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压裂工艺

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水平井压裂 井压裂工艺 压裂技术
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第三章 压裂施工与设备 第一节 压裂施工概述 1、压裂施工的准备工作 ⑴ 数据资料 压裂施工前需具有有关井数据资料,压前的破裂压力试验数据和压裂设计指导书。有关井的数据资料应包括管柱和井口设备的尺寸大小和额定压力值,套管和地层的隔离情况,地层及其上下遮挡层情况。了解裂缝高度的遮挡层以及附近水层和漏层的位置,射开的孔眼数和孔眼的大小等。 破裂压裂试验可在正式压裂施工前进行。根据破裂压裂试验的数据,特别是原先估计的裂缝高度如有变化,或根据压力压 降曲线而得到更准确的液体滤失系数时,可能会修改压裂施工设计。修改过的最后设计应包括排量施工表、预期的井口压力、总液量、添加剂和支撑剂浓度等。 图 2规施工泵入装置简图 ⑵ 施工设备摆放 现场施工设备必须按标准摆放,以利于协调指挥和管理。见图 2 ⑶ 施工前检查 施工前要检查施工要求配备的物品,确保其质量和数量和性能。 井场准备情况检查。主要考虑是否有足够大的场地并方便施工车辆进出。它对施工进展、施工质量及安全都 很重要。 设备准备情况检查。要求施工设备使用状态良好,能完成现场施工,现场还必须备有足够的易损件。 压裂材料检查。主要是指压裂液和支撑剂的检查。检查压裂液细菌污染情况及胶凝物的水化和交联性能,这些可简单通过检查储罐的清洁程度、配液时间、环境温度、液体颜色、气味等来确定。必要时,可对每一罐压裂液进行小规模交联和混合试验。对支撑剂要确认其型号,检查其杂志含量等。 2、实施压裂施工 ⑴ 设备运转情况检查 关闭井口阀门,对所有的施工管线进行最高限压试验。 在最高限压下,压力压裂指挥车 套管加压泵 泵车组 井 压裂液储罐 支撑剂 添加剂 搅拌器 稳定至少一分钟,系统设备没有渗漏,就说明设备和注入系统合格,可以进行施工,否则必须进行紧固或更换相关部件。 ⑵ 施工监测 注入排量和加砂量是监测的主要内容,排量不仅决定施工用液的总量,也影响施工质量。用涡轮流量计可在压裂监测装置上提供直观的记录,可用一实际排量来进行标定。也可通过计数泵的冲程次数,并已知每一冲次的容量,来校验液体排量,但有一定误差,较精确地确定注入排量的方法是从压裂液罐内计量泵入液体的体积和泵入时间,这三种方法都应使用,将这三种 方法分别测得的结果进行互相校核,以便尽可能确切地得出实际排量。 加砂量的测量同样也是较困难的,整个施工过程中测量误差也可能导致施工结论本质上的差别。加砂也可用几种方法进行测量,所有方法应相互配合能使误差最小。监测支撑剂用量的最可靠方法就是测量支撑剂罐,在施工期间,应按预先设计的加砂程序表,确定各个不同施工阶段用完一罐支撑剂的时间。多数搅拌器都装备有螺旋推进器,用以控制向压裂液中添加支撑剂的速率。螺旋推进器每旋转一周,就输送一定量的支撑剂,然而对于不同的搅拌器,螺旋推进器每旋转一周输送量是不同的,因此 ,要对每一台搅拌器必须进行标定,以确定不同注入排量下,输送正确的支撑剂量时所需要的转速。可用放射性密度计监测支撑剂浓度,而且非常有效,特别是在浓度突然变化时。这种密度计需对照施工期间总的砂量来进行标定,以便更有效地监测整个施工过程。 ⑶ 压力波动 在压裂施工期间,正确推断引起施工压力波动原因是非常重要的。有四种引起压力波动的原因,即力学问题、胶体性能变化、支撑剂浓度的改变和地层响应。 引起施工压力异常的最常见的力学问题是压裂液通过射孔孔眼时受到限制。