水平井分段压裂技术发展现状与进展

1、水平井分段压裂技术发展现状与进展汇 报 提 纲一、水平井分段压裂技术发展现状与进展二、水平井分段压裂优化设计三、水平井分段压裂工艺技术四、水平井分段压裂工艺配套及现场施工水平钻井比现代石油工业的历史还要长。早在200年前，英国在煤层中钻了一口水平井，以求从其中找油，随后于1780年和1840年间进行生产。20世纪初，美国和德国开始采用这种技术，1929年，美国在得克萨斯州钻了第一口真正的水平井。该井仅于1000米深处从井筒横向向外延伸了8米。由于工业上采用了水力压裂作为油层增产的有效技术措施，使水平井钻井停滞不前。例如，苏联和中国在50年代和60年代就已开始钻水平井，但直到1979年才又重新起

2、。国外水平井压裂发展历程1985 Ciger第一个论及水平井压裂问题，他指出：水平井是开发非均值油藏的一种好方法。只要固井技术一旦达到工业化应用，水平井压裂的设想就会实施。1987年，Cigerc 给出了水平井与直井当量半径，用以作为打水平井的经济界限。1992年，Brown指出压裂效果最好的是北海 Danish油田，该油田一共打了 1O口水平井，每口水平井开始压裂5条裂缝，后来最多压到1O条，实践证明压裂对水平井的增产是十分有效的。但同时指出，并非所有水平井的压裂都是有效的。90年代初，分段压裂技术主要采用液体胶塞隔离分段压裂国外水平井压裂发展历程90年代中期，分段压裂技术随着非常规气藏发展

3、，主要采用桥塞分段压裂技术, 1996年分段桥塞压裂技术应用于美国东北部的煤层气完井作业中 。1998年，Surjaatmadjadia第一次提出了水力喷射分段压裂思想和方法。随后大规模推广2005年，贝克研制成功投球滑套多级分段压裂技术2009年投球滑套多级分段压裂技术，美国Williston油田采用FracPoint技术一次完成24级裸眼封隔压裂，2011年实施40段分段压裂2011年Quickfrac等限流+封隔器分段压裂技术国内水平井压裂发展历程“八五”期间，大庆树平1井和茂平1井限流分段压裂；长庆自90年代起采用液体胶塞隔离分段压裂在7口井17层段成功应用；2004年长庆、吉林开始采

4、用机械工具分段压裂改造在5口井进行了分段改造2005年，长庆引进国外水力喷射压裂技术2008年起，大庆、西南油气分公司、川局等引进管内、管外多级分段压裂技术、中石化西南油气分公司滑套式水力喷射分段压裂技术2008-2009年西南油气分公司研发成功套管不动管柱滑套多级分段压裂技术、长庆双封隔器、吉林单封隔器2010年川庆井下研发成功裸眼不动管柱滑套多级分段压裂技术2011年国内水平井分段压裂迅猛开展。水平井压裂有效性针对高渗透油气藏及非常规油气层 (含煤层 、石灰岩层与页岩层)，水平井技术的应用成功率很高在致密砂岩气藏，水平井压裂的应用成功率相对较低对一个油气藏 ，水平井施工成本比直井高24倍，

5、而其理论产量是后者的35倍 ，油气价格上升时 ，水平井的经济效果更明显。然而矿藏资料表明，一部分水平井的单井产量只是其邻近直井单井产量的110-130，而其单井成本则是后者的200以上。针对特定的矿藏资料还表明，没有一种通用的方法以解决所有问题。水平井压裂技术必须针对特定的地质、工程条件，通过优化和风险控制，取得经济效益。LS1H井XS1H井水平K0.132md0.04md垂向K-56.010md-54.8810mdh469658需要进行水平井压裂的类型水平井试井解释结果需要进行压裂的水平井的类型：有限垂向流地层天然裂缝油藏低渗透率和孔隙度地层低应力差地层一定厚度，大面积稳定分布名称分压段数（

6、段）工具耐压差（MPa）工具耐温（）国外中石油中石化国外中石油中石化国外中石油中石化裸眼封隔器+滑套分段压裂技术4013/7050/204120/泵送可钻式桥塞分段压裂技术不限15/86/232/套管射孔管内封隔器分段压裂技术/13/50/120封隔器双封单压分段压裂技术/15/70100水力喷砂压裂技术184-104-5505050120120120国内水平井分段压裂技术总体应用现状，m 水平段长3462.800-水平井水平段长度国内水平井水平段最长为 为3462.07米，整体上水平段长度集中在800-1200米72903000800070006000500040003462.0722512

7、01015442000100001006挪成33/9C2高平1CB32广安002H1苏201818H威201H1水平井分段压裂工艺不动管柱多级滑套封隔器分段压裂工艺13段，新沙21-11H，砂量210.1m3，液量1973.85m3水力喷射分段压裂工艺10段可钻桥塞分段压裂工艺15段，苏东13-65H2，砂量310m3，液量3800m3TAP套管滑套完井分层压裂工艺苏里格米37井：9段分压，砂量126.4m3，液量1672m3双封单压分段压裂技术15段裸眼封隔器多级滑套分段压裂工艺12段， 苏53-82-48H，砂量474m3，液量4400m3猫鼬多级分段压裂工艺8段顺序主体分段压裂技术备注较

