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水力喷射压裂技术

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水平井压裂 井压裂工艺 压裂技术
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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 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、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 在技术成熟的基础上寻求应用拓展。2004年中期 ——已定型为一种新型压裂技术,利用常规尺寸连续管( 2″)实现大型压裂,主要用于垂直井分段压裂。二、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 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 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 力喷射压裂技术国内外现状及发展趋势二、005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 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 2,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: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:压高压:高速射流在孔内增压 3~ 8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:)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、力喷射工具经过近几年的快速发展,已经完成适应常用 4 1/2 " 、 5 1/2 "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 90水力喷射压裂技术配套工具规格 喷射工具最大外径 工段数 耐压 砂量 注4 1/2" 90 10 70 15动管柱5 1/2" 114 8 70 15动管柱6" 145 23 70 15动管柱5 1/2" 105 7 70 15动管柱四、配套工具 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、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、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: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:— 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、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、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、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、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 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 单段加砂 30庆平 4井采用 9簇 18段 , 压后自喷 , 日产油 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 —— 封隔器联作 , 一趟管柱成功压裂 3段 , 三段分别加砂 15、 20、 15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 1 4 - 1 3 - 3 6 井 水力喷砂压裂(第一段)时间 ( m i n )D i s c h a r g e r a [ m 3 / m i n ] T u b i n g p r e s s u r e [ M p a ] C a s i n g p r e s s u r e [M p a ] P r o p p a n t C o n c [ k g / m 3 ] 4 9 . 0 8 4 . 4 1 1 9 . 8 1 5 5 . 2 1 9 0 . 6 2 2 6 . 00 . 0 02 . 0 04 . 0 06 . 0 08 . 0 01 0 . 0 00 . 0 01 6 . 0 03 2 . 0 04 8 . 0 06 4 . 0 08 0 . 0 00 . 0 01 6 . 0 03 2 . 0 04 8 . 0 06 4 . 0 08 0 . 0 002 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 0苏平 1 4 - 1 3 - 3 6 井 水力喷砂压裂(第二段)时间 ( m i n )D i s c h a r g e r a [ m 3 / m i n ] p r e s s u r e 1 [ M p a ] P r e s s u r e 2 [ M p a ] P r o p p a n t [ k g /m 3 ] 7 3 . 0 1 1 6 . 4 1 5 9 . 8 2 0 3 . 2 2 4 6 . 6 2 9 0 . 00 . 0 02 . 0 04 . 0 06 . 0 08 . 0 01 0 . 0 00 . 0 01 6 . 0 03 2 . 0 04 8 . 0 06 4 . 0 08 0 . 0 00 . 0 01 6 . 0 03 2 . 0 04 8 . 0 06 4 . 0 08 0 . 0 002 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 0五 、 喷射工具现场使用情况:拖动管柱 —— 趟管柱拖动压裂两段 。 投产后套压 104m3/d, 压后一个月累积产量是邻近直井的 水力喷射压裂技术现场使用 苏1441工曲线10 0 0型 20 10 . 9. 1 3时间 ( m i n )D i s c h a r g e r a t e [ m 3 / m i n ] P r o p p a n t [ k g / m 3 ] P r e s s u r e 1 [ M p a ] P r e s s u r e 2 [ M p a ] 41工曲线50 0 0型 20 10 . 9. 1 3时间 ( m i n )D i s c h a r g e r a t e [ m 3 / m i n ] P r o p p a n t [ k g / m 3 ] P r e s s u r e 1 [ M p a ] P r e s s u r e 2 [ M p a ] 喷射工具现场使用情况:不动管柱 —— 长庆苏里格气田 , 主要采用不动管柱水力喷射分段压裂 7段和 10段 , 单段加砂25 苏 14井压裂 7段以后获得日产气 104水力喷射压裂技术现场使用水力喷射压裂技术井口配套相关产品六、化、射孔等作业。该装置采用远程控制器,伺服电机驱动进行投球作业,因而此产品具有投球准确、可靠性高、自动化程度高等特点。水力喷射压裂技术井口配套相关产品投球器主要技术指标及性能要求(包括环境保护和污染预防方面的要求):76 12个( φ20)设置功能: 12个位点2)控制功能: 3)显示功能:①远程距离 30 ①投球次数显示② 每次投一个球 ②传感器实测过球数显示③防误投设置 ③滑杆实际移动距离显示4) 具有防雨、尘、电磁、碰撞功能(整体设备)水力喷射压裂技术井口配套相关产品投球器模拟现场试验照片已在油田现场试验 2井次 ,均成功。化、射孔等试油、增产作业。该集球器通过井液回流将橡胶球冲回收球筒中。主要由井口接头、活动弯头、远程计数器、收球筒、防堵塞板、下活动接头组成。水力喷射压裂技术井口配套相关产品集球器主要技术指标及性能要求1)通径 :φ76球范围: φ20φ76)收球数量:最多 15个球( φ20φ76大到小不等直径)4)工作压力: 40 5)壳体强度试验压力: 60端连接方式: 3 1/2端连接方式: 2 7/8作温度: ~+121℃9)工作介质:含 然气、水10)远程计数功能(计数器距离集球器 50m)11)防球堵塞功能水力喷射压裂技术井口配套相关产品集球器模拟现场试验照片
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