国外水力压裂技术最新发展

1、国外水力压裂技术新进展张士诚国外水力压裂技术最新发展第1页新方法水力压裂诊疗技术及裂缝模型标定 新工艺清水压裂及其进展 新材料高强度超低密度支撑剂（ULW） 主 要 内 容国外水力压裂技术新进展国外水力压裂技术最新发展第2页 地下水力裂缝几何尺寸、方位与位置？对深入提升压裂技术水平是主要关键问题之一！ 、新方法水力压裂诊疗技术及裂缝模型标定国外水力压裂技术最新发展第3页间接方法直接近井地带方法直接远场地带方法新方法水力压裂诊疗技术方法国外水力压裂技术最新发展第4页间接方法诊疗方法主要限制可能预计项目长度高度宽度方位倾角体积导流净压力分析油藏描述提供模拟假设试井需要准确渗透率与压力生产分析需要准

2、确渗透率与压力国外水力压裂技术最新发展第5页诊疗方法主要限制可能预计项目长度高度宽度方位倾角体积导流放射性示踪剂探测深度1”2”温度测井小层岩石导温系数影响结果HIT对管柱尺寸改变敏感生产测井只能确定何层生产井眼成像测井只能因为裸眼井井下电视用于套管井，有孔眼部分井径测井裸眼井结果，取决于井眼质量近井地带直接方法几英尺范围，察看射孔段缝高、砂浓度和生产剖面！国外水力压裂技术最新发展第6页远场直接方法诊疗方法主要限制可能预计项目长度高度宽度方位倾角体积导流地面倾斜图像受深度限制周围井井下倾斜图像受井距限制微地震像图不可能应用与全部地层施工井倾斜仪像图要用缝高及缝宽计算缝长能够被确定数十到数百英尺

3、，两大工具：倾斜仪和微地震图像可提供宏观尺寸国外水力压裂技术最新发展第7页直接远场裂缝诊疗技术处理问题： 裂缝是否像设计那样，已经覆盖整个目标层？是否都在目标层以内？加砂量砂比是否恰当？形成裂缝尺寸及与模型计算相比较结果怎样？产量预测情况怎样？裂缝长度与方位是否影响了原设计布井方案？国外水力压裂技术最新发展第8页地层中形成裂缝后岩体位移情况 原理水力压裂远场裂缝诊疗方法之一压裂井井下倾斜仪成象（TWTM）国外水力压裂技术最新发展第9页 可直接测量水力裂缝缝高与缝宽；可用于不加砂测试压裂和实际加砂压裂；压裂井井下倾斜仪成象技术与地面倾斜仪或周围井井倾斜仪相比，可取得高六个数量级强信号。特点新方法

4、水力压裂远场裂缝断方法之一（TWTM）国外水力压裂技术最新发展第10页压裂作业前先在井中下入一串小尺寸（1 11/16” 2 7/8”）多达20个倾斜仪，依据射孔段长度与可能缝高，倾斜仪布距约20 80英尺，用5/16”细电缆将实时采集到信号，传递到地面。可将倾斜仪偏心贴于套管壁上，或置于环形空间，以防止注液过程中，在井筒内紊流及支撑剂骚动所产生噪音或对倾斜仪损伤 。方法国外水力压裂技术最新发展第11页TWTM应用实例新方法水力压裂远场裂缝断方法之一（TWTM）压裂过程，不一样位置倾斜仪测出缝高随时间扩展倾角反响曲线 国外水力压裂技术最新发展第12页微地震压裂成象（MFM） 目标确定裂缝缝高、

5、缝长和方位方法在观察井井下放入检波器，监测压裂过程中产 生地震波应用东得克萨斯盆地博西尔砂层组清水压裂 砂层埋深： 4000米 ，细、粉砂与页岩互层砂层温度： 126平均孔隙度：6-10平均渗透率：0.005-0.05毫达西 新方法水力压裂远场裂缝断方法之二国外水力压裂技术最新发展第13页A井与观察井井筒布置图观察井下入12个三分量检波器新方法水力压裂远场裂缝断方法之二（MFM） 国外水力压裂技术最新发展第14页A井压裂过程中地震平面成像新方法水力压裂远场裂缝断方法之二（MFM） 国外水力压裂技术最新发展第15页A井压裂过程中北向及西向地震成像新方法水力压裂远场裂缝断方法之二（MFM） 国外水

