水平井压裂改造工艺技术介绍

一、前言二、限流法分段压裂三、液体胶塞分段压裂四、封隔器、桥塞分段压裂五、连续上提封隔器卡封压裂六、裸眼封隔器分段压裂七、水力喷射分段压裂八、TAP阀分段压裂九、裂缝参数的优化设计汇报提纲1、工艺原理通过对射孔参数（长度、孔眼大小等）和泵注参数（排量）的优化设计，提高井底处理压力，使其大于各射孔段的破裂压力，同时压开多个射孔段，达到同时开启并延伸多条裂缝的目的。压开第1段提高井底压力,压开第2段提高井底压力,压开第3段二、限流法分段压裂井底压力隨时间的变化曲线2、技术特点（1）管柱结构简单；（2）施工工艺简便；（3）要求全面的地层岩石力学及地应力解释资料；（4）要求井下管柱、工具及井口具有较高的承压；（5）要求较高的泵注设备功率；（6）分压段数较少。3、技术应用实例四川气田的白浅109井，通过限流法实现4段分压，最大施工排量6.2m3/min，压后增产17倍。二、限流法分段压裂一、前言二、限流法分段压裂三、液体胶塞分段压裂四、封隔器、桥塞分段压裂五、连续上提封隔器卡封压裂六、裸眼封隔器分段压裂七、水力喷射分段压裂八、TAP阀分段压裂九、裂缝参数的优化设计汇报提纲1、工艺原理在第1段压裂施工结束后，顶替高粘液体，利用高粘液体对已压裂射孔段进行隔离；射孔后，压裂第2段，顶替高粘液体，依次类推；直至结束全部层段的施工后，注入水化、破胶剂，使液体胶塞降粘水化，实现井筒与射孔段的沟通及压裂液的返排。1、压裂第1段2、顶替液体胶塞3、压裂第2段4、顶替液体胶塞5、压裂第3段6、注入水化、破胶剂三、液体胶塞分段压裂液体胶塞分段压裂工艺原理示意图2、技术特点（1）液体浓度、用量控制精度要求较高；（2）施工作业周期较长；（3）液体胶塞的材料仍是需要解决的一个关键问题3、技术应用实例据不完全统计，该技术已在长庆油田进行了7口井18层次的现场应用，达到了一定的增产改造效果。目前，该技术已经不再应用。三、液体胶塞分段压裂一、前言二、限流法分段压裂三、液体胶塞分段压裂四、封隔器、桥塞分段压裂五、连续上提封隔器卡封压裂六、裸眼封隔器分段压裂七、水力喷射分段压裂八、TAP阀分段压裂九、裂缝参数的优化设计汇报提纲1、工艺原理该工艺是以封隔器、桥塞等机械工具为载体，通过机械工具的下入，实现对水平井段的隔离和选择性压裂改造，压裂改造后，将隔离工具起出，实现各层段之间的连通。1、压裂第1段2、起出管柱3、下入桥塞4、座封桥塞5、起出管柱6、下入压裂管柱7、压裂第2段8、打捞桥塞9、生产封隔器、桥塞分段压裂工艺原理示意图四、封隔器、桥塞分段压裂E4436膨胀式封隔器可捞式桥塞座封方式投球加压坐封加压座封解封方式上提解封座封压力9MPa额定压力双向压差58MPa（5.5＂套管）工具最大外径4.25＂（Φ108mm）3.38＂（Φ86mm）工具通径2＂（Φ50.8mm）1.25＂（Φ31.8mm）额定拉力340kN270kN解封拉力113kN25kN温度范围≤130℃工作介质非腐蚀性流体某机械隔离工具的主要性能参数表某机械隔离工具管柱结构图四、封隔器、桥塞分段压裂2、技术特点（1）分段压裂更加准确、可靠；（2）要求工具稳定性好；（3）需进行多次冲砂、起下管柱作业，施工周期较长。四、封隔器、桥塞分段压裂油管侧通滑套E4436膨胀式封隔器坐封球座带孔管死堵压裂管柱结构示意图桥塞打捞管柱结构示意图油管液压扶正器JAY型回收工具3、技术应用实例水平井机械隔离分段压裂技术于2004年10-12月分别在采油一厂的塞平5井和大庆油田的双平1井进行了现场应用，共2口井3个段次。现场施工比较顺利，桥塞坐封、释放、打捞、解封均一次成功.