页岩气井水力压裂技术及其应用分析_唐颖

基金项目:国家自然科学基金项目(编号:40672087、40472073)及/全国油气资源战略选区调查与评价0国家专项资助。 作者简介:唐颖,1986年生,硕士研究生;主要从事非常规天然气地质勘探与开发和油气成藏机理研究工作。地址:(100083)北京市海淀区学院路29号中国地质大学能源学院。电话:(010)82320848。E -mail:tangy ing@https://www.wendangku.net/doc/0a6623247.html,

页岩气井水力压裂技术及其应用分析

唐颖 张金川 张琴 龙鹏宇

中国地质大学(北京)/海相储层演化与油气富集机理0教育部重点实验室

唐颖等.页岩气井水力压裂技术及其应用分析.天然气工业,2010,30(10):33-38.

摘 要 页岩储层孔隙度小、渗透率低,页岩气井完井后需要经过储层改造才能获得理想的产量,而水力压裂是页岩气开发的核心技术之一。在研究水力压裂技术开发页岩气原理的基础上,剖析了国外的应用实例,分析了各种水力压裂技术(多级压裂、清水压裂、水力喷射压裂、重复压裂以及同步压裂技术)的特点和适用性,探讨了天然裂缝系统和压裂液配制在水力压裂中的作用。研究表明,中国现阶段页岩气勘探开发水力压裂应从老井重复压裂和新井水力压裂两个方面着手,对经过资料复查、具有页岩气显示的老井可采用现代水力压裂技术重复压裂;埋深在1500m 以浅的有利储层或勘探浅井可采用氮气泡沫压裂,埋深在1500~3000m 的井可采用清水压裂,埋深超过3000m 的储层暂不考虑开发。 关键词 页岩气 开发技术 储层改造 水力压裂 应用分析 埋藏深度 老井重复压裂 DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.10.008

1 页岩气井水力压裂技术及其适用性

页岩储层厚度薄,渗透率低,水平井加多级压裂是目前美国页岩气开发应用最广泛的方式。目前常用的技术有多级压裂、清水压裂、水力喷射压裂、重复压裂和同步压裂等。在美国页岩气开发中使用过的储层改造技术还有氮气泡沫压裂和大型水力压裂,氮气泡沫压裂目前还使用在某些特殊条件的页岩压裂作业中,大型水力压裂由于成本太高,对地层伤害大已经停止使用。页岩气水力压裂技术特点及适用性见表1。

1.1 多级压裂

多级压裂是利用封堵球或限流技术分隔储层不同层位进行分段压裂的技术。多级压裂能够根据储层的含气性特点对同一井眼中不同位置地层进行分段压裂,其主要作业方式有连续油管压裂和滑套完井两种。多级压裂技术是页岩气水力压裂的主要技术,在美国页岩气生产井中,有85%的井是采用水平井和多级压裂技术结合的方式开采,增产效果显著。美国New -field 公司在Wo odford 页岩中的部分开发井采用了5~7段式的分段压裂,页岩气单井最大初始产量达到

表1 水力压力技术特点及适用性表

技术名称技术特点

适用性

多级压裂多段压裂,分段压裂。技术成熟,使用广泛

产层较多,水平井段长的井清水压裂减阻水为压裂液主要成分,成本低,但携砂能力有限适用于天然裂缝系统发育的井水力喷射压裂定位准确,无需机械封隔,节省作业时间尤其适用于裸眼完井的生产井重复压裂通过重新打开裂缝或裂缝重新取向增产

对老井和产能下降的井均可使用同步压裂多口井同时作业,节省作业时间且效果好于依次压裂井眼密度大,井位距离近氮气泡沫压裂地层伤害小、滤失低、携砂能力强水敏性地层和埋深较浅的井大型水力压裂

使用大量凝胶,完井成本高,地层伤害大

对储层无特别要求,适用广泛

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28.32@104m 3/d,最大最终产量达16.99@104m 3/d [1]。

