高速通道压裂技术调研

.1.2国内外研究现状1.1.2.1国外研究现状2000年Pyrak-Nolte和Morris提出了详细的裂缝断面离散化并预测其在闭合应力下变形的基本概念，并已由Morris和Johnson在2010年修改，以考虑沉淀柱在裂缝中的机械影响[9]。2001年Eberhard和Mullen对完井效率有影响的开发技术如砂质段塞，测井电缆装置/油管回收沙桥卡钻引起的应力转移和流通段塞的发展进行了研究[11]。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[3]。2011年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流体的脉冲分离。通道压裂在现场应用实现了净压力的降低，较高的初始的油气产量和较高的10年预测采收率。2011年Johnson等人在他们的研究中报告了滤砂速度的降低，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％[7]。2012卡尤莫夫等研究并报告了在高速通道压裂技术可以使滤砂发生率从12％减少至0％，交替泵注支撑剂的脉冲与无支撑剂的脉冲，降低了泥浆的倾向使之能渡过形状狭窄的裂缝。另外，报告中还指出纤维的添加也能使沿裂缝运输支撑剂变得更高效，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。2012年在奥伦堡地区，第一个联合方案由Kayumov,Konchenko等人报告了相比于标准的压裂技术，通道压裂技术在尾追阶段加入棒状颗粒使其在生产方面具有明显优势，。通道压裂后来随着增加的风险（如斜度井和侧钻的应用）应用到新的地区与井场，一直成绩不俗[12]。2012年Howard和S.G.James通过实验室研究确定支撑剂充填层分别在含纤维和不含纤维时的增长性和稳定性[4]。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支撑剂类型时的影响，并进行详细的参数研究通过明确地寻址裂缝内支撑剂的空间分布，用以调查常规压裂与通道压裂预期的相对性能，最后采用了边界元法模拟运算效率[5]。1.1.2.2国内研究现状高速通道压裂作为由斯伦贝谢公司于2010年设计研发并推出的新工艺技术，因而国内对于高速通道压裂技术的认识和研究都较少，大多仍停留在初步阶段。1.1.3研究内容围绕本文的研究目的，本文的研究内容主要包括以下几个方面：（1）调研高速通道压裂技术的原理；（2）调研高速通道压裂技术的主要相关工艺与实施方法；（3）调研高速通道压裂技术在现场的实际应用并分析其适用性；1.2拟采用的研究思路（方法、技术路线、分析论证等）1.2.1研究方法与思路国内低渗透油气藏分布广泛，压后普遍存在返排困难和缝内伤害等问题，对高速通道压裂的研究与试验，做好射孔参数、泵注段数、裂缝参数、纤维比例等优化设计的调研，再通过深入调研高速通道压裂技术，从研发背景、施工工艺、技术特点和实际应用效果等方面，并结合低渗透油气藏特点和开发现状进行适用性分析。1.2.2研究技术路线图1.1通道压裂技术的研究路线1.3主要分析工作与结果对国内外高速通道压裂技术的相关文献进行调研，在对案例油藏概况、地层特征、构造特征、储层特征等地质特征认识的基础上，加深对高速通道压裂的理论认识，了解联合技术的发展情况与概况，总体进行分析其优势与局限性，得出关于其适应性的结论。2高速通道压裂技术的原理在常规支撑剂充填层中，所有的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。而不连续支撑剂充填层由支撑剂聚合块或段组成，形成离散的高速通道网络，允许流体顺利通过。通道压裂技术创造出来的裂缝有更高的导流能力，不受支撑剂渗透性的影响，油气不通过充填层，经由高导流通道进入井筒，这些通道从井筒一直延伸到裂缝尖端，增加了裂缝的有效长度，从根本上改变了裂缝导流能力。压裂通道由具体的抽水进度，射孔方案，压裂液设计和光纤技术的结合创造。2.1通道内非均匀地铺置支撑剂通过创建裂缝，实现相当高的导流系数和更高导流能力。通过开放的通道由柱状支撑剂包围的形式实现支撑剂不均匀铺置，此处的支撑剂不作为导流介质，而是作为支撑柱防止周围的通道壁发生断裂。