影响。 由于(yuy)独特的射孔方案是这项技术的关键部分之一，无穿孔井可以看作候选或堵塞穿孔然后再进行压裂的方案。 第二十九页，共39页。 四、高速通道(tngdo)压裂技术的相关工艺 2、压裂液选择 选择特定的液体类似常规压裂处理。在含有支撑剂的各个阶段，流体中必须含有纤维。不使用的纤维的阶段是前置液阶段，冲洗阶段和尾进阶段。 3、支撑剂选择 除了尾进阶段，该技术中支撑剂的选择是没有限制的，但也有要考虑的几个(j )重要的点。这种技术不依赖于支撑物的性质。因此，有使用高品质的支撑剂没有太大好处。 第三十页，共39页。 四、高速通道压裂技术的相关(xinggun)工艺4、添加剂选择

17、可以在不同位置集合精密连续混炼机（PCM）和精密优化密度机（POD）加入添加剂。 （1）这种技术是必须添加纤维，纤维起着重要的推动作用(zuyng)，因为它提高了支撑剂传输性能，降低支撑剂分散的风险和显著地减小沉降速度2聚合物注入 （2） 为了消除或减少裂缝内支撑剂脉冲的沉淀，流体粘度应足够高，且在井底温度下泵注和裂缝闭合过程中不应小于100cp ，170 s-1。如果是较长的压裂时间，增加最小流体粘度到300 cp，170s-1是有利的。 第三十一页，共39页。 四、高速通道(tngdo)压裂技术的相关工艺（3）破胶剂 对破胶剂的时间表进行优化以防止过早的段塞沉淀。开放通道的方法规定了胶囊破

18、胶剂应用的特定要求，破胶剂不能在通道闭合后破碎。（4）延迟剂 延迟时间是一项关于延迟剂/交联剂比率，水温，pH值和聚合物浓度的函数。流体到达穿孔之前发生交联对高速通道压裂来说很重要(zhngyo)，因此清洁脉冲的延迟时间不能超过泵送流体到达穿孔所需要的时间的一半。 第三十二页，共39页。 五、现场(xinchng)应用与适应性分析 （一 ）对X井实施通道压裂 X井钻于2002年底(nind)，由于较低的储层渗透率，其生产率很低。 为了判断该储层是否可以适应通道压裂技术的实施条件，对储层的性能进行了评估如下： 储层的平均杨氏模量为2.9105MPa，这在该技术的限制之内，平均应力是42MPa也在

19、限值内。 该杨氏模量和应力比为400，井底静态温度为111，井况没有偏差。因此满足所有要求，并通过了标准的测试。 第三十三页，共39页。 五、现场(xinchng)应用与适应性分析 泵注方案是专为通道压裂量身定制的，包括9个阶段。前置液阶段之后(zhhu)进入尾追和冲洗阶段以及之后(zhhu)的六个脉冲阶段。同样使用常规水力压裂中的支撑剂，在所有阶段添加了纤维。 应用此泵注方案，实现了支撑裂缝半长达到305.3英尺（Xf），平均导流能力（Kfw）达到1063136 md.ft。 优化了射孔方案后的裂缝参数如下表：第三十四页，共39页。 五、现场(xinchng)应用与适应性分析X井压裂后的IPR/VLP曲线(qxin)第三十五页，共39页。 五、现场(xinchng)应用与适应性分析 由此我们发现该技术的实施需要以下三方面： 1、这种技术需要特殊的泵注时间表和完井计划