当某些孔眼不 能流过流体时,则其余孔眼上的流量就会增加,因而造成高的压力降落,使地面的施工压力比预料的要高。可能会迫使改变施工程序。如果地面的施工压力比预料的高,可用瞬时停泵压力来检验井底压力,以便确定预计的井底压力是否正确。已知泵入排量和施工管路的摩擦阻力,就可计算出畅通的孔眼数,当某些孔眼被堵塞,或者是孔眼没有同裂缝相连通,或是孔眼直径比预计的要小时,则计算出的畅通孔眼数就可能少于实际射孔数。 在继续进行压裂施工之前,可能需要进行酸化处理疏通孔眼。 当压力升高或降低,很难分辨是由于地层裂缝引起的还是由于胶液的性能引起 的。当压力变化的时间与液体通过油管或套管所需要的时间相一致时,则可能液体性能是引起压力波动的原因。其它的压力变化应考虑可能是由于裂缝的几何形状或动态特性引起的。如果确定了压力波动与液体性能有关,则应考虑以下原因:由于难以使支撑剂浓度保持稳定,就会因为静水柱压力的升高或降低而引起压力波动,压裂液浓度的变化也会引起压力的变化。增稠剂混合不均匀,会在压裂液储罐内形成不同浓度分层,这样有时会造成在一罐液体将要用完时引起压力升高,而在开始使用另一满罐液时引起压力降低,均匀的混合将减少这种影响。改变支撑剂的浓度时,将同 样影响压力变化。 随着注入排量的增加,压力波动会加剧,这主要是由于摩阻的关系。当低注入排量时,可能不会发现与胶液性能有关的问题。由地层裂缝性能引起的大的压力变化通常会造成裂缝穿出油层或脱砂,当压力突然增加时脱砂通常发生在近井筒附近,其原因可能是错误地泵入了非常高的砂比,或因胶联不好造成胶液粘度降低,或者是孔眼受到限制等,这种情况几乎没有任何先兆, 所能采取的补救措施也很少。在施工中,由于液体或支撑剂混合不均匀而造成过早脱砂时,只能修改压裂设计。采取折衷方案,对井进行返排,使堵塞的孔眼打开。 距离井筒有一定距 离的地方,会发生另一种类型的脱砂,这种压力上升在开始是逐渐的增加。然后随着裂缝充满支撑剂压力上升速度急剧加快,地面施工压力有明显上升趋势。此时,可能会有一个或几个压力上升尖峰,这种现象通常出现在压力陡增之前。在距离井筒一定距离的这种类型脱砂,有时是施工设计所期望的。如为提高裂缝的导流能力,限制裂缝长度延伸,形成短宽缝。在一个区域内多次压裂施工积累的经验,可为判断是否出现脱砂提供参考依据,当出现不希望的脱砂,可及时从管柱内将支撑剂反洗出来。 ⑷ 施工期间的取样 通 过取样管汇,周期性地进行取样(每隔5分钟),以便监测含砂液的含砂浓度,监视胶液的变质情况。样品支撑剂浓度的反常变化将表明支撑剂搅拌或输送出了问题,随着胶联液体的泵入,要检查每个罐的胶联时间。大约十分钟一次。每个罐至少检查两次,即在每罐开始使用和快要用完时检查。 ⑸ 最后冲洗 将最后最大支撑剂浓度的液体泵入,随即干净的泵入适量的清洁顶替液,这一转换过程是重要的。 从地面管线到射孔顶部以上的油管中的支撑剂应被顶替,考虑到管径变化和流量测量误差,可将顶替高度缩 短 15~ 30m, 同时要确保井底有足够长的口袋(鼠洞),以便在注液停止后,井筒中的剩余支撑剂能落在底部射孔以下位置。顶替的关键是要保证最终含砂浓度达到设计要求,并将最后阶段的支撑剂放置在靠近井筒的裂缝中,过份替挤可能会使近井筒裂缝中支撑剂很少或没有,当裂缝闭合时,裂缝导流能力会显著下降,影响压裂效果。同样替不足,射孔段会被支撑剂部分或全部填充,影响排液能力而影响压裂效果。 ⑹ 裂缝闭合和液体返排 压裂结束,要关井一段时间。关井时间长短取决于最后泵入胶液的破胶时间和裂缝闭合时间。在进行返排以前,需满足这两个时间,对于胶液应在近似于井下温度剖面的情况下进行破胶试验,确定压裂液在地层温度下破胶时间。当压裂液破胶时,进行返排才安全。