水力喷射压裂技术新

高压超低渗油气层压裂增产技术——水力喷砂射孔压裂宝鸡市赛孚石油机械有限公司汇报提纲一、概要二、国内外现状及发展趋势三、技术特点四、配套工具介绍五、现场使用情况六、井口配套相关产品水力喷砂射孔压裂技术概要一、概要水力压裂技术经过了近半个世纪的发展，特别是自80年代末以来，在压裂设计、压裂液和添加剂、支撑剂、压裂设备和监测仪器以及裂缝监测等方面都获得了迅速的展，使水力压裂技术在缝高控制技术、高渗层防砂压裂、重复压裂、深穿透压裂以及大砂量多级压裂等方面都出现了新的突破。现在水力压裂是油田增产、增注，保持油田稳产的一项重要工艺技术。它利用液体传导压力的性能，在地面利用高压泵组，以大于地层吸收能力的排量将高粘度液体泵入井中，在井底憋起高压，此压力超过油层的地应力和岩石抗张强度，在地层产生裂缝，继续将带有支撑剂的携砂液注入裂缝，裂缝边得到延伸，边得到支撑。停泵后就在油层形成了具有一定宽度的高渗透填砂裂缝，由于这个裂缝扩大了油气流动通道，改变了流动方式，降低了渗流阻力，可起到增产增注作用，这一施工过程就叫油层水力压裂。已广泛应用于低渗透油气田的开发中。水力喷射压裂技术概要一、概要宝鸡赛孚石油机械公司与长庆油田油气工艺研究院合作开发的水力喷砂射孔（割缝）技术，是集射孔、压裂、隔离一体化的增产措施，专用喷射工具产生高速流体射穿套管、岩石，形成孔眼，孔眼底部依靠环空流体补液压力增高，超地层破裂压力后起裂并造缝。水力喷砂射孔压裂工具主要用于长庆油田、吉林油田、吐哈油田、青海油田等国内各大油田。其中以长庆油田为主，年供货量在1000套以上。水力喷砂射孔压裂技术是依据伯努利原理，将油管柱内液体的压能转化为喷嘴出口处的高速动能，根据水动力学动量-冲量原理，射穿套管、沟通地层。压裂时采用油、套混注的方式，通过控制喷射工具，准确选择裂缝起裂的位置与方向；裂缝形成后，高速流体喷射进入孔道和裂缝，由于喷嘴出口处高速低压，具有喷射泵的吸液功能，环空的流体在压差的作用下被吸入地层，维持裂缝的延伸，实现水力封隔。水力喷射压裂技术国内外现状及发展趋势二、国内外现状及发展趋势1.国外应用现状在国外，该技术于1998年发明并投入现场应用，2002年起应用规模、范围扩大，初期以裸眼水平井分段增产改造为主，后期在垂直井内的应用日益增多。2002年7月对已作业的62口井的统计表明，截至当时，裸眼水平井内的应用最多，达到40口，垂直井应用11口，不到20%；连续管作业18口，占30%；成功率较高，经济成功的有34口，工艺成功的有21口，只有7口井失败。平均增产30–60%，成本与单级压裂相当或稍高。2003年，首次在巴西的Campus湾海上一口井试作业并取得成功。且在技术成熟的基础上寻求应用拓展。2004年中期Hulliburton公司首次采用水力喷射射孔环空压裂技术（HJP-AF）——已定型为一种新型压裂技术，利用常规尺寸连续管（1.5～2″）实现大型压裂，主要用于垂直井分段压裂。二、国内外现状及发展趋势1.国外应用现状2005年5月，水力喷射射孔环空压裂技术应用超过45口井，主要是垂直井作业，其中只有两口水平井，绝大部分使用1.75″的连续管完成作业，平均增产40～60%。2005年中期，水力喷射压裂技术在国外应用超过130多口井。包括酸化压裂、支撑剂压裂、组合压裂和大排量清水压裂，涉及固水泥、不固水泥套管井、开槽衬管井、裸眼井。大部分为陆上作业，有部分用于海上和深海作业。国外已应用超过1000口井，美国路易斯安那州西部JannesLime地层（裸眼完井）水力喷射酸压处理过80多口井，平均每口井造缝8条，共造缝600多条。从以上总体看，水力喷射压裂增产技术非常成功。在全世界范围内迅速发展，逐渐扩展到加拿大、巴西、哈萨克斯坦、俄罗斯等，技术主要由Hulliburto公司和BJ公司等掌握。水力喷射压裂技术国内外现状及发展趋势二、国内外现状及发展趋势2.