多级压裂的特点是多段压裂和分段压裂,它可以在同一口井中对不同的产层进行单独压裂。多级压裂增产效率高,技术成熟,适用于产层较多,水平井段较长的井(图1)。页岩储层不同层位含气性差异大,多级压裂能够充分利用储层的含气性特点使压裂层位最优化。在常规油气开发中,多级压裂已经是一个成熟的技术,国内有很多成功应用的实例。多级压裂技术用于我国的页岩气开发有一定的技术基础,是可行的

压裂技术。

图1 滑套完井多级压裂作业图

1.2 清水压裂

清水压裂是利用大量清水注入地层诱导产生具有足够几何尺寸和导流能力的裂缝以实现在低渗的、大面积的净产层里获得天然气工业产出的压裂措施。清水压裂利用储层的天然裂缝注入压裂液,使地层产生诱导裂缝,在压裂过程中,岩石碎屑脱落并沉降在裂缝中,起到支撑作用,使裂缝在压裂液退去之后仍保持张开。1997年,Mitchell 能源公司首次将清水压裂应用在Barnett 页岩的开发作业中,清水压裂不但使压裂费用较大型水力压裂减少了65%,而且使页岩气最终采收率提高了20%[2]。事实上,清水压裂的成功就在于它以较低的开支获得了和凝胶压裂相同甚至更好的增产效果[3]

。目前的清水压裂多是使用混合的清水压裂液,它是在传统的清水压裂液中加入了减阻剂、凝胶、支撑剂等添加剂,又叫减阻水压裂。

清水压裂用低黏度的减阻水替代通常使用的凝胶压裂液,这样既降低了压裂成本,又减小了大量使用凝胶对地层的伤害,但由于压裂液黏度小,清水压裂相比凝胶压裂液来说携砂能力弱,压裂半径小。清水压裂以岩石的天然裂缝为通道注入压裂液,岩石杨氏模量

越高裂越易形成粗糙的节理,保持裂缝的导流能力。

因此适用于天然裂缝系统较发育,岩层杨氏模量高的地层。当页岩层中水敏性矿物(如蒙脱石)含量高时,水敏性矿物溶解会堵塞裂缝通道,影响压裂的效果。清水压裂在国内有较多的理论研究和作业实践,用于我国的页岩气开发有一定的技术基础,是可行的压裂技术。

1.3 水力喷射压裂

水力喷射压裂是用高速和高压流体携带砂体进行射孔,打开地层与井筒之间的通道后,提高流体排量,从而在地层中打开裂缝的水力压裂技术(图2)。当页岩储层发育较多的天然裂缝时,如果用常规的方式对裸眼井进行压裂,大而裸露的井壁表面会使大量流体损失,从而影响增产效果。水力喷射压裂能够在裸眼井中不使用密封元件而维持较低的井筒压力,迅速、准确地压开多条裂缝。2005年,水力喷射压裂技术第一次使用在美国Barnett 页岩中,作业者使用水力喷射环空压裂工艺对Barnett 页岩中的53口井进行了压裂,其中26口井取得了技术和经济上的成功,有21口井被认定为技术成功[4]。

图2 水力喷射压裂原理图

水力喷射压裂能够用于水平井的分段压裂,不受完井方式的限制,尤其适用在裸眼完井的井眼中,但是受到压裂井深和加砂规模的限制。水力喷射压裂在国内油气开发中的应用时间不长,主要依靠国外公司提供技术服务,压裂成本高。由于页岩井眼井壁坍塌情况严重,一般使用套管完井,再加上水力喷射压裂技术在国内的应用并不成熟,且成本较高。因此该技术在我国页岩气开发起步时期适用性不强,日后的推广有待于技术的进步和经验的成熟。1.4 重复压裂