在常规支撑剂充填层中，所有的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。而不连续支撑剂充填层由支撑剂聚合块或段组成，形成离散的高速通道网络，允许流体顺利通过。油气在裂缝内通过支撑柱之间的开放通道流动，使用地面专门的设备，泵注含纤维的支撑剂脉冲，完成支撑剂非均匀铺置以此获得开放的通道。添加纤维以防止铺置和关闭过程中支撑剂沉降。相比均匀支撑剂充填层，通道的导流能力得到显著增加。图2.1呈现了可视化的支柱分布，裂缝壁面在支柱之间弯曲以及由此产生的流动通道。图2.1支撑剂的柱子和柱子之间弯曲的裂缝壁面（左）和通过通道的油流形态（右）2.2不连续支撑剂充填层的导流能力实验俄罗斯新西伯利亚技术中心的科学家研究实施这项技术的方法。实验规模从小型台式实验室模拟系统逐渐发展到拥有标准油田设备的全套实验装备。首要任务是验证不连续支撑剂充填层可能带来的导流能力理论改善效果。采用API标准试验方法，工程师把支撑剂置入裂缝模拟系统中，通过该模拟系统施加相当于上覆压力的闭合应力，并测量了以不同流速泵入单相流体穿过充填层所需的力，根据达西定律和纳维尔—斯托克斯方程计算了支撑剂充填层的渗透率，计算出的不连续充填层的渗透率，和理论模型预测值一致比连续充填层的渗透率高1.5-2.5个数量级[1]。测量支撑剂块网络的导流能力。标准API导流腔（图2.2）有上下两个钢制压板，靠液压机驱动，施加闭合应力。支撑剂充填层在两个砂岩板之间（通常是贝雷砂岩），再放置在承载水力负荷的两个压板组成的框架之间。把压板组合体安装到由两条流线组成的封闭箱后，技术人员泵入单相流体（通常是清水或盐水），使之以1~10ml/min的速度通过支撑剂充填层，然后测量形成的压降并计算充填层的渗透率。也可以加热封闭箱，模拟储层温度。图2.2标准API导流腔在6.9~41.4MPa的闭合应力下测量了充填层的导流能力。用20/40目砂粒和20/40目陶粒支撑剂形成的连续支撑剂充填层的渗透率小于987µm2。通常，由于支撑剂被挤碎后嵌入砂岩中，随闭合应力减小，渗透率会下降。而用20/40目砂粒形成的不连续支撑剂充填层的测量渗透率比连续充填层的渗透率增加数个数量级，其趋势和理论预测趋势一致（图2.3）。图2.3连续支撑剂与不连续支撑剂渗透率对比（1psi≈0.006985MPa）裂缝中的油气流动遵循渗流理论由达西公式表示：（2.1）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：（2.2）对比两个式子定义有效渗透率：（2.3）式中：q为流量，cm3；为支撑剂充填层渗透率，μ；w为支撑剂充填层宽度，cm；μ为压裂液粘度，mPa·s；L为裂缝长度，cm；为压差，MPa；为有效渗透率，μm2。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8.3×104μm2，而20/40目支撑剂形成的充填裂缝在27~35MPa的闭合应力下其渗透率为400~500μm2，可见后者仅为前者的百分之一[2]。2.3支撑剂段塞的稳定性美国斯伦贝谢KLC研究中心进行了实际规模试验，这些试验的目的是测试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的稳定性。2.3.1支撑剂段塞通过地面管线时的稳定性试验设施包括一套现场搅拌机，和一根长约198m，直径7.6cm的处理管线，连接到搅拌机的排出口。沿处理管线布置了五组射孔孔眼，每组有10个孔，大小为0.95cm，五个孔成0o相位，另五个呈180o相位。从这些孔中流出的流体分别收集在10个1.04m3的搬运罐中。安装了两个密度计，一个在搅拌机排出口，另一个在处理管线的终端，用来测量支撑剂的浓度，监测段塞的稳定性[3]。实验在封闭射孔孔眼的情况下测量了支撑剂段塞的稳定性，支撑剂段塞以11.6m/s的流速通过处理管线，对应泵入速度为2.7m3/min。携带液是硼酸盐交联瓜尔胶体系，其中瓜尔胶浓度为3.6kg/m3，纤维浓度是5.0kg/m3。段塞中的支撑剂浓度是10PPA，纤维浓度是10.0kg/m3。试验结果表明在通过处理管线过程中支撑剂段塞能保持稳定。2.3.2支撑剂通过射孔孔眼时的稳定性为了检验支撑剂段塞是否能碎开，以便能均匀分配到所有射孔孔眼。每次试验过程中测量连接到五组射孔上的搬运罐中收集到的全部流体体积。