国外非常规储层压裂新技术及未来技术发展讲义课件

第1页一、国外储层改造技术新进展二、未来技术发展建议第1页一、国外储层改造技术新进展1第2页冻胶压裂北（ft）东（ft）射孔位置观测井2观测井11.2107m3滑溜水压裂北（ft）东（ft）4.1107m3412m914mBarnett页岩分别采用冻胶压裂与滑溜水重复压裂时的微地震监测结果 提高SRV：水平井+分段改造+滑溜水 低伤害：滑溜水 低成本：滑溜水+高效多段改造工艺+同步压裂+工厂化作业第2页冻胶压裂北（ft）东（ft）射孔位置观测井2观测井112第3页页岩页岩储层储层远东盆地远东盆地Barnett Barnett 阿巴拉契亚盆地阿巴拉契亚盆地DevonianDevonian密歇根盆地密歇根盆地AntrimAntrim圣胡安盆地圣胡安盆地LewisLewis阿肯色州阿肯色州FayettevilleFayetteville储层储层主要主要特征特征脆性断裂、天然脆性断裂、天然裂缝发育裂缝发育低压、水敏储层低压、水敏储层束缚水充填天然裂缝系统，束缚水充填天然裂缝系统，需要先排水需要先排水页岩页岩+细砂岩、低细砂岩、低压、水敏，天然裂压、水敏，天然裂缝发育度相对低缝发育度相对低粘土含量相对粘土含量相对低，天然裂缝低，天然裂缝发育度相对低发育度相对低增产增产措施措施常规压裂液压裂常规压裂液压裂氮气泡沫携砂压裂氮气泡沫携砂压裂70-80%70-80%氮气泡沫压裂液氮气泡沫压裂液COCO2 2加砂压裂加砂压裂70%70%氮气泡沫氮气泡沫大规模水力压裂大规模水力压裂氮气泡沫不携砂压裂氮气泡沫不携砂压裂酸压和高能气体压裂酸压和高能气体压裂氮气泡沫压裂氮气泡沫压裂活性水压裂活性水压裂大型活性水压裂大型活性水压裂液氮连续油管压裂液氮连续油管压裂直井一次改造两层的加砂压直井一次改造两层的加砂压裂，尾追高强度石英砂裂，尾追高强度石英砂氮气泡沫氮气泡沫+线性胶线性胶交联冻胶压裂交联冻胶压裂水平井分段压裂水平井分段压裂清洁压裂液清洁压裂液水平井同步压裂水平井同步压裂压裂井层和压裂液体系与工艺优选需求直井分层、水平井分段不同特征储层有与其适应的工艺技术第3页页岩远东盆地阿巴拉契亚盆地密歇根盆地圣胡安盆地阿肯色州3第4页一.直井分层改造技术主体技术主体技术技术特点技术特点适用条件适用条件连续油管喷砂射孔环连续油管喷砂射孔环空加砂分层压裂空加砂分层压裂（CobraMaxCobraMax）水力喷砂射孔，环空加砂压裂，砂塞封堵或水力喷砂射孔，环空加砂压裂，砂塞封堵或底封隔器封堵。压裂层数无限，最高单井连底封隔器封堵。压裂层数无限，最高单井连续施工续施工1919层。层。套管完井套管完井实际垂深实际垂深3100m3100m井底温度井底温度140140TAPTAP套管滑套分层压裂套管滑套分层压裂 (treat and(treat and production)production)套管滑套和完井管柱一起下入，通过滑套和套管滑套和完井管柱一起下入，通过滑套和飞镖实现分层压裂，开关滑套可实现分层测飞镖实现分层压裂，开关滑套可实现分层测试、分层生产。压裂层数无限。试、分层生产。压裂层数无限。套管完井套管完井目前尺寸单一，仅限目前尺寸单一，仅限4 4”套管套管应用温度应用温度160160C C，耐压差，耐压差70MPa70MPa 国外直井分层压裂技术以“连续油管喷砂射孔环空加砂分层压裂”和“TAP套管滑套分层压裂技术”为主，技术成熟，国内通过引进，在长庆苏里格、四川须家河已应用。第4页一.