8、成熟技术封隔器+滑套裸眼分段压裂技术引进套管射孔管内封隔器分段压裂技术自主封隔器双封单压分段压裂技术自主水力喷砂分段压裂技术自主主要攻关技术裸眼封隔器+滑套封分段压裂技术攻关研究泵送可钻式桥塞分段压裂技术攻关研究中国石化“十二.五”总体目标中国石化水平井分段压裂技术发展情况水平段2000m，分段数20段，加砂量1000m3油田改造井数改造方式胜利6加砂压裂西南4加砂压裂华北12加砂压裂中原10加砂压裂江汉32口酸化河南4加砂压裂江苏54口酸压西北68酸压合计112中国石化水平井分段压裂应用情况西南分公司历年水平井改造效果截止2010年10月，水平井加砂压裂仅40口井左右。截至2011年7月，仅

9、华北油气分公司完成24口井，西南油气分公司完成18口井。胜利油田樊154平1井完成了裸眼封隔器12段分段压裂。2012年，预计中国石化水平井分段压裂完井总数将突破500口。汇 报 提 纲一、水平井分段压裂技术发展现状与进展二、水平井分段压裂优化设计三、水平井分段压裂工艺技术四、水平井分段压裂工艺配套及现场施工水平井压裂机理与直井压裂相比，水平井压裂更为复杂，主要表现在以下方面：裂缝与井筒的夹角关系、裂缝条数和位置等因素都直接影响水平井的增产效果，产量预测难度大；多条裂缝同时延伸，裂缝间的干扰强烈、近井摩阻高、压裂模拟难度大；一 口水平井压裂相当于多口直井压裂 ，施工规模大 ，所需设备多，成本高

10、。不能简单的利用直井的压裂理论来指导水平井压裂。由于没有一套成熟的理论来指导水平井的水力压裂优化设计和现场施工，使得水平井水力压裂的成功率不高而且风险也比较大 。因此，对水平井压裂机理的认识成为水平井压裂面临的主要问题之一。水平井压裂可能的裂缝形态在不同的地应力状态和井筒方位下，水平井压裂形成的裂缝形态也不同。水平井压裂的裂缝横向裂缝纵向裂缝转向裂缝扭曲裂缝推荐的水平井布井方向：沿着最小主应力方向！所以在对水平井进行人工压裂设计时应首先确定地层的最小主应力方向，确定应力大小与方向的有以下 3种方法：用微型压裂法可以直接测定最小主应力的大小和方向；用长源距声波测井来估算应力的大小；用变松弛法来估

11、计最小主应力的大小和方向。单井布井方向-横切裂缝井台布井方案-同步和交叉压裂油气藏整体井网-整体压裂井台、油气藏整体井网的确定比单井更重要水平井起裂机理国内外的水平井压裂的现场施工中往往出现水平井压裂时破裂压力比直井压裂时的破裂压力高得多，裂缝压不开，导致压裂失败，这些现象表明水平井的裂缝起裂机理与垂直井、普通定向井有显著差别，水平井压裂裂缝的起裂与水平井井筒周围的应力分布密切相关，地应力、完井方式对裂缝的起裂和裂缝的形态都有很大的影响。研究水平井裂缝起裂机理和裂缝起裂压力，对水平井水力压裂优化设计具有重要的意义。水平井压裂优化设计裂缝组合及参数优化产能预测裂缝数量优选及缝长优化射孔优化设计压

12、裂优化设计裂缝条数裂缝数量的优选依据产能预测和间距比确定。裂缝半长与裂缝之间的距离之比为间距比。油藏模拟与现场实验结果表明：在多数的条件下，由于裂缝间压力降的干扰，水平井压裂后生产过程分为投产初期、中期与后期3个阶段，也称为无干扰期、干扰期和拟稳压期。当间距比超过0.6以后，产量增加逐渐变小。裂缝长度裂缝长度直接影响压裂施工难易程度，也影响开发效果。裂缝太短，改造效果不好；裂缝太长，需要设备的能力高，同时影响邻井效果，若与水井连通，还将较快见水。水平井裂缝长度主要根据产能预测结果确定。射孔优化确定了裂缝条数之后，根据地质条件和工艺要求选 择适当的射孔位置、射孔数量和孔径，射孔参数要受设备能力的

13、限制，炮眼摩阻必须保证压开每一条裂缝。施工排量和孔数、孔径与地层应力条件相互关联。压裂液和支撑剂优化水平井压裂是否成功主要取决于压裂液和支撑剂的质量和特性。虽然在水平井中所用的压裂液和支撑剂与通常直井所用的差别不大，但由于水平井距离传输较远，控制好支撑剂的沉降速度就特别重要；为避免支撑剂在井筒和裂缝入口区的沉降脱出，应采用高支撑剂携带能力的高活性交联剂压裂液系列。如果没有条件采用较佳的压裂液时，则需加大压裂液排量，提高支撑剂的输送能力。此外，必须确定好压裂液的破胶时间，使悬浮的支撑剂恰好保持到裂缝闭合。裂缝组合及参数优化产能预测模型假设条件上下封闭无限大均质地层，等温非稳定渗流；油藏和裂缝内流

