压裂技术现状及发展趋势 (长城钻探工程技术公司) 在近年油气探明储量中，低渗透储量所占比例上升速度在逐年加大。低渗透油气藏渗透率、孔隙度低，非均质性强，绝大多数油气井必须实施压裂增产措施后方见产能，压裂增产技术在低渗透油气藏开发中的作用日益明显。 1、压裂技术发展历程 自1947年美国Kansas的Houghton油田成功进行世界第一口井压裂试验以来，经过60多年的发展，压裂技术从工艺、压裂材料到压裂设备都得到快速的发展，已成为提高单井产量及改善油气田开发效果的重要手段。压裂从开始的单井小型压裂发展到目前的区块体积压裂，其发展经历了以下五个阶段[1]：（1）1947年-1970年：单井小型压裂。压裂设备大多为水泥车，压裂施工规模比较小，压裂以解除近井周围污染为主，在玉门等油田取得了较好的效果。 （2）1970年-1990年：中型压裂。通过引进千型压裂车组，压裂施工规模得到提高，形成长缝增大了储层改造体积，提高了低渗透油层的导流能力，这期间压裂技术推动了大港等油田的开发。 （3）1990年-1999年：整体压裂。压裂技术开始以油藏整体为单元，在低渗透油气藏形成了整体压裂技术，支撑剂和压裂液得到规模化应用，大幅度提高储层的导流能力，整体压裂技术在长庆等油田开发中发挥了巨大作用。 （4）1999年-2005年：开发压裂。考虑井距、井排与裂缝长度的关系，形成最优开发井网，从油藏系统出发，应用开发压裂技术进一步提高区块整体改造体积，在大庆、长庆等油田开始推广应用。 （5）2005年-今：广义的体积压裂。从过去的限流法压裂到现在的直井细分层压裂、水平井分段压裂，增大储层改造体积，提高了低渗透油气藏的开发效果。 2、压裂技术发展现状 经过五个阶段的发展，压裂技术日趋完善，形成了三维压裂设计软件和压裂井动态预测模型，研制出环保的清洁压裂液体系和低密度支撑剂体系，配备高性能、大功率的压裂车组，使压裂技术成为低渗透油气藏开发的重要手段之一。 2.1 压裂工艺和技术
2012年4月8日星期日 1、黑油模型：指油质较重性质的油藏类型。黑油模型是最完善、最成熟，也是应用最为广 泛的模型。是油藏数值模拟的基础，其它模型大都是黑油模型的扩展。 （1） 黑油模型的基本假设：（1）油藏中的渗流是等温渗流。 （2）油藏中最多只有油、 气、水三相，每一相均遵守达西定律。 （3）油藏烃类只含有油、气两个组分。在油 藏状态下，油气两组分可能形成油气两相，油组分完全存在于油相内，气组分则可 以以自由气的方式存在于气相中，也可以以溶解气的方式存在于油相中，所以地层 内油相为油组分和气组分的某种组合。在常规油田中，一般不考虑油组分向气组分 挥发的现象。（4）油藏中气体的溶解和逸出是瞬间完成的，即认为油藏中油气两相 瞬时达到相平衡状态。（5）油水之间不互溶；天然气也假定不溶于水。 煤层气：赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主并部分游离于 煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体。 全国煤层气试验区分布图 J3-K1 哈尔滨 28 3、页岩气 页岩气形成的条件 （1） 岩性：形成页岩气的岩石除页岩外，还包括泥岩、粉砂岩、甚至很细的砂岩 （2） 物性：页岩最突出的特点是孔隙度和渗透率极低，典型的气页岩的基质渗透率处于微 达西~纳达西范围，因此气体在储层中的流动主要取决于页岩中天然裂缝的发育情况 （3 ）矿物组成：粘土矿物和碳酸盐含量低、粉砂质或硅质（石英）含量较高比较有利。 （4）裂缝： 裂缝发育适中。 2012-4-9 4、压裂工艺成果 压裂工艺推陈出新，分段压裂、裂缝性气藏压裂、火山岩压裂、降滤压裂、重复压裂、转向 压裂、控缝高压裂等压裂技术得到了成功应用， 特别是水平井分段压裂技术的推广应用, 保障油气田增储上产方面发挥了巨大作用。 