四、封隔器、桥塞分段压裂塞平5井现场应用塞平5井分段压裂桥塞坐封参数表塞平5井分段压裂桥塞打捞数据表四、封隔器、桥塞分段压裂双平1井现场应用双平1井分段压裂桥塞坐封数据表双平1井桥塞打捞数据表四、封隔器、桥塞分段压裂一、前言二、限流法分段压裂三、液体胶塞分段压裂四、封隔器、桥塞分段压裂五、连续上提封隔器卡封压裂六、裸眼封隔器分段压裂七、水力喷射分段压裂八、TAP阀分段压裂九、裂缝参数的优化设计汇报提纲1、工艺原理该工艺是以封隔器工具为载体，通过封隔器在各射孔段间产生压力遮挡，对某一射孔段进行压裂改造；施工结束后，将管柱上提至下一射孔段，重新坐封封隔器，进行下一段的压裂改造，完成改造后，起出压裂管柱，实现各层段之间的连通。1、射孔2、下入封隔器3、坐封封隔器4、压裂第1段5、解封封隔器6、上提压裂管柱7、坐封封隔器8、压裂第2段9、换生产管柱，投产连续上提封隔器卡封压裂工艺原理示意图五、连续上提封隔器卡封压裂2、技术特点（1）分段压裂更加准确、可靠；（2）要求工具稳定性好，尤其是封隔器的重复坐封能力；（3）需进行多次冲砂、起下管柱作业，施工周期较长，但相比封隔器、桥塞压裂工作效率提高。五、连续上提封隔器卡封压裂3、技术应用实例应用该技术成功完成了延长气田XX1井的分段压裂改造作业，该井垂深1920m，水平段长619.5m，起下两趟管柱，共分压4段。五、连续上提封隔器卡封压裂一、前言二、限流法分段压裂三、液体胶塞分段压裂四、封隔器、桥塞分段压裂五、连续上提封隔器卡封压裂六、裸眼封隔器分段压裂七、水力喷射分段压裂八、TAP阀分段压裂九、裂缝参数的优化设计汇报提纲1、工艺原理该工艺是以封隔器工具为载体，通过封隔器在各射孔段间产生压力遮挡，对某一射孔段进行压裂改造；施工结束后，投球封堵已压裂段同时打开封堵上一射孔段的滑套，对上部层段进行压裂改造；依次上返，实现多段分压；改造结束后，球体隨压裂液返排出井筒，合层生产。六、裸眼封隔器分段压裂裸眼封隔器分段压裂效果图裸眼封隔器样品展示图1、钻杆下入裸眼封隔器2、坐封裸眼封隔器及悬挂封隔器3、压裂第1段4、投球打滑套5、压裂第2段6、逐级上返压裂7、合层生产六、裸眼封隔器分段压裂裸眼封隔器分段压裂工艺演示2、技术特点（1）卡层准确；（2）一趟管柱，多段分压，（51/2‘井眼）最多可分压8段；（3）主要用于裸眼井的分段压裂作业；（4）压后管柱无法起出，无法井行修井等后续作业。六、裸眼封隔器分段压裂3、技术应用实例该技术已经在苏里格气田等地区推广应用，现场施工成功率较高，压后增产效果显著。一、前言二、限流法分段压裂三、液体胶塞分段压裂四、封隔器、桥塞分段压裂五、连续上提封隔器卡封压裂六、裸眼封隔器分段压裂七、水力喷射分段压裂八、TAP阀分段压裂九、裂缝参数的优化设计汇报提纲七、水力喷射分段压裂1、工艺原理基于伯诺利方程，通过高速流体的注入达到（1）井筒内形成负压区，达到分段压裂目的；（2）利用动能和压能的转化，形成人工裂缝。水力喷射分段压裂工艺原理示意图水力喷射分段压裂工艺工作机理图水力喷射工具照片1、水力喷射压裂机理研究-滞压射孔过程：Pv+PhFIP，不起裂环空加压：Pv+Ph+Pa≥FIP，起裂关键：控制喷射压力和环空压力射流在孔底滞止压力2～6MPa－水力封隔机理、孔内压力分布规律七、水力喷射分段压裂1.喷嘴直径在3～7mm、喷距在0～70mm内调节；2.模拟孔眼长度在600mm内有级调节，每级长度40mm，套管孔径10～20mm3.可测量孔眼壁面压力和轴心压力随喷嘴压力、排量、喷距、直径、围压等分布4.还可模拟“环空加液、射孔裂缝渗流”物理过程。