过早地对没有破胶的胶液进行返排,可能会将井筒附近裂缝中的支撑剂携带出来,从而造成井筒附近裂缝的导流能力降低,而在井筒附近最需高导流能力,在给定地层、井深和区块内,有关胶液系统和压裂施工后返排工作的现场经验可提供有意义的帮助。 返排工作应按设计所确定的排量对井进行返排,防止从裂缝中排出油气。另外要注意破胶不充分的胶液从井筒中带出支撑剂,将 会造成严重的磨损。在返排期间,要使井口上的油管 /套管环空阀门稍微打开, 这样,当返排液体加热环空中的液体时,阀门可以泄压。如果环空阀门关闭,由于温度上升,会造成环空压力上升,从而可能会造成油管挤扁或套管破裂。 ⑺ 施工总结报告 压裂施工结束后,要填写有关质量控制和检查报告,记录有关现场不同设备的操作运行情况及监测压裂液和支撑剂性能和一般施工过程的数据。 压裂施工工艺流程为:循环→试挤→压裂→加砂→替挤→扩散压力→施工结束 压裂施工时液体的流动过程是:液罐→混砂车→泵车→ 管汇→井口→管柱→过喷砂器→油套环空→过炮眼→地层。 4、压裂作业施工工序及要求 ⑴ 抽油机井油层压裂主要施工工序: ①抬井口,装井口控制器,起抽油杆,倒油管挂,下加深油管探砂面,起出原井管柱。 ②按指导书要求下入压裂管柱。 ③地面管线试压,泵压 40通)、 45井眼)、 55围及内部高压管柱),不刺不漏为合格。 ④压裂:按各层压裂施工工序表完成各层段压裂。 ⑤压裂后或上提管柱前,关井扩散压力 40 ⑥探砂面,起出压裂管柱。 ⑦下完井管柱:执行采油厂 完井设计。 ⑵施工要求 ①地面管线和井下管柱必须用 φ 62加厚油管,装好井口控制器,保证管线和井口密封,不刺不漏。地面管线、井口装置等要承压 40外围要求承压 55 ②严格执行压裂施工技术标准及操作规程,严格按设计施工。 ③封隔器下入后,套管必须灌满清水以保护封隔器。(外围用 度的溶液)。 ④压裂后套管不许放喷,以防砂卡。 ⑤注意文明施工与安全生产:施工过程中,非工作人员禁止进入施工现场。 ⑥注意环境保护:严格按国家环境保护法执行。 ⑦砂柱高度要求在射孔底界 以下 15m,否则下冲砂管柱冲砂。部分外围井要求压后冲砂至人工井底。 ⑧需刮蜡、洗井的:下刮蜡管柱: φ 54作筒, φ 118蜡器,深度至射孔底界下 10m,用 45℃热水洗井,水量为井筒容积的 。 5、压裂施工中的异常情况及处理措施 1)压不开 是指压裂施工中,在最高允许压力下,反复多次憋放,地层无注入量、无破裂显示的异常施工现象。其原因有:地层岩石致密破裂压力异常、近井地层污染严重、新井泥浆替喷不彻底,堵塞射孔炮眼、喷砂器凡尔打不开、射孔质量不高,目的层未完全射开、施工管柱深度差错,使封隔器卡在未 射孔井段、管柱堵塞等。 现场处理措施选择次序一般是: ⑴ 磁性定位校验卡点深度。深度无差错则挤酸处理目的层,降低地层破裂压力及解除近井污染后再压裂。 ⑵ 深度若有差错,则调整准确后再压裂。 ⑶ 磁性定位测井时,根据下井仪器的遇阻深度判断管柱是否堵塞。有堵塞则起出管柱,通油管后重下压裂管柱再压裂。 ⑷ 管柱无堵塞且深度准确,仍压不开则起出压裂管柱,检查喷砂器凡尔是否卡死, 凡尔卡死则换喷砂器等工具,重 下压裂管柱再压裂。 ⑸ 如深度准确、无堵塞、喷砂器均正常,则与采油厂协商,进行扩层、改层压裂,或放弃对该层压裂。 2)压窜 是指压裂施工中,压裂液由某一异常通道 ① 返至第一级封隔器以上油套环空,使地面套压持续升高 ② 返至最下一级封隔器以下油套环空,使管柱上顶的异常施工现象。其原因分两大类,一是管外窜槽,二是管柱问题。管外窜槽有:地层窜槽、水泥环窜槽;管柱问题有:封隔器不坐封、封隔器胶筒破裂、油管破裂、油管接箍短脱、管柱深度 差错等。 现场处理措施选择次序一般是: ⑴ 停泵,套管放空,反复 2~ 3 次。 ⑵ 仍有窜槽显示则磁性定位校验卡点深度。 ⑶ 深度无差错则上提管柱至未射孔井段,验封。 ⑷ 验封仍有窜槽显示则起出管柱,发现管柱短脱则进行打捞,正常验封起出则检查油管和封隔器破损情况。 ⑸ 验封没有窜槽显示则说明地层窜,与采油厂协商,进行扩层、改层压裂,或放弃对该层压裂。 第二节 压裂设备 施工设备由地面设备和压裂车组两部分组成。 压裂用地面工具 设备 主要有 封井器、井口球 阀、投球器、活动弯头、由壬、蜡球管汇、压裂管汇等,为 井口以上 地面 控制类 工具。 压裂管汇:压裂管汇是地面管线与多台压裂车连接的地面用具。用途是将压裂车泵出的液体汇集注入压裂井的目的层,所以要求它具有耐高压、摩阻小的特点。 压裂管汇主要由主体、控制阀、由壬组成。常见压裂管汇 如图 2示,成树叉形。树叉形主体采用优质合金钢管焊接而成和锻制三通组成二种,焊接加工的承压能力为 60 锻制加工的承压能力为 70 控制阀常 采用 球阀和旋塞阀 二种,承压能力均为 70 压裂施工时压裂车与控制阀端 2″由壬连接,通往井口的地面管线与 21/2 ″由壬连接。放空阀起排出管汇内余压和余液作用。 图 2裂管汇 注意事项: ①压裂管汇施工前应检查是否有合格证,在安全使用期限内,不得使用不合格和超期限产品。 ②各阀按球阀 使用要求进行检查、操作, ③在试挤过程中发现有漏失现象应及时停车,打开放空阀泄压后方可修整。 ④压裂管汇超期限不得继续使用,维修工作须送交专业检测部门进行检测 维修。 蜡球管汇是可与地面管线和压裂管汇连接的地面用具。用途是通过压裂车泵注将容器中盛储的蜡球注入施工井。 蜡球管汇主要由蜡球容器、控制阀、由壬组成。常见 如图 2示。 控制阀控制进出液。压裂准备时,关闭容器两端进出口控制阀,卸下容器上丝堵加入所需量蜡球后拧紧丝堵待用,当泵注蜡球时关闭与地面管线连通控制阀,打开进出口控制阀,泵注后及时关闭进出口控制阀,打开与地面管线连通控制阀、容器上放压阀。 注意事项: ①蜡球管汇使用前要检查必须有合格证,在使用期限内。核实工作压力必须满足施工要求。否则严禁使用。 ② 加蜡 球时,应先打开容器上放压阀放空后在操作。 ③蜡球管汇泵注时现场不得站人,防止意外伤人。 ④维修工作应送交专业检测部门进行检测维修。 ⑤ 其它项参见压裂管汇注意事项。 图 2球管汇 压裂车组包括泵车、混砂车、罐车(液罐车、砂罐车、添加剂罐车)、仪表车、水泥车。 泵车的作用一是泵送液体,二是使液体升压。目前使用的 2000 型压裂车最高施工压力 105大单车排量 1900r/速、 件下,单车排量可达 成一般油层压裂需要 3 台泵车,进行外围探井压裂则根据需要确定泵车数。 混砂车的作用一是把支撑剂与压裂液充分混合,二是为泵车提供充足的液体。最大排量 15.9 m3/大输送砂量 8165Kg/ 个泵车接口。 仪表车的作用一是控制泵车和混砂车的运行参数,二是适时记录及监测分析施工参数。 在泵入期间,压裂液从储罐流向管汇,然后由安装在混砂车上的离心泵供给混砂 车上的搅拌器。液体滤失添加剂可能加入到搅拌器内,或者之前在压裂液储罐内预先进行混合,支撑剂按预先设计的程序加入搅拌器。胶联的前置液与混砂液 从搅拌器泵送到高压泵或增压器的入口管汇。将所需的泵(包括备用泵)都与入口管汇相连接。在入口管汇,离心泵为高压泵提供充足的供液。 搅拌器上需有密度计,以使搅拌器的操作人员能控制支撑剂浓度。井口附近还需有一个密度计,用来监测注入井的最终的含水砂浓度。后一个密度计也用来确定最后冲洗或返排的时间,以防止裂缝中的支撑剂反吐,确保井筒附近的裂缝中达到最后设计的泵入浓度。 压裂设备中还有压裂指挥车,如一台监测车或现场计算机。 监测设备便于人们观察大量压裂数据和现场计算机就地给出的图形。