6、力压裂技术最新发展第16页地点：东得克萨斯卡尔萨杰气田 方法：井下倾斜仪成象 CGU22-09Monitor WellCGU21-10Monitor WellCGU21-09Monitor WellPhase 2Treatment WellPhase 1Treatment WellEast(ft)North(ft)微地震裂缝监测实例（1997年）国外水力压裂技术最新发展第17页CGU21-10常规冻胶压裂数据表CGU21-09清水压裂数据表2.4kg/m3线性胶1.753.5%砂比3kg/m3交联冻胶135砂比施工参数及工艺国外水力压裂技术最新发展第18页缝高向上延伸，缝长不对称！缝高向下延伸

7、，缝长不对称！裂缝在产层延伸，缝长不对称！国外水力压裂技术最新发展第19页CGU21-10常规冻胶压裂井测出缝长CGU21-09清水压裂井测出缝长东西向相差倍监测结果缝长不对称！国外水力压裂技术最新发展第20页裂缝诊疗结果作用裂缝模拟结果与实际情况不一致原因 直观显示了裂缝长度、高度、走向等主要信息为裂缝模拟提供了标定依据 裂缝模拟软件未经与裂缝实际测量及净压力动态结果相标定裂缝模拟软件没有与详细区块真实压裂几何尺寸相结合裂缝诊疗结果应用标定裂缝模型国外水力压裂技术最新发展第21页标定后模型应满足条件： 靠近实际诊疗裂缝高度（比如用TWTM方法）靠近观察到压裂过程净压力值保持原有岩石性质对全部

8、井裂缝模拟含有相容性新方法裂缝模型标定满足：国外水力压裂技术最新发展第22页地应力剖面测定净压力和三维模拟基础（小型压裂、地应力测试）国外水力压裂技术最新发展第23页施工压力拟合 确定裂缝延伸状态和几何参数国外水力压裂技术最新发展第24页注意：在模型标定中，要注意裂缝扩展模型经典理论以外现象，比如在多层压裂中，裂缝高度就不但受各小层闭合应力及渗透率差异控制，而且也受“多层效应”约束。 净压力历史拟合国外水力压裂技术最新发展第25页实例分析常规缝高与多层缝高扩展差异新方法裂缝模型标定国外水力压裂技术最新发展第26页实例分析标定前标定后净压力拟合结果裂缝模型标定国外水力压裂技术最新发展第27页 所

9、谓清水压裂，除了早期用清水不带砂外，多数是用化学处理剂，如减阻剂、活性剂、防膨剂处理过清水或线性胶，这种水也经常称作滑溜水（slick water-frac)。作业中带有少许砂，但也有加砂量较多，砂比常为3.5%。用水量多，排量大是它们共性，至于造缝导流能力大小 与储层物性相关。、新工艺清水压裂技术及其进展低渗透油气藏高效开采关键：降低压裂液对地层伤害！降低开采成本！国外水力压裂技术最新发展第28页清水压裂技术清水压裂技术发展历程两个砂岩地层应用效果对比清水压裂对致密气藏伤害评价清水压裂增产机理及适应性压裂液返排监测技术国外水力压裂技术最新发展第29页70年代中期，在俄克拉荷马西北密西西比裂缝

10、性石灰岩地层进行了有规模清水压裂；用大量清水，每分钟排量为8 12方，砂比为1.75%，因为砂量及砂比都较低，难以长久支撑形成裂缝。 1986 至1987年在吉丁斯油田（澳斯汀白垩石灰岩地层）进行了清水压裂，基质岩石渗透率为0.005至 0.2毫达西，地层厚度为50至 500英尺。压裂后，油井从平均日产油0.64方增加至6.4方。压裂规模平均2400方清水，排量平均7方，平均用浓度7.5至15%盐酸500方。 清水压裂技术新进展1988年联合太平洋能源（UPR）企业在其第一口水平井中也进行了清水压裂，在作业中使用了蜡珠作为分流剂。95年以后，广泛应用于裂缝性致密砂岩气藏；提出了冻胶与滑溜水联合

