国外水力压裂技术新发展张士诚

国外水力压裂技术新进展张士诚新方法水力压裂诊断技术及裂缝模型的标定

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地下水力裂缝的几何尺寸、方位与位置？对进一步提高压裂技术水平是重要的关键问题之一！１、新方法－水力压裂诊断技术及裂缝模型的标定间接方法直接的近井地带方法直接的远场地带方法新方法－水力压裂诊断技术的方法间接方法

诊断方法主要限制可能估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的模拟假设√√√

√√试井需要准确的渗透率与压力√

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√生产分析需要准确的渗透率与压力√

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诊断方法主要限制可能估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”

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温度测井小层岩石的导温系数影响结果

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HIT对管柱尺寸改变敏感

√生产测井只能确定何层生产

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井眼成像测井只能由于裸眼井

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井下电视用于套管井，有孔眼的部分

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井径测井裸眼井结果，取决于井眼质量

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近井地带直接方法几英尺范围，察看射孔段的缝高、砂浓度和生产剖面！远场直接方法诊断方法主要限制可能估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所有地层⊙⊙

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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，两大工具：倾斜仪和微地震图像可提供宏观尺寸直接远场裂缝诊断技术解决的问题：裂缝是否像设计的那样，已经覆盖整个目的层？是否都在目的层以内？加砂量的砂比是否恰当？形成的裂缝尺寸及与模型计算相比较的结果如何？产量预测情况如何？裂缝长度与方位是否影响了原设计的布井方案？地层中形成裂缝后的岩体位移情况原理水力压裂远场裂缝诊断方法之一压裂井井下倾斜仪成象（TWTM）可直接测量水力裂缝缝高与缝宽；可用于不加砂的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边井井倾斜仪相比，可获得高

六个数量级的强信号。特点新方法－水力压裂远场裂缝断方法之一（TWTM）压裂作业前前先在井中中下入一串串小尺寸（（111/16”—27/8”）多达20个的倾斜仪仪，依据射射孔段长度度与可能的的缝高，倾倾斜仪的布布距约20—80英尺，用5/16”的细电缆缆将实时采采集到的信信号，传递递到地面。可将倾斜仪仪偏心贴于于套管壁上上，或置于于环形空间间，以避免免注液过程程中，在井井筒内紊流流及支撑剂剂骚动所产产生的噪音音或对倾斜斜仪的损伤伤。方法法TWTM－－应用用实例例新方法法－水力压压裂远场裂裂缝断断方法法之一（（TWTM）压裂过过程，，不同同位置置倾斜斜仪测测出的的缝高高随时时间的的扩展展倾角角反响响曲曲线线微地地震震压压裂裂成成象象（（MFM））目的的－确定定裂裂缝缝的的缝高高、、缝缝长长和和方方位位方法法－在观察察井井井下下放放入入检检波波器器，，监监测测压压裂裂过过程程中中产产生生的的地地震震波波应用用－东得得克克萨萨斯斯盆盆地地的的博博西西尔尔砂砂层层组组的的清清水水压压裂裂砂层层埋埋深深：：4000米米，细、、粉粉砂砂与与页页岩岩互互层层砂层层温度度：：126°°ＣＣ平均均孔孔隙隙度度：：6-10％％平均均渗渗透透率率：毫毫达达西西新方方法法－水力力压压裂裂远场场裂裂缝缝断断方方法法之二二A井井与与观观察察井井的的井井筒筒布布置置图图观察察井井下下入入12个个三三分分量量检检波波器器新方法－水力压裂远场裂缝断方方法之二（MFM）A井压裂过程程中的地震平平面成像新方法－水力压裂远场裂缝断方方法之二（MFM）A井压裂过程程中的北向及及西向地震成成像新方法－水力压裂远场裂缝断方方法之二（MFM）地点：东得克萨斯卡卡尔萨杰气田田方法：井下倾斜仪成成象CGU22-09MonitorWellCGU21-10MonitorWellCGU21-09MonitorWellPhase2TreatmentWellPhase1TreatmentWellEast(ft)North(ft)微地震裂缝监监测实例（1997年年）CGU21-10常规冻胶压裂数据表CGU21-09清水压裂数据表2.4kg/m^3线性性胶1.75~3.5%砂比比3kg/m^3交联冻胶胶1～35％砂砂比施工参数及工工艺缝高向上延伸伸，缝长不对对称！缝高向下延伸伸，缝长不对对称！裂缝在产层延延伸，缝长不不对称！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２～４倍监测结果－缝长不对称！！裂缝诊断结果果的作用裂缝模拟结果与实际情况不一致的原因①直观显示了裂缝的长度、高度、走向等重要信息②为裂缝模拟提供了标定的依据