第一组射孔上安装了密度计，连续记录流体密度，从最后一组射孔上人工收集液样。当不含支撑剂的压裂液和含支撑剂的压裂液中都添加了纤维后，搬运罐中收集的流体量是均匀的。密度计记录的流体密度变化也与人工采集的液样密度一致，进一步证实了用支撑剂段塞方法建立不连续支撑剂充填层是可行的。通过处理管线泵入支撑剂脉冲段，同时监测支撑剂脉冲段通过管线和射孔孔眼时是否保持完整。从五组射孔收集到的漏失液量基本相同，表明支撑剂脉冲段能够分开，并能均匀分布到各组射孔。分别用密度计和人工测量的方式在管线开始端第一只罐处和管线终端第6只罐处连续测量了脉冲段期间和段间的携带液密度，结果证实携带液密度在进口处和出口处也是一致的，证明支撑剂段塞在各组射孔分布均匀，并能保持稳定。图2.4KLC射孔试验另外，为了检验支撑剂段塞是否能碎开，以便能均匀分配到所有射孔孔眼。每次试验过程中都测量了连接到五组射孔上的搬运罐中收集到的全部流体体积。第一组射孔上安装了密度计，连续记录流体密度，从最后一组射孔上人工收集液样。当不含支撑剂的压裂液和含支撑剂的压裂液中都添加了纤维后，搬运罐中收集的流体量是均匀的。密度计记录的流体密度变化也与人工采集的液样密度一致，进一步证实了用支撑剂段塞方法建立不连续支撑剂充填层是可行的。最后在一口试验井应用通道压裂技术，由于无法直接观察到携带液脉冲的变化情况，因此记录了泵入过程中地面和井下的压力变化，然后采用数学模型重建了脉冲段通过射孔时支撑剂的浓度剖面[4]。通过地面和地下压力数据计算了油管管柱底部的支撑剂浓度。支撑剂脉冲段的持续时间上升到20秒，浓度下降到6.5PPA左右。尽管支撑剂初始浓度为8.3PPA，因为段塞的持续时间和浓度剖面保持较好，支撑剂分散程度并不严重压力计读数表明含支撑剂的脉冲段能够完整地通过井下管线并顺利进入射孔孔眼。2.3.3支撑剂完成铺置后的稳定性用搅拌和泵送设备能够建立支撑剂块，研究不连续支撑剂充填层置入后的稳定性。经过压裂处理后，支撑剂块必须能够经受住地层闭合压力以及在清井和开采过程中引起的磨蚀力。为调查闭合应力的影响，技术人员人工配置了支撑剂块，并将其放入液压机中，液压机上安装了感应器，用于监测液压机滑块之间的距离，然后通过该液压机向支撑剂块施加高达228MPa的压缩载荷。测量的参数包括支撑剂块高度，直径和支撑剂粒度分布。和预测结果一样，支撑剂块的高度随闭合应力增加而减小;但值得注意的是80％以上的收缩量发生在开始施加的6.9MPa的压缩力下。随着压缩力的增加，支撑剂块高度的收缩量越来越小。通过观察支撑剂块，发现最初的收缩是携带液漏失和支撑剂固结引起的。再增压后出现的额外收缩源于支撑剂压实和破碎中等粒度的支撑剂随压力增大而严重收缩。在最高228MPa闭合应力下支撑剂块剩余高度仍能确保有效流动（图2.5）。该闭合应力大约比最深的油气井中出现的闭合应力高两倍，表明高速通道压裂技术不会受到压力引起的深度限制。裂缝闭合应力对支撑剂块高度的影响。技术人员测试了用20/40目砂粒和两种20/40目陶粒支撑剂制成的添加纤维支撑剂块受闭合应力的影响。最初支撑剂块的高度是6mm。支撑剂块高度的大部分收缩发生在闭合压力小于6.9MPa时，随着闭合压力继续增加收缩速度变慢，出现小幅度的进一步收缩。图2.5裂缝闭合应力对支撑剂块高度的影响支撑剂块的直径（足印）随闭合压力增加而增加。然而闭合试验结果表明每增加一次支撑剂块的直径，足印相对增加量变得越来越不明显。实验室试验只对数厘米的支撑剂块直径进行了调查。但是在实际裂缝中，支撑剂块直径可能达几米，因此工程师认为支撑剂块之间的导流路径不会因为闭合应力而丧失。清洗井筒和生产过程中的流体流动，包括其他导致不稳定情形的潜在事件，也需要进行调查。为了评估这一风险，科研人员制造了一个磨蚀评价装置，可以将其插到液压滑块之间。磨蚀评价装置内装有两块砂岩岩心，岩心之间是支撑剂块。液压机施加闭合压力时，技术人员以各种流速泵入流体，使之通过支撑剂块，泵入流速相当于或超过正常生产井生产速度。在此过程中技术人员通过观察并测量支撑剂块的损失重量对支撑剂块的磨蚀情况进行评估[5]。结果证明几乎所有磨蚀都发生在支撑剂接触流动流体的前几分钟此外，磨蚀程度随闭合应力增加而逐步减轻，别是当闭合应力增加到大约69MPa以上后。直观分析发现所有磨蚀都发生在支撑剂块的侧面，而直接与流动流体接触的表面上并没有被磨蚀。