11、混合清水压裂技术。 国外水力压裂技术最新发展第30页1995年UPR企业东得克萨斯盆地棉花谷致密、低渗砂岩地层施工概况：泰勒段砂岩，对150口井进行了250次清水压裂储层情况：渗透率0.001至0.05毫达西不论纵向上和横向上都非常不均质，纵向上砂页岩交替，砂层总厚为1000到1500英尺清水压裂技术应用实例1压裂工艺：采取大量清水与少许化学剂（降阻剂、活性剂、防膨剂等）20/40目标 Ottawa砂子，总砂用量在2273千克到136吨之间砂比3.5%，少数作业中使用砂比到达15%尾随支撑剂排量为1.6方到13方，用水量约为64方到3180方，前置液占40%到50%国外水力压裂技术最新发展第3

12、1页棉花谷泰勒砂层A气田大型清水压裂与常规压裂比较 新工艺清水压裂与冻胶压裂效果比较国外水力压裂技术最新发展第32页泰勒砂层气藏清水压裂与常规压裂产量对比 新工艺清水压裂与冻胶压裂效果比较国外水力压裂技术最新发展第33页泰勒砂层C气田清水压裂与常规压裂产量比较造缝后导流能力不足！所以要依据地层物性设计合理导流能力、选择施工工艺新工艺清水压裂与冻胶压裂效果比较国外水力压裂技术最新发展第34页90 年代中期安纳达柯石油企业东得克萨斯棉花谷上侏罗纪博西尔砂层储层情况：博西尔砂层位于棉花谷砂岩之下，是黑灰色页岩间夹有细砂、粉细泥质砂岩大厚层粘土主要成份是绿泥石与伊利石平均孔隙度与渗透率分别为610%及

13、0.005 0.05毫达西 低渗储层含水饱和度为50%，高渗透率储层为5% 清水压裂技术应用实例2混合清水压裂工艺技术混合清水压裂法：在工艺实践中发觉，对一些储层清水压裂导流能力得不到确保，采取了混合清水压裂工艺：用清水造一定缝长及缝宽后，继以硼交链3.6 4.2 千克/方胍胶压裂液，带有20/40、40/70目砂子，从而产生较高导流能力水力裂缝。国外水力压裂技术最新发展第35页EXT-4气井清水压裂加少许砂子压后采气曲线国外水力压裂技术最新发展第36页EXT-9气井清水压裂加大量砂子压后采气曲线国外水力压裂技术最新发展第37页EXT-15气井混合清水压裂压后采气曲线国外水力压裂技术最新发展第

14、38页研究目标 在上侏罗系砂岩博西尔地层进行了清水压裂，施工中泵入大量清水并在裂缝扩展过程中又毫无防滤办法，在这么致密砂层内毛管力自吸现象又严重地存在；同时考虑到泵入水在裂缝扩展过程中，也会受到应力依赖渗透率影响。所以采取数值模拟方法研究这些原因对气井产能影响。清水压裂对致密砂岩地层伤害评价国外水力压裂技术最新发展第39页压裂施工及监测情况滑溜水1590方40/70目涂层砂（RCS）50方 平均排量12方 井口平均作业压力53 MPa 微地震成象监测 有 效 厚 度：169ft孔 隙 度：8.89%水平渗透率：0.0297 md垂向渗透率：0.00297md新工艺清水压裂中水锁及岩石物性应力依

15、赖性影响国外水力压裂技术最新发展第40页 采取油藏地质力学压裂模拟综合模型进行拟合，拟合时限制条件以下： 压裂压力约在8184.5 MPa之间;裂缝微震成像半长约为106 137米，垂直于缝宽度很大（每边可达15米地层变形范围！）;返排期间水产量递减很快，到生产晚期基本为常数;不稳定试井得出缝长较短，缝导流能力约为1.523dc.cm。 研究方法数值模拟方法（地层裂缝模型，单相与气水两相）国外水力压裂技术最新发展第41页拟合时计算参数1 渗 透 率：0.030.0107 md2 导流能力：1.52 dc.cm3 填砂缝长： 67 m压裂作业拟合结果国外水力压裂技术最新发展第42页QgQw排液与