较好指标： 2、 乌鲁木齐 J1-2 J3-K1 J3-K1 J3-K1 J3-K1 J2 J1-2 J1-P2 J1-2 J1-2 西宁 兰州 J1-2 1-2 西安 P2 成都 2"| C-P 北京1 ? 济南3 9 C-P 长春 E J3-K1 1开滦 15 韩城 2大城 16 蒲县 3济南 17 柳林 4淮北 18 吴堡 5淮南 19 三交 6平顶山 20 临县 7荥巩 21 兴县 8焦作 22 丰城 9安阳 23 冷水江 10晋城 24 涟邵 11屯留 25 沈北 12阳泉 26 红阳 29 阜新 13澄合 27 铁法 30 辽河 14彬长 28 鹤岗 T3 武汉二 长沙 2 ： P2 上海 P2 P2 福州 卢台北
水平井完井方式 完井工程是衔接钻井和采油工程而又相对独立的工程。目前，常用的水平井完井方式有裸眼完井、射孔完井、割缝衬管完井，带套管外封隔器（ECP）的割缝衬管完井、带套管外封隔器（ECP）的滑套开关完井、预充填砾石筛管完井、阶梯水平井完井、多分支水平井完井等。 1、裸眼完井 适用于碳酸盐岩及其它不坍塌硬地层，特别是一些垂直裂缝地层，如美国奥斯汀白垩系地层。该完井方式工艺简单，钻水平井费用相对较低，但容易引起气、水窜流，修井测井困难，无法进行油层改造，目前使用较少。 2、割缝衬管完井 完井工序是将割缝衬管悬挂在技术套管上，依靠悬挂封隔器封隔管外个环形空间。割缝衬管要加扶正器，以保证衬管在水平井眼中居中，适用于有气顶、无底水、疏松砂岩地层。国外油田采用该种完井方式完井时，都在衬管下井前用油溶树脂或石蜡将割缝涂死，生产时靠地温自动化开，免除割缝被钻井液堵死。塔中四油田402高点CIII油组主力部位5口水平井，其中4口都用割缝衬管完井，初产都在千吨以上，临界产量也都在700t/d以上。 图1 割缝衬管完井示意图
3、带管外封隔器（ECP）割缝衬管完井 用割缝或钻孔尾管带多级管外封隔器下入水平井段后，从末端开始逐级将管外封隔器用水泥挤膨胀后固定，可分段进行小型作业措施。 这种完井方式是依靠管外封隔器实施分段的分隔，下一根盲管，以便实现管内封隔。可以分段进行作业和生产控制，这对于注水开发的油田尤为重要。管外封隔器的完井方法可以分为三种形式：套管外封隔器间连接割缝衬管、套管外封隔器间连接可开关的滑套和套管外封隔器间进行射孔完成。管外封隔器逐级通过定位槽定位，用油管或连续油管待双封隔器对准管外封隔器的定压单流阀将水泥浆挤入皮囊内凝固封隔器后分段隔开。 图2 套管外封隔器及割缝衬管完井示意图 这种完井方法适用于各类油层，目前用的较广，可进行分段压裂改造、可酸化解除油层污染、便于测井和修井，尤其对多条垂直裂缝油藏用多级管外封隔器完井，将十分理想。新疆油田分公司，在一口水平井下6只管外封隔器，其中5只检封密封良好。 4、带ECP管外封隔器的滑套开关完井 这种完井方式与前种基本相同，只是将割缝衬管换成多级滑套，用连续油管逐级开关，其关键技术是内径保持一致的滑套开关工具。某油田三叠系长6到长8低渗透层打水平井未取得预期效果，分段压裂一直是困扰低渗透油藏水平井开发的关键技术，曾用液体胶塞加填砂的方法分段压裂，但封隔的有效性难以保证，并可能对油层造成伤害。如果采用滑套完井方式实现低渗透油层分段压裂，可有
油田压裂返排液处理技 术 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