另外,还包括同搅拌器、输砂 器和泵的操作人员进行通讯联系的通讯设备,以便能随着施工的进程,做出有关提前停泵,改变排量或改变支撑剂浓度的任何决定。 对于特殊的压裂施工,还需要配备特别的设备。如泡沫压裂需要的专用储罐、蒸发器等。 下表为井下作业分公司两个典型压裂队的设备及性能指标。 201队在用压裂设备综合性能参数表 表 2 型 综合性能参数 备 注 西方压裂车 5台 档 位 传动箱 1900r/800r/700r/、大泵水功率 1300马力; 2、柱塞 直径 、动比 冲次 n/量 m/力 次 n/量 m/次 n/量 m/ 4 7 兰州 混砂车 1台 整机参数 最大排量= 混合罐容积= 1.5 m3/、排液管汇 8个阀门 吸入泵 压力= 284 排量= m3/ 泵 压力= 196~ 490 排量= 7 m3/体添加泵 泵 1排量= 218L/泵 2 排量= 87L/作模式 手控 仪表车 1台 大泵控制 电源、发动机、档位、泵速、紧急制动、报警 计算机 80、 显器 打印机 4笔绘图器 其它 301队在用压裂设备 综合性能参数表 表 2 型 综合性能参数 备 注 西方压裂档 位 传动箱 1900r/800r/700r/、大泵水功率 1300传动比 冲次 n/量 m/力 次 n/量 m/次 n/量 m/ 台 2 4 力; 2、、 7 西方 混砂车 2台 整机参数 最大排量= 最大输砂量 =8165kg/混合罐容积= 1.0 m3/、排液管汇 8个阀门,有替挤旁通。 吸入泵 压力= 排量= 15.9 m3/ 泵 压力= 排量= 体添加泵 泵 1排量= 0~191 L/ 2 排量= 76 L/联泵排量 =0~500 L/粉添加泵 泵 1排量 =0~32kg/ 2排量 =0~90kg/表车 1台 大泵控制 电源、发动机、档位、泵速、紧急制动、报警 计算机 80、 显器 打印机 4笔绘图器 其它 第三节 压裂工具与管柱 施工管柱由油管和下井工具(封隔器、喷砂器)组成,其作用:一是为传送施工压力提供通道;二是实现分层。 压裂管柱按井深区分常用的有三种,即浅井、中深井、深井。按封隔器坐封形式区分常用的有坐压单层和多层两种。按喷砂器结构区分常用的有两种,一种是有滑套,一种是无滑套。按工艺技术分常见的有 15 种。 常用压裂管柱基本结构相同,主要采用 φ 6227/8″) 外加厚油管,配液压坐封、解封封隔器,有套和无套喷砂器组成。再根据井况和工艺技术需要配上工作筒或安全接头、水力锚、丝堵等。 基本工作原理是泵入管柱的高压液体经喷砂器产生节流压差使封隔器坐封,地层压裂,坐压两层管柱经打套,压裂第二层,压裂后管柱泄压,封隔器解封完成压裂。 压裂管柱组配和使用技术要求: ① 压裂管柱采用 上钢级的外加后油管和短节组配。 ② 封隔器卡点应选择在套管光滑部位,避开套管接箍。 ③ 压裂管柱喷砂器与封 隔器直接连接,最下一级封隔器以下的尾管长度不小于 8m。管柱底端距井内砂面或人工井底距离不小于 10m。 ④ 按照施工设计精确配出封隔器卡距、油管下入深度,卡点深度与设计深度误差不超过± ⑤ 由 隔器组成的浅井分压多层管柱最多允许使用 4 级封隔器,允许上提一次。该管柱承压能力为 40 ⑥ 由 隔器组成的中深井、深井压裂管柱承压能力为 55 ⑦ 压裂管柱是专用管柱,严禁用于替喷、冲砂、压井、打捞等作业施工。 ⑧ 活动管柱时,负荷不超过井内管柱悬重200提速度 控制在 内。最终活动行程不大于 5m。 套式分层压裂管柱 该管柱用于浅井不动管柱分压多层。结构 如图2示 。 图 2 工作原理是压裂施工中先压最下第一层(无套),泵注液体压力经喷砂 器节流产生压差,封隔器坐封,地层进行压裂,压开后投球封上一级滑套,并蹩压剪断销钉,使滑套下行,打开上一级喷砂器孔,封堵下一层喷砂器孔。