上述实验证明进入水力裂缝中的支撑剂块能够经受住后续生产等各种作业活动的严厉考验。3高速通道压裂的相关工艺技术与实施方法3.1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限流压裂的多簇射孔工艺。在一长段内进行均匀的多簇射孔，相位和孔密与常规射孔相同。图3.1的高速通道射孔方案用于在水力裂缝中形成开放通道，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/ft，一共射270孔；常规压裂全部射开15.24m，射孔数为300孔[2]。多簇射孔的目的是在套管上形成多段且较短的进液口，起到筛子的作用，当油管中的液体携带支撑剂段塞高速注入时，在套管上自然地出现分流效果形成多股独立的液流注入地层，便于支撑剂在缝内形成一个个独立的支撑柱子，且在裂缝高度上分布更加均匀，通道的几何形状更规则。图3.1高速通道压裂射孔方案（a）与常规压裂射孔方案（b）的对比支撑剂脉冲的进一步分离，以促进形成裂缝在该方向上增长的通道。这可以通过多簇射孔方案实现。同样重要的是近井筒的效果，如迂曲度也便于创建在裂缝的生长方向的通道。然而这种效果无法预测，并且难以进行诊断并正确地定量。为此，多簇射孔方案是将支撑剂脉冲分离成更小的段塞并促进支柱在整个裂缝均匀分布的唯一可靠的方法。用于射孔方案的具体参数是决定于一个符合目的的建模工作流程，旨在实现最优的通道的几何形状与支撑剂柱的分布。通道压裂利用多簇射孔方法把地面较大的支撑剂段塞分成地层中较小的支撑剂支柱，全球各国在所有通道压裂作业中使用多簇射孔工艺，直到历史上首次把磨料射孔工艺用于涅夫捷尤甘斯克地区的通道压裂作业中。3.2交替脉冲段塞式泵注工艺3.2.1泵注工艺的原理段塞式泵注工艺有利于在裂缝中形成通道，纯液体把前一段支撑剂推入地层，形成一段支撑剂支柱带，由于中间纯液体的隔离，使各支柱间留有一定空间的支撑剂真空带，液体破胶返排后便形成众多的通道网络。与常规方案相似的是,通道压裂的泵注技术包含携支撑剂阶段与随后的衬垫阶段。因此,通道压裂和常规压裂泵注时间表的关键的区别是短脉冲技术中添加被纯液脉冲分离的支撑剂。与常规压裂一致的是，通道压裂最后阶段需要连续加入支撑剂，以常规的处理方式来完成的。实施尾追支撑剂的目的，是确保裂缝通道和井筒之间形成一个稳定的，均匀的和可靠的连接。要做出足够短的尾追支撑剂阶段设计方案，以防止它对整个裂缝导流性能造成显著的负面影响是非常重要的。3.2.2泵注工艺的实施过程泵注过程主要为以下四个阶段：a.前置液注入阶段与常规压裂工艺一致b.携砂液阶段支撑剂以脉冲段塞形式注入，一段支撑剂、一段纯液体交替进行，支撑剂浓度逐级升高。c.前置液阶段可以泵注冻胶液或者滑溜水，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“柱子”。d.在施工末期，需要尾追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[8]。图3.2通道压裂技术泵注时间表在脉冲泵入期间也可以逐步增加支撑剂浓度。图3.3显示了在实际压裂过程中对支撑剂脉冲进行监测的结果，其中支撑剂浓度一般表示为每加仑压裂液添加多少磅的支撑剂（ppa）。图3.3在实际压裂过程中对支撑剂脉冲进行监测的结果3.3保持稳定的流动通道通道压裂技术的成功实施的一个关键要素是，当支撑剂从泵注设备输送到裂缝的过程和裂缝闭合过程中，如何保持地面和井下的非均质性。从这个角度来说，这需要加以解决的最大风险的是在支撑剂的脉冲或段塞运移过程中的分散。支撑剂段塞的分散是非常不利的，因为它降低了裂缝闭合前支撑剂柱的有效浓度，同时使支撑剂柱的高度降低。此外也会导致不良的流动通道。分散的发生主要是由于通过管柱的粘度曲线，然后在整个裂缝宽度可以预期到靠近裂缝壁面的速度与裂缝的中心速度之间巨大的的差异。通过加入的纤维材料改进支撑剂段塞的流变性，减轻了支撑剂脉冲分散的程度，纤维施加给阻碍分散的携纤维段塞的屈服应力约为10-20Pa。纤维还有助于平缓朝向导管中央的速度分布，减少对段塞的剪切力也阻止了段塞分散。采用常规压裂处理技术时，支撑剂分散在所有支撑剂携带液中。然而，如果在泵入支撑剂携带液阶段交替注入含支撑剂和不含支撑剂的脉冲段，那么一系列支撑剂段塞将在裂缝中稳定下来，形成支撑剂块。