致密砂岩油藏直井体积压裂技术研究与实践 林海霞 （中国石油吉林油田公司采油工艺研究院） 摘要本文借鉴国内外体积压裂理念与改造经验，在大安北扶杨和高台子油层开展了体积压裂探索研究与实践，分析了体积压裂改造机理、对储层条件的要求和在大安北致密砂岩油藏开展体积压裂改造的可行性，探索了体积压裂选井原则、压裂技术措施，在现场成功应用并取得好的改造效果和压后投产效果，为同类致密砂岩油藏改造提供了有益的借鉴。 主题词致密砂岩体积压裂滑溜水压裂扶杨油层 0.引言 吉林油田大安北地区扶杨和高台子油层储层特征为物性差（ф4.6-14%；k0.01-1.2md）、中等偏强水敏、塑性强（平均模量39366MPa，平均水平两项主应力差7.7MPa，平均泥质含量16.93%），采用常规压裂改造措施难以满足生产需求，需通过技术创新改变开发现状，这就使得直井体积压裂技术应用成为可能。 1.体积压裂作用机理 吴奇等人结合国外研究给出了“体积压裂”的定义及作用[1]。通过压裂的方式对储层实施改造，在形成一条或者多条主裂缝的同时，通过分段多簇射孔、高排量、大液量、低粘液体以及转向材料和技术的应用，实现对天然裂缝、岩石层理的沟通，以及在主裂缝的侧向强制形成次生裂缝，并在次生裂缝上继续分枝形成二级次生裂缝，以此类推，尽最大可能增加改造体积，让主裂缝与多级次生裂缝交织形成裂缝网络系统，将可以进行淋巴液的有效储集体“打碎”，使裂缝壁面与储层基质的接触面积最大，极大地提高储层整体渗透率，实现对储层在长、宽、高三维方向的全面改造，增大渗流面积及导流能力，广义的体积压裂包括以下3种模式[2]：①使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移，形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络，将可以渗流的有效储层打碎，使裂缝壁面与储层基质的接触面积最大。②采用多种方法在有限的井段内增加水力裂缝条数和密度（天然裂缝也可能开启），这些裂缝累积控制的泄流面积随裂缝的条数、缝长、缝宽、缝高等因素变化而变化。③利用储层水平两向应力差与裂缝延伸净压力的关系，实现裂缝延伸净压力大于两个水平主应力差值与岩石抗张强度之和，形成以主缝和分支裂缝相组合的枝状裂缝。 2.实现体积压裂的条件 2.1岩石的脆性指数 储层岩性具有显著的脆性特征，是实现体积改造的物质基础。大量研究及现场试验表明：不同区域，储层岩石矿物组分差异较大，富含石英或者碳酸盐岩等脆性矿物的储层有利于产生复杂缝网，粘土矿物含量高的塑性地层不易形成复杂缝网[2]。脆性指数越高，岩石越容易形成复杂裂缝。一般来说，要形成复杂的网络系统，岩石的脆性指数要不低于50%。 目前，岩石脆性指数的计算有几种方法，一种方法是根据岩石矿物组成判断[3]，即取岩石中石英含量与岩石中石英、碳酸盐及粘土总含量的比值作为该岩石脆性指数。一般石英含量超过30%便数据库认为岩石具有较高的脆性指数。 岩石脆性指数的计算第二种方法则是根据岩石力学特性判断，由杨氏模量及泊松比计算得到。
目前压裂常用的井下工具有那些？ 各有什么作用？ 目前压裂常用的井下工具主要有：封隔器、导压喷砂器、水力锚、 直嘴子及其它辅助工具。 它们的作用是： 封隔器：用于分层压裂，将其下入射孔段底部1.5米左右。 对于上部套管需要保护的井，要下入保护上部套管的封隔器， 使封隔器上部套管在压裂时不承受高压。 导压喷砂器：是与封隔器配套使用一次完成多层分压的喷砂工具。 作用：控制施工排量、产生压差。改变压裂液流动方向。 水力锚：用于压裂施工时，固定管柱，防止管柱由于高压断脱在井内 造成事故。 固定管柱，防止油管受压后上顶、产生弯曲、变形。 帮助封隔器工作，保护封隔器胶筒不因油管位移产生破裂失封，致使压裂失败。 直嘴子：控制施工排量。 产生压差，利于封隔器工作。 井下处常用压裂井下工具 压裂施工井下工具分类 ?封隔器 ?控制类工具 第一部分：封隔器 1、K344型封隔器 1）作用：该封隔器适用于中深井的合层、任意一层或分层的压裂与酸化，可以组成一次分压多层的压裂管柱和一次分酸多层的酸化施工管柱。 2）结构 主要有上接头、胶筒座、胶筒、中心管、“O”型胶圈、滤网、下接头等。（如图1所示） 图1 K344型封隔器结构图 3）工作原理 封隔器下入井下设计深度后，从油管内加液压，高压液体经过滤网、下接头的孔眼和中心管的水槽作用在胶筒的内腔。由于此压力大于油、套管环形空间的压力而形成压力差。在此压差的作用下，胶筒胀大将油套管环形空间封隔住。解封时只需泄掉油管内的高压，使油管与油套管环形空间的压力平衡，胶筒靠本身的弹力收回便可解封。 4）K344-115型封隔器主要技术参数（见表1） 表1 K344-115主要技术参数表 最大外径，mm φ115 最小通径，mm φ55 长度，mm 926 坐封压力，MPa 0.5~1.5 工作压力，MPa 35 工作温度，℃90