①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②裂缝模拟软件没有与具体区块的真实压裂几何尺寸相结合裂缝诊断结果果的应用－标定裂缝模型型标定后的模型型应满足的条条件：接近实际诊断断的裂缝高度度（例如用TWTM方法法）接近观察到的的压裂过程的的净压力值保持原有的岩岩石性质对所有井的裂裂缝模拟具有有相容性新方法－裂缝模型的标标定满足：地应力剖面测测定－净压力和三维维模拟基础（小型压裂、、地应力测试试）施工压力拟合合－确定裂缝延延伸状态和几几何参数注意：在模型的标定定中，要注意意裂缝扩展模模型经典理论论以外的现象象，例如在多多层压裂中，，裂缝的高度度就不但受各各小层的闭合合应力及渗透透率差别的控控制，并且也也受“多层效效应”的约束束。净压力历史的的拟合实例分析－常常规缝高与多多层缝高扩展展的差别新方法－裂缝模型的标标定实例分析标定前标定后净压力拟合结结果裂缝模型的标标定所谓的清水压裂，除了早期用用清水不带砂砂外，多数是是用化学处理理剂，如减阻阻剂、活性剂剂、防膨剂处处理过的清水水或线性胶，，这种水也常常常称作滑溜水（slickwater-frac)。作业中带有少少量砂的，但但也有加砂量量较多的，砂砂比常为3.5%。用水量多，排量量大是它们的共性性，至于造缝缝导流能力的的大小与储储层物性有关关。２、新工艺－清水压裂裂技术及及其进展展低渗透油油气藏高高效开采采的关键：降低压裂裂液对地地层的伤伤害！降低开采采成本！！清水压裂裂技术清水压裂裂技术的的发展历历程两个砂岩岩地层的的应用效效果对比比清水压裂裂对致密密气藏伤伤害评价价清水压裂裂增产机机理及适适应性压裂液返返排监测测技术70年代中期期，在俄克克拉荷马马西北的的密西西西比裂缝缝性石灰灰岩地层层进行了了有规模模的清水水压裂；；用大量量的清水水，每分分钟排量量为8—12方，砂比比为1.75%，由于砂量量及砂比比都较低低，难以以长期支支撑形成成的裂缝缝。1986至1987年在吉丁斯斯油田（（澳斯汀汀白垩石灰岩地层）进进行了清清水压裂裂，基质质岩石的的渗透率率为0.005至0.2毫达西西，地层厚厚度为50至500英尺。压压裂后，，油井从从平均日日产油0.64方增加加至6.4方。。压裂规规模平均均2400方清清水，排排量平均均7方，，平均用用浓度7.5至至15%的盐酸酸500方。清水压裂裂技术新新进展1988年联合太平平洋能源源（UPR）公公司在其其第一口口水平井中也进行行了清水水压裂，，在作业业中使用用了蜡珠珠作为分分流剂。。95年以后，广泛应应用于裂缝性致致密砂岩岩气藏；提提出了冻冻胶与滑滑溜水联联合的混合清水压裂裂技术。。1995年UPR公司司－东得得克萨斯斯盆地棉棉花谷致致密、低低渗砂岩岩地层施工概况：泰勒段砂岩，，对150口口井进行了250次的清清水压裂储层情况：渗透率0.001至0.05毫达西西无论纵向上和和横向上都非非常不均质，，纵向上砂－－页岩交替，，砂层总厚为为1000到到1500英英尺清水压裂技术术应用实例1压裂工艺：采用大量清水水与少量的化化学剂（降阻阻剂、活性剂剂、防膨剂等等）20/40目目的Ottawa砂子子，总砂用量量在2273公斤到136吨之间砂比3.5%，少数作业业中使用砂比比达到15%的尾随支撑撑剂排量为1.6方到13方方，用水量约约为64方到到3180方方，前置液占占40%到50%棉花谷泰勒砂砂层A气田大大型清水压裂裂与常规压裂裂的比较新工艺－清水压裂与冻冻胶压裂效果果比较泰勒砂层Ｂ气气藏清水压裂与常规压裂产量对比新工艺－清水压裂与冻冻胶压裂效果果比较泰勒砂层C气气田清水压裂与常规压裂产量的比较造缝后导流能能力不足！