直井分层改造技术主体技术技术特点适用条件连续油管喷4第5页n射孔方式：电缆传输，逐层上返射孔，投球憋压点火激发n压裂方式：投球封堵，逐层压裂，一般5层以后桥塞封堵n工艺参数：一般进行5层连续施工，最多可以连续施工12层JITP(just-in-time perforating)实时射孔投球分层压裂技术实现单井分压40层应用区域：美国西部的皮申斯盆地Rulison气田储层特征：n深度3657.6-4572m，厚度1524mn渗透率0.001mD；地层温度：130-160 施工参数：n单井施工层数40层，单日施工层数20层n液体类型：交联压裂液、滑溜水压裂n平均排量4.7m3/min；最高施工压力65.5MPa n支撑剂浓度：交联冻胶600-720kg/m3，滑溜水240-360kg/m3n压后气井累积产量通常是传统压裂的3倍SPE119757一.直井分层改造技术第5页射孔方式：电缆传输，逐层上返射孔，投球憋压点火激发JI5第6页二.水平井分段改造技术主体技术技术特点适用条件水力喷砂分段压裂水力喷砂射孔，通过拖动连续油管实现逐段改造。压裂段数无限。4、5-1/2、7套管、裸眼、筛管完井，井深4000m以内裸眼封隔器分段压裂通过投直径不同的球逐段打开滑套，依据井眼尺寸大小一般可分压6-17段，最多分压30段。裸眼完井，耐温218C，耐压150MPa快速可钻式桥塞分段压裂水力泵送桥塞，桥塞座封，多级点火射孔，套管压裂，连续油管钻除桥塞。压裂段数无限。套管完井，适用多种套管尺寸，耐温232C，耐压86MPa第6页二.水平井分段改造技术主体技术技术特点适用条件水力喷砂6第7页l美国Bakken油层地层深度2745-3230m渗透率0.0001-1mD（0.005-0.1mD占优）孔隙度2-12%（4-8%占优）水平段长度365.7-3962m采用裸眼封隔器分段压裂平均排量6.2m3/min，平均压力49.5Mpa最多分压18段，压后平均日产油130m3l加拿大Bakken油层完井方式：4.5 衬管完井水平段长825-1305m采用水力喷射分段压裂技术最多分压30段（66小时）施工排量：0.85-3.5m3/min每段加砂：5.0-11.3吨20/40目砂n北美致密油开发借助水平井分段压裂实现有效动用二.水平井分段改造技术第7页美国Bakken油层加拿大Bakken油层北美致密油开7第8页北德克萨斯Barnett页岩p井深：垂深21502450m,最深3050m 斜深2745m-4575mp水平段:610-1830mp地层温度：7193p地层压力系数：1.06-1.18p渗透率：0.00010.0006mDp孔隙度：2%6%施工方式p水力泵送桥塞p分段多簇射孔p套管压裂压后效果p压裂前：无产量p压裂后：28300-56600m3/d桥塞钻塞时间平均8-12minn快速可钻式桥塞分段压裂技术在北美页岩气储层改造中广泛应用二.水平井分段改造技术第8页北德克萨斯Barnett页岩桥塞钻塞时间平均8-12m第9页n多分支井导向工具的完善，初步形成多分支井立体改造技术n储层岩性：碳酸盐岩、砂岩n应用概况u路易斯安那灰岩，深1828m、双分支，各分支压开7条缝，加入40/70目的渥太华砂102.5t、28%交联酸166.5m3u沙特阿拉伯2A区的Arab-D地层分支长度4160、4168m，分27段改造u北美致密油也有所应用u多支井定向工具系统包括：可控制工具旋转的定向装置和可调节的弯曲接头，实现工具定位并进入分支u进入分支控制方式：液体排量超过一个门限速度时，促使工具下部弯曲Bakken双分支井 HESS.2010.01二.水平井分段改造技术第9页多分支井导向工具的完善，初步形成多分支井立体改造技术储第10页三.HiWAY通道压裂技术HiWAY通道压裂技术特点：建立以支撑剂墩柱支撑的非连续铺置的大通道（深层油气高速公路）支撑裂缝的大通道大大提升了油气导流能力，消除了对充填层渗透率的依赖降低了压裂液残渣对导流能力的伤害，可进一步降低压裂液成本美国怀俄明州Jonah气田和阿根廷Loma La