水平井压裂工艺技术-大庆

第一部分大庆油田水平井总体情况第二部分大庆油田水平井井下作业配套技术第三部分目前存在的问题及下步攻关重点44口1991-2005年38口52口2006年工作量前所未有！大庆油田水平井总体情况目前投产井数单井日产液17.4t日产油15.2t累计产油20.8万吨南1-2-平25井日产百吨总体情况：大庆油田通过多种类型油藏大胆尝试，拓宽了水平井应用领域，在外围薄层、多层葡萄花油层，特低渗透扶杨油层，长垣厚层水淹层，火山岩气层，裂缝潜山等多种类型油气藏，尝试应用了复式水平井、阶梯式水平井、分支水平井、导眼侧钻水平井等多种类型水平井。总体情况：由于大庆油田的地质开发特点，与其它油田相比，水平井具有井眼尺寸小（为Φ140mm套管，而其它油田主要为Φ178mm套管）、井眼曲率大（一般为40--600/100m，最大水平井井眼曲率为730/100m，最大侧钻水平井曲率为1150/100m）、水平段长（一般为800m—1000m，最长水平段1268m）、且多为阶梯水平井等特点。大庆油田水平井井下作业配套技术：水平井限流法压裂技术不断完善双卡分段压裂取得突破性进展水平井连续油管酸化和分段酸化技术日趋成熟水平井解卡、打捞工艺不断进步随着大庆油田水平井应用规模扩大，为进一步提高水平井的开发效果和效益：针对大庆外围油田储层物性差、井筒轨迹复杂等增产改造的难题，初步形成了压裂优化设计、高压耐磨管柱、测试压裂分析等配套技术2006年，共进行水平井压裂12口，超过“八五”以来水平井压裂井数之和，增产效果显著。同时，进行了第一口水平井双封单卡压裂，仅用一天时间就完成了三段压裂，填补了国内空白针对薄互层水平井特点，完善分段布缝原则①根据裂缝和砂体在实钻轨迹上投影位置与周围水井关系：横向裂缝，避开对应水井，均匀布缝避免裂缝间干扰；纵向裂缝，裂缝贯穿井筒，避免重叠。不同地层三向应力差异的人工裂缝形态示意图1、进一步完善了水平井限流压裂优化设计方法(一)水平井限流法压裂技术肇57-平35井地质条件不如肇57-平33井，初期日产油和累积产油分别是后者的1.37、2.16倍。②优选的压裂段位于含油砂岩内，且电性显示明显，含油饱满、总烃含量高；（横向裂缝尤为重要）③人工裂缝尽量沟通邻近的油层，以“一缝穿多层”为目标进行布缝。PI2PI31PI32PI4PI2PI31PI32PI4横向裂缝纵向裂缝针对水平段长特点，完善了限流布孔方法根据布缝条数和施工排量上限，确定限流射孔段数，按照“跟部少，趾端多，中间匀”的原则确定各段孔数。当预计近井摩阻较大时，可采用180°上下布孔，减少弯曲摩阻采用DP36RDX-1型射孔枪射孔，单孔直径8.8mm台105－平2井测试压裂曲线在相同的施工排量下，不同射孔方式孔缝摩阻相差8.0MPa。这说明上下180度的射孔方式消耗更小的施工摩阻，更有利于压裂施工。台105-平2测试时间(min)PumppressureMpaRatem^3/min9.9413.5717.2020.8424.4728.10-0.7912.9726.7440.5054.2668.03-0.061.412.884.355.827.29双88-平44测试时间(min)SuctionRatem3/minPressure1MPa0.003.206.409.6012.8016.000.004.008.0012.0016.0020.000.0014.6029.2043.8058.4073.00双88-平44井测试压裂曲线孔缝摩阻：37.5MPa孔缝摩阻：29.5MPa开展了压裂规模优化研究以达到合理缝长，实现“一缝穿多层”为目标，优化施工规模和施工参数，得出“大砂量、大排量、高砂比”施工的认识。2006-2007年施工13口井，平均砂比32%，最大排量达9m3/min，最大砂量90m3。南236-平252井模拟结果南236-平252井产量预测结果磨损后磨损前射孔井段管柱串结构下入工具名称下入工具深度研制Y344-115封隔器，中心管优选耐磨材质，改进了工具连接部位结构，采用橡胶垫充填间隙，满足了施工要求。