油田压裂返排液处理技术 1.压裂返排液的产生及存在的问题 压裂工艺是油井增产的一项主要措施在各油田普遍采用。其中最常用的是水基压裂液它具有高黏度、低摩阻、悬砂性好、对地层伤害小等优点现已成为主要压裂液类型。 油井压裂过程中产生的返排压裂废液具有污染物成分复杂、浓度高、黏度大，精品文档，超值下载 处理难度大，是油田较难处理污水之一。如不处理直接进入集输流程，会严重干扰后续流程，严重影响到油田生产，导致设备堵塞、油田下降，环保不达标等诸多问题。 表1 压裂返排液污水性质 图1 不同压裂返排水样 2.国内常规压裂返排液处理工艺简介 化学氧化－絮凝沉淀－过滤处理工艺 采用双氧水、次氯酸钠等强氧化破胶使返排液中的高分子物质氧化分解成小分子物质，降低废液黏度，提高传质效率，增加水处理药剂的分散与分解；絮凝可以改变水中多分散体系表面电性，破坏废液胶体的稳定性，使胶体物质脱稳、聚集；过滤，去除水中不溶或微溶物，脱色除臭。氧化－絮凝－过滤是油气田污水处理常用工艺。 在实际应用过程中该工艺也存在一些不足，具体如下：
第一、该工艺受温度影响比较大，在低温环境，化学氧化剂反应慢，氧化时间长，需要较长的停留时间，导致氧化反应罐（池）占地大，不易在现场作业，运输困难等。 第二、除油效果不明显，系统对乳化油去除效果不佳，需要添加大量药剂，导致污泥量大，增加污泥处理成本。 第三、过滤器时常堵塞，由于氧化破胶不彻底，污油处理效果不佳，导致过滤器堵塞严重，影响最终出水效果和整套装置处理能力。 化学氧化－絮凝沉淀－电解氧化－过滤联合处理工艺 电解法集氧化还原、絮凝吸附、催化氧化、络合及电沉积等作用于一体，能够使大分子物质分解为小分子物质，降解的物质转变成易降解的物质，是污水深度处理的常用方法。 然而电解技术目前在国内应用情况并不理想，时常存在电极钝化、结垢等问题，时常需要更换电极，处理效果稳定性差，成本高，操作检修频繁。 设备占地大，运输困难，不太适合压裂返排液现场处理要求。 化学氧化－絮凝磁分离－过滤联合处理工艺 该工艺改进了絮凝沉淀工艺，采用高效磁分离机能够减少沉降时间，缩小设备占地面积，相对之前两种工艺有改进之处。然后该工艺化学氧化、除油工艺依然存在，仍然存在处理不达标，设备占地面积大等诸多不足。 臭氧氧化气浮一体装置-旋流溶气气浮-过滤联合处理工艺
2012年4月8日星期日 1、黑油模型：指油质较重性质的油藏类型。黑油模型是最完善、最成熟，也是应用最为广 泛的模型。是油藏数值模拟的基础，其它模型大都是黑油模型的扩展。 （1）黑油模型的基本假设：（1）油藏中的渗流是等温渗流。（2）油藏中最多只有油、气、水三相，每一相均遵守达西定律。（3）油藏烃类只含有油、气两个组分。在油藏状态下，油气两组分可能形成油气两相，油组分完全存在于油相内，气组分则可以以自由气的方式存在于气相中，也可以以溶解气的方式存在于油相中，所以地层内油相为油组分和气组分的某种组合。在常规油田中，一般不考虑油组分向气组分挥发的现象。（4）油藏中气体的溶解和逸出是瞬间完成的，即认为油藏中油气两相瞬时达到相平衡状态。（5）油水之间不互溶；天然气也假定不溶于水。 （2）物性：页岩最突出的特点是孔隙度和渗透率极低，典型的气页岩的基质渗透率处于微达西~纳达西范围，因此气体在储层中的流动主要取决于页岩中天然裂缝的发育情况 （3）矿物组成：粘土矿物和碳酸盐含量低、粉砂质或硅质（石英）含量较高比较有利。（4）裂缝：裂缝发育适中。 2012-4-9 4、压裂工艺成果 压裂工艺推陈出新，分段压裂、裂缝性气藏压裂、火山岩压裂、降滤压裂、重复压裂、转向压裂、控缝高压裂等压裂技术得到了成功应用，特别是水平井分段压裂技术的推广应用，在保障油气田增储上产方面发挥了巨大作用。 较好指标：