14、体为单相流，且满足达西定律；压裂裂缝完全穿透产层，多条裂缝平行分布；流体先沿裂缝壁面均匀的流入裂缝，再由裂缝流入水平井筒；水平井分段压裂示意图不考虑由基质直接流入水平井筒的渗流过程压降计算模型将任意一条裂缝的单翼n等份，每份可以看成是一个点汇。利用无限大均匀地层点汇定流量的压降公式，可以求出该点汇对地层中任意一点（x，y）产生的压降：)(x x0)2 +(y y0)24tQB4khEi(pr p(x, y,t) =砂体孔隙度（%）-32渗透率（10m）含水饱和度（%）样品数最大值最小值平均值样品数最大值最小值平均值样品数最大值最小值平均值Js2135714.71.669.113410.8440

15、.0110.1609797.912.2952.692Js21841515.71713.873871010.771830.470470.03300330.1840184257171.441717.664545.3737Js2353515.431.089.185080.920.0180.1357582.5611.1646.06Js2440217.71.879.853800.980.0220.2595610013.541.67四层147815.711.089.7114320.980.01102946.45压裂水平井产能影响因素气藏物性特征，以新场沙溪庙组气藏为例原始地层压力

16、为39.150.5MPa，平均43.2MPa，地压系数为1.712.05，平均1.92，为典型的异常高压气藏特征。气层的原始地层温度为53.974，平均为66.8；地温梯度为1.822.39/100m，平均地温梯度为2.15/100m，属正常地温梯度。新场上沙溪庙组气藏岩心物性参数统计表水平段长度，m600气体偏差因子，无因次0.95储层厚度，mm13天然气粘度，mPa.smPas0.0170017-32地层渗透率，10m0.125气层温度，64孔隙度，无因次0.12地层压力，MPa36.5气井半径，m0.1070107井底流压，MPaMP32模拟生产时间(d)360裂缝参数敏感性分析裂缝条数

17、2，3，4，5，6裂缝半长，m60，80，100，120，140,160,180,2002导流能力，mcm10，20，30，40，50压裂水平井产能影响因素气藏物性特征以XS21-3H水平井的基础数据为例，通过对压裂水平井产量的模拟，确定了XS21-3H井的裂缝条数、裂缝长度、裂缝导流能力、裂缝间距及其组合最优值。新场气田上沙气藏水平井产能计算参数表压裂水平井产能影响因素裂缝条数对水平井单井产能的影响右图为不同裂缝条数在生产360天对累计产量的影响。随着裂缝条数增加，压裂水平井的累计产量总体上逐渐增加，但增幅却在不断减小。这是因为随着裂缝条数的增加，裂缝间的距离变得更近，相互间的干扰加重，每条

18、裂缝的产量减小，使得压裂水平井的累计产量增幅减少。660m的水平段，6-9条裂缝裂缝条数对累计产量的影响（360天）（缝间距80-120m）改造可实现有效增产压裂水平井产能影响因素裂缝长度对水平井单井产能的影响右图为不同裂缝半长在生产360天对累计产量的影响。随着裂缝长度(Lf)的增加，压裂水平井的累计产量逐渐增加，随着裂缝长度的进一步增加，产量的增幅变小。根据川西新场气田上沙气藏特征，在水平井长度为660m的情况下，最佳裂缝半长为80-120m。裂缝长度对累计产量的影响（360天）量,m3 累计产量压裂水平井产能影响因素裂缝导流能力对水平井单井产能的影响6615000661000066050

19、0066000006595000右图为不同裂缝导流能力半长在生产360天对累计产量的影响。随着裂缝导流能力的增加，压裂水平井的累计产量逐渐增加，随着裂缝导流能力的进一步增加，产量的增幅变小。65900000102030405060最 佳 裂 缝 导 流 能 力 为 30-40m2cm。裂缝导流能力,m2cm裂缝导流能力对累计产量的影响 （360天）情形1情形2情形312d23d34d12d23d34d12d23d34d200m200m200m250m100m150m150m300m150m压裂水平井产能影响因素裂缝位置组合方式对水平井单井产能的影响相同缝长情况下，取等间距、两端大中间小、两端小

20、中间大3种情况对产量进行模拟 。不同的裂缝间距组合对水平井的累计产量有较大影响。693000069700006960000累计产 6950000量,m3 6940000外部的裂缝间距小内部的缝间距大时产量最高（情形方案1方案3方案2裂缝位置组合3），均匀分布裂缝产量居中（情形1）。情形1情形2情形3Lf1Lf2Lf3Lf4Lf1Lf2Lf3Lf4Lf1Lf2Lf3Lf4120m120m120120m100m140m140100m140100m100m140mm3压裂水平井产能影响因素裂缝长度组合方式对水平井单井产能的影响相同缝间距情况下，模拟了等裂缝长度分布，中间裂缝长、两端裂缝段，中间裂缝短

21、、两端裂缝长情况进行了产量模拟。不同的裂缝长度组合对压裂水平井的累计产量有较大影响。外部的裂缝长度大内部的裂缝长度小时产量最高（情形3），反之产量最低（情形2）。7380000累 7360000计产 7340000量,73200007300000可以通过增加外部裂缝的长度来提高压裂水平井的产量。7280000方案1方案2方案3裂缝长度组合水平段长度，m600气体偏差因子，无因次0.95储层厚度，m13天然气粘度，mPa.s0.017-332渗透率，10m0.1250125气层温度，64孔隙度，无因次0.12地层压力，MPa36.5气井半径，m0.107井底流压，MPa32模拟生产时间(d)36