Lata气田进行了现场应用，平均单井产量增加10-15%，稳产2年以上传统压裂Hiway通道压裂初期产量：通道压裂井比传统压裂井平均高53%第10页三.HiWAY通道压裂技术HiWAY通道压裂技术特点10第11页关键技术：射孔方案-射孔段非均匀分簇射孔泵注程序-支撑剂以短脉冲形式加入采用纤维压裂液-纤维的加入改变了支撑剂段塞流变性，延缓支撑剂的分散和沉降非均匀分簇射孔（左图）、传统笼统射孔（右图）支撑剂段塞脉冲式泵注HiWAY混合间断性注入方法三.HiWAY通道压裂技术第11页关键技术：非均匀分簇射孔（左图）、传统笼统射孔（右图11第12页测试方法裂缝形态裂缝方位裂缝长度裂缝高度不对称性地面地下测斜仪井下微地震示踪剂测井井温测井大地电位法n零污染示踪剂和井温测井可大致判断裂缝形态与高度n大地电位法仅能大致识别裂缝方位n地面地下测斜仪和井下微地震测试可以认识裂缝形态、方位、长度和高度以及不对称性，测试结果相对更可靠。四.裂缝检测技术第12页测试方法裂缝形态裂缝方位裂缝长度裂缝高度不对称性地面12第13页注容比R：分量体积差异率D:裂缝复杂指数:序号施工用液量，m3等效裂缝容积，m3水平缝比例，%垂直缝比例，%RD11968.0 4044.0 78.0 22.0 2.1 0.6 0.4 21958.0 9653.0 48.0 52.0 4.9 0.0 1.0 31941.0 8399.0 53.0 47.0 4.3 0.1 0.9 41983.0 2922.0 93.0 7.0 1.5 0.9 0.1 51978.0 4552.0 58.0 42.0 2.3 0.2 0.8 61991.0 4954.0 50.0 50.0 2.5 0.0 1.0 71962.0 5088.0 54.0 46.0 2.6 0.1 0.9 82034.0 6034.0 76.0 24.0 3.0 0.5 0.5 页岩平均（水平井，8段数据）2.90.30.7砂岩平均（水平井，15段数据）1.40.70.3煤层平均（水平井，9段数据）2.20.60.4Ve：模型拟合的裂缝容积，m3Vi：施工注入体积，m3Vv：模型解释垂直分量体积，m3Vh:模型解释水平分量体积，m3与砂岩和煤岩相比，页岩有注容比大、分量体积差异率小，复杂指数高的特征页岩：2.9煤岩：2.2砂岩：1.3压裂酸化中心自主建立了新的表征参数，发展了测斜仪微形变技术对压裂复杂裂缝的解释方法第13页注容比R：序号施工用等效裂缝水平缝垂直缝RD11913第14页 国外近年又研发了新型分布式光纤温度测试技术（DTS），利用光纤感应器对全井段温度变化进行监测，实现对分段改造有效性和缝高延伸的认识。并可进行流体流动监测、流体分布评价。分布式光纤温度测试技术（DTS）与微地震的结合可回收式光纤永久式油管光纤永久式套管光纤四.裂缝检测技术第14页 国外近年又研发了新型分布式光纤温度测试技术（14第15页五、压裂酸化材料1.新型支撑剂材料超低密度支撑剂沉降速度低，对压裂液粘度要求低树脂包裹砂控制回流，提高裂缝导流能力选择性润湿支撑剂亲水不亲油，裂缝导流的选择性热塑性纳米化合物制成的超轻质支撑剂 用树脂浸泡和覆膜的核桃壳制成的超轻质支撑剂 LWC支撑剂 ISP支撑剂 比重（prop）分别为2.02、1.50和1.054 位于威斯康星州西北部的渥太华砂生产现场低密度、高强度、表面改性是支撑剂发展新动向第15页五、压裂酸化材料1.新型支撑剂材料热塑性纳米化合物制15第16页组成：n油、水、表面活性剂在特定条件下形成多面微小液珠基本特征及参数：n粒径：10300 nm，或者更小n超低表面张力，20 mN/m n接触角：6089储层改造中的作用：n降低毛管阻力，比常规表活剂低50%n提高渗透率恢复率74%（常规40%）n降低滤失,比传统表活剂降低50%n提高返排和驱替效率：5395%2.新型微乳液：应用于致密气、低渗透油、页岩气、煤层气五、压裂酸化材料第16页组成：2.新型微乳液：应用于致密气、低渗透油、页岩16第17页3.