水平井压裂改造工艺技术

水平井压裂改造工艺技术水平井压裂改造工艺技术孙良田孙良田20082008年年99月月提纲一、前言二、水平井压裂选井选层三、水平井产能预测与优化设计四、水平井分段压裂工艺与应用1086765212远景资源地质资源可采资源注：单位为亿吨，评价结果不包括南海南部石油资源量一、前言品位分布常规油占61%，低渗油占27％，重油占12%4691342045691220100200300400500亿吨常规油低渗透油重油石油资源量品位分布柱状图地质可采175220510152025万亿立方米陆上近海全国全国天然气可采资源量柱状图76%24%天然气资源量271785051015202530万亿立方米常规气低渗透气天然气资源量品位分布柱状图地质可采天然气：常规气占77%，低渗气占23%品位分布1995-2003年中石化低渗透油藏储量图47873784393663094104490347214650470201000200030004000500060007000199519961997199819992000200120022003低渗透储量（万吨）¾近年来新增探明储量低渗油藏比重较大，1995-2003年新增低渗透油藏储量占新增探明储量的20％，平均年增加4655万吨；其中2003年新增4903万吨，占新增砂岩储量的29％。¾原油产量低渗油藏比例越来越高，由1990年的315万吨增加到2003年的527万吨。315万吨527万吨1990年2003年年均增加15万吨中石化低渗油藏年产油量中国石化低渗透储量动用情况1、国内外水平井应用状况渤海油田2000年以来每年水平井数量增长20-30%，从2个油田扩大至目前的14个油田，其中分支水平井占1/4。应用状况水平井数量已超过４万口，其中美国2005年以后每年超过3100口，水平井数量占总井数的7.6％；加拿大水平井数量超过总井数的10％。国外从2002年加大力度抓水平井发展，2005年突破年打井200口，2006年当年完钻522口，2007年计划完成水平井600口。中石油中海油国内外水平井应用状况国内外水平井应用状况中国石化水平井开采状况及效果270150100116869961115193245618512133243153164779710671742460100200300400500199119931995199719992001200320052007年投产井数020040060080010001200累计投产井数年投产井数累计投产井数“八五”攻关试验投产：32口“九五”快速发展投产：142口“十五”扩大应用投产：473口“十一五”创新发展首先在热采稠油油藏开展了技术攻关，初步形成水平井配套技术。应用领域扩展到多种油藏类型，应用阵地由老区调整扩大到新区产能建设。应用阵地进一步扩大，水平井开发技术日趋成熟。11、总体应用状况、总体应用状况11）水平井发展历程）水平井发展历程270150100116869961115193245618512133243153164779710671742460100200300400500199119931995199719992001200320052007年投产井数020040060080010001200累计投产井数年投产井数累计投产井数“八五”攻关试验投产：32口“九五”快速发展投产：142口“十五”扩大应用投产：473口“十一五”创新发展150100116869961115193245618512133243153164779710671742460100200300400500199119931995199719992001200320052007年投产井数020040060080010001200累计投产井数年投产井数累计投产井数“八五”攻关试验投产：32口“九五”快速发展投产：142口“十五”扩大应用投产：473口“十一五”创新发展首先在热采稠油油藏开展了技术攻关，初步形成水平井配套技术。应用领域扩展到多种油藏类型，应用阵地由老区调整扩大到新区产能建设。应用阵地进一步扩大，水平井开发技术日趋成熟。11、总体应用状况11）水平井发展历程3130.30.40.50.70.91.11.51.92.22.53.00.20.20.10.10.10.00.51.01.52.02.53.03.5199119931995199719992001200320052007水平井所占比例（%）水平井占总井数比例逐年提高，2007年达到3%。胜利,660口,68%西北,211口,22%其它96口,10%投产总井数967口0.30.40.50.70.91.11.51.92.22.53.00.20.20.10.10.10.00.51.01.52.02.53.03.5199119931995199719992001200320052007水平井所占比例（%）水平井占总井数比例逐年提高，2007年达到3%。胜利,660口,68%西北,211口,22%其它96口,10%投产总井数967口中国石化水平井开采状况及效果213771116203458751031351781892262693211.62.02.73.64.74.95.86.77.80.90100200300400500600199119931995199719992001200320052007年度年产油（万吨）0.02.04.06.08.0所占比例（%）年产量所占比例水平井年产油贡献比例逐年提高，2007年预计年产油321万吨，占总产量的7.8%。中石化历年水平井年产油及所占比例曲线图胜利，903万吨，58%西北，553万吨，35%其它110万吨，7%累计产油1566万吨213771116203458751031351781892262693211.62.02.73.64.74.95.86.77.80.90100200300400500600199119931995199719992001200320052007年度年产油（万吨）0.02.04.06.08.0所占比例（%）年产量所占比例水平井年产油贡献比例逐年提高，2007年预计年产油321万吨，占总产量的7.8%。