使脉冲泵入法成功实施，必须确保支撑剂段塞在进入管柱，经过射孔孔眼进入裂缝的过程中不分散。在首次测试这一概念的过程中，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。将含支撑剂的压裂液液样注入试验槽的上部后，工程师能够看到支撑剂随时间产生的沉淀状况，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位置在槽的上部，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，支撑剂段塞的形状在两个小时内基本保持不变。所以，向压裂液中添加纤维可显著提高支撑剂段塞的稳定性（图3.3）。图3.3支撑剂段塞沉淀实验随后进行了一系列实验，以评价支撑剂段塞的动态稳定性。试验用装置是一根长达33m，内径为2cm的试验管，这样大小的尺寸可使科研人员测试流量，流体速度和支撑剂浓度是否与裂缝中的流动状态一致。科研人员用一套X射线记录系统测量支撑剂段塞的稳定性。由于一个在裂缝内槽状是比较有代表性的流动，需要考虑如何做到用循环管几何形状表示槽的几何形状。为了解决这个问题，就要考虑通过管道和槽的几何形状的速度分布。可以证明在循环管中的幂律流体的层流速度的分布特征，取决于最大流速和平均流速的比例，如下：（3.1）其中n是幂律流变模型的流动动态指数。在同一时间在槽的几何形状相同的比率等于：（3.2）通过比较两个方程可以得出结论，在通过管道的几何形状的情况下，整个横截面面积的速度差更加明显的，管道装置比槽装置中的剪切和分散效果更为显著，也就是说，在管道中测试比试验中在具有相同的宽度w的槽中测试更加严格。由于管径上X射线吸收量与支撑剂浓度呈线性比例关系，因此可通过记录支撑剂段塞通过该管前后X射线在管壁上的吸收量确定支撑剂段塞的稳定性。支撑剂段塞流入和流出32.9m长的管线时分别测量了支撑剂的浓度，与不含纤维的流体（红色）相比，支撑剂段塞在添加纤维的流体（蓝色）中的分散程度要低很多，试验结果证实纤维能提高支撑剂段塞的稳定性(图3.4)[9]。图3.4通过管线过程中支撑剂段塞分散趋势在过去5年中纤维已在各种条件下成功地被用于控制支撑剂回流，它是一种成熟的技术。压裂的高渗透性通道结构是一个非常具有吸引力的能最大化裂缝导流能力的机会。纤维优势在于：在许多不同的实验室测试中，通道似乎经常地建立并在很广范围的条件下稳定的。在清理过程中通过添加难流动的纤维建立稳定通道似乎可行。并以一个较高的流速。当把纤维加入到支撑剂的一个重要部分时这可能也会完成（一半以上）。通过未经处理的支撑剂中的保护层和空隙建立通道的风险由尾项承担。在清理过程中的返排率应足够高，以产生比预期高的支撑剂产出速率，从而在生产过程中形成稳定的通道。3.4尾追杆状支撑剂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，那就必须相应地设计支撑剂充填层在尾追阶段的稳定性。由于这两种试验活动中通道压裂技术和杆状支撑剂呈现出积极的效果，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。最近开发的杆状支撑剂已经在一些国家广泛应用，在提高增产效果方面一直成绩不俗。棒状的支撑剂（图3.5）在原则上相比球形颗粒即通常在工业中使用的支撑剂颗粒，颗粒更大，柱面底部的直径是等同于12/16目的尺寸，它相当于目前在俄罗斯使用的最大尺寸的支撑剂。这种圆柱形颗粒的随机分布增加充填层的最终孔隙率，从而提高了充填层的渗透性和更容易使用聚合物进行裂缝清理。图3.5杆状支撑剂颗粒通过现场使用的新型支撑剂进行压裂，生产率显著地提高，这证明了理论和实验模拟的结果。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结构中（图3.6）。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的技术限制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增加了孔隙度和稳定性。图3.6杆状支撑剂在充填层内的支撑形态俄罗斯奥伦堡区的枯竭地层由于多相流造成产量下降和严重的支撑剂回流的问题，作为实施杆状支撑剂进行压裂的第一候选。