新型化学材料组合转向剂应用实例（北科威特U井）n层系：侏罗系n埋深：4267-4572 mn温度：135 n压力：76MPan孔隙度：0-22%,平均1.8-3%n渗透率：0-119mD,平均1-2mDn断层发育，纵、横向非均质性强VES+纤维组合液体进入地层的压力响应滤失控制好转向明显u技术特点化学转向与机械转向组合（VES转向酸+纤维组合），VES转向酸实现均匀布酸，加入纤维后实现天然裂缝暂堵或降滤，且纤维在停泵后随时间和温度能完全降解，无残渣伤害。u技术关键：滤失控制+转向相结合五、压裂酸化材料第17页3.新型化学材料组合转向剂应用实例（北科威特U井）V17第18页 应用HPH破胶剂体系，低温下快速破胶和返排，聚合物有效破胶而降低压裂伤害应用微乳助排剂，提高气相渗透率完全交联的体系更易于泵注和进行质量控制适合环境法案的要求稠化剂、粘土稳定剂和破胶剂4.SliverStim压裂液体系应用新的硼交联压裂液体系优化，应用于低温煤层气和非常规气层。有稳定的流体性能、嵌入型的粘土控制和破胶机理五、压裂酸化材料第18页 应用HPH破胶剂体系，低温下快速破胶18l2008年为ZnBr.密度1.38，实验数据耐温82（180 ）lTahiti Tahiti FieldField基础数据：水深1219-2103m，最大深度7620-8534m，垂深7010-8534m，地层温度109-113,地层压力131-136MPa,施工排量15 to 45 bbl/min,砂量50,000 to 490,000 lb。最高施工压力74MPa(不加重95MPa）l2009年为NaBr.密度1.37-1.49g/cm3,实验流变曲线耐温93(200)lDeimosDeimosfieldfield：深度6706-7925m，水深914m，温度96-105 ，最大钻井深度8534m，破裂压力梯度0.0176-0.0192，施工压力96.25MPa，压裂液为HGP体系第19页5.高密度压裂液五、压裂酸化材料2008年为ZnBr.密度1.38，实验数据耐温82（119l2008年，加重压裂液第一次用于深层致密气藏。沙特，F_2井，l储层深度5547.1-5895.4m，3小层，射孔段长30.48m，渗透率0.02470.1 md，孔隙度5-15%，地层压力75-90MPa，地层温度157-191，应力梯度0.0248，天然裂缝发育l该地层富含石英，有大量的伊利石和石英胶结l新NaBr加重体系，密度1.47g/cm3，耐温177，瓜胶体系为CMHPG，用量0.6%。l这个体系可以应用于150，但要用于177 以上地层且具有良好的交联性能和长的耐温时间，稠化剂用量将超过0.6%第20页五、压裂酸化材料2008年，加重压裂液第一次用于深层致密气藏。沙特，F_2井206.其它液体新技术 针对页岩气岩气压裂研裂研发了在井筒中具有一定的了在井筒中具有一定的悬砂粘度，砂粘度，进入地入地层1010分分钟后，液体快速降解，呈后，液体快速降解，呈类似滑溜水的粘度，更易形成复似滑溜水的粘度，更易形成复杂裂裂缝的特殊的特殊液体（液体（Shalexcel 1000Shalexcel 1000）。）。第21页 该压裂液体系由于减少了聚合物的加量(聚合物加量减少了35%以上)从而减少了对地层和裂缝的伤害,油气层使用温度200375,使用的黏土稳定剂为KCl,在较少的聚合物加量的情况下就能达到guar和CMG所能达到的流体黏度。该体系适用于生态环境敏感地区,如英国北海、墨西哥湾等。它由快速水化(80%在23min以内水化)、高回收率的聚合物构成,其中,水化时间与聚合物加量没有关系。PrimeFRACGreenSlurryShalexcel 1000五、压裂酸化材料6.其它液体新技术 针对页岩气压裂研发了在井筒中21第22页uHalliburton公司的GasPerm 1000SM产品p降低液相圈闭的伤害p提高天然气包括凝析油的产能p帮助气体渗透率恢复率p提高液体的返排率p替代甲醇解除水锁p改善环境和安全操作p应用：致密气、页岩气和煤层气p微乳表面活性剂p改变接触角达到900p应用温度达到165p与酸和压裂液互溶p对储层渗透率伤害小7.