压裂工艺设计-储层改造培训班

SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING压裂工艺设计陈作2013.06.22石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING●1991年毕业于西南石油学院油藏工程专业。●1991-2010:06：中石油廊坊分院压裂酸化技术服务中心，高级工程师，副总工程师，学科带头人。●2010.07-2011.11：中石化石油工程技术研究院储层改造所，主任师，高级工程师。●2011.12-：中石化石油工程技术研究院储层改造所，专家，教授级高级工程师。简介石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING提纲一、压裂工艺技术概况与新技术二、水平井分段压裂工艺技术与设计三、斜度井压裂多裂缝防治四、结束语石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING压裂工艺技术总是伴随着储层条件、井筒类型复杂变化的要求而不断发展。特别是近年来压裂材料与工具技术的不断进步，设计理念从单一缝向复杂缝的转变，使压裂工艺技术层出不穷、别具特色，特别是水平井分段压裂技术的重要进展促进了非常规（页岩、致密砂岩）油气资源的规模开发，使得压裂技术成为了一项重要的工程技术。一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING（一）压裂工艺技术类型一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING大型水力压裂技术端部脱砂压裂技术火山岩压裂技术煤层气压裂技术碳酸盐岩加砂压裂技术分层压裂技术小井眼压裂技术CO2、N2泡沫压裂技术液化石油气(LPG)压裂技术乳化压裂技术清洁压裂液技术清水压裂技术高导流通道压裂技术直井斜度井压裂工艺技术一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING裸眼封隔器+滑套分段压裂技术泵送桥塞分段压裂技术套管滑套分段压裂技术连续油管射孔环空加砂分段压裂技术水力喷射分段压裂技术管内封隔器分段压裂技术双封单卡拖动分段压裂技术水平井压裂工艺技术一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING（二）压裂工艺设计理念变化NPV→支撑剂系数→改造体积（（SRV）单一缝→复杂缝的转变）1.常规NPV法一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING定义无因次支撑剂系数：fk:裂缝渗透率；pV:支撑裂缝体积；k:地层渗透率；:泄油区域的体积式中：rV2.支撑剂系数法一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING给定无因次支撑剂系数Nprop时，存在一个最佳的无因次裂缝导流能力，使采油指数最大。确定了最佳无因次裂缝导流能力，就可以确定最佳裂缝长度和裂缝宽度。无因次采油指数、最优的无因次导流能力都可表示为无因次支撑剂系数的函数。由此，得到无因次导流能力—无因次采油指数图版：一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING设计步骤：(1)确定支撑剂类型、支撑剂用量；(2)确定无因次支撑剂系数；(3)根据无因次支撑剂系数，以无因次采油指数最大，确定最优的无因次裂缝导流能力；(4)计算裂缝长度和裂缝宽度；(5)优化设计施工泵注程序。一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING1,000ft40acres英亩105x106ft31,600ft65acres英亩270x106ft3MapView/地图显示Weijers–Hart’sDuo20103.缝网压裂（体积压裂）(SRV)一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING“缝网”压裂体积（SRV）：利用微地震波监测估算压裂体积(SRA×H)一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING人工裂缝与天然裂缝相互交错组成网络通道一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING（三）压裂设计软件软件名称公司名称主要功能独特功能压裂模拟自动设计小型压裂压裂防砂模拟酸化压裂模拟产能预测净现值优化FracproPTPinnacle集成模型StimplanNSI压力分析及防砂MFracMeyer复杂裂缝GohferSTIM-Lab复杂应力场及数据库FracCADESchlumberger压裂防砂及管柱受力分析TerraFracTerraTek复杂裂缝模拟一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERINGFracporPT功能强大：可用于压裂的各个环节上—模拟、设计、分析、优化、产量预测、经济评价和实时监测。在设计的时候考虑了井筒的弯曲对压裂设计的影响，而且可以通过调整弯曲半径来模拟水平井的单裂缝延伸、温度场、支撑剂运移和施工压力预测等施工参数。