第41卷第1期 辽 宁 化 工 Vol.41，No. 1 2012年1月 Liaoning Chemical Industry January，2012 收稿日期： 2011-09-19 国内大型压裂技术的应用与发展 张光生1，2，王维波1，杨冬玉1，廖 晶2，张红丽3，王雷波4，王华军1 （1. 西安石油大学石油工程学院， 陕西 西安 710065； 2. 河南油田勘探开发研究院地质实验室， 河南 南阳 473132； 3. 中国石油川庆钻探长庆钻井公司第二工程项目部， 甘肃 庆阳 745100； 4. 北京恩瑞达科技有限公司压裂套管堵漏项目部， 北京 100192） 摘 要：大型压裂在我国的应用与发展已有十余年时间，但大型压裂目前尚无明确的界定标准。国内近年来形成了低渗透薄互层油藏大型压裂、大型酸化压裂改造、大型加砂压裂、低伤害大型压裂等一系列成熟的大型压裂技术。大型压裂具有地质条件复杂多样、机组功率大、施工规模大、增产效果显著等特点，在今后很长时期内将继续担当低渗透油气层勘探试油，新井投产和油层改造的重任。 关 键 词：大型压裂；低渗；薄互层油藏；裂缝；酸化压裂 中图分类号：TE 357 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2012）01-0046-05 1 中小规模压裂向大型压裂的变化 水力压裂凭借由地面向井内泵注液体的能量，使油层破裂，继而填以支撑剂，形成并保持裂缝，从而改善油气层导流能力，以达到油水井增产增注的目的。水力压裂技术是人们在认识地层、开发油气资源的长期实践中逐步总结出来的成果。 1947年7月世界第一口压裂井在美国堪萨斯州Hugoton 气田Kelpper 1井成功压裂[1] ，至今已有上百万井次的压裂作业。1954年中国开始应用水力压裂，20世纪70年代逐步对油层水力压裂基本原理、压裂工艺、压裂液、支撑剂、压裂工具、压裂设备、压裂施工中的事故预防和处理等问题进行研究和实践。五十多年来，水力压裂技术已由简单的、低液量、低排量压裂增产方法发展成为一项标准的开采工艺技术。最初的压裂作业，液量一般只有几立方米，而现代大型压裂作业液量已达几百立方米，支撑剂达上百吨。 大型压裂（Massive Hydraulic Fracturing，MHF）是相对于中小规模的压裂而言，虽然目前没有文献或者资料对大型压裂做出明确界定，但公开出版的文献中普遍将压裂液用量400 m 3 以上、加砂量50 m 3 以上、最高施工泵压60 MPa 以上，同时动用了数台较大功率机组且有较大排量和较长作业时间的压裂作业称为大型压裂。20世纪90年代国内开始实施大型压裂施工,迄今已完全具备大型、超大型压裂的技术能力。如果能制定明确的大型压裂标准，无疑将有利于行业技术实力的量化比较和品牌形象的树立。 2 国内大型压裂技术应用现状 2.1 应用现状 为研究致密气藏而发展起来的的水力压裂技术，其作业规模从小型发展到大型甚至超大型已成为压裂技术发展的一个重要方面。国内近年来将其广泛应用于油气藏增产改造，并取得良好增产效果。胜利、新疆、四川等油气田，屡屡以压裂液用量、加砂量、最高施工泵压等关键参数，不断刷新和创造国内大型压裂规模纪录。表1汇总了近年来国内部分大型压裂井况与施工参数。 大型压裂不仅应用于低渗透薄互层砂岩油藏、低孔-特低渗薄互层油藏、低渗砂砾岩油藏、潜山裂缝性变质岩油藏、火山岩油藏、致密页岩气藏、低压气藏、低渗透砂岩气藏等，而且也用于碳酸盐岩油气藏酸压改造，以及煤层气压裂[2,3] 。 2.2 主要技术的研究与开发 （1）低渗透薄互层油藏大型压裂技术 ① 二维流动的拟三维裂缝扩展模拟技术[4] 大型压裂技术的出现使人们认识到裂缝内过高的压力容易克服遮挡层岩石应力，使水力压裂的裂缝沿长、宽、高三个方向同时延伸。低渗透薄互层砂岩油藏隔层薄、强度低，裂缝的长高比往往小于4，以前只考虑流体一维流动的拟三维裂缝扩展模型就不够真实。根据低渗薄互层油藏大型压裂的特点，在适当假设的基础上，应用线弹性断裂理论，建立流体沿着裂缝高度和长度方向流动的拟三维裂缝扩展
水平井体积压裂技术的探讨 摘要：我国重要的石油开采基地大庆，其外围的储油层渗透率较低（为4—5）×10-3μm2，丰度也低（10～20）×104km2，厚度也薄（单层的厚度大约在50cm），若用直井的方式开采效益很低甚至没有效益，若用水平井的方式开采，则能较好的解决外围的低渗透油田的多井的地产问题，可达到高效开采的目的。随着我国对石油需求量的增大和油价的居高不下，国家加大了对石油领域的投入和科研攻关的力度，水平井的攻关技术日臻成熟，得到了新的突破，特别是水平井的压裂的技术提高更明显，刚开始实行的是全井笼统限流法压裂，通过攻关则发展到现在的以下几种：1、段内限流多段压裂；2、胶塞压裂；3、双封单卡分段压裂；4、水力喷砂压裂；5、机械桥塞分段压裂。共5种方式和工艺。在提高水平井的开发效果方面，虽然这些新技术和新工艺取得了明显的效果，但是还存在一些问题和不足，使水平井压后产量的增加受到限制。 关键词：水平井；体积压裂；水泥加固 1. 关于在水平井压裂方面面临的技术难题 水平井压裂方面面临着两大技术难题：第一、由于通过压裂后裂缝的形成种类单一，使得油层的改造不够充分。由于所开发的水平井的位置地质条件不好，存在低孔和储层低渗透，并且油层所处的地质环境不好。像AN油田，砂岩单层的平均厚度只有80公分，而有效厚度只有30公分，并且平均孔隙度只有17%不到，且渗透率只有渗透率13.3×10-3μm2，含油的饱和度只有区区的51%。在此区做得无用功较多，钻遇率低，单层砂岩的平均钻遇率只有36%，而有效的钻遇率刚刚达到13.8%。