1、水力喷射压裂机理研究-滞压七、水力喷射分段压裂1、水力喷射压裂机理研究-引射封隔－水力封隔机理、射流卷吸规律（实验+数模）高速射流在环空产生低压引射区域，实现压裂封隔喷嘴压降、直径和井壁孔径是主要因素喷嘴压降与射流封隔呈正相关喷嘴直径越大，射流封隔越强0.040.080.120.160.200.241.4x1071.6x1071.8x1072.0x1072.2x1072.4x1072.6x1072.8x1073.0x1073.2x1073.4x107压力/Pascal轴线位置/m5MPa计算结果5MPa试验结果10MPa计算结果10MPa试验结果15MPa计算结果20MPa计算结果25MPa计算结果环空压力15MPa喷嘴压降0.040.080.120.160.200.248.0x1061.0x1071.2x1071.4x1071.6x1071.8x1072.0x1072.2x1072.4x107压力/Pascal轴线位置/m4mm计算结果5mm计算结果5mm试验结果6mm计算结果6mm试验结果7mm计算结果油管压力25MPa,环空压力10MPa喷嘴直径七、水力喷射分段压裂七、水力喷射分段压裂1、下入压裂管柱2、携砂液射孔3、加砂压裂环空注液流体流出4、投球打滑套水力喷射分段压裂工艺演示环空注液5、水力射孔、压裂排液6、液体返排、生产七、水力喷射分段压裂压裂泵系统环空泵系统井口设备井场设备2、技术特点（1）环空压力低，有利于形成横向裂缝；（2）节流压力损失较大，井口压力较高；（3）可实现射孔与压裂作业联作，可用于筛管、套管及裸眼完井方式井的压裂作业；（4）分压段数更多，可采用连续油管拖动，逐层上返压裂（目前水平可分压10段）；（5）压后工具可起出，有利于进行修井等作业；（6）喷砂嘴的稳定性是决定该工艺的关键性技术。七、水力喷射分段压裂3、技术应用实例该技术已经在苏里格气田等地区推广应用，施工井数已逾几十井次，现场施工成功率较高，压后增产效果显著。020406080100120123456789101112水力喷射压裂井序号压后无阻流量（104m3/d）水力喷射工艺效果统计某水力喷射压裂井施工曲线七、水力喷射分段压裂一、前言二、限流法分段压裂三、液体胶塞分段压裂四、封隔器、桥塞分段压裂五、连续上提封隔器卡封压裂六、裸眼封隔器分段压裂七、水力喷射分段压裂八、TAP阀分段压裂九、裂缝参数的优化设计汇报提纲1、工艺原理该工艺以TAP阀为载体，通过投入“标枪”实现对压裂段套管阀的开启及上级套管阀的打开，光套管注入，施工结束后连续油管磨铣“标枪”，进行压裂液返排及生产。是集分段压裂作业及选择性生产于一身的工艺技术。（注：TAP阀的含意：TreatAndProduce=改造、生产）水泥环及TAP阀结构位置示意图八、TAP阀分段压裂1、钻井结束地层裸眼井筒套管TAP阀TAP阀间连线2、连接套管和TAP阀水泥环3、固井“标枪”4、投入“标枪”TAP阀缩径TAP阀打开5、打开压裂段TAP阀，使下一级TAP阀缩径6、压裂第1段裂缝7、投“标枪”，打第2级TAP阀8、压裂改造第2段9、连续油管钻“标枪”连续油管10、压裂液返排及生产11、关闭部分射孔段TAP阀分段压裂工艺演示八、TAP阀分段压裂2、技术特点（1）分段压裂级数多，可实现“无限制”级数压裂；（2）可实现对TAP阀的开关，进行选择性生产；（3）“光套管”注入，管路摩阻较低；（4）无需进行射孔作业；（5）在管柱下入前需要确定改造段位置；（6）现场需进行连续油管带压作业，对设备要求较高。八、TAP阀分段压裂3、技术应用实例2010年11月完成庆平8井的TAP阀完井作业，该井系“世界第三口，亚洲第一口”TAP阀技术完井的水平井；在西南油气田的龙002-H3井进行了3段分压施工，施工排量8m3/min，入地液量1200m3.该技术的应用正处于试验阶段，是当前水平井分段改造技术研究的“热门技术”之一。龙002-H3井压裂改造井身结构图八、TAP阀分段压裂一、前言二、限流法分段压裂三、液体胶塞分段压裂四、封隔器、桥塞分段压裂五、连续上提封隔器卡封压裂六、裸眼封隔器分段压裂七、水力喷射分段压裂八、TAP阀分段压裂九、裂缝参数的优化设计汇报提纲九、裂缝参数的优化设计1、裂缝几何形态设计储层渗透率较高，近井筒伤害较大纵向裂缝以解堵为目的的改造纵向裂缝的完井及参数设计：纵向裂缝（1）井筒方位的设计：与最大主应力方向一致；（