所以要根据地地层物性设计计合理的导流流能力、选择择施工工艺新工艺－清水压裂与冻冻胶压裂效果果比较90年代中期安纳纳达柯石油公公司－东得克克萨斯棉花谷谷上侏罗纪博博西尔砂层储层情况：博西尔砂层位位于棉花谷砂砂岩之下，是是黑灰色页岩岩间夹有细砂砂、粉细泥质质砂岩的大厚厚层粘土的主要成成分是绿泥石石与伊利石平均孔隙度与与渗透率分别别为6~10%及0.005~0.05毫达西低渗储层的含含水饱和度为为50%，高渗透率储储层为5%清水压裂技术术应用实例2－混合清水压裂裂工艺技术－混合清水压裂法：：在工艺实践中中发现，对某某些储层清水水压裂导流能能力得不到保保证，采用了了混合清水压压裂工艺：用用清水造一定定的缝长及缝缝宽后，继以以硼交链的3.6—4.2公斤/方的胍胶压裂裂液，带有20/40、40/70目砂子，从而而产生较高导导流能力的水水力裂缝。EXT-4气井清水压裂加少量砂子压后采气曲线线EXT-9气井清水压裂加大量砂子压后采气曲曲线EXT-15气井混合清水压压裂压后采气曲曲线研究的目的的在上侏罗系系砂岩的博博西尔地层层进行了清清水压裂，，施工中泵泵入大量清清水并在裂裂缝扩展过过程中又毫毫无防滤措措施，在这这样致密的的砂层内毛毛管力自吸吸现象又严严重地存在在；同时考考虑到泵入入水在裂缝缝扩展过程程中，也会会受到应力力依赖的渗渗透率的影影响。所以以采用数值值模拟方法法研究这些因因素对气井井产能的影影响。清水压裂对对致密砂岩岩地层伤害害评价压裂施工及及监测情况况滑溜水1590方40/70目涂层砂（（RCS）50方平均排量12方井口平均作作业压力53MPa微地震成象象监测有效厚厚度：：169ft孔隙隙度度：8.89%水平渗透率率：0.0297md垂向渗透率率：0.00297md新工艺－清水压裂中中水锁及岩岩石物性应应力依赖性性的影响采用油藏—地质质力学—压压裂模拟的综合模型型进行拟合合，拟合时时的限制条条件如下：：压裂压力约约在81~84.5MPa之间;裂缝微震成成像的半长长约为106—137米，，垂直于缝缝的宽度很很大（每边边可达15米－－地地层变形的的范围！））;返排排期期间间水水产产量量递递减减很很快快，，到到生生产产晚晚期期基基本本为为常常数数;不稳稳定定试试井井得得出出的的缝缝长长较较短短，，缝缝导导流流能能力力约约为为1.52~3dc.cm。。研究究方方法法－－数数值值模模拟拟方方法法（地层－裂裂缝模型，，单相与气气水两相））拟合时的计计算参数1渗透透率率：0.03－0.0107md2导流能3填砂缝缝长：67m压裂作业拟拟合结果QgQw排液与生产产时间的拟拟合停泵时，滤滤失区达到到了15英英尺停泵时刻裂裂缝壁面附附近地层含含水饱和度度分布平均进水深深度5-10英英尺停泵时井筒附近地层含水饱饱和度分布布水侵入区域域在井底周周围已大大大减少，但但在缝端部部的含水饱饱和度仍然然很高，此此处的排液液程度较低低，排液的的初速度与与井底周围围的水饱和和度、滤失失区的厚度度有关，并并受控于随随应力而变变化的渗透透率。生产10天天后裂缝附附近地层含含水饱和度度的分布水锁和水相相渗透率对对产量影响响单相气与气气水两相流流对产量影影响不大！！因此，水锁锁影响并不不大！渗透率伤害害（粘土膨膨胀、堵塞塞等）对产产量影响裂缝附近地地层渗透率率降低2％，产量降低低10～15％！