表面活性剂更新换代五、压裂酸化材料主要研究是降低储层的伤害，主要是降低裂缝壁面的伤害，减少裂缝壁面的伤害主要是通过润湿性的改变，能有效的提高非常规储层渗透率恢复率。第22页Halliburton公司的GasPerm 100022第23页添加GasPerm 1000添加剂的体系在更低的压力下获得了高出常规100个百分点的气体渗透率使用GasPerm 1000Service技术处理的井产提高1.7倍，井底压力提高14倍。五、压裂酸化材料第23页添加GasPerm 1000添加剂的体系在更低的压力23n北美页岩气压裂发展大大促进了压裂技术的变革，对我国常规和非常规油气藏改造具有重要的借鉴作用。n纳达西的页岩气藏开发经历了“实践先行、监测验证、工具与液体技术配套、体积改造理论完善、工厂化应用”的发展过程，突破了传统理念。n裂缝监测在技术的发展中发挥了重要的作用，国内目前微地震监测与解释的自主技术还不完善，测斜仪微形变技术可进一步发挥作用。n大液量、多井多段集中作业的“工厂化”模式在北美效果显著，但这种作业模式对国内的水资源、地貌特征来讲是极大的挑战，应探索规模受限条件下的高效作业机制和提高改造体积的新方法。n宏观与微观结合的压裂力学与流变反应动力学是储层改造的学科基础，液体、工具与装备是手段，工艺优化是实现“绿色”高效改造的核心。国外非常规压裂的新认识北美页岩气压裂发展大大促进了压裂技术的变革，对我国常规和非常24第25页一、国外储层改造技术新进展二、未来技术发展建议第25页一、国外储层改造技术新进展25第26页四、未来技术发展建议1、加强低成本低伤害压裂液体系的研究，满足不同储层和压裂工艺要求2012年中国石油因瓜尔胶价格上涨压裂成本增加23.5亿p超低浓度瓜尔胶体系p合成聚合物压裂液体系降低伤害降低压裂液成本p环境友好型压裂液体系第26页四、未来技术发展建议1、加强低成本低伤害压裂液体系的26第27页三、未来技术发展建议2、加强装备研制、配套及推广应用，提高大型施工能力撬装式大功率泵车研制，适应小井场施工需要完善连续混配车和连续加砂装置段塞式加砂混砂车等连续混配装置容积113方连续输砂车第27页三、未来技术发展建议2、加强装备研制、配套及推广应用27第28页三、未来技术发展建议3.注重改造前的资料录取和多学科结合，为储层改造优化设计奠定基础加强压前储层地质评估，最大限度取全资料，做好工艺与储层的结合，为储层改造优化设计奠定基础，提高改造设计针对性。第28页三、未来技术发展建议3.注重改造前的资料录取和多学科28第29页三、未来技术发展建议4.应高度重视压裂酸化全程质量控制，强化设计方案的执行力上述措施是保证施工安全和效果的重要手段施工前工程准备的质量控制施工过程的质量控制施工后的质量控制压裂设计压裂设备仪器仪表井下管柱施工材料施工材料性能试压及测试正式压裂关井时间返排控制资料录取分析总结质量效果n室内数据为基础n现场实用为原则第29页三、未来技术发展建议4.应高度重视压裂酸化全程质量控29第30页三、未来技术发展建议5、将裂缝实时监测及压后评估有机结合，提高施工水平和改造效果发展与提高微地震、微形变裂缝监测技术分布式光纤监测技术（DTS、DAS等）远程现场数据实时监测分析技术推广第30页三、未来技术发展建议5、将裂缝实时监测及压后评估有机30第31页三、未来技术发展建议6、研发储层改造革新技术，减少用水和土地占用，实现绿色改造层内/缝内爆炸压裂重复强脉冲压裂技术超临界可膨胀气体压裂大量水的回收处理再利用气体压裂现场施工图第31页三、未来技术发展建议6、研发储层改造革新技术，减少用31人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。人有了知识，就会具备各种分析能力，32国外非常规储层压裂新技术及未来技术发展讲义课件33