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海洋连续油管压裂工艺技术与应用实践

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压裂工艺 压裂技术 分段压裂 连续油管
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海洋连续油管压裂工艺技术与应用实践 庞涛涛  李文智  朱永凯 (中国石油海洋工程有限公司  天津  300451)摘  要: 概述海上海洋连续油管压裂技术的特点及工艺实施方法。并对相关的压裂参数优化进行介绍,对连续油管井下工具、压裂设备及深度控制方法进行简述。关键词: 连续油管;压裂;工艺;设计;深度测量中图分类号:文献标识码:A  文章编号:1671-7597(2011)0610138-02水力压裂是国内外油气田勘探、开发与开采领域中的一项重要的增产 3 连续油管压裂管柱的选择措施,随着技术水平的不断提高,已成为低渗透储层改造和增产的重要手 裂连续油管的选择段[1]。连续油管(下简称置是一种有别于传统 压裂用的连续油管的限制因素主要是油管尺寸和强度。为了达到压开作业方式的特种作业设备,自60年代初,引入油田生产后,便以其高效、 油层所需的足够大的压裂液流量,需要采用较大直径的连续油管。由于大实用、经济的特点倍受使用者的青睐, 进入90年代后, 材质和设备制造 直径连续油管的疲劳寿命比小直径连续油管短些,必须寻找优化连续油管技术的更新提高,促使连续油管技术飞速发展,其应用范围已扩展到修 参数的方法,用以延长压裂管柱的工作寿命。选择的管子直径要能允许压3井、完井、测井、增产措施、钻井、管道集输以及用于生产油管等多种作 裂液的流量达到2m /子尺寸也要基于压裂液的摩阻压降以及业[2]。上述两者的结合便产生了连续油管压裂技术,其在海洋油气田的 流速加以选择。摩阻会影响地面设备压力,流速会影响磨蚀造成的管壁损应用具有独特的优点。 失。压裂液在管子中的流速一般限制在30m/合考虑这些因素,1 海洋连续油管压裂的特点 合适的管子直径为2″或2″。这种尺寸的管子,续油管压裂技术优势 压力限制在35是能达到期望的流速而不会造成显著的管壁连续油管压裂是一种新的安全、经济、高效的油田服务技术,从九十 损失。年代后期开始在油、气田上得到应用。连续油管压裂作业的压裂层位的最大深度约10000英尺,特别适合于具有多个薄油、气层的井进行逐层压裂作业;一次下管柱逐层压裂的层数多,可以多达十几个小层,能使每个小层都得到合理的压裂改造,从而使整口井的压裂增产效果更好;不需要打水泥、桥塞,具有起下压裂管柱快,移动封隔器总成位置快,大大缩短作业时间的优点;能在欠平衡条件下作业,不需要压井,从而减轻或避免油气层伤害。但是由于管径摩阻大,地面施工压力高,注入排量低,对泵注设备有一定的要求。洋连续油管作业特点及要求连续油管与传统常规作业相比,具有施工作业成本低、作业时间短,操作简单、安全可靠,对地层污染少等显著优点。海洋作业风险大,环境恶劣,各方面要求高,因此连续油管海上压裂作业需要考虑以下因素:1)吊车的能力,要能够满足设备的最大吊重需要;2)要制定紧急关井和撤离计划;3)平台和平台道路的尺寸,满足设备摆放需要;4)危险区域的识别;5)设备的摆放方向,风向的影响等。2 于压裂的连续油管设备用于压裂作业的连续油管装置与通常的连续油管装置基本相同,只是有些设备的技术规格有差别。