因此，清水水压裂也应应针对性地地选择添加加剂，以减减少对储层层的伤害！！岩石中的天天然裂缝多多半是表面面粗糙，闭闭合后仍能能保持一定定的缝隙，，这样形成成的导流能能力，对低低渗储层来来说已经足足够了。这这种情况已已在实验室室中观察到到。常规规冻冻胶胶压压裂裂，，由由于于排排液液不不完完善善，，裂裂缝缝的的导导流流能能力力受受残残渣渣伤伤害害等等有有所所降降低低，，清清水水压压裂裂基基本本上上不不存存在在不不易易排排液液的的问问题题。。清水水（（线线性性胶胶））易易于于使使砂砂子子沉沉到到垂垂直直缝缝周周边边较较细细的的天天然然裂裂缝缝中中，，扩扩大大了了渗渗滤滤面面积积。。压裂裂过过程程中中岩岩石石脱脱落落下下来来的的碎碎屑屑（（特特别别是是在在页页岩岩地地层层中中））它它们们可可能能形形成成““自自撑撑””式式的的支支撑撑剂剂。。清水水压压裂裂增增产产机机理理－－常规规解解释释认为为剪剪切切力力能能使使裂裂缝缝壁壁面面从从原原位位置置上上移移动动，，从从而而产产生生不不重重合合并并出出现现许许多多粗粗糙糙泡泡体体表表面面，，由由于于存存在在剪剪切切滑滑移移，，在在裂裂缝缝延延伸伸过过程程中中也也能能使使已已存存在在的的微微隙隙裂裂开开，，并并使使断断层层面面及及其其它它弱弱面面张张开开，，这这些些现现象象可可以以发发生生在在水水力力裂裂缝缝的的端端部部或或裂裂缝缝周周围围的的滤滤失失带带中中。。剪切切膨膨胀胀扩扩展展裂裂缝缝－－基本本假假设设清水水压压裂裂增增产产机机理理－－新解解释释剪切切膨膨胀胀扩扩展展裂裂缝缝－－物理理过过程程当裂裂缝缝周周边边的的岩岩石石在在压压力力超超过过门门槛槛压压力力后后，，即即发发生生““滑滑移移””破破坏坏，，两两个个裂裂缝缝粗粗糙糙面面的的滑滑动动，，使使垂垂直直于于缝缝面面的的缝缝隙隙膨膨胀胀。。停停泵泵后后，，张张开开了了的的粗粗糙糙面面使使它它们们不不能能再再滑滑回回到到原原来来的的位位置置，，从从而而剪剪切切膨膨胀胀的的裂裂缝缝渗渗透透率率得得到到保保持持。。清水水压压裂裂在在这这种种情情况况下下的的成成功功与与否否，，取决决于于是否存在在着有利利的天然然裂缝系系统以及及它们对对压力及及原有的的就地应应力的响响应程度度。质地强硬硬的岩石石有许多多粗糙的的节理，，很高的的抗剪程程度，很很好的剪剪切与裂缝导导流能力力的耦合合性，清清水压裂裂适用（（裂缝性致致密砂岩岩、灰岩岩地层等）；强度较弱弱的岩石石如泥质质砂岩就就不适合合清水压压裂；储层的裂裂缝网状状分布及及流体流流动过程程都可以以用以评评价是否否应该采采用清水压裂裂。清水压裂裂增产的的适应性性由于清水压裂裂可免去制制备冻胶胶所消耗耗的化学学剂量，，包括成成胶剂、、交链剂剂与破胶胶剂，不不含残渣渣，不会会堵塞地地层；减少了砂砂（支撑撑剂）的的用量及及运砂的的费用所以清水压裂裂与常规规冻胶压压裂在相相同规模模的作业业中可节节省费用用40%—60%。对于那那些渗透透率很低低的边际油气气田，清水压压裂将是是开采这这类油气气田的重重要措施施，也是是降低采采油成本本，增加加动用储储量的有有效途径径。清水压裂裂技术－－结论１、记录泵入入水的回回采率，，但是此此值受地地层产出出水的影影响很大大。２、计量排液液中的聚聚合物浓浓度，此此方法操操作上非非常复杂杂，测试试结果也也不十分分确切，，由于滤滤失而使使聚合物物浓度提提高，在在泵入水水回采率率的计算算方面，，可能产产生误导导。３、分析注入入前后的的聚合物物溶液以以确定碳碳水化合合物的总总含量，，从而计计算水的的回采率率。