水平井压裂分段数：9段 深层气压裂最大支撑剂量： 908.5t （角64－2H井） 最大注入井筒液量： 4261.1m3 最大酸压规模：1603 m3 ?水力喷射分层加砂压裂在四川、长庆地区施工20余井次，平均单井次缩短施工周期20天以上；气井应用不动管柱分层压裂技术307井次，施工成功率99%；平均单井缩短试气周期20天以上；连续混配压裂施工405井次，累计配液88898 m3，累计缩短施工周期425天。 ?裸眼封隔器分段压裂取得突破性进展。全年在苏里格等地区现场应用22井次，并取得良好效果。长城钻探在苏里格气田采用裸眼封隔器进行压裂投产后产量是临近直井的5倍以上。 ?川庆钻探与美国EOG公司合作，在角64－2H井应用水平井泵送电缆桥塞压裂技术，成功完成水平井9段分层加砂压裂施工，注入液体4261.1m3，支撑剂908.5t，刷新此项工艺技术作业时间最短、段数最多（9段）、注入砂量最大、注入液量最多、累计作业时间最长等5项亚洲记录， ?2010年，国产水平井裸眼封隔器及配套工具的成功研发和推广应用，打破了外国公司的垄断，取得了很好的增产效果，产量是临近直井的3倍以上。 ?2010年，川庆钻探在合川 2口井成功进行了连续油管喷砂射孔环空6－7级分段压裂现场施工；西南油气田的威201页岩气井也已进行了2次的页岩气压裂改造施工，为非常规气藏有效开发探索出了新的途径。 5、机械分段压裂技术 机械分段压裂技术包括裸眼封隔器分段压裂技术、动管柱套管内多封隔器卡封分段压裂技术、不动管柱套管内多封隔器卡封分段压裂技术、封隔器＋桥塞分段压裂技术等。 1、裸眼封隔器分段压裂 ◆裸眼封隔器分段压裂是苏里格水平井储层改造的主要方式：到目前苏里格共完成裸眼分段压裂36井（167段），占整个水平井改造总井数的81.8%。 ◆应用规模逐年扩大： 09年8井次、10年1~7月28井次。 ◆技术水平逐步提高：分段数从3段到10段（工具已下井，近期压裂施工），最长水平段1512m，最大下入深度5235m。 套管鞋：3698.81
中国石油压裂酸化业务的发展综述 近些年，中国石油压裂酸化发展声势夺人，水平井裸眼分段压裂酸化工具等一批技术利器先后登场。从技术工艺来说，历经直井分层压裂、水平井分段压裂和井组整体压裂，由单纯追求裂缝长度发展到最大限度寻求被压开储层体积。 今年，一吨瓜尔胶一度高达每吨2.1万美元，两年前这一价格还仅为1950美元。作为传统压裂液，瓜尔胶身价倍增的推手正是全球如火如荼的压裂酸化业务。且不说压裂酸化在北美页岩气开发中大显身手，仅从中国石油压裂技术的发展就可窥见一斑。 时势造英雄 压裂酸化是一种旨在改善石油在地下流动环境，提高油井产量的储层改造工艺技术，虽应用年头不短，但整体发展速度相对较慢，不仅是工程技术产业链上的一块短板，而且在井下作业业务的庞大队伍中也势单力薄。 然而近些年，中国石油压裂酸化发展声势夺人，水平井裸眼分段压裂酸化工具等一批技术利器先后登场。昔日低调的角色为何成为今日的新秀？ 时势造英雄。随着油气资源劣质化加剧，低渗透油气储量成为新增储量和上产主体，越来越多油气井需要储层改造。压裂酸化技术发展，不仅关系到稳定并提高单井产量“牛鼻子”工程的实施，而且影响着油气藏开发动用程度。 据统计，“十二五”期间，中国石油目标市场压裂酸化工作量需求约13.9万井次，年平均2.8万井次，2015年将比2010年增长30.5%，压裂层（段）数及加砂量将增长40%以上。 压裂酸化在建设“西部大庆”大舞台上充分证明了这一点。从“井井有油、口口不流”的“三低”油气藏，到如今“西部大庆”呼之欲出，以压裂为核心的井下技术作业，在长庆油田增储上产中起的作用不言而喻。40多年来，“吃压裂饭，过压裂年，唱压裂歌”的顺口溜无人不晓。 如今，要唱“压裂歌”的何止长庆油田一家。大庆油田薄互层水平井压裂和老井改造，川渝地区和塔里木地区的深井、高温高压储层改造及页岩气等非常规油气资源开发，都在热情地呼唤压裂酸化技术进步与更大规模应用。 在2012年勘探开发年会上，集团公司总经理周吉平把物探、钻完井及储层改造并列为三大核心工程技术。集团公司副总经理廖永远要求油田和工程技术企事业单位要“干优压裂活，吃好储改饭”。 整合出尖兵