面对这样的水平井，有效的处理方法就是在投产前需要压裂处理，但是运用常规的压裂技术一段段进行压裂，每段压裂段只能出现一条主要裂缝，使得储层的渗流面积受到很大限制，这样一来，对低渗透储层以及特低渗透储层而言远远达不到开采的要求。并且因为储层的渗透性能较差不好，常出现如下情况：刚刚开始时候，产能还不错，但时间不长产能下滑的很快，造成前高后低的现象。第二、为防止井崩，必须用水泥加固井壁。对低渗透以及特低渗透储层的处理方式，就是用水泥进行加固，但是水泥古井也会带来弊端，就是固井伤害，并且对油层的污染很严重。油井钻探完毕后，水泥固井的周期大约在两昼夜以上，这样一来，由于水泥浆浸泡长时间浸泡油层，会对储层造成很大伤害。同时，由于受到以重力为主的诸多因素的影响，水平段的固井质量难以得到有效保障，施工中常发生因油套环形空间不均匀导致窜槽、套变等事故，对随之而来的分段压裂施工造成很大安全隐患。同时，由于水泥固井后还要实施射孔后才能做到压裂，故大大增加了施工的成本。 2 水平井的体积压裂施工技术商榷
哈里伯顿压裂裂缝微地震监测说明 2015年4月
1.微地震数据采集方式 井下微地震裂缝监测理论源于研究天然地震的地震学，主要为利用在水力压裂过程中储层岩石被破坏会产生岩石的错动（微地震）来监测裂缝形态的技术。井下微地震监测法将三分量地震检波器（图1）,以大级距的排列方式，多级布放在压裂井旁的一个或多个邻井的井底中（图2）。三分量微地震检波器在压裂井的邻井有两种放置方式：一种是放置在邻井中的压裂目的层以上，用于邻井压裂目的层已射孔生产情况，由于收集微地震信号的检波器非常灵敏；为防止监测井内的液体流动对监测造成井内噪音，必须在射孔段之上下入桥塞封隔储层，然后将检波器仪器串下入到桥塞之上的位置。另一种方法是将检波器放置在邻井中的压裂目的层位置上，这种情况检波器和水力裂缝都位于相同的深度和储层，此时声波传播距离最近、需要穿过的储层最少，属于最佳的观测位置，这种方式用于邻井的目的层未实施射孔生产的情况。 图1 三分量地震检波器
图2 三分量地震检波器下井施工现场 图3显示一个由5级检波器组成的仪器串在压裂井的邻井下入的两种布局方式：图中左边表示邻井已射孔的情况下，射孔段以上经过桥塞封堵，检波器仪器串放置在该井的目的层以上；图中右边表示邻井为新井的情况下，目的层未实施射孔，检波器仪器串放置在该井的压裂目的层位置上。井下微地震压裂测试使用的三分量检波器系统检波器以多级、变级距的方式，通过普通7-芯铠装电缆或铠装光缆放置在压裂井的邻井中。哈里伯顿使用采样速率为0.25ms的光缆检波器采集系统采集和传输数据。常规的电缆一方面数据传输速率低，另一方面对于低频震动信号易受电磁波的干扰大。采用铠装光纤进行数据传输不但传输速度快，并且允许连续记录高频事件，提高了对微小微地震事件的探测能力同时 对微地震事件的定位更加准确，监测到的裂缝形态数据最为可靠。 图3 多级检波器系统在邻井的两种放置方式 另外，由于检波器非常灵敏，井筒中的油气流动会很大程度的影响监测微地震事件的 信噪比，如果监测井为已经射孔的生产井，需要在射孔段以上20米的位置下入桥塞，检
致密油气藏体积压裂技术（Stimulated Reservoir Volume）致密油气藏由于其储层本身具有低孔、低渗、低压等特点，因此储层的自然产能很低，相要实现高效商业化开发，必须采用压裂技术对储层进行改造。由于储层基质向裂缝供液能力太差，仅靠单一压裂主缝的常规压裂技术很难取得预期的增产效果，因此必须探索研究新型的压裂改造技术，“体积压裂技术”的提出具有深刻意义。 国外已将此技术成功应用于页岩气、致密砂岩气以及页岩油的开发，国内也对体积压裂开展了初步研究，部分超低渗透区块已经成功实现了体积压裂技术对储集层的改造。体积压裂技术必将逐步成为致密油藏经济有效开发的关键技术。 体积压裂技术(Stimulated Reservoir V olume)是指在水力压裂过程中，使天然裂缝不断扩张和脆性岩石产生剪切滑移，形成天然裂缝与人工裂缝相互交错的裂缝网络，从而增加改造体积，提高初始产量和最终采收率。 体积压裂改造的对象是基质孔隙性储层，天然裂缝不发育，低渗、超低渗油气藏。这类油气藏的压裂裂缝仅扩大了井控面积，但由于垂直于人工裂缝壁面方向的渗透性很差，不足以提供有效的垂向渗流能力，导致压裂产量低或者压后产量递减快等问题。通过体积压裂在垂直于主裂缝方向形成多条人工裂缝，改善了储层的渗流特性，提高了储层改造效果和增产有效期。 作用机理： 在水力压裂的过程中，当裂缝延伸净压力大于两个主应力的差值与岩石的抗张强度之和时，容易形成分叉的裂缝，多条分叉裂缝相交就会形成一个“缝网”的系统，如图1所示，其中，以主裂缝为“缝网”系统的主干，分叉缝可能在距离主裂缝延伸一定长度后，又恢复到原来的裂缝方位上，最终形成了以主裂缝为主干的纵横“网状缝”系统。 图1 “缝网”形成示意图
井下处常用压裂井下工具 压裂施工井下工具分类 ?封隔器 ?控制类工具 第一部分：封隔器 1、K344型封隔器 1）作用：该封隔器适用于中深井的合层、任意一层或分层的压裂与 施工管柱。 2）结构 主要有上接头、胶筒座、胶筒、中心管、“O”型胶圈、滤网、下接头等。（如图1所示） 3）工作原理 封隔器下入井下设计深度后，从油管内加液压，高压液体经过滤网、下接头的孔眼和中心管的水槽作用在胶筒的内腔。由于此压力大于油、套管环形空间的压力而形成压力差。在此压差的作用下，胶筒胀大将油套管环形空间封隔住。解封时只需泄掉油管内的高压，使油管与油套管环形空间的压力平衡，胶筒靠本身的弹力收回便可解封。4）K344-115型封隔器主要技术参数（见表1）