连续油管在滚筒上和注入头导管架上来回运移时,要经历严重的塑性变形而使连续油管产生疲劳,影响连续油管的寿命。用于压裂作业的连续油管装置需要配备芯轴直径较大的工作滚筒以及半径较大的注入头鹅颈架。裂设备1)传统压裂液配置设备;2)传统混砂设备;3)传统压裂泵。为降低作业成本以及减少地面设备数量,通常采用一台压裂泵。口压力控制设备1)一般采用四闸板防喷器在连续油管压裂过程中控制井筒压力。2)为了在不压井条件下起、下井下压裂工具串,需要配备防喷管。3)大部分情况下,防喷管的高度将压裂工具串的长度限制到大约25英尺(典型的连续油管压裂小层的厚度为5米)。管壁的厚度要以携砂流体的磨蚀效应造成的管子金属损失为基础来加以选择。在管子工作寿命的后期,管子应当仍然有足够的壁厚,以便在综合负荷条件下能承受工作压力。连续油管壁厚增加,可延长其高压下的使用寿命。由于焊缝能降低金属的展延性,管子的疲劳寿命在焊缝部位会缩短,这样就会影响整个管柱的工作寿命。续油管压裂封割器。井下工具一般由跨式双封隔器组成,具有反复可靠坐封的能力。封隔器总成的各元件的设计对于封隔器的成功操作是十分关键的。必须要求跨隔式双封隔器在一次下入一个井筒中后,能多次在各射孔层段的上、下部位可靠坐封,确保逐层压裂成功。封隔器的橡胶密封件要在压裂过程中能承受大的压差。除此之外,近年还产生了很多连续油管专用的封隔器,对连续油管压裂工艺的提高提供了更大的空间[3]。1)“A”型膨胀式封隔器,它适用于把它安放在井径里没有膨胀前可畅通无阻,膨胀后可封割层位。2)“B”型膨胀式封隔器,他可在现有管柱下进行二次完井,能够通过直径较小的油管,在内径较大的套管中坐放。3)“H”型膨胀式封隔器,它适用于膨胀率(3:1)和高温情况下(180℉)。4)机械坐放可逆封隔器,它无旋转要求时可以拉伸、压缩任意坐封,不必拉出井口可以多次坐封。5)“,即机械跨式封隔器,它可在每一封段对3~10作为多层压裂使用。6)压双卡瓦封隔器,他可利用连续油管流体或气体压力坐封,回收时直接上提即可。续油管喷嘴个数、大小的选择。喷嘴个数大小的选择的原则是在保证穿深的前提下喷嘴压降最小。在不同喷嘴组合的泵压预测中实验的4中喷嘴组合,在接近喷嘴压降的情况下选择3个Φ6 筒准备2138根据井筒状况,必要时在下入封隔器前下入套管清刮器清理套管。 于储层的特点,大多数气井不进行压裂改造,难以获得工业气流。井筒准备工作的重点是射孔。确定所有的潜力含气层位后,射开这些 避免对储层的伤害,是提高天然气产量的有效方法,然而,长期以层段。可利用通常的限流法压裂工艺的射孔方法在连续油管压裂井中射 来,该气田一直采用液氮伴注加砂压裂改造和常规试气投产及修井作业。孔。 这种作业存在着诸多缺点:其一,逐层上返压裂工艺需要对下面的储层进行压井、填砂、打水泥塞,其耗时长、成本高,无法适应气田高效开发、裂参数优选低成本运作的要求;其二,多次压井、打水泥塞等作业对储层造成二次伤1)压裂液。与常规的压裂工艺不同,由于压裂液必须高速通过只有害,气层产量会出现不同程度的递减;其三,若是两层合采时,需要进行几毫米的喷嘴(一般选用的喷嘴直径3~66个Φ6从排钻开水泥塞和冲砂等作业,其过程较为复杂,不适应大牛地气田的多气层量与剪切速率的对应关系来看,即使很小的排量,剪切速率也高的惊人,开采。使用连续油管压裂,在对气井压裂、试气作业时,不需要进行压压裂液通过喷嘴将受到剧烈的剪切破坏。