在奥伦堡地区的新支撑剂的审实验中证明，杆状颗粒相比比传统的球面支撑剂，具有返排预防和显著提高生产力的优势。与邻井的常规支撑剂增产措施进行对比的地区包括Vakhitovskoe，VostochnoKapitonovskoe和Lebyazhinskoe油田，油井的产量从26％上升到67％（根据现场实际情况）[10]。Konchenkov等提出，相比于标准的压裂技术，通道压裂技术在尾追阶段加入杆状颗粒使其在生产方面具有明显优势。通道压裂后来随着增加的风险（如斜度井和侧钻的应用）应用到新的地区与井场，一直成绩不俗。在同一时间，在埃及实施组合通道压裂和杆状支撑剂。Abdelhamid等人在2013年提出，相比标准增产技术，实施联合技术，在Silah地区油井产能得到增加。通道压裂结合杆状支撑剂在消除砂堵的方面有一个显著的进步，根据超过2年的统计数据，在标准压裂中砂堵发生率超过45％。支撑剂返排液是另一种常见的问题，通过尾追阶段加入杆状支撑剂得到了解决。Gawad等人在2013年描述了在他们结合通道压裂和在尾追阶段加入杆状支撑剂的实验：在埃及西部沙漠戈伦地区7口实行联合增产技术的井与12口常规技术的邻井进行了比较，45天后的新的联合增产技术的实现了平均产能增产89％，产量差距还在随着时间增加。同时也报告了零砂堵和零返排问题。Samier等人在2013年描述了阿布拉地区（也位于埃及西部沙漠）发展的难度。该处地层以层压粉砂岩为代表，虽然传统的增产方法后最初产量显著增加，但是很快就出现降幅，导致只有很少的累计产量增益。经过对六个井实施通道压裂，阿布拉地区已成为新生的经济领域，由于产量增加50％以上，探明储量增加50倍，该区域在所有的方案中都用杆状的支撑剂中以避免支撑剂返排问题。在五个使用通道压裂作业的油田前20口井进行生产研究，作业中没有观察到任何单一砂堵与支撑剂的返排问题，相比之下，在同一区域泥盆系地层中常规压裂的砂堵率为8％，由于泵注时添加纤维材料和支撑剂脉冲交替纯液脉冲时通道压裂的脉冲特性，通道压裂比常规压裂减少了41％支撑剂摩擦力。在通道压裂井实施尾追杆状支撑剂是增加近井筒的导流能力从而提高产量的有效手段。约68％的通道压裂作业中，都会在尾追阶段加入杆状支撑剂。通道压裂后平均生产率比最近的邻井中的常规压裂后高99％，换句话说，通道压裂与棒状的支撑剂的组合大大增强了井的生产率。3.5通道压裂的实施标准以下介绍通道压裂技术对压裂井、压裂液、支撑剂以及各类添加剂的选择标准。3.5.1选井与选层这种技术并不适用于具有低杨氏模量(13789MPa〜17236MPa)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力产生负面影响。由于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。3.5.2压裂液选择选择特定的液体是类似常规的压裂处理的，基与通常和常规考虑，。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。纤维改善了支撑剂的输送，并在支撑剂脉冲阶段减少了支撑剂沉降。3.5.3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。3.5.4添加剂选择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。3.5.4.1添加纤维这种技术是必须添加纤维，纤维起着重要的推动作用，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。除了尾追阶段，前置液阶段和冲洗阶段，应该以恒定的进给率在包括清洁脉冲和支撑剂脉冲在内的所有支撑剂阶段添加纤维。纤维浓度应与清洁流体体积而不是泥浆体积相关。纤维在井筒和裂缝的运输过程中稳定了支撑剂柱并阻止其分散，在清洁流体的脉冲加入纤维，影响了流体的流变性和显著减少支撑剂脉冲的沉淀。3.5.4.2聚合物注入为了消除或减少裂缝内支撑剂脉冲的沉淀，需要保持一个足够的流体的粘度。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，170s-1。如果是较长的压裂时间，增加最小流体粘度到300cp，170s-1可能是有利的。相比常规压裂，这可能需要增加聚合物注入量。