2、Y344型封隔器 1）作用：该封隔器主要用于分层压裂、分层酸化、以及实现某种技术目的进行的地层封隔作业。 2）结构 主要有上接头、压帽、梯形盘根、中心管、衬套、胶筒、隔环、下胶筒座、上活塞、上缸套、中间接头A、短中心管、下活塞、下缸套、中间接头B、“O”型胶圈、和下接头等组成。（如图2所示） 3）工作原理 当将此封隔器下至井下预定深度坐封时，从油管内打入高压液体加液压。高压液体经过中心管的孔眼和滤网罩作用在上活塞和下活塞上，推动活塞上行压缩胶筒，使胶筒直径变大，密封油、套管环形空间。当需要解封时，只须放掉油管内的液压，活塞便在胶筒的弹力作用下退回，胶筒便回收而解封。
4）Y344型封隔器主要技术参数（见表2） 3、Y241型封隔器 1）作用：该封隔器主要用于分层压裂、分层酸化、以及实现某种技术目的进行的地层封隔作业。 2）结构 主要有调节钢套、反洗活塞、胶筒座、锯齿锁定套、卡瓦块、卡瓦套、控制环、皮碗、上下胶筒、上接头、锁环、下活塞、下中心管、压帽、中胶筒、中心管、锥体等组成。（如图3所示） 3）工作原理 采用液压坐封、上提管柱解封的工作方式。在油管内液体压力的作用下，封隔器坐封活塞上行打开限位机构，推动卡瓦锚定部分上行并压缩胶筒，实现坐封和锚定，同时锁紧机构进入锁紧状态。在油管内液
关于水力压裂设备及技术的发展及应用 【摘要】水力压裂技术经过了半个多世纪的发展，在设备和技术应用上都取得了较大的发展，在全球各地的石油开采中也发挥了关键性的作用，是目前仍在广泛应用的评价认识储层的一种重要方法，水力压裂技术也是油田煤矿等产业生产中确保安全、降低危险的重要技术。近年来，水力压裂的几部发展很快，在压裂设备材料上也有了较大突破，压裂技术在油田勘探开发应用中和其他行业的应用中的前景还是十分广阔的。 【关键词】水力压裂；发展现状；趋势 随着技术进步和应用范围的扩大，施工对压裂技术也提出了更高的要求，对压裂设备性能、压裂液等材料的要求也越来越高，不同地理环境下的压裂技术应用也有不同的需求，所以水力压裂设备和技术的研究也在不断进行，笔者在此对水力压裂技术的发展应用现状和今后的发展前景进行了展望，具体内容如下。 一、水力压裂设备技术的发展应用现状 （一）端部脱砂压裂技术 现代油气田勘探开发技术发展应用速度快，各种新技术工艺也都得到了综合运用，过去压裂设备和技术主要应用于低渗透油田，现在应用范围有了明显的扩大，在国内许多大型油田的中高渗透地层中不但应用了压裂设备和技术，且在技术上有了更大的突破。压裂技术应用于中高渗透地层时，实现短宽型的裂缝能够更好的控制油气层的开发，所以端部脱砂压裂技术应运而生，并在应用中取得了非常好的效果，近年来端部脱砂压裂技术在浅层、中深地层、高渗透以及松软地层都得到了应用，该技术的相关设备也在应用中得到了不断的改进。 （二）重复压裂技术 随着油田开发的不断深入，出现越来越多的失效井和产量下降的压裂井，二重复压裂技术正是针对该类油井改造和提高产量的有效技术措施。全球范围内各个国家对重复压裂设备和技术的研究都很重视，经过实践检验其应用效果也十分显著，重复压裂的成功率能够达到75%左右。在美国还有油田企业在应用重复压裂技术的同时还采用了先进的强制闭合技术和端部脱砂技术，取得了很好的经济效益。重复压裂技术设备能够用于改造低渗透和中渗透的油层，在直井、大斜度井以及水平井中都具有很高的应用效果，对提高产能具有很好的作用。 （三）高渗层防砂压裂技术 高渗层防砂压裂技术不但能够实现高渗透油藏的压裂，还能够同时完成充填防砂作业。传统的砾石充填防砂技术很容易造成对高渗透油层的破坏，导致导流能力下降，而高渗透防砂压裂技术是结合的端部脱砂技术，使裂缝中的支撑剂浓
井下压裂工具应用
目录 分层压裂工具简介 （一）、分层压裂井下工具组合 （1）Y221封隔器+ 单滑套喷砂器+ 安全接头 （2）Y221封隔器+ 单滑套喷砂器+ Y111封隔器+ 循环阀+ 安全接头 （3）Y221封隔器+ 平衡阀+ 单滑套喷砂器+ 伸缩器 + Y111封隔器+ 循环阀+ 安全接头 （4）Y221封隔器+ 双滑套喷砂器+ Y111封隔器+ 循环阀+ 安全接头 （5）221 + 敞口喷砂器+ Y111 组合+ 循环阀+ 安全接头 （二）Y221A型找漏验套工具 Y221A型封隔器的改进措施 施工方式 使用注意事项 现场应用情况 （三）XF105/60型卡封专用井口 结构及特点 技术原理 现场使用情况 卡封压裂专用井口现场使用统计表