中石化历年水平井年产油及所占比例曲线图胜利，903万吨，58%西北，553万吨，35%其它110万吨，7%累计产油1566万吨中国石化水平井开采状况及效果1）高角度薄互层砂岩油气藏特点：•多层，一般油层较陡•纵向上呈叠瓦状分布•平面上呈条带状分布选井选段类似直井含油气性；物性；厚度；压力；流体性质；污染情况；储层动用情况等。###1、水平井选井选段影响因素二、水平井压裂选井选层技术22）低角度）低角度薄互层薄互层油气藏油气藏9韵律：正韵律好于反韵律；9临层条件：含油气性、物性、压力、厚度、流体性质等。选井选段重点考虑该类油气藏储集空间存在严重的非均质性。水平井缝、洞33）裂缝性油气藏）裂缝性油气藏•含油气性；•裂缝发育：裂缝级别、缝洞到井筒的距离•压力；•流体性质；•污染情况；•储层动用情况等。选井选段重点考虑2、水平井压裂选井选段原则1）根据储层条件选井1)储层应有足够的油气储量和能量。油气层的厚度、含油饱和度，供油面积耍尽可能的大。压力系数、地层压力耍尽可能的高。2）利用地层测试得出的参数定量判断分析。一般认为：表皮系数S＞0时压裂效果好；--0.5＜S＜0时压裂效果一般；S＜-1.5时压裂效果较差。堵塞比DR＞1时压裂效果较好；DR＜1时压裂效果较差。流动效率FE＜1时压裂效果较好，l＜FE＜1.5时压裂效果较差。3）利用压力恢复曲线形态判断。分析压裂效果。一般半对数曲线呈“厂”字形，导数曲线出现较大驼峰的井。压裂效果好;半对数曲线呈弧线形上升，导数曲线驼峰不大的井。压裂效果一般;半对数曲线基本呈直线形上升，导数曲线驼峰很小的井压裂效果较差。4）对于垂直裂缝区要警惕裂缝延伸至水层或气层。一般在压裂层与气层或水层间的夹层较薄时;附近有与水或气的接触面。而且位于裂缝可能通过的方向时;高油气比井或含水井，除非出气层或出水层可以堵住时，均不宜压裂。2）根据井身结构及井眼方位选井1)压裂选井时还要注意压裂井的井身条件，套管程序、套管直径、强度、固井质量和完井方式等必须符合施工要求;2)如果压开纵向裂缝，水平段最好垂直于最小水平主应力方向;3)如果压开横向裂缝，水平段最好平行于最小水平主应力方向。3）从经济效益方面考虑选井选层和一般的直井压裂相比，压裂水平井的费用是末压裂水平井的1.4倍。如果压裂后油气增量在某一界限以上时，增油量获得的收益扣除压裂措施费用后是正值，压裂才有经济效益。因此，这个增油气量收益经济界限可作为压裂的选井原则。三、水平井压后产能预测与优化设计1、水平井压裂水力裂缝形态根据水平井压裂裂缝造缝机理研究成果，水平井压裂裂缝有三种形态：横向缝、纵向缝、水平缝。最佳裂缝形态与水平井段正交横向缝。最佳裂缝配置2、压裂水平井的渗流特点横向裂缝水平井的流态示意图3、压裂水平井产能预测结合水平井压裂后的裂缝形态和生产过程中油气在裂缝中的渗流机理，应用复位势理论和势叠加原理,推导了压裂水平井多条裂缝相互干扰的产能预测新模型。4、裂缝条数优化随着裂缝条数(N)的增加,压裂水平井的日产油量总体上逐渐增加,但在相同生产时间内,随着裂缝条数的增加,日产量增幅随着裂缝条数的进一步增加逐渐减小。水平井中的多条裂缝之间将产生干扰，那么裂缝的最佳条数为3～5条。5、裂缝长度优化随着裂缝长度(Lf)的增加,压裂水平井的日产量逐渐增加，随着裂缝长度的进一步增加，产量的增幅变小。优化裂缝长度应控制在100-125m较合适。6、裂缝导流能力优化随着裂缝导流能力(Df)的增加，压裂水平井日产量增加，但是随着裂缝导流能力的进一步增加，产量增幅逐渐变小，这与裂缝长度对产量的影响结果很相似。对于不同的储层渗透率、产层有效厚度存在最佳的裂缝导流能力范围，一般在50μm2左右比较合适。7、裂缝间距优化情形Ⅰ：取等间距情形Ⅱ：间距从小到大情形Ⅲ：从大到小情形Ⅳ)：两端小中间大情形Ⅳ：两端大中间小不同裂缝间距组合情形下压裂水平井累计产量统计表计算结果表明，不同的裂缝间距组合对水平井的累计产量有较大影响。模拟结果表明，当水平井筒根部和端部的裂缝间距小、内部的缝间距大时产量最高(情形Ⅳ)，反之产量最低(情形Ⅴ)，其他几种组合情形下的累计产量居中，这说明可以通过减少根部和端部的裂缝间距来提高压裂水平井的产量。6002.686725.576355.046355.046620.46125173.645828.805491.325491.325732.65103433.223938.453674.303674.303862.2161474.581787.281617.831617.831736.862125m50m125m75m150m75m50m100m150m150m100m50m100m100m100md3-4d2-3d1-2d3-4d2-3d1-2d3-4d2-3d1-2d3-4d2-3d1-2d3-4d2-3d1-2情形Ⅴ情形Ⅳ情形Ⅲ情形Ⅱ情形Ⅰ生产时间(月）9、裂缝位置位于水平井段两端的裂缝产量大于内部裂缝的产量。这是因为经过一段较长的时间后，由于裂缝的干扰,两条外部裂缝之间的流动区域的压力下降大，而外部裂缝具有更大的泄油区域，所以两条外部裂缝的贡献将会占主导地位。5.715.435.295.245.295.435.71125.795.515.365.325.365.515.79105.905.615.465.425.465.615.9086.045.755.595.555.595.756.0466.255.955.795.745.795.956.2546.666.336.166.116.166.336.662裂缝7裂缝6裂缝5裂缝4裂缝3裂缝2裂缝1日产油量(m3)生产时间(month)不同位置裂缝的日产油量统计表6、裂缝分布对称(情形Ⅰ)、左翼大右翼小(情形Ⅱ)、左翼小右