国内应用状况我国于2005年与哈里伯顿公司合作采用常规油管在靖安油田靖平1井和庄平3井顺利完成增产作业，这是该工艺在国内首次试验。随着国家经济发展对能源的巨大需求、加之日益枯竭的能源危机，迫使能源勘探技术不断革新，必须加大和有针对性对低压、低渗透率、低孔隙度的“三低”油气藏开发及煤层气、页岩气等非常规油气资源的开发。目前，以上非常规油气资源的开采工艺是通过水力压裂达到工业性油气流开发生产。水力喷射压裂设备其优良的工艺特性及其安全性，受到各石油公司的迫切需求。目前，其核心技术只掌握在少数石油机械技术发达的国外公司之中；我国近年来也投入了大量科研费用研发这一项目。通过这几年不断的油田作业试验及改进，其技术逐渐成熟，逐步获得油田认可，特别是中石油主力油田---长庆油田油气田得以大量推广形成了批量化。水力喷射压裂技术国内外现状及发展趋势水力喷射压裂技术特点三、技术特点：可根据每一口井的情况，定制喷射工具与参数；根据每一组裂缝的要求设计工艺程序，确定裂缝大小、选择压裂液与环空介质。通过喷射工具定位及喷嘴倾角与方向的调整，有效控制裂缝位置与裂缝产生时的方向。具有广泛的适应性。能用于水平井、大斜度井和垂直井，能在裸眼井、衬管完井井眼和套管井内使用。根据需要，可使用钻杆、油管或连续管作业。作业介质可使用酸液，在碳酸盐岩地层实施挤酸或酸化压裂；环空介质可使用CO2/N2，在井下利用高压射流的强力剪切形成泡沫，实现泡沫酸化或压裂，并避免在地面生成泡沫带来的摩阻大、到井下后泡沫性质改变等问题。采用双通道，环空和井底压力低，安全性好；还能通过改变环空流量快速调整井底压裂液的浓度和泡沫性能。水力喷射压裂技术特点三、技术特点：水力喷射压裂技术是一项能有效控制裂缝起裂的增产措施。只在指定的位置处进行压裂造缝。序号特性常规压裂水力喷射压裂1产生裂缝压力由射流产生裂缝环空压力+射流增压使裂缝延伸2裂缝位置无法精确预测精确3裂缝初始方向无法预测可确定4封隔方式机械一段水力封隔一次多段水力喷射压裂技术特点三、技术特点：1.工作机理水平井水力喷砂分段压裂技术—根据动力学动量—冲量原理，固体颗粒受水载体加速，高速冲击套管和岩石，产生切割作用。三、技术特点：1.工作机理水力喷射压裂技术特点高压＋低压高压：高速射流在孔内增压3～8MPa低压：喷嘴出口局部低压区——环空卷吸作用，强化封隔效果关键：控制喷射压力和环空压力排量三、技术特点：2.参数设计优化:1）喷嘴选择2）压力、流速3）喷射时间4）含砂浓度5）砂粒直径6）环空压力水力喷射压裂工作机理及工艺三、技术特点：3.基本作业工艺过程：1）工具入井定位2）油套环空打开，油管内加压，喷砂射孔；3）油管内泵入压裂工作液维持喷嘴压降、环空加压，诱导孔内起裂、裂缝延伸4）油管内泵入携砂液，之后顶替；5）回拉工具定位，第二段裂缝射孔、压裂/投球打开滑套，重复射孔、压裂。6）重复完成多段压裂水力喷射压裂技术特点四、配套工具介绍1.技术参数：水力喷射工具经过近几年的快速发展，已经完成适应常用41/2＂、51/2＂套管井及6＂裸眼井的各种系列化配套工具。各配套工具的基本技术参数如下：注：喷射器中射孔、压裂用喷嘴——采用硬质合金材料，根据施工排量及施工压力进行规格、数量调节，最高过砂量达90m3。水力喷射压裂技术配套工具规格喷射工具最大外径mm施工段数耐压MPa加砂量m3备注41/2＂90107015-50不动管柱51/2＂11487015-50不动管柱6＂145237015-50不动管柱51/2＂10577015-50拖动管柱四、配套工具介绍2.管柱构成水力喷砂射孔器有拖动管柱和不拖动管柱之分。拖动管柱的喷射器下井一次仅能在某一处进行射孔，但可拖动管柱进行多次射孔。不动管柱的喷射器可在管柱不同位置接多个射孔器，施工时自下而上分投不同直径的钢球，逐次进行射孔作业。还可在裸眼井中进行多级射孔，原理与套管井中相同。水力喷射压裂技术配套工具四、配套工具介绍2.管柱构成——拖动管柱水力喷射工具其原理：钢球投入后，坐落在球座上，下端密封，高压压裂液通过喷嘴射透油层。