因此,压裂液的抗剪切能力将是井,即能保证在欠平衡压力下安全实施各项作业,又可避免伤害储层。决定工艺成败的关键。如何使压裂液具有超强的抗剪切能力,保证压裂液2009年11月,首次在功地运用出喷嘴后还可以携砂,将是很大的难题。实践证明,选择硼酸盐或钛酸盐不压井技术下入完井管柱。并首次在某水平井试气作业采用了不压井作交联的水基低浓度聚合物作为连续油管压裂工艺的压裂液,可满足压裂工业, 该井在不压井的情况下安全实施了加深管柱、液氮气举、管柱提离艺的需要[4]。水平段完井等作业,避免了压井作业中由于使用压井液造成的地层污染,2)气体助剂。压裂液中使用氮或二氧化碳。氮与硼酸盐交联聚合物保护了气层。通过调整连续油管封隔器的在气井中的位置,将地层隔开,压裂液配合使用,而二氧化碳则与钛酸盐交联聚合物压裂液配合使用。利用连续油管压裂工艺,可以完成相邻薄储层的分层压裂,避免薄储层漏3)支撑剂。选用20/40目砂子作为支撑剂,通常用石英砂。失废弃,从而在较短时间内一次性完成对多个储层压裂,并最大限度有效4)泵排量。由于作业需要将压裂流体通过小的金属管(2″连续保护储层,避免储层的二次污染,实现分层压裂、多层合采、提高单井产油管)泵入井内,泵排量要尽量低,不要使地表压力超过允许的最高工作3 量、解放低品位储量的目标。压力。)地面泵注压力。连续油管是流体从地面传递至井底的通道,由于 6 连续油管压裂下深的测量定位连续油管长度较长及其井下工具管径较细,摩阻较大,压降损失严重。要 连续油管对特定层的压裂需要对下入深度的准确测量,准确的油管深根据流体特性确定沿程磨阻、孔眼摩阻、井底破裂压力[5]。 度标定对于将封隔器精确地置于预定位置很关键。由于连续油管存在井下36)混砂浓度。压裂流体中混砂浓度大约1500kg/m 。在加支撑剂的最 变形,仅靠其自身计深器的深度测量是不准确的。3后阶段,混砂液的最高混砂浓度约为1800kg/m 。 无线套管接箍定位器:7)地表压力。压裂过程中地表压力在35为了克服现有的连续油管计深器的缺点以及传统测深控制方法的繁琐8)砂量。逐层压裂时每一个小层的砂量较少,但一口井的总砂量与 不足,近几年出现了无线套管接箍定位器。这种工具用电池作动力,通过传统压裂相近,工具在井筒中移动过程中向地面传送压力脉冲信号,可以指出套管接箍、续油管压裂基本工艺 油管接箍的位置,不需要利用电缆提供电力或传输数据。封隔器与砂塞压裂。封隔器封堵上部层位,砂塞封堵下部层 无线套管接箍定位器的线圈和磁铁装置,与有线套管定位器相似,检位。要求准确控制砂塞的砂量。该工艺的特点:1)卡住封隔器的风险较 测与接箍金属相关的物理量的变化。当定位器通过一个接箍时,线圈和磁小;2)压裂层段的间隔不受井口防喷管长度的限制;3)压裂完后需冲 铁装置产生一个小的电压脉冲。工具中的电路板对该电压脉冲进行分析。砂。逐层压裂工艺。 如果脉冲足够大,超过工具下入井筒之前设置的临界值,式双封隔器压裂(多层压裂工艺)。在连续油管压裂作业过 冲认作一个接箍,并接通工具中的电磁阀的电池动力。在工具移动过程程中,跨式双封隔器底部的压缩变形构件和顶部的两个皮碗将一段射孔层 中,一直有不可压缩的流体泵送流过工具。一旦电路板接通电磁阀的电池段卡开。压裂工具串下至第一个待压裂的小层位置,上部卡瓦固定在套管 动力,启动一个滑动活塞将工具关闭,使流体通道堵住三秒钟。三秒钟结壁上,下部封隔器将会封闭井筒。此时,开始连续油管压裂。完成压裂 束,电磁阀的电池动力被切断,工具的流体通道重新打开。