22、0裂缝参数敏感性分析裂缝2，3，4，裂缝半60，80，100，120，条数5，6长，m140,160,180,2002导流能力，mcm10，20，30，40，50裂缝参数优化技术压裂水平井裂缝优化结果利用数学解析的方法，得出适合于新场沙溪庙组气藏的水平井压裂裂缝设计参数：最优裂缝条数为6-9条裂缝半长80-120m，采用不等缝长方式裂缝间距在允许的范围内尽可能地增大新场气田上沙气藏水平井产能计算参数表三条裂缝组合：不等缝长、等间距模型四条裂缝组合：不等缝长、不等间距模型配合分段压裂的水平井射孔参数优化影响压裂施工效果的射孔完井因素分析孔密是影响产能发挥的第一因素射孔方位过大，弯曲摩阻高射孔参数

23、对压裂井施工压力的影响分析孔密越大破裂压力越低；孔径越大，破裂压力也将越小射孔孔眼方位与最大主应力夹角不能超过30射孔孔径对压裂液性能的影响提高压裂液性能的角度出发，有必要采取大孔径射孔孔径应足够大，以避免支撑剂在通过孔眼时桥堵配合分段压裂的水平井射孔参数优化射孔参数对裂缝起裂的影响分析对于0度、90度、180度相位布孔，裂缝都可能在微裂环中同一位置起裂采用60相位的孔密必须是180相位孔密的三倍水平井分段压裂的射孔参数设计原则孔眼深度 ：穿过污染带孔眼直径 ：射孔孔眼半径应大于12mm射孔孔眼密度 ：增大孔眼密度。射孔相位 ：荐采用180定向射孔汇 报 提 纲一、水平井分段压裂技术发展现状与

24、进展二、水平井分段压裂优化设计三、水平井分段压裂工艺技术四、水平井分段压裂工艺配套及现场施工分段压裂工艺 主流分段压裂工艺桥塞隔离分压技术滑套分段压裂水力喷射分段压裂连续油管分段压裂 其他分段压裂工艺转向压裂工艺双封隔器单卡分段压裂环空封隔器分段压裂组合式完井多级多段分段压裂技术分支井分段压裂同步压裂技术井工厂桥塞隔离分压技术应用简单单段压裂后进行封隔若放置恰当封隔可靠桥塞种类繁多可回收的 油管、连续油管可钻的，易冲洗的 合成材料 (易用油管钻掉) 砂塞、液体胶塞通过活瓣阀控制液体流动 允许下一层段通过该阀返排压裂液和液体流出，压裂上层段时实现封隔 所有层段压裂后用连续油管打掉活瓣或钻穿塞子在

25、水平井中需用连续油管或油管下桥塞打掉式桥塞和射孔枪在清水压裂中应用普遍 (减少了连续油管或作业机)液体胶塞（砂塞）隔离分段压裂技术液体胶塞（砂塞）分段压裂技术原理：水平井胶塞隔离分段压裂工艺是自井筒末端开始，逐段封堵逐段压裂，在前一级压裂完成之后，对求产结束的井段进行填砂，替入超粘完井液，这种完井液一旦就位就会胶凝成一种橡胶式的胶塞。胶塞在试油压裂过程中只起临时封堵作用，胶塞可定时软化易于清除。一、液体胶塞（砂塞）隔离分段压裂技术优点：液体胶塞和填砂分隔分段压裂方法施工安全性高。缺点：作业周期长、冲胶塞施工易造成伤害使用范围：不太适用于低渗致密气藏砂塞在水平井中填砂更困难，且更不可靠液体胶塞（

26、砂塞）分段压裂的应用效果长庆油田自90年代开始，在水平井井筒支撑剂沉降规律及填砂、冲砂试验研究和液体隔离胶塞等室内试验研究的基础上，依据井网、地质特点，优化裂缝分布、射孔参数、压裂施工参数，完成了7口井19层段的水平井液体胶塞分段压裂改造试验，均取得了较好的改造效果。二、封隔器+桥塞机械隔离分压技术水平井机械工具分段压裂的施工工序为：通洗井下桥塞至预定位置坐封释放桥塞井筒试压射孔压裂试油求产打捞桥塞。压裂第二段时重复以上工序，依次完成全井压裂。封隔器+桥塞机械隔离分压技术机械桥塞工作原理坐封：从油管内泵入的液体，经桥塞中心管上的进液孔推动单向阀下行，进入到内胶筒使之外张，使外胶筒密封套管，同时

27、骨架芯子叠片锚定套管；坐封后油管卸压，单向阀在弹簧的推动下复位，将内胶筒中的注入液封闭，从而使桥塞始终处于密封、锚定状态。解封：上提管柱，带动桥塞中心管上移，剪断解封剪钉，密封活塞对准中心管上溢流槽，胶筒内液体卸压，使骨架芯子叠片、胶筒收缩。封隔器+桥塞机械隔离分压技术优点：具备双封分压的优点。缺点：压后需下入工具打捞桥塞、存在砂埋或砂卡的风险。使用范围：不太适用于高压气藏机械工具分段压裂效果分析机械桥塞隔离分段压裂技术在长庆进行了2口井6层段的试验。塞平5井分压了2段，双平1井分压了4段。三、泵送电揽桥塞能够实现水平井分段射孔压裂联作稳定可靠，适于大型压裂分段压裂的段数不受限制适合不同井径要