由于经过这种改进的裂缝清理过程彻底，增加的聚合物注入量不太可能影响最终的裂缝性能。聚合物注入在该技术中的使用不应该少于常规压裂。3.5.4.3破胶剂对破胶剂的时间表进行优化以防止过早段塞沉淀。优化的标准是直到裂缝闭合，凝胶不至于完全分解，在裂缝闭合时凝胶的粘度应不小于100cp，170s-1。开放通道的方法规定了胶囊破胶剂应用的特定要求，破胶剂不能在通道闭合后破碎，这意味着，破胶剂通过胶囊扩散将是在开放通道唯一的破胶剂释放途径。在使用胶囊破胶剂时，清洁流体的脉冲中的破胶剂浓度应该足够高，扩散并透过胶囊，释放出足够的破胶剂，支撑剂脉冲的流体稳定性不能低于清洁脉冲流体的稳定性。3.5.4.4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，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。与此同时，因为较高的添加剂浓度，在支撑剂脉冲内的压裂液的延迟时间可能更短。4高速通道压裂技术现场应用与适应性分析通过在X井实施了通道压裂与常规压裂的产量对比表明，我们发现通道压裂的增产效果更好。4.1井史X井钻于2002年底，由于较低的储层渗透率，其生产率很低。2008年初完成一项可行性研究，调查如何增强水力裂缝的生产性能和钻井的效果，以实现经济增产。根据油藏数据进行产能预测，该预测是用于优化处理每个时期的生产，并对该项目提供一些经济可行性的措施。4.2地质状况该地层是形成于浅海三角洲沉积环境中的晚白垩世时期的砂岩。沙子是细粒到中粒，易碎至中等硬度，夹有泥岩和粉砂岩，孔隙度为5％至9％。主要的生产区域是两个部分，由24m厚的页岩分离。4.3常规压裂前的情况压裂前的流体测试是在下部间隔区域进行，在特定的流动时期最高持续气率为0.62百万标准立方英尺/天。对下部的间隔区域的测试后，在上部间隔区域进行了一个压裂前流体测试，最高持续气率为3.15百万标准立方英尺/天，在特定流量的时期通过压力生成解释，得到了以下结果：表4.1对上下间隔区域压力生成解释的结果压力生成解释CSPiKhK下部间隔6.96×10-4bbl/psi+21.14,085psi14.1md-ft0.287md上部间隔0.0117bbl/psi+23.64062psi78.4md-ft0.645md4.4判断通道压裂在该储层的可行性对储层的性能进行了评估，以判断该储层是否可以适应通道压裂技术的实施条件。形成的平均杨氏模量为2.9×105MPa，这在该技术的限制之内，平均应力是42MPa也在限值内。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，这很好地满足所有要求，并通过了标准的测试。4.5通道压裂前的情况原始地层压力范围在40.6MPa与45.2MPa之间，页岩具有最高的原始地层压力，以及砂岩为最低的原始地层压力。杨氏模量范围为13780MPa〜41368MPa，砂岩最高，页岩最低。泊松比的值介于0.18〜0.32，砂岩最低，而页岩最高。韧性值介于750（砂岩）到1750（页岩）之间。地层的传导率也满足了通道压裂标准。平均孔隙度9.5％，渗透率介乎0.01md至5.7md之间。储层压力是279MPa，气体饱和度和含水饱和度分别为90％和10％。4.6实施通道压裂4.6.1泵注方案泵注时间表是专为通道压裂量身定制的，包括9个阶段。前置液阶段之后进入尾追和冲洗阶段以及之后的六个脉冲阶段。设计了特别的射孔方案，使用多相射孔方案来代替常规压裂的方案。泵速度设定在恒定值25.0BPM。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。前置液阶段的泵注以脉冲形式进行。纯液脉冲和支撑剂脉冲。以恒定的速率加入添加剂。在每个阶段的支撑剂浓度都在变化。当前设计通道压裂的方法是使用常规压裂设计为基础，将每个支撑剂泵注阶段分离成若干交替泥浆和清洁的流体，以创建高导流能力的通道，执行脉冲方案对地面搅拌设备有特殊的配置需要。这个任务以修改地面设备的控制流程和软件的方式，使泵浦时间表一致和可靠地传递脉冲。通道压裂模型采用常规设计的输入方式，然后自动选择的每个支撑剂阶段内的支撑剂和清洁脉冲的持续时间，以及射孔的参数，以达到最佳的通道容量，优化裂缝导流能力。表4.1通道压裂在X井的泵注方案阶段名泵注速度