16、生产时间拟合国外水力压裂技术最新发展第43页停泵时，滤失区到达了15英尺停泵时刻裂缝壁面附近地层含水饱和度分布国外水力压裂技术最新发展第44页平均进水深度5-10英尺停泵时井筒附近地层含水饱和度分布国外水力压裂技术最新发展第45页水侵入区域在井底周围已大大降低，但在缝端部含水饱和度依然很高，此处排液程度较低，排液初速度与井底周围水饱和度、滤失区厚度相关，并受控于随应力而改变渗透率。生产10天后裂缝附近地层含水饱和度分布国外水力压裂技术最新发展第46页水锁和水相渗透率对产量影响单相气与气水两相流对产量影响不大！所以，水锁影响并不大！国外水力压裂技术最新发展第47页渗透率伤害（粘土膨胀、堵塞等）对

17、产量影响裂缝附近地层渗透率降低2，产量降低1015！所以，清水压裂也应针对性地选择添加剂，以降低对储层伤害！国外水力压裂技术最新发展第48页岩石中天然裂缝多半是表面粗糙，闭合后仍能保持一定缝隙，这么形成导流能力，对低渗储层来说已经足够了。这种情况已在试验室中观察到。 常规冻胶压裂，因为排液不完善，裂缝导流能力受残渣伤害等有所降低，清水压裂基本上不存在不易排液问题。 清水（线性胶）易于使砂子沉到垂直缝周围较细天然裂缝中，扩大了渗滤面积。压裂过程中岩石脱落下来碎屑（尤其是在页岩地层中）它们可能形成“自撑”式支撑剂。 清水压裂增产机理常规解释国外水力压裂技术最新发展第49页 认为剪切力能使裂缝壁面从

18、原位置上移动，从而产生不重合并出现许多粗糙泡体表面，因为存在剪切滑移，在裂缝延伸过程中也能使已存在微隙裂开，并使断层面及其它弱面张开，这些现象能够发生在水力裂缝端部或裂缝周围滤失带中。 剪切膨胀扩展裂缝基本假设清水压裂增产机理新解释国外水力压裂技术最新发展第50页剪切膨胀扩展裂缝物理过程当裂缝周围岩石在压力超出门槛压力后，即发生“滑移”破坏，两个裂缝粗糙面滑动，使垂直于缝面缝隙膨胀。停泵后，张开了粗糙面使它们不能再滑回到原来位置，从而剪切膨胀裂缝渗透率得到保持。 国外水力压裂技术最新发展第51页 清水压裂在这种情况下成功是否，取决于是否存在着有利天然裂缝系统以及它们对压力及原有就地应力响应程度

19、。质地强硬岩石有许多粗糙节理，很高抗剪程度，很好剪切 与裂缝导流能力耦合性，清水压裂适用（裂缝性致密砂岩、灰岩 地层等）；强度较弱岩石如泥质砂岩就不适合清水压裂；储层裂缝网状分布及流体流动过程都能够用以评价是否应该采取 清水压裂。清水压裂增产适应性国外水力压裂技术最新发展第52页因为清水压裂可免去制备冻胶所消耗化学剂量，包含成胶剂、交链剂与破胶剂，不含残渣，不会堵塞地层；降低了砂（支撑剂）用量及运砂费用所以 清水压裂与常规冻胶压裂在相同规模作业中可节约费用40% 60%。对于那些渗透率很低边际油气田，清水压裂将是开采这类油气田主要办法，也是降低采油成本，增加动用储量有效路径。 清水压裂技术结论

20、国外水力压裂技术最新发展第53页、统计泵入水回采率，不过此值受地层产出水影响很大。、计量排液中聚合物浓度，此方法操作上非常复杂，测试结果也不十分确切，因为滤失而使聚合物浓度提升，在泵入水回采率计算方面，可能产生误导。、分析注入前后聚合物溶液以确定碳水化合物总含量，从而计算水回采率。此方法一样受缝中滤失影响。 压裂液排液或回排监测常规方法返排率？国外水力压裂技术最新发展第54页问题取得水回采率都不是从作业中各个压裂液段中得到，是笼统整个作业过程中情况。有时返排率很高，但压后生产动态很差！（往往是最终注入一段液体未排出堵塞了裂缝！）？国外水力压裂技术最新发展第55页特点：示踪剂含有独特征质，各不相