28、求，耐压值达到70MPa，耐温值最高达到350（177）整体没有金属成分，易钻，钻塞时间短，钻掉时可以用常规牙轮钻头、PDC钻头或者磨鞋，可以配合使用连续油管或者常规油管特殊的设计，在水平段允许以最高45m/min的速度下放，在垂直段则最高是122m/min，适应于快速下放。配套井口及仪器装置大通径井口大通径电缆密封井口装置配套配套钻具作业步骤Mill-Out Strengths桥塞磨铣后的碎片FTCFP分层压裂常规分层压裂隔离工具分段压裂桥塞桥塞或者封隔器工具下入钢丝或者电缆电缆或者油管可以与射孔联做是否压裂管柱无作业管柱、环空作业油管或者环空是否需要返排不需要返排需要返排是否需要压井不需要

29、压井部分不需要压井分段数目是否有上限无一般不超4层完井时间短长压裂液要求要求性能高性能一般施工风险不会出现卡管柱存在工具卡的风险与常规分层压裂对比配套技术要求井筒要求 采用分段压裂桥塞进行多层压裂无需下入作业管柱，多采用套管压裂。 套管的耐压等级应满足现场压裂施工的最高压力要求。施工前应对井筒进行全井段试压， 全井筒的固井质量应基本合格，防止井筒在压裂施工中出现变形。 由于采用的是套管平推压裂，由于小内径的井筒可以明显提高压裂液使用效率，建议在小井眼施工井上进行应用。 多井次交叉作业提高作业效率分段压裂桥塞应用概况 第一个分段压裂桥塞成功应用是在1996年美国东北部的煤层气完井作业中。 随着耐

30、压更高的工具研发，在洛基地区分段压裂桥塞可以被应用。 在1998年10月，Wind河盆地的10000-13000英尺的Mesaverde和Meeteetse层一口井的完井作业成为FTCFP在洛基地区的第一个成功应用。 通过采用哈里伯顿公司的分段压裂桥塞， Uintah Basin在一天中最多实现了6层的压裂作业。 在Wind河盆地的Pavillion和Muddy Ridge 油田，则只采用哈里伯顿公司分段压裂桥塞作为完井措施 到2002年，在洛基地区累计应用哈里伯顿公司分段压裂桥塞超过3200个。 目前任然是世界上应用最多的水平井分段压裂方法。滑套分段压裂技术操作方便、灵活需要开启滑套沟通地层

31、种类繁多密封 封隔器 固井套管 封隔器+固井套管滑套 投球开启、飞镖开启、压差开启、电子开启、工具开启 打开锁死、可开关、投球开，工具关球座 可钻、不可钻、联动、可打掉分级数 不限、限制完井方式 套管、裸眼滑套分段压裂技术 实现多层段单独压裂通过投球等方式实现层段封隔 通过有计划的投球封隔上一层段，进入下一层段用连续油管打开关闭 多数工具要求不固井 不需要作业机，多段连续作业 局限性由于不固井，导致后续的裂缝（储层）覆盖率和作业不确定采用投球作业时，作业次数受限制没有验证封隔器封隔有效性的方法没有确保球打开和封隔目的层的方法过顶替滑套分段压裂技术密封方式高压扩张式封隔器套管密封液压坐封封隔器管

32、内封隔器遇烃（水）膨胀封隔器 组合封隔器XS2H井遇油膨胀式封隔器分段压裂现场试验XS2H井采用遇油膨胀式封隔器分段压裂工艺进行分段压裂，但由于封隔器未能座封，导致最后只完成120m3压裂。欠平衡完井仅5千方气，压后获无阻流量14104m3/d，高于邻井单层压裂9.43104m3/d平均水平。Proppant Conc (kg/m?Slurry Flow Rate (m?min)Surf Press Ann (MPa)01500120090060030020.0050.0016.0040.0012.0030.008.0020.004.0010.00新沙2H井遇油膨胀式封隔器压裂管柱结构新沙2H

33、井环空注入压裂施工曲线Time (min)160.0196.0232.0268.0304.0340.00.000.00Size4-1/2x6.255-1/2x8.50Openholepsize6.000in.-6.25in.155155.5757mm-158.7515875mm8.50in.216mmmm.Tubingsizeandweight4-1/211.6lb/ft5-1/223lb/ftDifferentialPressureratingg10,000psi690bar10,000psi690barSettingactuationpressure4000psi276bar4000psi

34、276barMaximumtemperaturerating300300F148.8C320320F160CTensilerating220,000lbs99790.3Kg515,000lbs233,600KgBodymaterial4140(P-110)4140(P-110)MaximumOD5.75in.146.05mm.8.25in.209mmMinimumID3.92in.99.568mm.4.670in.118.6mmOALwithLTCthreads120in.3048mmmm.120in.3048mmmm.Elementlength72in.1828.8mm72in.1828.8