(bbl/min)压裂液名称压裂液体积

(gal)浓缩凝胶

(lb/mgal)支撑剂类型与筛目浓缩支撑剂

(PPA)前置液25YF135.1HTD2700035--01.0PPA25YF135.1HTD51593520/40碳化支撑剂12.0PPA25YF135.1HTD79173520/40碳化支撑剂24.0PPA25YF135.1HTD88593520/40碳化支撑剂46.0PPA25YF135.1HTD109123520/40碳化支撑剂68.0PPA25YF135.1HTD83993520/40碳化支撑剂810.0PPA25YF135.1HTD54703520/40碳化支撑剂10尾进25YF135.1HTD12603520/40碳化支撑剂12冲洗25盐水26560--0表4.1的泵注计划，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1063136md.ft。4.6.2射孔方案为通道压裂设计的射孔方案提升了整个裂缝的导流能力。具体的射孔参数如表4.2所示：表4.2通道压裂射孔优化方案初始裂缝顶部

MD

(ft)初始裂缝顶部

TVD

(ft)初始裂缝底部

MD

(ft)初始裂缝底部

TVD

（ft)射孔密度

(shot/ft)射孔数

(n)直径

(in)

8661.48661.48663.18663.1580.468664.78664.78666.48666.4580.46866886688669.78669.7580.468671.38671.386738673580.468677.28677.28678.88678.8580.46868386838684.68684.6580.468688.88688.88690.48690.4580.468694.68694.68696.28696.2580.468700.48700.48702.18702.1580.468706.28706.28707.98707.9580.46871287128713.78713.7580.468717.98717.98719.58719.5580.468723.78723.78725.38725.3580.468729.58729.58731.18731.1580.468735.38735.38736.98736.9580.468741.18741.18742.78742.7580.468746.98746.98748.68748.6580.468752.78752.78754.48754.4580.468758.58758.58760.28760.2580.468764.48764.487668766580.468770.28770.28771.88771.8580.46877687768777.68777.6580.468784.28784.28785.88785.8580.46通道压裂后的裂缝参数概括如下表：表4.3通道压裂后的裂缝参数裂缝平面初始裂缝顶部TVD初始裂缝底部TVD充填裂缝半长导流能力传真编码数据（Fcd）8672ft8655ft8812ft305.3ft1063136md.ft713524.7X井压裂后的IPR/VLP曲线常规压裂增产方案的平均初始产率为10.5百万标准立方英尺/天，作为参照一并呈现的通道压裂增产平初始产率达到了14.5百万标准立方英尺/天。这说明天然气提升的产量高达27.5％。图4.1在X井中通道压裂与常规压裂的IPR/VLP曲线对常规和通道压裂后的压裂的结果进行了比较，X井开发的压裂技术使井内产量增加27.5％，另一方面，优化方案尺寸也使支撑剂用量也更少。这种技术是基于在支撑剂充填层建立开放的流动通道，提供的理论裂缝导流能力比一个普通的支撑剂充填层大幅增加。但是这种技术需要特殊的泵注时间表和完井计划，具体的压裂液设计和符合目的的建模工作流程。压裂设备，固件和控制软件的执行以及泵送计划的可靠性和准确性也非常的必要。包含纤维质材料的特殊压裂液制剂，降低了支撑剂段塞的分散性，有助于保持裂缝内通道和支柱的结构稳定，直到裂缝闭合[12]。5结论观察了裂缝中支撑剂的非均匀铺置，在更少使用支撑剂的情况下，通道压裂的性能优势凸显出来：裂缝导流能力和有效裂缝半长增加，裂缝面积增大有效地促进产量的增加。高速通道压裂应用于开发页岩致密气藏有着很好的效果，适用于杨氏模量大于17236MPa，最低不小于8273MPa的较稳固的地层，包括砂岩、碳酸盐岩、页岩，适用于套管井，裸眼井，垂直和水平井等多种井型，井底温度不能大于174℃。某些高闭合应力、低杨氏模量地层中，易引起支撑剂“支柱”垮塌，使通道堵塞、裂缝闭合、导流能力降低。因此采用杨氏模量和闭合应力的比值作为高速通道压裂可行性判断的关键参数。比值小于350，高速通道压裂形成的裂缝稳定性差，比值在350～500，能够形成稳定的缝内网络通道，比值大于500，则是实施条件较好的地层。同时通道压裂技术应用范围较广，可适应直井,水平井的单级或多级压裂需求，该技术应用范围仍在不断扩大，研究人员正在想方设法拓宽适合该技术应用的储层类型，目前科研人员开展更广泛的模拟和实验工作，研究适合斜井压裂的通道压裂技术。把技术应用从套管井扩大到裸眼井的研究工作也已经开始。随着将这项技术成功运用到更多类型的井中，可以预见通道压裂这种能够建立不连续支撑剂充填层的技术，必将成为一项普遍推广应用的新技术。谢辞非常感谢老师在我大学的最后学习阶段——毕业设计给我的指导，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改、论文定稿，他给了我耐心的指导和帮助，在此我向他表示我诚挚的谢意。同时，感谢所有任课老师和所有同学在这四年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。在此向他们表示我由衷的谢意。参考文献[1]斯伦贝谢公司.高速通道压裂新技术[J].《油田新技术》，2011年秋季刊：23(3)：4-17.[2]AHMED,M.andA.H.SHAR.Optimizingproductionofgaswellsbyrevolutionizinghydraulicfracturing[C].SPEAnnual73rdEAGEConference&Exhibition,23-27May2011,Vienna,Austria.[3]GILLARD,M.etal.Anewapproachtogeneratingfractureconductivity[C].SPEAnnualTechnicalConferenceandExhibition,19-22September2010,Florence,Italy.[4]BULOVA,M.etal.Benefitsofthenovelfiber-ladenlow-viscosityfluidsysteminfracturinglow-permeabilitytightgasformations[C].SPEAnnualTechnicalConferenceandExhibition,24-27September2006,SanAntonio,Texas,USA.[5]SOLIMAN,M.Y.andJ.AUGUSTINE.Fracturingdesignaimedatenhancingfracturecomplexity[C].SPEEUROPEC/EAGEAnnualConferenceandExhibition,14-17June2010,Barcelona,Spain.[6]RHEIN,T.etal.Channe