在压力与深度后,利用连续油管上提而将双封隔器解封,再移至第二个小层,对该小层 关系记录曲线上可以清楚地看到压力尖峰。依据无线套管接箍定位器测得进行压裂。重复操作直至完成所有小层的压裂。压裂结束之后,可以直接 的深度数据,可以对连续油管计深器的深度数据加以校正。利用井下工具对作业流体进行返排后即可进行生产,不需要专门的作业流 7 连续油管压裂作业的效果及未来方向体返排设备。该工艺的特点: 通过近几年的施工试验发现:具有8个小层的井可以在13小时内完成1)连续作业,不需要坐桥塞或填砂; 逐层压裂作业,比利用修井机进行的逐层压裂作业快得多。在所有的欲压2)跨式双封隔器串的长度受到井口防喷管长度的限制。 层段中,85%的层段成功地进行了压裂,没有形成选压层段与其它层段之多层压裂常用方法: 间的勾通,作业成功率高。生产结果表明,连续油管压裂作业井的早期产1)使用跨式皮碗要比通常的压裂作业井平均高60%。与常规压裂方法比较,连续油管压2)应用步骤:① 对全部层位射孔;② 下通井规;③ 针对改造层下 裂改造的层数多、程度高,增加了单井的产量。跨式碗 压裂;⑤ 结束后反循环,上提总成;⑥ 到下一 连续油管压裂增加了可采储量。虽然连续油管压裂费用高,但整体经个改造层位;⑦座封压裂;⑧ 最后返排压裂液并投产。 济效益好于常规压裂。掉产层的连续油管压裂。在小井眼、多产层井中,对漏掉的 最近几年低渗油气藏的探明储量增加很快,已经超过总探明储量的一产层进行增产的常规方法是,用井下机械工具封割下部产层,上部射孔段 半以上。从国内待压油藏的情况来看,非常适合连续油管压裂技术,国内用挤水泥等方法封隔起来,且要使所挤水泥有足够的强度来承受压裂压 低渗油藏构造普遍比较复杂,一般都是多层,并且储层厚度小,使用传统力,这样有很大的风险。若射孔段是很活跃的产层,则问题更为突出,这 的压裂技术成本很高。采用连续油管压裂技术,一方面可以有效降低作业样作业还会造成额外的修井费用,并影响到整个增产措施的经济性,若用 时间和作业成本,另一方面,可以在层位的最佳位置产生最佳的裂缝组连续油管压裂方法,可以克服这些局限性。 合,从而大幅提高作业效果。对漏掉产层进行连续油管压裂作业的方法如下:首先清除井内杂物, 由于受连续油管管径的限制,为克服施工中高摩阻的不利影响,往往用连续油管压裂技术确定漏层的位置,采用即时射孔和连续油管压裂 在连续油管压裂时采用环空注入的压裂方式,这样压裂支撑剂将直接冲击[6]。 连续油管外表面,造成连续油管外表面严重损伤从而影响使用寿命,甚至5 海洋连续油管压裂技术实践案例 将连续油管刺坏或断裂落井而造成事故,因此,为了保护连续油管有必要渤海冀东油田某区块属于非均质性强的碎屑岩气藏,其气藏具有“三 研制高强度耐磨的连续油管保护器,以满足连续油管环空压裂的需要。低两高”的特点,即低压、低孔、低渗、有效应力高、基块毛细管压力高。储层一旦受到钻井液、压裂夜的反复污染,天然气很难释放出来。基1139(下转第162页)2162智 慧 生 活 与 科 技 创 新在今年以来的科技新闻中,被媒体 手机,对用户的最大意义无疑是具备随同行称道最多的,无疑是中国概念互联 时通讯功能;也许在10年前,我们的要求网企业的第三波密集融资潮。除了5个月 进化到了服务层面。上世纪90年代末互联来已经上市的奇虎、人人网、凤凰新媒 网的兴起,有社交的成功,正是因为他们提供了这样的开心网,移动互联网领域的 服务;今天,科技在人们的眼中,已经联网客户端领域的迅雷以及视频领域的 不仅仅是一款功能先进的产品,一项体土豆网等多家科技型企业正在排队等候 贴入微的服务,而是一种全新的生活方上市。