35、mm威德福ComboFrac 复合式封隔器开关方式投球打开锁死, 不可关闭投球打开，工具关闭工具开，工具关固井环境打压开启，不可关闭专利特有的缓冲装置启动球常规的酚醛树脂球（比重1.25）。威德福ZoneSelect复合材料球（比重1.8）密度为2.2-2.4g/cm3的钢球作业实例 送球泵速: 2.00m3/min 压裂泵速: 4.00m3/min 作业压力: 44 MPa up to 52 MPa 压裂作业结束后，球随产液回流至井口.投球及捕球投球器捕球器封隔悬挂器裸眼封隔器投球滑套压差滑套井下隔离阀多级滑套+裸眼封隔器分段压裂技术多级滑套分段压裂工具主要包括：投球装置、封隔悬挂器、裸眼封

36、隔器、投球滑套、压差滑套、井下隔离阀；适用于裸眼完井节约时间和成本，采用单开压裂滑套（不能关闭）球能够返回地面各层独立作业。球座易磨铣。作业步骤管柱入井、坐封所有封隔器开泵、打开趾端滑套，压裂最底层投最小球、开启上面一层压裂滑套并对这层实施压裂投稍大的球、开启再上面一层压裂滑套并封闭下面层位，对这层实施压裂 2008 Weatherford. All rights reserved.63投最后一个球，完成所有层的压裂开井投产作业步骤Drop the last ball and complete the frac job.开井口投产，返流球及多余砂Produce the well to clea

37、n up proppant and balls下钻磨铣球座和剩于的球Mill-out any balls that remain and all ball seatsProduce the well. 2008 Weatherford. All rights reserved.64投球固井滑套分段压裂技术完井管柱中预制多级滑套，也可固井分段。压裂时用连续油管下入开关打开压裂段的预制滑套，或投球实现多段压裂。采用开关工具时，分段数不受尺寸限制，可分任意多段套管压裂，滑套与套管内通径一致，施工风险低后期可进行分段控制生产投球固井滑套一次多层压裂系统作业步骤下入完井管柱、坐封悬挂器、注水泥碰压、坐封

38、封隔器继续加压打开压差滑套压裂投球压裂其余层段 2008 Weatherford. All rights reserved.66复合固井桥塞及滑套外保护材料所有的压裂滑套外都包裹了一层薄薄的复复合固井桥塞合式外套. 这层外保护层不密封，但能防止地层或者固井杂质进入压裂滑套的流通口。一旦压裂滑套打开，压力通过流通口后进入复合式外套铠皮，使其分层降解纤维化。BeforeAfter的工具腔内。全通径开关滑套一次多层压裂系统作业步骤ZoneSelect Frac Sliding Sleeve ( the wiper plug willRun in the lower completion string

39、, set the liner hanger, and pump下入完井管柱、坐封悬挂器、注水泥 the cement.not open the sleeve as it passes, since it is down toclose)Liner HangerCementAfter the plug is bumped set the碰压、坐封封隔器liner hanger packer.After the cement is set, open the lowest ZoneSelect Frac Sliding SleeveHWB shifting tool facing upHWB S

40、hifting tool facing down固井后、用HWB工具打开最底部压裂滑套 with the HWB shifting tool.tubing the keys of the HWB shifting toolWhen pumping is stopped on the coiled停泵后HWB锁块缩回、collapse. The shifting tool is pulled into a揼arage?above the Liner Hanger.Typically the 揼arage?is installed in thevertical section of the wel

41、l to help minimize68 2008 Weatherford. All rights reserved.cement and proppant from collecting in thelarger ID.揼 HWBarage?开关工具就位后，压裂最下部地层底部地层压裂结束后，用HWB开关工具关闭该层压裂滑套用HWB开关工具开启相应层位的滑套 投产 ，全通径开关滑套一次多层压裂系统作业步骤After the shifting tool is 損arked?, the frac is pumped into the open zoneAfter the Frac is compl

42、ete close the ZoneSelect Frac Sliding Sleeve with the HWB shifting tool.Open the next zone抯ZoneSelect Frac Sliding Sleeve with the HWB shifting tool and repeat the process until all zones are打开上面一层的压裂滑套、压裂直至所有地层压裂结束并关闭所有滑套 fraced and closedOnce the Fracing is done on all zones open the ZoneSelect Fr

43、ac sleeves with the HWB shifting tool. The well can now be produced. If anyzone ever needs to be closed the the HWB shifting tool can close that zone抯respective ZoneSelect Frac sliding sleeve. 2008 Weatherford. All rights reserved.69HWB液压开关工具 2008 Weatherford. All rights reserved.70nZone滑套水平井分段压裂工艺T

44、AP阀门正常固井，但不能旋转套管投标尺寸一样，不限级数两阀之间用控制线连接上级C-环缩径为上层施工做准备可关闭滑套投标可钻nZone滑套水平井分段压裂工艺TAP阀门作业顺序1、常规固井2、水泥凝固后，套管憋压打开爆破阀，（Rupture DiscValue）3、第一级压裂通过该阀泵注4、在第一级压裂顶替时，投入TAP堵标（dart）打开TAP启动阀5、按上述步骤完成剩余施工6、开井放喷投球可重复开关滑套一次多层压裂系统作业步骤Run-in string, set the Packer, and inflate theZoneSelect Toe SleeveOpen hole PackerZo

45、neSelect SlidingSleeve管柱入井、坐封所有封隔器 open hole packersPackerStart pumping the frac, hydraulically open the ZoneSelectContinue pumping the frac, drop the smallest ball to seat on the lowest ZoneSelect Sliding开泵、打开趾端滑套，压裂最底层 Toe Sleeve投最小球、开启上面一层压裂滑套并对这层实施压裂 Sleeve and hydraulically open it.Drop the nex