压开第二层后,用以上同样方法压开第三层。 注意事项: ① 喷砂器滑套内径自上而下逐级减小,分别为 φ 41、 37、 32下第一层(无套),故可分压四层。为保证封隔器工作可靠,最多允许坐压三层。 ② 该管柱允许上提一层。 ③ 起管柱时,应先上下活动,不得猛提。 深井压裂管柱 ( 1)中深井任意井段单层压裂管柱 该管柱用于中深井坐压单层 ,通过逐层上提可压多层。结构 如图 2示 。 工作原理是坐压最下第一层时 ,泵注液体压力经导压喷砂器 φ 25 喷嘴节流产生压差,封隔器坐封,地层进行压裂,压后经扩散压力,油管泄压,上提管柱坐压第二层。重复以上方法施工多层。 图 2意事项: ①每层压后必须扩散压力,防止吐砂影响施工质量和卡管柱。 ②该管柱允许上提二层。 ③起管柱时,应先上下活动,不得猛提。 ( 2)中深井坐压两层压裂管柱 该管柱多用于新开发井压裂。结构 如图 2示 。最下第一层采用尾喷嘴笼统压裂 ,投堵打套后完成坐压第二层。 工作原理是压裂施工时,先笼统压裂最下第一层,压开后关闭井口球阀,地面管线放空,卸下井口管柱顶端丝堵,投入喷嘴总成后,拧紧管柱丝堵,打开井口球阀, 图 2用不大于 量打套 , 在液压作用下 , 喷嘴总成坐于导压喷砂器滑套上 ,并推滑套下行打开导压喷砂器长方形喷砂孔 ,同时喷嘴总成剪钉被剪断 ,堵头坐堵于导压喷砂器下端 ,下堵头坐堵于尾喷嘴封堵住下通道 , 而后进行第二层压裂。 注意事项: ①投喷嘴总成前检查卡簧是否正常,损坏时不得使用,正常后表面涂黄油,喷嘴端向上小堵头端向下轻放入油管内。 ②打套排量不易过大,注意压力变化,突然升高马上下降证明滑套打开,继续上升应停泵处理。 ③压后必须扩散压力,防止吐砂影响施工质量和卡管柱。 ④起管柱时,应先上下活动,不得猛提。 井压裂管柱 (1)深井任意井段单层压裂管柱 该管柱用于深井坐压单层 ,通过逐层上提可压多层。结构 如图 2示 工作原理 同中深井任意井段单层压裂管柱。 注意事项: 该管柱最多允许上提二次。 图 2 2)尾喷嘴压裂管柱尾喷嘴压裂管柱是深井底部笼统压裂管柱,只能用于笼统压单层。结构 如图2示 ,该压裂管柱特点是施工简单、方便可靠。缺点是不能任意井段压裂。 井眼压裂管柱 小井眼压裂管柱主要应用于 41/2″(管井。管柱结构有三种 ,一是任意井段单层压裂管柱,二是坐压两层压裂管柱,三是尾喷嘴压裂管柱。结构 如图 222示。工作原理如 中深井、深井结构相同压裂管柱。 图 2 2 图 2小 井 眼 压 裂 工 具 规 范 表 表 2具名称 总 长 最大外径 最小内径 适应套管内径 mm mm mm 隔器 1360 95 46 344隔器 850 95 46 砂器 540 95 46 全接头 380 92 50 力锚 540 95 40 嘴 130 90 25 工要求及注意事项 : ①地面管线和井下管柱必须用 φ 62加厚油管 ,保证不刺不漏。 ②封隔器下入后,套管内必须灌满清水,保护封隔器。 ③上提过程中,套管不许放喷,以防砂卡。 ④压裂过程中,最高压力不得超过 45 ⑤ 起管柱时,应先上下活动,不得猛提。 第 四章 大庆油田压裂工艺技术 第一节 普通压裂技术 ⑴ 原理 利用不压井、不放喷井口装置,将压裂管柱及其配套工具下入井内预定位置,实现不压井、不放喷作业。当压完第一层(最下一层)后,通过投球器和井口球阀分别投入不同直径的钢球,逐次将滑套憋到喷砂器内堵死水眼,然后依次再进行压裂。当最后一层替挤完后,立即活动管柱,并投入堵塞器,从而实现不压井、不放喷起出油管。 ⑵ 管柱结构 由投球器、井口球阀、工作筒和堵塞器、水力压差式压裂封隔器、滑套喷 砂器组成,见图 2 图 2分层压裂管柱图 ⑶ 适用地质条件 地质剖面具有一定厚度的泥岩隔层,封隔器可以卡得开,高压下不发生层间窜通。