此方方法同样样受缝中中滤失的的影响。。压裂液排排液或回回排的监监测常规方法法返排率？？问题题获得的水水回采率率都不是是从作业业中各个个压裂液液段中得得到，是是笼统的的整个作作业过程程中的情情况。有时返排排率很高高，但压压后生产产动态很很差！（（往往是是最后注注入的一一段液体体未排出出堵塞了了裂缝！！）？特点：示踪剂具具有独特特性质，，各不相相同：它它们彼此此不起反反应，与与岩层或或金属管管类也没没有化学学反应；；不随时时间或温温度的变变化而发发生降解解，示踪踪剂在极极低浓度度（50ppt）下仍仍可被察察觉。无无论在运运输、泵泵入或废废弃时，，都是安安全的。。易溶于于水，滤滤失后也也不会浓浓集。性质各异异的压裂裂用化学学示踪剂剂（CFT）压裂液排排液或回回排的监监测新方法方法：在泵的低低压部分分注入，，浓度是是1ppm。压压裂后返返排每隔隔15分分钟采样样一次一一直到有有天然气气突破，，可以分分析到样样品中1ppb的含含量。由由于分层层分液段段泵入性性质独特特的CFT，可可用物质质平衡方方法计算算分层，，分液段段回排效效率，从从而获得得每口井井的回排排效率。。一是井底底附近从井底附附近地区区回排是是由于井井底附近近的滤失失量太大大，前置置液阶段段的液体体滤失于于此地。。当作业业井回排排时，井井底附近近滤失液液先排出出来。二是从裂裂缝端部部当井筒附附近的渗渗透率低低或没有有滤失时时，前置置液回流流至井中中并将它它前面的的液段推推向井底底，先泵泵入的最最后排出出。压裂液的的两种回排类型型常规冻胶胶压裂液液与滑溜水压压裂液回排区别别冻胶液可以看作全悬浮液，靠粘度和排量携砂，液段和支撑剂分布密切，最后注入的最先回排！（受破胶剂的影响）滑溜水靠排量携砂，砂子沉降后液体在砂堤形成漩涡流，使先后加入的液段混合在一起，在相同的时间以相同的浓度排出！博西尔砂砂层冻胶胶压裂的的回排剖剖面化学压裂裂示踪剂剂技术的的应用－－冻胶博西尔砂砂层滑溜溜水基清清水压裂裂的回排排剖面化学压裂裂示踪剂剂技术的的应用－－清水高密度支撑剂材材料强度度的提高高，密度度也随着着加大，，颗粒密密度的增增加，直直接导致致了输砂砂的难度度，也很很难做到到在水力力裂缝内内均匀的的布砂。。沉降速速度过快快，也会会导致压压裂过程程中在地地层中出出现桥堵堵。低密度低密度支支撑剂能能够在低低排量下下保证支支撑剂的的输送，，能提供供在绝大大部分裂裂缝面积积上得到到支撑剂剂的机会会，降低低支撑剂剂密度还还可以减减少配制制压裂液液系统的的复杂性性从而减减少了对对填砂裂裂缝的伤伤害。高强度超低密度支撑剂－ULW３、新材材料－高强度超超低密度度支撑剂剂美国BJ服务公公司•2003年•两两种ULW支撑撑剂ULW1.25支撑撑剂－被被树脂浸浸透并涂涂层的化化学改性性核桃壳壳ULW1.75支支撑剂－－树脂涂涂层的多多孔陶粒粒新材料－高强度超超低密度度支撑剂剂ULWULW1.25支撑撑剂－化化学改性性核桃壳壳ULW1.75支支撑撑剂－－树脂脂涂层层的多多孔陶陶粒新材料料－ULW1.25支撑剂剂制作工工序：：先将粒粒径比比较接接近的的核桃桃壳微微粒（（20/30目目）用用强树树脂浸浸渍，，然后后将浸浸透的的核桃桃壳用用酚醛醛树脂脂涂层层，后后一步步与现现今用用的涂涂层砂砂的工工艺相相似。。主要特特点：：视密度度为0.85克克/毫毫升(是石石英砂砂的一一半)79摄摄氏度度下能能承受受41.4MPa的闭闭合应应力，，温度度升高高则强强度降