[收稿日期]2010 07 02 [基金项目]国家油气重大专项(2008ZX05006 005 002)。 [作者简介]曾凡辉(1981 ),男,2004年大学毕业,博士,讲师,现主要从事压裂酸化理论与现场应用研究工作。 水平井压裂工艺现状及发展趋势 曾凡辉 (西南石油大学地质资源与地质工程博士后科研流动站,四川成都610500) 郭建春,苟 波 (西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都610500) 袁 伟 (塔里木油田分公司开发事业部油藏工程部,新疆库尔勒841000) [摘要]水平井是薄、低渗透以及小储量边际油气藏开发的有效方式。对于渗透率极低、渗流阻力大、连 通性差的油气藏,往往压开多条裂缝来增加油气渗流能力。水平井段跨度大,压裂时如何实现各段间的 有效封隔,是保证水平井改造有效性需要考虑的重要方面。广泛调研了国内外水平井现有压裂工艺,对 限流法、封隔器分段、封隔器+滑套分段、水力喷射分段、不动管柱滑套式水力喷射分段压裂工艺的特 点、适应性及关键问题进行了讨论,并列举了相关应用实例。针对不同的水平井完井情况,推荐了相适 应的分段压裂改造工艺,对以后水平井压裂改造工艺的选择具有借鉴意义。 [关键词]水平井;压裂;分段压裂;工艺现状;适应性 [中图分类号]T E357 1[文献标识码]A [文章编号]1000 9752(2010)06 0294 05 水平井在开发油气藏过程中具有泄油面积大、单井产量高、储量动用程度高等优点,它是薄储层、低渗透、稠油油气藏以及小储量边际油气藏的有效开发方式。为了进一步提高开采效果,往往需要采取水力压裂工艺对水平井压裂形成多条裂缝增加油气井产量。水平井分段压裂改造的难点在于水平段跨度大,为了实现各改造段间有效封隔,要求分段工具能够 下得去、封得住、取得出 。为此,笔者广泛调研了目前各种水平井分段压裂改造的工艺现状,分析了各种工艺的优缺点,对分段工艺的发展进行了展望,对以后水平井分段压裂工艺的选择具有指导意义。 1 水平井压裂增产机理 水平井压裂后的裂缝形态主要取决于水平井筒轴线方向与地层最大主应力方向的关系。水平井压裂后裂缝形态主要有3种:水平井筒与最大主应力方向平行,形成纵向裂缝;水平井筒与最大主应力方向垂直,形成横向裂缝;水平井筒与最大主应力方向有一定的夹角,形成扭曲裂缝[1]。水平井压裂的增产机理在于压裂改变了渗流模式:压裂前的径向流流线在井底高度集中,井底渗流阻力大;压裂后的流线平行于裂缝壁面,其渗流阻力相对小很多。高渗透、裂缝性储层水平井压裂后形成纵向裂缝有利于提高改造效果,低渗透储层水平井压裂形成横向裂缝对改造有利[2]。 2 水平井压裂工艺现状 为了充分利用水平井开发低渗透油气藏,水平井的压裂施工一般是沿着水平井筒压开多条裂缝。与单裂缝压裂工艺相比,需要解决压开多条裂缝的有效隔离问题。目前压开多裂缝的技术主要有限流法压裂和分段压裂两类。 2 1 限流法压裂 采用套管作为压裂管柱,在低密度布孔前提下,压裂液高速通过射孔孔眼进入储层时会产生摩阻, 294 石油天然气学报(江汉石油学院学报) 2010年12月 第32卷 第6期 Journal of Oil and Gas Technology (J JPI) Dec 2010 Vol 32 No 6
《现代完井工程》水平井分段压裂完井技术调研报告
目录 1 研究目的及意义.............................................................. 错误！未定义书签。 2 水平井分段压裂技术...................................................... 错误！未定义书签。 2.1 国外水平井分段压裂技术研究现状................... 错误！未定义书签。 2.1.1 斯伦贝谢公司——Stage FRACTM系统错误！未定义书签。 