一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERINGStimPlan新模型能够计算出不同射孔长度、射孔孔眼数量对裂缝参数的影响，提高了水平井压裂优化设计的能力。对含有不同油层特性的层间地层结构进行严格计算；直接利用测井曲线得到：地层岩石类型、剖面结构参数、分层应力。一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERINGMfrac可实现多层压裂裂缝三维几何尺寸、并实现多裂缝的可视化的显示和复杂裂缝的模拟。一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERINGGohfer基于离散方法论、采用全三维模型、考虑各种复杂的地层因素，能模拟非对称裂缝、复杂裂缝形状。一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING斯伦贝榭公司研发，2010年投入商业应用，目前已在美国、加拿大、等8个国家作业近3000口，不仅在油田，致密气、页岩气上均在应用。改变了油气的流动通道，大大提高导流能力。（四）压裂工艺新技术-高导流通道压裂技术一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING■技术特点压裂液与支撑剂脉冲式注入可降解纤维材料簇射孔技术新井应用适合杨氏模量大于2.5×105psi地层一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING“两降两高”√支撑剂用量降低40%√压裂液用量降低60%√较高的裂缝导流能力√产量提高20-60%jonah（乔纳）field南美LomaLaLata(LLL)field阿根廷效果EagleFord页岩应用效果名称单井平均完井数据单井生产动态（60天）压裂工艺水平段长（m）压裂液量（bbl）支撑剂量（t）凝析液量（bc）累积产量（104m3）井底流压（MPa）水回收（%）HIWAY（2口井）1343875001086.32653585.214.913%常规压裂（2口井）13312071031682.41855553.013.310.9%差异1%-58%-35%43%61%13%19%一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING成分物性水成品油甲烷LPG-丙烷LPG-丁烷密度（kg/cm3）1000840-740792510580粘度（mPa•s）40℃0.660.5-1.40.400.0830.14表面张力（dyn/cm）21℃72.821.822.77.612.4不同类型流体物理性质（四）压裂工艺新技术-LPG压裂技术（无水压裂技术）一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING（四）压裂工艺新技术-LPG压裂技术（无水压裂技术）丙烷粘度0.1mPa.s，密度0.51g/cm3，表面张力7.6N/m，常温下液态压力＞0.86MPa，常压下液态温度＜-5℃。临界温度100℃。一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING压裂液体系由交联剂、活化剂和破胶剂组成。◆压裂液比重：0.5-0.6;◆压裂液粘度:100—1000mPa.s;◆破胶时间：0.5—4h；◆破胶后流体粘度：0.1—0.2mPa.s。一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING传统压裂LPG压裂化学添加剂N2供应N2供应LPG罐车LPG罐车20/40目支撑剂□技术特点√节约水资源：不需要用水√环保：可循环利用率高√伤害性小：LPG在气井中自然产出、返排彻底√裂缝支撑好：压后几乎没有流体滞留在裂缝中，有效裂缝长度增加√对安全作业要求高：专用储存与LPG泵送设备、密封混砂、逻辑过程控制器（PLC）控制作业车、远程监测、连续气体检测设备等。一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING应用最大井深达3706m，最高施工压力91MPa，在40种不同类型储层中成功使用，最大注入速度8.6m3/min，支撑剂浓度600kg/m3。一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING井号压裂类型返排周期(h)测试产量（m3)井口流压3.45MPa下的产量(m3/d)C-48甲醇水9339643.639643.6J-47甲醇水65192554.6201049.6K-48甲醇水9614158.414158.4P-47LPG4673623.8254851.6-283168.5L-38LPG7970792.1339802.2-368119.0CanadaMcCullyGasField埋深：埋深顶界1800m砂层厚度：900m孔隙度：4-8%渗透率：0.001-1.8md油藏压力：20-35MPa一、压裂工艺技术概况与新技术石油工程技术研究院SINOPECRESEARCHINSTITUTEOFPETROLEUMENGINEERING该技术存在一定的风险：1.成本比水基压裂液高的多;2.技术及相关配套尚不成熟，其操作安全性要求高。2011年1月，在加拿大阿尔伯塔省一个采用LPG压裂