井下技术状况良好,套管无变形、破裂和穿孔,固井质量好。 ⑷ 施工程序 压前:测分层产液量、含水率、堵水(视井况而定)、全井酸化(视井况而定)、下入压裂管柱。 压裂:地面循环,冲管线;地面高压管线试压;试挤;压裂;加砂;替挤;根据情况决定是否返洗井,或活动管柱,或上 提管柱,或投球压二层、三层。 压后:压裂完后投堵,探砂面,起出压裂管柱;下完井管柱。 油层滑套喷砂器丝堵滑套喷砂器滑套喷砂器封隔器油层油层油层⑸ 工艺优点 ① 可实现不压井、不放喷作业,防止油层污染所造成的堵塞有利于提高压裂增产效果; ② 可不动管柱一次连续压多层,从而大幅度减少作业量,提高施工效率,降低压裂施工成本; ③ 可与其它压裂工艺配套,能适应不同含水期改造挖潜需要; ④ 工艺简单,成功率高,经济效益显著。 ⑹应用效果:共施工 21840 口井,平均单井日增油 104t。 第二节 限流法压裂技术 ⑴ 原理 通过严格限制炮眼的数量和直径,并以尽可能大的注入排量进行施工,利用压裂液流经孔眼时产生的炮眼摩阻,大幅度提高井底压力,并迫使压裂液分流,使破裂压力接近的地层相继被压开,达到一次加砂能够同时处理几个层的目的,见图 2 图 2裂液分流过程 如果地面能够提供足够大的注入排量,就能一次加砂同时处理更多目的层 。 ⑵设计步骤 ①根据各小层的物性和井距等地层参数,用前文所述的裂缝参数优化方法,优化各层的裂缝半径和导流能力。 ②根据最大施工排量和工艺条件设计总射孔数,如果总射孔数小于待改造油层数,则说明在此条件下所选压裂层数不能用限流法一次压开,只能通过提高排夹层 夹层 层 夹层 层 夹层 层 夹层 过程二) (过程一) (过程三) (过程四) 量或采用别的分层改造技术来实现。 ③用数值模拟方法计算在给定裂缝参数下各层所需的进液量和射孔数。 ④由各层射孔数和随时间变化的各层进液量计算产生的裂缝参数,并与设计值进行对比,以确定方案的可行性。 ⑶ 布孔方案编制的原则 在限流法完井压裂 设计中,制定合理的射孔方案是决定工艺效果的核心,根据限流法工艺特点,结合油层和井网的实际情况确定射孔方案。 ① 保证足够的炮眼摩阻值,在此条件下充分利用设备能力提高排量,以套管能承受的最高压力为限,尽可能压开破裂压力高的目的层。 ② 对已见水或平面上容易水窜的层,处理强度应严格控制。厚层与薄层划为一个层段处理时,强度应有所区别。 ③ 当目的层在压裂过程中有可能与其上下部非目的层窜通时,应注意将射孔点与隔 层的距离放大些。当隔层厚度小于规定的界限时,要特别注意应减少孔数,防止窜槽现象的发生。 ④ 一般选择层内渗透率最好、有出油把握的部位射开,当层内存在薄的夹层时,可考虑在夹层上下分别布孔。 ⑤ 考虑裂缝破碎带的影响,当处理层段内层数多,其炮眼总数因受限制而少于待处理层数的情况下,可在紧相邻的几个小层的中间位置布孔。 ⑥ 由于目前射孔技术水平有限,个别炮眼的堵塞难以避免,因而允许实际的布孔数量比理论计算的稍多一些, 以利于顺利完成施工。 ⑦ 一般常用 10小于 10炮眼直径进行限流,因小直径孔眼有利于增加炮眼摩阻,可减少施工设备。 ⑧ 为提高限流法压裂施工成功率,各小层的破裂压力必须相近,即对破裂压力低的层段要减少布孔数和孔径,对于破裂压力高的层段要做相反的处理。 ⑷适用地质条件 主要适用于纵向及平面上含水分布情况都较复杂,且渗透率比较低的多层薄油层的完井改造。 ⑸应用效果:应用限流法压裂 3131 口井,平均单井日产油 104t。 第三节 多裂缝压裂技术 ⑴ 原理 在一个压裂层段内,先压开吸液能力大的层后,在低压下挤入高强度暂堵剂将先压开层的炮眼堵住,待泵压明显上升后,再起动泵车压开第二个层,然后再堵第二个层,再压第三个层,这样可以在一个层段内形成多个裂缝,以提高层段的导流能力。 ⑵ 适用地质条件 ① 适用于夹层厚度小于 2 米,层段内有较发育的多层不含水或低含水薄油层; ② 压裂井层必须与注水井连通, 且见到注水效果; ③ 必须经测试找水资料证实,高含水井中具有低含水或不含水层段。高含水层段内或重复压裂层段内具有不含水或低含水油层。 ⑶ 应用效果:采用多裂缝压裂 3284 口井,平均单井日增油 计增油 0 4t。 第四节 选择性压裂技术 ⑴ 原理 利用油层内不同部位或各油层间吸液能力不同的特点,通过投入暂堵剂将渗透率高、吸液能力强、启动压力低的高含水部位、层或人工裂缝暂时封堵,迫便压裂液分流,从 而在其它部位或层内压开新裂缝,达到选择性压裂的目的,暂堵剂是油溶性的,在一定温度条件下,可变软溶于原油中,压后开井即可解堵。常用的暂堵剂有石蜡、高压聚乙稀、松香和重晶石粉。 ⑵ 适用地质条件 油层经过压裂后,形成水平裂缝的非均质中、低渗透砂岩油层,具体选层条件如下: ① 对于层内非均质差异大,并有一定物性夹层,射开厚度大于4米的含水厚油层,可以暂时封堵高含水部位,压开低含水或不含水部位,达到层内挖潜的目的; ② 对油、 水层交错分布而封隔器又卡不开的油层,可以选择压裂低含水或不含水层,达到调整层间差异,实现层间挖潜的目的。 ③ 对重复压裂层可以用暂堵剂堵塞原裂缝,而在油层其它部位压开新的裂缝,达到多次挖潜增产的目的。 压裂前利用测试管柱对目的层段进行细分测试,确定水淹厚度,从而计算堵剂用量,这一点非常重要,很大程度上决定了施工效果。 选择性压裂工艺简单, 施工成功率在 95%以上,施工成本低,与普通分层压裂比较,费用只增加 1~ 2%左右。 ⑶ 应用效果:自 78 年投入工业化生产以来,共施工 2570 口井,平均单井日增油 年累计增油 104t。 第五节 平衡限流压裂技术 普通限流法压裂技术较好的解决了多个薄差油层改造问题,但是,对于部分与高含水层相邻且隔层较薄的这部分油层无法得到改造,为动用这部分距高含水层较近、又具有开采价值的薄油层,研究了薄隔层平衡限流法压裂完井技术。 ⑴ 工艺原理 利用大庆油田水力压裂裂缝主要为水平延伸的特点,根据限流法压裂过程中,同一卡段内各目的层都处于同一压力系统中,当各目的层 都被压开后,目的层间隔层上下压力平衡,不承受高压差的原理,将压裂目的层及与其相邻的高含水层都射开,并置于同一卡段内进行压裂,使它们之间的薄隔层上下压力平衡,达到保护薄隔层的目的。为了压裂后油井能正常投产,在适当时候还必须对高含水层(平衡层) 图 2行封堵。封堵技术有其特殊性,要求一次堵多层,挤堵剂压力要低,封堵承受压差要高。其技术关键是隔层在压裂过程中的平衡保护和压裂后高含水的封堵技术,前者靠压裂设计时平衡层与目的层的布孔方法来保证,后者在于研究成功一套高效安全的堵水管柱和选择有 效的堵剂。 ⑵ 达到的技术指标 固井质量合格的条件下, 上的薄隔层在压裂过程中均可得到有效保护。一次施工可完成 3~ 4 个薄隔层的平衡限流压裂。应用 58 口井,施工一次成功率 100%,平衡层封堵成功率 95%,一口井最多完成了 9 个薄夹层的平衡压裂。 ⑶ 适用的井层条件 平衡限流法压裂完井技术适用于水淹层与压裂目的层隔层厚度在 上的薄差油层的压裂改造,也适用于层内具有岩性或物性夹层的非均质水淹厚油层中低含水部位的改造挖潜。 ⑷应用效果 现场应用 58 口井,施工一次成功率 100%,平衡层封堵成功率 95%以上。统计 40 口井,平衡层 82 个,薄隔层 140 个,解放目的层 148 个,砂岩厚度 后
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