井下压裂工具情况总结 分层压裂工具简介 随着老油田进入开发后期，主力油气藏进入采空或高含水阶段，因此出现产量逐渐下滑状态。为了保持油田的稳产和上储的生产实际需求,对二、三油气藏的开发日益重要。压裂是重要的开发增产手段，可是目前主要采用多层合压的施工方式，这种压裂方式对油层的压裂针对性不强，不能清晰的认识各层的产能情况和充分发挥各层生产能力，同时也不能很好的达到压裂的预期目的。例如：对一口井三个层位进行合压，由于地层本身应力差异、地层能量差异或钻井和作业过程中造成的外来污染等原因，造成了油气层破裂压力差异。因此在一次施工中如果各层破裂压力相差很大那么只能打开破裂压力小的层，即使是多次进行重复压裂，其压裂施工的结果可能只是反复地对同一个层位进行改造，而其他的两个层位未达到压裂改造目的；如果三个层破裂压力相差不大，施工中虽然可能都有不同程度的打开，但是也不能完全达到压裂施工的设计意图。即使过去采用投球分层压裂、添砂分层压裂或者采用桥塞封堵非压裂层的方式进行分层压裂，但是由于多方面的原因造成投球分压的效果不明显；而采用添砂或桥塞分层压裂的方式施工量大、作业周期长、作业成本高昂，不适合大量应用，因此开展了一次性双封工艺管串分层压裂的研究。这种工艺管串具备：一次能完成1-3层的施工任务、可操作性强、可靠性高、费用低。我们针对深井、高温、高压及大砂比、高排量等压裂工艺要求设计出多种分层压裂管串。同时还针对压裂工艺需求开发研制了XF105/60型专用环空压裂悬挂器和XF105/60型卡封压裂专用井口。在现有封隔器基础之上开发研制了Y221A型试压验套及找漏工具，为大修作业队伍提供了性能可靠的工具支持。从
压裂软件的现状及发展趋势 孟庆民 (中石化胜利油田分公司采油工艺研究院) 摘要：压裂是目前低渗透油田主导的增产措施，压裂相关的软件技术发展的也非常迅速。压裂软技术贯穿于从整体开发-单井设计-压后返排优化全过程，是技术人员的重要工具，通过软件，可以更加深入的认识油藏和评价施工效果。通过对常用的压裂优化软件的使用经验，分析了压裂软件的现状及发展，探讨了目前软件存在的问题，提出了下步压裂软件的发展趋势，并对压裂优化软件的发展提出了看法。 主题词：压裂软件 整体压裂 单井设计 发展趋势 1 压裂软件现状 压裂是低渗透油藏重要增产措施，压裂设计软件是优选油层改造措施和优化设计措施的基本手段。目前压裂优化软件已经形成了较为完善的体系，由区块整体压裂设计、单井压裂优化设计、施工实时监测和分析等三类组成。 目前，区块整体压裂优化设计软件主要有3种优化设计方法，即优化采收率法、净现值法和累计增产量法。优化采收率法最为科学，但是由于涉及油田开发方面的许多比较复杂的因素和问题，实际上难以做到真正的目标优化。净现值法涉及裂缝模型因素和油田开采经济分析问题，裂缝模拟的准确性和经济分析模型的可靠性均会对优化结果产生影响。累计增产量法着重分析油层内有效裂缝对增产量的影响，避开了裂缝模型、裂缝具体形状(主要指高度变化等)和经济分析因素。这类软件主要用以确定地层是否适合整体压裂改造，优选裂缝规模以及预测整体压裂效果。目前整体压裂软件主要是国内的中国石油大学和西南石油大学开发的，可以完成五点、反九点、矩形井网的优化。 单井压裂设计软件主要以国外的产品为主，如FracproPT、E-StimPlan、Terrfrac、GOHFER、Meyer，国内有西南石油大学开发的3D-HFODS软件。压裂设计软件一般包括压裂设计、酸压设计、压裂充填设计、小型压裂分析、产能预测、经济评价、液体/支撑剂库等功能。压裂裂缝模型从二维发展到了全三维，从简单的井身结构优化发展到了复杂结构的水平井优化。FracproPT软件系统是拟三维压裂软件工具，提供支撑剂和酸化压裂增产的设计、模拟、分析、执行和优化功能。FracproPT的独特技术是它的实时数据管理和分析能力；其中包括灵活的，根据裂缝分析可进行校正的裂缝模型；以及压裂处理后进行生产分析和经济优化的油藏模拟功能。FracproPT2007版本（10.4.57）支持水平井的压裂设计模拟，而且可以和油藏模拟软件作接口，模拟压裂后产能变化。E-StimPlan是由压裂专家K.G. Nolte、Mike Smith先生创建的NSI公司开发的全三维压
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 2.1.1 区块开发压裂技术
体积压裂技术的研究与应用 摘要：对于低渗油藏，由于此类型的储油层密度高，渗透率较低，所以就不能使用常规的压裂形成单一裂缝的增产改造措施，因为此措施不能达到商业的开采价值，因而为了提升其商业开采价值就要探索新的压裂改造技术。在国内提出了体积压裂改造超低渗油藏的设想，其根据是参考国外的页岩气体积压裂技术。国内通过体积压裂的方法在靖安油田初次实验及应用。经实践后得出，虽然低渗油藏储层致密、渗透率低，但是在经体积压裂后，其形成了复杂缝网和增大改造体积，这样不仅在初期油量产出大，而且给与后期稳产极大支持。 关键词：低渗致密增产改造体积压裂缝网 一、体积压裂作用机理 “体积压裂”顾名思义，就是指将可以进行渗流的有效储集体通过压裂的方法“打碎”，这样就形成了一个网络裂缝，通过这样的压裂方式能使储层基质与裂缝壁面的接触面积达到最大化，使得油气可以从任何方向渗流到裂缝的距离最短化，将储层整体渗透率提高到一定的程度，从而使储层可以实现长、宽、高三维立体方向的改造。在工程的施工过程中，通过（1）低猫液体（2）大液量（3）高排量这三项，加以转向技术及材料的应用的辅助，利用直井分层压裂技术和水平井分段改造技术等手段，可以将裂缝网络系统形成规模最大化，储层动用率就会相应的提高，从而提高非常规油气藏采收率。 二、体积压裂的技术特征 2.1 体积压裂改造的条件 （1）地层有天然的裂缝且发育良好；（2）岩石中硅质成分含量高，容易在高压下产生裂缝。岩石在压裂过程中容易产生剪切力破坏，不是形成单一的裂缝，而是有利于形成复杂的网状裂缝，从而提高裂缝密度增加缝隙体积；（3）较小的敏感力度，适用于大型的滑溜水压裂。较弱的水敏地层，有利于提高压裂液的用液规模，同时使用滑溜水压裂，滑溜水黏度低，可以进入天然裂缝中，迫使天然裂缝延展距离增加缝隙体积，扩大了改造体积。 2.2 体积压裂改造技术 国内常用的体积压裂技术是滑溜水大型压裂技术。体积压裂工艺有两个特征。第一“两大”：大排量、大液量。第二“两小”：（1）小粒径低密度支撑剂，支撑剂一般采用70/100目和40/70目陶粒；（2）低砂比，最高砂比不超过支撑剂总量的20.0%。 2.3 体积压裂液体系