46、t size larger ball, to seat in the next ZoneSelect Sliding Sleeve and hydraulically open it.73 2008 Weatherford. All rights reserved.投球可重复开关滑套一次多层压裂系统作业步骤投最后一个球，完成所有层的压裂开井口投产，返流球及多余砂下钻磨铣球座和剩于的球开井投产、用开关工具关闭不想投产层位的压裂滑套，最底层封闭可用桥塞 2008 Weatherford. All rights reserved.74威德福 RFID电感可重复开关滑套一次多层压裂系统技术特点 电控滑

47、套 压力等级 10,000 PSI 温度 150 C 电传感器和滑套内芯片信号对应，开关滑套 不受压裂层数限制75套管封隔器多级分段压裂工艺工艺原理是利用封隔器对水平井段机械分隔实现分段，具有不动管柱多级压裂施工、分段隔离针对性好的优点。针对管柱风险配套了系列针对性措施。安全接头割缝喷砂器7”套管3.5 ”油管封隔器甲封隔器乙喷砂滑套甲喷砂滑套乙座封球座接球座接球座水力锚水力锚球, 甲, 部,从环空注入反洗井,提供干净井筒投35mm球,座封封隔器，打掉球座，压裂第1段投45mm球 开喷砂滑套甲 密封下部 压裂第2段投50mm球,开喷砂滑套乙,密封中部,压裂第3段滚珠引鞋扶正器扶正器扶正器扶正器

48、XS21-2H水平井封隔器分段压裂技术应用水平井封隔器分段压裂技术应用基本情况射孔完井水平段长700m压裂层位：JS21设计思路封隔器分四段压裂、低砂比、台阶与线性加砂相结合 、冻胶过量顶替压裂施工顺利完成了145m3加砂，压后获无阻流量7.5104m3/d左右净液排量 (m3/min)地面压力 Ann (MPa)携砂液排量 (m3/min)支撑剂浓度 (kg/m3)地面压力 Tbg (MPa)10.00100.010.002000100.0净液排量 (m3/min)地面压力 Ann (MPa)携砂液排量 (m3/min)支撑剂浓度 (kg/m3)地面压力 Tbg (MPa)10.00100.

49、010.002000100.0净液排量 (m3/min)地面压力 Ann (MPa)携砂液排量 (m3/min)支撑剂浓度 (kg/m3)地面压力 Tbg (MPa)10.00100.010.002000100.0净液排量 (m3/min)地面压力 Ann (MPa)携砂液排量 (m3/min)支撑剂浓度 (kg/m3)地面压力 Tbg (MPa)10.00100.010.002000100.08.00080.006.00060.004.00040.002.00020.008.000160080.006.000120060.004.000800.040.002.000400.020.008.0

50、0080.006.00060.004.00040.002.00020.008.000160080.006.000120060.004.000800.040.002.000400.020.008.00080.006.00060.004.00040.002.00020.008.000160080.006.000120060.004.000800.040.002.000400.020.008.00080.006.00060.004.00040.002.00020.008.000160080.006.000120060.004.000800.040.002.000400.020.00（2852-285

51、6m）（2663-2667m）（2484-2488）20.036.052.0时间 (min)68.084.0100.00.00.00.00.00.0新沙井米米加砂压裂曲线0.0016.0032.00时间 (min)48.0064.0080.000.00.00.00.00.00.0014.0028.00时间 (min)42.0056.0070.000.00.00.00.00.0新沙井米加砂压裂曲线0.020.040.0时间 (min)60.080.0100.00.00.00.00.00.0（2284-2288）水力喷射分段压裂技术水力喷射分段压裂技术1998年，Surjaatmadjadia第一

52、次提出了水力喷射分段压裂思想和方法 。水力喷射分段压裂技术就是将水力喷射技术和压裂技术相结合。水力喷射压裂技术可以在裸眼、筛管完井的水平井中进行加砂压裂，也可以在套管井上进行 。技术原理根据伯努利方程，将压力能转换为动能，油管流体加压后经喷嘴喷射而出的高速射流(喷嘴喷射速度大于190 m/ s) 在地层中射流成缝，通过环空注入液体使井底压力刚好控制在裂缝延伸压力以下，射流出口周围流体速度最高，其压力最低，环空泵注的液体在压差作用下进入射流区，与喷嘴喷射出的液体一起被吸入地层，驱使裂缝向前延伸，因井底压力刚好控制在裂缝延伸压力以下，压裂下一层段时，已压开层段不再延伸，因此，不用封隔器与桥塞等隔离

53、工具，实现自动封隔。通过拖动管柱，将喷嘴放到下一个需要改造的层段，可依次压开所需改造井段。水力喷射压裂原理示意图试验现场试验结果套管壁面上孔眼形态地层中孔眼形态水力喷砂射孔和聚能弹射孔对比图水力喷砂射孔在地层中形成的纺锤形孔眼最大直径可超过50mm、深度可达到近0.8-2m。实内实验和现场数据显示：水力喷肘孔眼直径一般为喷嘴直径的4-8倍，每一个水力喷射孔眼的过液面积是用射孔枪获得孔眼的5-10倍。基本作业过程（1）工具入井定位（2）油管内加压，射孔1、23（3）维持喷嘴压降、环空加压，孔内起裂、裂缝延伸（4）回拉拖动工具定位，第二段裂缝射孔、压裂（5）重复4，完成多段压裂喷嘴压降：约30MP