州52-平70井施工后JS-2封隔器中心管下端磨断由于薄互层水平井限流压裂排量大、砂比高，以往使用的JS-2封隔器难以适应。内径50mm65mm内径50mm57mm新管柱2、研制了适应大排量高砂比压裂管柱3、发展了水平井限流压裂诊断和评估技术水平井压裂节点压力分析示意图求系统总摩阻求炮眼摩阻求单孔排量确定压开孔数排量求油管和套管摩阻水平井限流压裂过程中的摩阻与直井相比增加了套管沿程损失，在以往的诊断中被忽略，使得计算的炮眼摩阻大于实际，导致计算的压开孔数不准。完善摩阻分析法，提高压开炮眼数判断的可靠性水平井限流法压裂诊断结果应用井底压力资料对水平井套管摩阻进行了拟合，建立了预测公式。同时对不同工具下的油管阻力也进行了校正。·套管摩阻计算y=0.4501x-0.0082R2=0.99900.511.522.533.540246810···为能够定量解释限流压裂裂缝差异，开展了连续油管测井温解释裂缝形态研究定量模拟解释结果最大缝宽12mm支撑缝长177m最大缝宽7mm支撑缝长270m最大缝宽4mm支撑缝长260m连续油管机+Φ38mm井温仪Φ45mm喷嘴，压后4小时内重复测2-3次序号井号压裂日期压裂初期2007.06.30累计产油(t)日产液(t/d)日产油(t/d)日产液(t/d)日产油(t/d)1肇57-平3303.12.2529.627.216.613.0196752肇57-平3503.12.2622.119.98.13.177443州52-平7006.06.0638.635.715.813.477564州78-平7106.08.3049.348.816.114.259565肇62-平2206.12.0416.215.410.19.122806肇33-平2807.01.0713.812.69.98.99377芳134-平14707.03.2520.317.020.318.46078芳130-平15007.03.2817.617.217.617.24019芳142-平14607.05.0420.818.716.614.483810芳146-平13407.05.2118.616.518.617.5431平均24.722.915.012.924口射孔水平井13.812.87.15.24451差值-10.9-10.1-7.9-7.712口压裂直井6.05.14.32.91933差值-18.7-18.7-13.5-10.059口直井4.13.63.02.21398差值--20.6-19.3-12.0-10.7肇州油田同区块限流压裂与水平井射孔、直井压裂、直井射孔效果统计表限流压裂/水平井射孔=1.79限流压裂/直井压裂=4.12限流压裂/直井=6.02限流压裂/水平井射孔=2.11限流压裂/直井压裂=3.49限流压裂/直井=5.0目前：初期：水平井笼统限流法压裂见到了较好效果，但存在裂缝难于控制，现有条件下只能压开4-5段的问题为提高对水平井压裂裂缝的控制程度，增加处理的层段数，开展了分段压裂研究。另外，为满足已大段射孔水平井后续增产改造要求，也需要研究水平井分段压裂工艺技术。(二)水平井机械分段压裂技术州78-平67井应用两级K344-115封隔器单卡上提管柱和3油管实施了5段清水压裂。1、分段不加砂压裂试验施工过程中各段破裂显示明显，说明双卡起到了封隔作用压裂趾端后工具上提载荷有所增加，且下部封隔器胶筒有破损，说明用常规尺寸工具进行水平井压裂施工，确实存在较大风险。1、分段不加砂压裂试验K344-115封隔器桥塞分段压裂工艺方案液压坐封、丢手；下入工具上提解封；卡距不受限制，可实现老井大跨距分段压裂施工。