水平井压裂裂缝起裂与扩展 引言： 通过国内外研究人员实践表明：由于水平井具有单井产量高、穿透度大、泄油面积大、油气储量利用率高及能避开障碍与环境复杂的区域等特点。对于低渗透油藏、薄差储层油藏、储量较小的边际油藏以及稠油油气藏等，水平井压裂是这类油藏最佳的开采方式。最近一段时期，随着学者们的不断研究以及钻井完井等工艺技术水平的提高，水平井开发技术成为人们开发低渗透油田的研究重点并被广泛应用。 水平井与垂直井、普通定向井的裂缝起裂机理都有明显区别。水平井自身存在复杂性与特殊性，钻遇地层环境比较复杂，水力裂缝在发生破裂时所需的起裂压力比垂直井的破裂压力高得多，通常会发生裂缝不张开，导致压裂失败。深入研究水平井裂缝起裂机理，找出合理的起裂规律是水平井压裂施工成功前提保障。 第1章水平井井壁上的应力状态 水力压裂时裂缝的形成主要是决定于井壁的应力状态。一般认为：当井壁上出现有一个超过岩石抗拉强度的拉伸应力时，井壁便开始破裂。 1.1 由于地应力所产生的井壁应力 地应力是由地壳岩层的重力场或即上覆地层压力及地质构造应力场所组成的。一般可认为, 地应力中的一个主应力是垂直于地壳表面的,其余两个主应力则是水平的。如果只考虑上覆地层载荷引起的重力作用(即不存在地质构造运动力)，且认为地下岩石处于纯弹性状态,可将初始的地应力分解为垂道方向的正主应力σz和两个相等的水平方向的正主应力σx入和σy。 式中 h-底层的埋藏深度； ρ-上覆岩层的平均容重，其理论值可取。00231kg/cm3; μ-岩石的泊松比。
在有些构造运动活跃的地区会出现异常大的侧应力(水平应力) , 井且在通常的情况下三个原地主应力是不相等的。设取压应力的符号为正, 拉应力为负, 三个主应力分别表示为σ1,σ2和σ3 (σ1>σ2>σ3>0) , 根据地质构造形成时的受力特点, 正断层、逆断层和平推断层发育的区域里, 三个主应力的方向是不相同的(图1)。 图1 不同断层发育地区的顶应力分布情况 休伯特考虑到多数岩石的内摩擦角都接近于30°这个事实, 认为在正断层发育地区, 最大主应力σ1等于有效的上覆压力，最小水平主应力σ3最大的可能是等于1/3上覆压力;在逆断层发育的地区,最小主应力σ3等于有效的上覆压力, 而最大水平主应力σ1顶多会等于3倍的上覆压力; 而在平推断层活跃的区域里, 有效的上覆压力则为中一间主应力。 由于地壳中的岩层可视为弹性半无限体, 井壁上的应力状态可简化为平面向题来分析。如果两个水平方向的压缩地应力不相等(设为σ1>σ2> o )，可把井眼看成是在互相垂道的方向上分别作用有σ1和σ2两个压缩外应力的弹性平板中的一个小圆孔(图2 )，孔壁上的应力就相当于井壁上的水平应力。而井壁上的垂直应力分量仍可视为σz=ρh，为上覆岩层的压力。
浅谈限流法压裂技术及应用 【摘要】限流法分层压裂技术是指当一口井中具有多个压裂目的层，且各层间破裂压力又有一定差别时，通过严格限制各油层的炮眼数量和直径，尽可能地提高施工中的注入排量，利用先压开层吸收压裂液时产生的炮眼摩阻，大幅度提高井底压力，进而迫使压裂液分流，使各目的层按破裂压力的低高顺序相继被压开，最后一次加砂同时支撑所有裂缝的工艺，以达到所有油水层全部开发的目的。 【关键词】限流法压力压裂液 1 引言 限流法分层压裂是一种油水井压裂技术，它主要用于未射孔的新井。其特点是射孔方案必须和压裂施工相一致，射孔方案是压裂方案的一部分。各小层射孔数量，总的射孔数量以及孔眼直径都必须根据地面所提供的最大施工排量、施工管柱结构、最大破裂压力差异值，以及各目的层的物理参数来确定，施工过程中的最大炮眼摩阻必须大于最大破裂压力差异值，以最后确定压裂方案。 2 工艺技术的研究 2.1 水平裂缝条件下射孔方案的确定 在水平裂缝条件下，主裂缝水平延伸，层间隔层对裂缝有很好的遮挡作用，裂缝在纵向上不穿透层间隔层，各目的层都具有独立的裂缝系统。因此，限流法压裂时，应尽可能地将每个目的层都射孔，使之与井筒连通。射孔方案应根据限流压裂工艺和油层条件，与压裂方案同时确定。基本方法和步骤如下： （1）根据压裂设备原来水马力能达到的情况、压裂管柱和全井压裂目的层数量及分布情况进行压裂层段划分。一方面要力求采用尽可能少的压裂层段完成全井压裂，另一方面又要确保在设备能提供的水马力条件下，尽可能压开层段内地各目的层。 （2）分析各层段内地压裂目的层的最大破裂压力差异值，确定相应层段在压裂过程中需要带最小炮眼摩阻值。 （3）用试算法确定压裂层段的射孔炮眼总数。 （4）根据各小层的物性及厚度、综合考虑各小层的布孔数量。 （5）射孔炮眼位置应定点于油层物性最好部位，以保证裂缝的有效性。 2.2 垂直裂缝条件下射孔方案的确定