重复压裂是指当页岩气井初始压裂处理已经无效或现有的支撑剂因时间关系损坏或质量下降,导致气体产量大幅下降时,采用压裂工艺对气井经行重新压

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裂增产的工艺。页岩气井初始压裂后,经过一段时间的生产,井眼周围的应力会发生变化,重复压裂能够重新压裂裂缝或使裂缝重新取向,使页岩气井产能恢复到初始状态甚至更高(图3)。美国Barnett 页岩在1995年前广泛使用凝胶压裂,1997年开始发展清水压裂,作业者对先前使用冻胶压裂增产产量下降的井使用清水压裂重新改造,改进处理液回收工作流程,气井产量明显提高,部分井产量甚至超过了初次压裂时的产量[5]

。

图3 重复压裂中裂缝重新取向原理[6]图

重复压裂适用于天然裂缝发育、层状和非均质地层,在页岩气开发后期当初始压裂效果下降时或初始压裂方式效果不理想的情况下对储层重新压裂,对产量相对较高的井同样适用。重复压裂不是一种新的压裂技术,而是压裂作业的一种工艺,其关键在于候选井的选择。国内对重复压裂工艺有较多的研究和实践

[7-9]

,可以作为我国页岩气开发中后期储层改造的

措施。

1.5 同步压裂

同步压裂指对2口或2口以上的配对井进行同时压裂。同步压裂采用的是使压力液及支撑剂在高压下从一口井向另一口井运移距离最短的方法,来增加水力压裂裂缝网络的密度及表面积,利用井间连通的优势来增大工作区裂缝的程度和强度,最大限度地连通天然裂缝。2006年,同步压裂首先在美国Ft.Worth 盆地的Barnett 页岩中实施。作业者对同一平台上相隔10m,水平井段相隔305m 大致平行的2口井9个层位进行同步压裂。作业后,2口井均以相当高的速度生产,其中1口井以日产25.5@104m 3的速度持续生产30d,而其他未压裂的井日产速度在5.66@104~14.16@104

m 3

之间

[10]

。

同步压裂在国外页岩气开发中是一个应用广泛的工艺,特别是当区块开发比较充分,井眼密集时,通过

对多口井进行同步压裂,能够获得比依次压裂更好的效果。同步压裂适用于2口或多口井眼位置相对较近,水平井段大致平行的页岩气井之间。同步压裂目前在国内还是一个较新的概念,其在国内的技术可行性还有待进一步实践,且在页岩气开发初期尤其是在勘探阶段井眼稀疏,并不适用。即使如此,同步压裂工艺仍然是页岩气开发水力压裂的重要工艺。

2 页岩气井水力压裂技术应用分析

2.1 水力压裂关键因素

页岩气开发水力压裂原理是利用储层的天然或诱导裂缝系统,使用含有各种添加剂成分的压裂液在高压下注入地层,使储层裂缝网络扩大,并依靠支撑剂使裂缝在压裂液返回以后不会封闭,从而改善储层的裂缝网络系统,达到增产的目的。和砂岩相比,页岩裂缝系统发育差,且不同地区储层特点差异大,这是水力压裂面临的主要问题。裂缝系统既是压裂液注入的通道,又是气体溢出通道,压裂液与储层的配伍性直接关系到水力压裂的成败,因此裂缝系统和压裂液配制是

页岩水力压裂的关键因素。2.1.1 天然裂缝系统

对页岩储层来说,裂缝系统既是气体的主要储存空间,也是渗流的主要通道,对页岩气开发来说,裂缝系统是压裂液进入储层的主要通道。天然裂缝的发育程度是影响页岩气开采效益的直接因素,因此页岩气水力压裂应该尽量选择天然裂缝发育程度高的层位。Bow ker 通过对Ft.Wor th 盆地Barnett 页岩天然裂缝的研究认为,充填的天然裂缝是力学上的薄弱环节,能够增强压裂作业的效果,开启的天然裂缝对页岩气产能并不重要[11];Gale 研究认为尽管大多数小型裂缝都是封闭的,储存能力较低,但是由于在距离相对较远的裂缝群中存在大量开启裂缝,因此也可以提高局部的渗透率[12]。Barnett 页岩不是裂缝性页岩层带,但由于其天然裂缝系统发育,使其成为一个可以被压裂的页岩层带。