21、同：它们彼此不起反应，与岩层或金属管类也没有化学反应；不随时间或温度改变而发生降解，示踪剂在极低浓度（50ppt）下仍可被觉察。不论在运输、泵入或废弃时，都是安全。易溶于水，滤失后也不会浓集。性质各异压裂用化学示踪剂（CFT）压裂液排液或回排监测新方法方法：在泵低压部分注入，浓度是1ppm。压裂后返排每隔15分钟采样一次一直到有天然气突破，能够分析到样品中1 ppb含量。因为分层分液段泵入性质独特CFT，可用物质平衡方法计算分层，分液段回排效率，从而取得每口井回排效率。 国外水力压裂技术最新发展第56页一是井底附近 从井底附近地域回排是因为井底附近滤失量太大，前置液阶段液体滤失于此地。看成业井

22、回排时，井底附近滤失液先排出来。二是从裂缝端部 当井筒附近渗透率低或没有滤失时，前置液回流至井中并将它前面液段推向井底，先泵入最终排出。 压裂液两种回排类型国外水力压裂技术最新发展第57页常规冻胶压裂液与滑溜水压裂液回排区分冻胶液能够看作全悬浮液，靠粘度和排量携砂，液段和支撑剂分布亲密，最终注入最先回排！（受破胶剂影响）滑溜水靠排量携砂，砂子沉降后液体在砂堤形成漩涡流，使先后加入液段混合在一起，在相同时间以相同浓度排出！国外水力压裂技术最新发展第58页博西尔砂层冻胶压裂回排剖面化学压裂示踪剂技术应用冻胶国外水力压裂技术最新发展第59页博西尔砂层滑溜水基清水压裂回排剖面化学压裂示踪剂技术应用清水

23、国外水力压裂技术最新发展第60页高密度 支撑剂材料强度提升，密度也伴随加大，颗粒密度增加，直接造成了输砂难度，也极难做到在水力裂缝内均匀布砂。沉降速度过快，也会造成压裂过程中在地层中出现桥堵。 低密度 低密度支撑剂能够在低排量下确保支撑剂输送，能提供在绝大部分裂缝面积上得到支撑剂机会，降低支撑剂密度还能够降低配制压裂液系统复杂性从而降低了对填砂裂缝伤害。 高强度超低密度支撑剂ULW、新材料高强度超低密度支撑剂国外水力压裂技术最新发展第61页美国BJ服务企业年两种ULW支撑剂ULW 1.25支撑剂被树脂浸透并涂层化学改性核桃壳ULW 1.75 支撑剂树脂涂层多孔陶粒新材料高强度超低密度支撑剂UL

24、W国外水力压裂技术最新发展第62页ULW 1.25支撑剂化学改性核桃壳国外水力压裂技术最新发展第63页ULW 1.75 支撑剂树脂涂层多孔陶粒国外水力压裂技术最新发展第64页新材料ULW1.25支撑剂制作工序：先将粒径比较靠近核桃壳微粒（20/30目）用强树脂浸渍，然后将浸透核桃壳用酚醛树脂涂层，后一步与现今用涂层砂工艺相同。主要特点：视密度为0.85克/毫升(是石英砂二分之一)79摄氏度下能承受41.4 MPa闭合应力，温度升高则强度降低，107时仅为27.6MPa；可破碎到任意API（泰勒网目）大小，6100目。国外水力压裂技术最新发展第65页新材料ULW1.75支撑剂 为树脂涂层多孔陶粒，制造过程与常规低比重陶粒支撑剂（LWP）相同，二者性能也比较靠近，密度有较大差异。 ULW密度约在1.75 到1.9克/毫升之间，与制造过程中控制颗粒孔隙度相关。涂层多孔陶粒，首先增加了它强度并封闭了颗粒外部孔隙，预防了外部液体入浸从而也保持了低密度特点。国外水力压裂技术最新发展第66页经1#树脂处理后，产生了共价键结构，不但增加了颗粒变形尺寸能力，而且提升了抗压强度。 用2#树脂处理后，因为产生了巨大共价键力及在核桃壳基质内聚合物链间交混,所以颗粒强度到达最大值。新材料ULW支撑剂性能评价国外水力压裂技术最