2019年3月第24卷第2期中国石油勘探 CHINA PETROLEUM EXPLORATION DOI. 10.3969/j .issn.l 672-7703.2019.02.013 玛湖致密砾岩油藏水平井体积压裂技术探索与实践 许江文I 李建民I 乌卩元月I 丁坤I 江洪2 （1中国石油新疆油田公司工程技术研究院，2中国石油新疆油田公司开发公司） 摘 要：玛湖油田致密砾岩油藏油气富集、开发潜力巨大，但成藏条件复杂、岩性致密、储层物性差、非均质性强、 砂体跨度大，压裂面临着起裂困难、裂缝复杂程度低、有效支撑难度大、稳产能力差等挑战。针对油藏地质特征与改 造难点，秉承“缝控储量”的理念，拓宽非常规油藏体积压裂认识，通过5年的探索与实践，集成了以细分切割为主 要特点的致密砾岩油藏水平井体积压裂技术系列。通过速钻桥塞分段、小裂缝间距分簇射孔、大排量逆混合注入相结 合，确保段内多簇裂缝高效起裂延展；组合加砂工艺与大液量滑溜水替代瓜尔胶入井相结合，在改善裂缝纵向及远端 支撑剂铺置效果、提高裂缝导流能力的同时，实现地层增能蓄能；从而实现了致密砾岩储层的体积改造，确保了压裂 改造的长期有效。该项技术目前已在玛湖全区的勘探、评价与产能建设领域推广应用，累计在11区块实施水平井86 井次，改造后水平井增产稳产效果显著提升，取得了玛湖致密砾岩油藏效益开发的突破，有效推动了玛湖油田的整体 开发和规模效益动用。 关键词：玛湖油田；致密砾岩油藏；水平井；细分切割体积压裂 中图分类号：TE357.1 文献标识码：A Exploration and practice of volume fracturing tech no l ogy in horizontal well of Mahu tight conglomerate reservoirs Xu Jiangwen 1, Li Jianmin 1, Wu Yuanyue 1, Ding Kun 1, Jiang Hong 2 (1 Engineering Technology Research Institute, PetroChina Xinjiang Oilfield Company; 2 PetroChina Xinjiang Oilfield Development Company ) Abstract: Mahu tight conglomerate reservoirs have huge potential of tight oil resource and exploitation. Based on the complex reservoir -forming conditions, poor reservoirs property, strong heterogeneity and large sand body span, hydraulic fracturing in this area was facing serious challenges in fracture initiation and proppant placement. Annual production capacity of fractured wells were under expectation. According to the concept of "fracture-controlled reserves", series technologies of subdivision volume fracturing are integrated after 5 years of exploration. High-efficiency initiation and extension of multi-cluster fractures in one section are achieved by using drillability bridge plug segmented, small crack spacing cluster perforation and large displacement inverse mixing injection technologies. The effect of proppant placement and reservoir pressure are improved through multi-scale proppant adding method and increasing the dosage of slippery water to replace the guar gum. The series technologies have been widely applied in 11 blocks and 86 wells in Mahu, including exploration, evaluation and development area. For tight oil reservoir, the fracturing and producing effects have improved and economic development has been realized. Then, development of the total Mahu oilfield is effectively promoted. Key words: Mahu oilfield,tight conglomerate reservoirs,horizontal well, subdivision volume fracturing technology 0引言准鳴尔盆地玛湖凹陷是一个多层系成藏的大型富 坯凹陷。