水力喷射压裂技术配套工具四、配套工具介绍2.管柱构成——不动管柱水力喷射工具其原理：钢球投入后，坐落在密封筒上，形成一定压差，将剪断剪销，密封筒滑到密封筒座中，高压压裂液通过喷嘴射透油层。水力喷射压裂技术配套工具四、配套工具介绍：2.管柱构成——喷射工具各主要部件水力喷射压裂技术配套工具导流扶正器单层喷射器筛管球座总成丝堵主要部件图片封隔器水力喷射压裂技术配套工具四、配套工具介绍：2.管柱构成——喷射工具各主要部件液压水力锚安全接头多层水力喷射器四、配套工具介绍2.管柱构成——喷射工具各主要部件特点1）喷射器——喷嘴结构设计、材料与布置；防溅参数设计与加工。2)滑套——材料优选、结构优选；与喷射器滑动密封。3）喷射器与滑套连接方案——销钉连接；销钉材料优选与加工。4）单向阀、扶正器、导向装置等附件。注：喷嘴——采用硬质合金材料，最多可连续拖动9段。水力喷射压裂技术配套工具四、配套工具介绍3.喷射工具各主要部件工艺特点1）热处理硬度要求高，对加工刀具使用要求高；2）密封形式特殊，密封要求苛刻。3）装配试验项目多，工装使用消耗大。4)检测要求高，专用检具多。5)产品井下工作环境恶劣，对工艺技术研究试验要求高。为此，我公司专门成立了水力喷射工具生产线，保证产品的加工精度与装配质量，并对所有操作人员进行岗位培训。水力喷射压裂技术配套工具水力喷射压裂技术配套工具四、配套工具介绍4.拖动管柱水力喷射工具基本管柱：安全接头+扶正器+喷射器+封隔器+扶正器(水力锚)+单流阀+接箍+筛管+导向头注：油管用于连接各部件封隔器筛管导向头接箍油管单流阀喷射器扶正器油管安全接头油管扶正器水力喷射压裂技术配套工具四、配套工具介绍5.不动管柱水力喷射工具基本管柱：安全接头+喷射器（N）+……+喷射器（一）+单流阀+筛管+导向头。注：油管用于连接各部件油管安全接头油管第Z级喷射器第一级喷射器单流阀油管接箍筛管导向头油管油管五、喷射工具现场使用情况：水力喷射压裂技术现场使用五、喷射工具现场使用情况：拖动管柱——在油田水平井，主要采用水力喷射与小直径封隔器联作拖动分压工艺压裂8-10段，单段加砂30m3。庆平4井采用9簇18段，压后自喷，日产油32.4m3，达到周围直井产量4倍以上。双喷射器水力喷砂压裂示意图喷射器1喷射器2技术关键：优化喷射参数，利用水力喷射增压原理，克服两簇间破压的差异，形成多条裂缝水力喷射压裂技术现场使用五、喷射工具现场使用情况：拖动管柱——XX井采用水力分段射孔压裂+封隔器联作，一趟管柱成功压裂3段，三段分别加砂15、20、15m3，起钻顺利，单井试排日产纯油36t/d。水力喷射压裂技术现场使用苏平14-13-36井水力喷砂压裂（第一段）时间(min)Dischargerate[m3/min]Tubingpressure[Mpa]Casingpressure[Mpa]ProppantConc[kg/m3]49.084.4119.8155.2190.6226.00.002.004.006.008.0010.000.0016.0032.0048.0064.0080.000.0016.0032.0048.0064.0080.0002004006008001000苏平14-13-36井水力喷砂压裂（第二段）时间(min)Dischargerate[m3/min]pressure1[Mpa]Pressure2[Mpa]Proppant[kg/m3]73.0116.4159.8203.2246.6290.00.002.004.006.008.0010.000.0016.0032.0048.0064.0080.000.0016.0032.0048.0064.0080.0002004006008001000五、喷射工具现场使用情况：拖动管柱——B井实现了一趟管柱拖动压裂两段。投产后套压21.9MPa，平均日产3.1×104m3/d，压后一个月累积产量是邻近直井的3.3倍。水力喷射压裂技术现场使用苏14-7-