天然裂缝系统在水力压裂的中的作用还表现在其对诱导裂缝的影响上,天然裂缝对诱导裂缝既有促进作用,又有抑制作用。一方面,压裂液通过天然裂缝注入储层从而产生诱导裂缝,而当天然裂缝周围富集诱导裂缝后,储层渗透性发生改变,随着气体的产出地层压力下降,原先开启的裂缝又会发生闭合;另一方面,天然裂缝开启效应导致的局部滤失增加,消耗诱导裂缝扩展的部分能量,从而抑制诱导裂缝的增长。在水力压裂前,需要结合储层的特点和压裂参数来预测裂

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缝发育的宽度、长度和方向(如使用美国M eyer &Associates 公司的M eyer Fracturing Simulators 平台

[13]

),在压裂过程中通过微地震来随时监测裂缝的方位和尺寸。

2.1.2 压裂液配制

无论是在页岩气开发,还是在常规油气开发的压裂过程中,压裂液及其性能都是影响压裂最终效果的重要因素。压裂液及其性能对能否造出一条足够尺寸的、有足够导流能力的裂缝有直接关系。清水压裂液组成以水和砂为主,含量占总量的99%以上,其他添加剂成分占压裂液总量的不足1%。添加剂在压裂液中所占的比例很小,但对提高页岩气井的产量说却是至关重要。页岩水力压裂常见添加剂类型及其作用见表2。

在压裂作业中,应该根据储层的实际情况选择合适的添加剂类型和比重。据国外的经验,压裂液添加剂选择要考虑泵速及压力,黏土含量,硅质和有机质碎屑的生成潜力,微生物活动以及压裂液返回等因素[16]。当储层水敏性矿物含量高时,应该提高防塌剂的比重以防止矿物溶解堵塞裂缝;在一些浅井中,由于微生物较发育,应当适当增加抗菌剂的比重,从而减少微生物对裂缝的封堵以及清除细菌产生的腐蚀性产物;在一些充填裂缝发育的层位,增加酸的比重有助于溶解矿物和造缝。

2.2 中国页岩气开发水力压裂探讨

中国页岩气资源丰富,主要盆地和地区的页岩气

资源量约为26@1012m 3[15]。中国在低渗透气藏储集层改造、裂缝性油藏压裂以及常规油气藏水力压裂等方面积累了较为丰富的经验

[16-19]

,但现代意义的页岩

气开发还是一个新课题。水力压裂是页岩气开发的关键步骤,其技术要求高,压裂成本大,在我国页岩气勘探开发起步阶段,可以分别从老井压裂和新井压裂两个方面入手。

李新景等通过对川南、川西南下寒武统筇竹寺组威5、威18等井及下志留统龙马溪组阳63、太15、阳深1、阳深2等老井的资料复查,认为在这些老井中存出现页岩气显示。阳63井3505~3518m 井段黑色碳质页岩段射孔后,经土酸酸化处理,获得天然气3500m 3/d [20]。对于像这些在钻井中存在良好的页岩气显示,特别是经过初次酸化压裂改造后在页岩层段获得较好的天然气产出的老井,在现阶段,采用现代的水力压裂技术,对非页岩层封堵后重新压裂页岩层段,改善储层的渗透性能,是获得页岩气产量突破的最佳办法。重复压裂候选井选择方法有产量统计法、模式识别技术(尤其是神经网络、虚拟智能和模糊逻辑)以及产量标准曲线法。在页岩储层中,虚拟智能模拟得出的结论最有效,其次是标准曲线法,单独使用生产数据的方法效果最差[5]。在选择候选井时,应该综合3种方法优选的结果选择最合适的井进行压裂(图4)。 对于新完钻的页岩气井,要获得工业性气流,必须采用水力压裂改善储层的渗透能力,在进行压裂作业时,应该结合完井方式,储层特点选择合适的压裂工