近年来，在二叠系、三叠系致密砾岩油藏勘 探不断获得突破，探明石油地质储量达5.2xl08t [H41o 目前主要开发玛北斜坡和玛西斜坡二叠系百口泉组致 密砾岩油藏，油藏埋深普遍大于3000m,以玛131井 区百口泉组油藏为代表的玛北斜坡致密砾岩油藏物性 差、非均质性强、砂体跨度大、油层分布特征差异大、 地层能量较弱；以玛18井区百口泉组油藏为代表的 基金项目：国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发” （2017ZX05070）。 第一作者简介：许江文（1967-），男，湖南祁东人，硕士，2002年毕业于西南石油大学，教授级高级工程师，现主要从事钻完井 技术研究及油气勘探工作。地址：新疆克拉玛依市胜利路87号中国石油新疆油田公司工程技术研究院，邮政编码：834000。E-mail ： xujw@petrochina . com . cn 收稿日期：2018-09-20；修改日期：2019-01-11
井下系列工具 抽油泵增效装置 装置内的水力放大三级装置依靠抽油井正常生产的泵吸入口流压或气压使游动凡尔开启或关闭，而且开启或关闭的动作及时，在抽油泵的整个下行程能保持游动凡打开，有效地消去了抽油泵的气体影响或液面撞击，延长抽油泵的免修期。 1：有效提高抽油泵的泵效和单井产液量，延长抽油泵的检泵周期； 抽油泵的气体影响和供液不足是抽油机井的常见现象，严重的时侯伴随气锁和液面撞击，导致管、杆柱的震动和抽油泵有效行程的减小，减小抽油泵 的泵效和单井产液量，缩短抽油泵的检泵周期。 2：改善抽油泵的工作状况和管、杆柱的工作状况； 3：体积小，安装方便，价格便宜，经济效益十分可观； 1：气液比大，泵效低的有杆管式泵抽油井； 2：供液不足，液面撞击，影响抽油泵、抽油杆、油管工作状况的抽油井； 3：油稠导致泵效低的抽油井； 4：抽油泵气锁严重，油井不出、而液面较浅的油井； 5：抽油井工况不佳，检泵频繁的油井； 将增效装置安装在抽油泵活塞的下端，取代活塞原下凡尔总成，将活塞上的上凡尔球去掉即可。
本装置在多个油田应用100多口井，增油效果十分明显，抽油井系统的工作状况得到明显的改善。 典型井例： （一）、118-7井施工前后的对比情况： 1、生产管柱：∮57×1501.22 m； 2、工作制度：3.6 m×6.6 min-1； 3、有效冲程（程比：0.0476 m/mm）：0.24 m增加到3.34 m； 4、液面：由井口加深到969 m； 5、示功图对比： 6 （二）、3-9-9井施工前后的对比情况： 1、生产管柱：∮56×1400.00 m； 2、工作制度：施工前：3.0 m×9 min-1，施工后：3.0 m×6 min-1； 3、有效冲程（程比：0.0476 m/mm）：0.34 m增加到2.74 m； 4、液面：由井口加深到1043m； 5、示功图对比： 6 自动步进清蜡器
体积压裂 体积压裂是在水力压裂的过程中，通过在主裂缝上形成多条分支缝或者沟通天然裂缝，最终形成不同于常规压裂的复杂裂缝网络，增加井筒与储集层接触体积，改善储集层的渗流特征及整体渗流能力，从而提高压裂增产效果和增产有效期。其主要特点有以下几点。 (1) 复杂网络裂缝扩展形态 常规压裂以形成双翼对称裂缝为目的，在致密油藏中垂直于裂缝面方向的基质渗流能力并未得到改善。体积压裂的裂缝是在三维方向卜形成相互交错的网状裂缝或者树状裂缝，在缝网区域形成一定的改造体积，增大了泄油体积。 (2) 复杂渗流机理 油气在复杂缝网中的渗流机理至今仍没有理想的研究成果。文献[7」研究了页岩基质向复杂缝网中的渗流，考虑裂缝中达西流和基质中扩散流的双机理渗流以及压敏性对渗透率的影响，建立了天然裂缝发育的双重孔隙度模型，但求解用拟压力的方法进行了标准简化。目前比较主流的观点是采用分形理论来精确刻画缝网内的渗流特性，利用缝网中主裂缝与次裂缝的自相似性，建v.油气在复杂缝网中的渗流模型。 (3) 裂缝发生错断、滑移、剪切破坏 剪切缝是岩石在外力作用下破裂并产生滑动位移，在岩层表面形成不规则或凹凸不平的几何形状，具有自我支撑特性的裂缝。体积压裂过程中裂缝的扩展形式不是单一的张开型裂缝，当压力低于最小水平主应力时，产生剪切断裂。(4) 诱导应力和多缝应力干扰裂缝发生转向 当裂缝延伸净压力大于2个水平主应力的差值与岩石的抗张强度之和时，容易在主裂缝卜产生分叉缝，分叉缝延伸到一定距离后又恢复到原来的裂缝方位，最终多个分叉缝便形成复杂的裂缝网络。 体积压裂能否形成复杂网络裂缝，取决于储集层地质和压裂施工工艺两方面因素。 1.1地质因素 (1)储集层岩石的矿物成分储集层岩石的矿物成分会影响岩石的力学性质，从