YJH-5.5AG-70型桥塞工具结构2、可取桥塞分段压裂技术第一次：多裂缝第二次：桥塞压裂第三次：桥塞压裂序号射孔井段(m)井段长度（m）施工规模m3最高砂比%平均砂比%压裂液量m312140.0-2132.08.0陶1924.06.71922080.0-2052.527.5陶21+树321.08.519621769.5-1706.063.5陶23+树324.013.021331438.0-1425.013.0陶23+树335.017.0170朝平1井压裂改造4个层段，除起下工具时在变形点稍微遇阻外，桥塞坐封、解封及打捞顺利。朝平1井压裂施工数据统计2、可取桥塞分段压裂技术为满足加砂、降低施工风险、降低成本要求，研究应用了水平井多段双卡小直径压裂工艺管柱。封隔器外径上大、下小（下小于105mm）控制射孔段长度，保证卡距小于10m卡距设置返循环通道喷砂口距胶筒距离小(仅200mm)，预防沉砂胶筒外径(mm)疲劳承压后外径(mm)最大变形％结果备注10440MPa×5min×5次下1094.80合格50MPa未爆胶筒油浸试验(70℃柴油中浸泡1小时)3、水平井多段双卡加砂压裂首次试验成功现场试验情况及效果截至目前，应用机械分段压裂工艺成功压裂10口井45个层段，并均获成功。一趟管柱最多压裂3段，最大射孔井段10m，每段最多孔数100孔最大卡距33m单井及单趟管柱最大加砂量90m3、45m3最高施工压力53.9MPa2006年12月8日，在南230-平357井利用双卡小直径压裂管柱顺利实现一趟管柱上提两次压裂三层施工，共加陶粒42m3，填补了国内空白。①27/8外加厚油管②φ95mm安全接头③扶正器④K344-115封隔器⑤φ114mm导压喷砂器⑥K344-105封隔器⑦导向丝堵(第三层)压裂施工及摩阻曲线南230-平257井分段压裂管柱图现场施工表明：该工艺可实现3个目的层段压裂施工，管柱具有反循环冲砂功能，反洗后上提管柱负荷正常，施工简单，安全。该井压后初期日产液19.5m3，日产油18.6t层位射孔井段（m）孔数最高施工压力MPa施工排量m3/min加砂量m3最大砂比％备注PⅠ21970-1970.77563.31342砂堵，反洗后负荷正常1890-1890.77543.41621上提负荷正常1807-1807.77563.61325上提负荷正常南230-平357井压裂层段数据表压裂次序射开层位射开井段(m)层厚(m)隔层厚度(m)小层数射开有效下上(个)1PⅠ2～3⑵1634.5～1640.82.70.5未射7.832PⅠ41648.6～1649.40.8--7.8未射1施工原理：待上一层裂缝闭合后，利用携砂胶团封堵已压开裂缝炮眼，然后对下一目的层进行压裂施工肇11－斜59井压裂层段数据表4、水平井携砂胶塞先导性试验肇11－斜59井压裂施工曲线肇11－斜59(PⅠ4)SubtitleDescriptionDate时间(min)PumppressureMpaRatem^3/minPropconckg/m^30.0912.8125.5438.2650.9863.71-0.559.7220.0030.2840.5550.83-0.040.661.362.062.753.45-9.3167.1343.5519.9696.4872.8压裂施工过程：该井共压裂2层段。考虑到第一层厚度小，且没有有效厚度，压前进行了酸化预处理，破裂压力35MPa，瞬时停泵压力12.31Mpa，加砂6m3，裂缝延伸压力30～31.7MPa。4、水平井携砂胶塞先导性试验肇11－斜59(PⅠ2～3⑵)SubtitleDescriptionDate时间(min)PumppressureMpaRatem^3/minPropconckg/m^30.124.448.7613.0817.4021.72-0.579.5319.6429.7439.8449.95-0.040.591.211.832.453.07-8.9148.8306.6464.3622.1779.9压完第一层后扩散压力待裂缝闭合后，打入携砂液胶塞，上提管柱30m,封隔器坐封后最高泵压48MPa，停车，再