54、a环空压力：接近于FEP4、5优点：可在需要压裂的任意井段进行施工，同时对于裂缝条数没有限制；不下机械隔离工具，极大地减少了工具砂埋或砂卡的风 险；对同一井不同井段可采取不同液体体系进行改造缺点：在目前情况下，得到压裂点以上和以下部分环空流体的滤失缺点：环空需要泵注液体；施工完一段后，需上提施工管柱到第二层位置处。对于高压气井需在井口安装防喷器；施工后需要起出施工管柱，重新下入完井管柱。使用范围：对于裸眼井分段压裂尤其适合；喷嘴节流作用明显，泵注压力比一般的压裂约高20MPa，不适用于深井压裂地层上Bakken深度3657.6（测深）、2377.44（垂深）温度131施工级数井1-17井2-1

55、8水力喷射工具44.762590相位角管柱外径mm线密度kg/m下深m钢级生产管柱114.317.26P110连接管柱60.32571542.23连续油管60.3256.12804.16连续油管水力喷射压裂分段压裂技术实例2010年，在美国蒙大拿州开展了两口页岩气井的水力喷射压裂实验，两口井分别进行了17级、18级的水力喷射压裂，每口井的施工时间长达4天。水力喷射现场作业水平井不动管柱滑套水力喷射分段压裂工艺多层压裂滑套常规水力喷射分段压裂施工步骤不压井装置常规水力喷射分段压裂工艺常规水力喷射压裂地面连接示意国针对川西气藏高压力特征，在常规水力喷射分段压裂工艺基础上引入多层压裂滑套技术成功开发

56、了“不动管柱滑套水力喷射分段压裂”。工艺创新点结合了常规水力喷射压裂技术和滑套多层压裂的优点；不动管柱连续分层改造、不带封隔器、管柱容易起出；克服了常规水力喷射需带压装置、需动管柱、工期长、需取工具、压井伤害、连续油管排量低等众多缺点。喷枪入井喷嘴装好的喷枪配套技术不动管柱滑套水力喷射分段压裂配套技术水力喷射压裂井下工具环空压力控制技术压裂液井底交联控制技术过交联冻胶与基液混合后压裂液滑套喷枪XS311H水平井不动管柱水力喷射分段压裂技术应用XS311H井是以沙溪庙JS31砂体为目的层的水平井。水平段采用液体欠平衡钻井水平段长度为385m，垂深2476.3m水平段衬管完井的方式采用自行设计的不

57、动管柱常规油管水力喷射分3段压裂技术8个小时连续完成40m3、30m3、30m3陶粒的施工环空排量 (m3/min)地面压力 环空 (MPa)携砂液排量 (m3/min)支撑剂浓度 (kg/m3)地面压力 油管 (MPa)测试天然气无阻流量16.1104m3/d，增产倍比50倍目 前 投 入 试 采 油 压26.23MPa、套压28.35MPa下20.0080.0016.0064.0012.0048.008.00032.004.00016.0020.00200080.0016.00160064.0012.00120048.008.000800.032.004.000400.016.00产气3.

58、4705104m3/d时间 (min)0.072.0144.0216.0288.0360.00.00.00.00 0.0 00.0XS211H井不动管柱滑套水力喷射分段压裂工艺该井水平段503m，套管完井，JS21难动用储量。完成不动管柱滑套水力喷射分3段压裂，规模分别为40m3、30m3、50m3。完井仅2千方气，压裂后测试在油压17.5MPa、套压18.7MPa下配产3 3.2 2104m3/d，获天然气无阻流量4 4.3 3104m3/d，增产倍比达到22倍以上，是邻井直井单层压裂效果的2.0倍。携砂液排量 (m3/min)支撑剂浓度 (kg/m3)地面压力 Tbg (MPa)携砂液排量

59、 (m3/min)净液排量 (m3/min)地面压力 Ann (MPa)0.084.0168.0252.0336.0420.00.00.00.010.002000100.08.000160080.006.000120060.004.000800.040.002.000400.020.000.00.00.0150010.00100.012008.00080.00900.06.00060.00600.04.00040.00300.02.00020.00时间 (min)XS21-1H井加砂压裂施工曲线连续油管分段压裂技术连续油管分段压裂技术 一天可单独作业多层段压裂前对全部层段射孔跨隔封隔器通过连续

60、油管操作，压裂作业通过连续油管注入 局限性施工排量受连续油管的内径和长度限制 有效改造的层厚受限井底最大压力受跨隔封隔器最大压差的限制施工规模有时由于排量受限制摩阻高、注入排量低、地面施工压力高另外一种选择：采用连续油管喷砂射孔，环空压裂！施工步骤压裂示意图使用跨式皮碗-封隔器总成应用步骤：对全部层位射孔下通井规针对改造层下跨式碗-封隔器总成压裂结束后反循环，上提总成到下一个改造层位座封压裂最后返排压裂液并投产连续油管水平井压裂技术GRI 猫鼬多级水力压裂工具通过连续油管与工具联接后，深入井底，在拖动工具的过程中通过MCCL机械定位器实现精确定位，定位后将封隔器做封。通过连续油管以0.5m-0