这些创业者和他们的团队打拼多 式。只有那些能够引领甚至创造一种生年终于初尝胜利果实,值得祝贺,但更 活 方 式 的 企 业 , 才 是 这 个 时 代 的 佼 佼引人思索的是热闹喧嚣背后的逻辑。 者。让我们回过头来看看苹果公司。5年前,那时没有没有时风 过同配置的智能手机,年轻人却趋之若靡于年轻人中的苹果产品是年前, 鹜。在他们看来,选择微软公司 款外观时髦、功能强大、质量过硬的手的1/4,为谷歌的1/2。如果苹果对用户的 机,而是选择一种生活方式,或是玩的意义仅仅是产品(如微软的 方式。或是服务(如谷歌的搜索),很难想象在 诺基亚依然在用以前对付多少搭上了办法顽强抗击年间,诺基亚举“智慧”一词,在梵语中,就是“般 之后,苹果市值能在5年间增长超过5倍, 行了无数次重量级的产品发布会,年轻若”的意译。佛教中称之为超越世俗虚幻 达到惊人的3200多亿美元。 人记住了什么?一款高性价比的诺基亚的认识,达到把握真理的能力。我们有 苹果的成功秘诀正是创造了新的生 手机?对比一下每次苹果发布会乔布斯幸生活在一个智慧爆炸的时代。这个时 活方式。数百美元一台的格高 出场时粉丝们的狂热欢呼和顶礼膜拜,代 的 一 系 列 标 志 性 推 动 力 , 包 括 自 不难理解诺基亚是如何丢掉了市场,市2009年开始的中国3括具备完 值在5年间从千亿美元缩水到300多亿美善交互能力的智能终端的革新,也包括 元。推动传统行业走向互联网的不断增长的 科 技 创 新 带 来 了 无 数 新 的 生 活 方网民数量和需求。10年前,甚至5年前, 式,人们购物不再走出家门,上网不再许多完全无法实现、甚至难以想象的生 依赖们借助网络重组社交活方式,今天已经成为许多人日常起居 关 系 , 借 助 微 博 成 为 信 息 发 布 人 。 同的一种习惯。那些在2011年取得成功的 时,这些新兴的生活方式又不断创造新企业,无一例外正是最大化迎合了消费 的需求,激励企业进行科技创新。正是者智慧生活方式这一需求。 在这样的“自催化”过程中,人类科技的也许在20年前,我们对科技的要求 进步才称得上“智慧”。仅仅局限于产品。一台通话效果良好的                     每日经济新闻参考文献: 社,2005:463.[1]文浩、杨存旺,试油作业工艺技术,北京:石油工业出版社,2002: [6]林英松等,连续油管压裂新技术,断块油气田,2008,15(2)2]刘海浪、柯仲华、赵振峰,小井眼和连续油管的进展与应用[M]油工业出版社,1998. 作者简介:[3]李宗田,连续油管技术手册,北京:石油工业出版社, 2009. 庞涛涛,2006年7月毕业于中国石油大学(华东),现在中国石油海洋工[4]马发明等,连续油管水力喷射压裂关键参数优化研究,天然气工业, 程有限公司从事连续油管作业工作;李文智,2006年7月毕业于西南石油大学,2007,28(1):76现在中国石油海洋工程有限公司从事连续油管作业工作;朱永凯,2007年7月毕[5]于光明,最新石油井下作业关键技术应用手册,北京:石油工业出版 业于西安石油大学,现在中国石油海洋工程有限公司从事连续油管作业工作。(上接第139页)

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