2.1.2 哈里伯顿公司——固井滑套分段压裂系统错误！未定义书签。 2.1.3 贝克·休斯公司——Frac Piont System分段压裂系统错误！未 定义书签。 2.2 国内水平井分段压裂技术研究现状................... 错误！未定义书签。 2.2.1 水力喷射分段压裂技术............................ 错误！未定义书签。 2.2.2 双卡上提压裂多段技术............................ 错误！未定义书签。 2.2.3 分段环空压裂技术.................................... 错误！未定义书签。 2.2.4 液体胶塞隔离分段压裂技术.................... 错误！未定义书签。 2.2.5 机械桥塞隔离分段压裂技术.................... 错误！未定义书签。 2.2.6 限流压裂技术............................................ 错误！未定义书签。 2.3 本章小结............................................................... 错误！未定义书签。 3 水平井分段压裂数值模拟方法...................................... 错误！未定义书签。 3.1 笛卡尔网格的加密法........................................... 错误！未定义书签。 3.2 PEBI网格加密法.................................................. 错误！未定义书签。 3.3 表皮因子法........................................................... 错误！未定义书签。 3.4 直角网格加密法................................................... 错误！未定义书签。 3.5 本章小结............................................................... 错误！未定义书签。 4 水平井完井技术.............................................................. 错误！未定义书签。 4.1 筛管分段完井技术............................................... 错误！未定义书签。 4.2 水平井砾石充填防砂技术................................... 错误！未定义书签。 4.3 鱼骨状水平分支井完井技术............................... 错误！未定义书签。 4.4 膨胀管完井技术................................................... 错误！未定义书签。 4.5 套管射孔分段压裂完井技术............................... 错误！未定义书签。 4.6 裸眼分段压裂完井技术....................................... 错误！未定义书签。 4.7 本章小结............................................................... 错误！未定义书签。参考文献.............................................................................. 错误！未定义书签。