表2 页岩气井水力压裂添加剂类型及作用表

添加剂类型主要化合物

作 用

比重酸盐酸有助于溶解矿物和造缝0.123%抗菌剂戊二醛清除生成腐蚀性产物的细菌0.001%破乳剂过硫酸铵使凝胶剂延迟破裂0.010%缓蚀剂甲酰胺防止套管腐蚀

0.002%交联剂硼酸盐当温度升高时保持压裂液的黏度

0.007%减阻剂原油馏出物

减小压裂液与套管的摩擦力,减小压力损失0.088%凝胶瓜胶或羟乙基纤维素增加清水的浓度以便携砂0.056%金属控制剂柠檬酸防止金属氧化物沉淀

0.004%防塌剂氯化钾

使携砂液卤化以防止流体与地层黏土反应0.060%pH 值调整剂碳酸钠或碳酸钾保持其他成分的有效性,如交联剂0.011%防垢剂乙二醇防止管道内结垢

0.043%表面活性剂异丙醇

减小压裂液的表面张力并提高其返液率0.085%支撑剂

石英砂、二氧化硅

支撑裂缝

8.950%

注:添加剂类型据Chesapeake En ergy [21];比重数据来自All Cons ulting.LLC,为Fay etteville 页岩水力压裂液配制[22]。

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图4 重复压裂候选井优选办法[5]图

艺。根据国外页岩气开发的经验,深度较浅(低于1500m)或压力较低的页岩储层一般使用氮气泡沫压裂,中等深度(1500~3000m )的储层则适宜使用清水压裂开采。氮气泡沫压裂对页岩储层无伤害,成本低,收益快,是我国页岩气勘探开发初期浅井开发比较合适的压裂方式,美国页岩气开发早期曾使用氮气泡沫压裂,在当时取得了良好的效果,现在在某些特殊储层压裂仍然使用[23-24]。我国页岩气储层除少数地区埋深较浅外,大多数埋深大于1500m ,对于埋深小于1500m 的有利储层或开发前期的勘探浅井,可以尝试使用氮气泡沫压裂;对于埋深在1500~3000m 的有利储层,清水压裂是最适宜的压裂方式。对于开采长度(厚度)大的页岩气井,可以结合储层的特点,尝试使用清水压裂与多级压裂相结合的水力压裂技术;对于埋深在3000m 以下的储层,考虑到开采成本和技术的可行性,可暂时不用开发。2009年完钻的渝页1井是我国第一口勘探浅井,通过对渝页1井的岩心分析,我国上扬子地区龙马溪组页岩天然裂缝系统较发育,蒙脱石含量少,水敏性弱,不同深度含气性各异,因此可采用清水分段压裂(图5)

。

图5 渝页1井岩心天然裂缝照片

随着勘探开发的深入,单一的压裂技术难以满足作业的需求。清水分段压裂是我国现阶段页岩气勘探

开发比较适用的压裂技术,对产量高的生产井来说,生产初期没有重复压裂的必要,但在生产中后期产量下降时可以通过重新压裂恢复产能,并且,随着我国开发技术的进步,井眼密度的增大,发展同步压裂技术是页岩气开发的客观的需要。当然,任何一种技术都是不断发展的,中国的页岩气开发要在借鉴国外页岩气水力压裂的基础上,结合储层特点和技术条件发展适用于中国页岩气开发的水力技术。

3 结论

1)水力压裂是页岩气开发的核心技术之一。天然裂缝发育是水力压裂成功的重要条件,应根据储层特征配制合适的压裂液。常用的页岩气水力压裂技术有多级压裂、清水压裂、水力喷射压裂、重复压裂和同步压裂等。

2)多级压裂技术特点是分段压裂,多段压裂,适用于产层较多,水平井段较长的生产井;清水压裂成本低,对地层伤害小,适用于黏土含量适中,天然裂缝发育的储层;水力喷射压裂不受完井方式限制,尤其适用于裸眼完井的水平井,但受压裂井深和加砂规模的限制;重复压裂多用于气井开发中后期,初始压裂效果下降时,对于初次压裂效果不理想的井同样适用;同步压裂适用于两口或多口距离相近,水平井段大致平行的井。

3)现阶段中国页岩气开发水力压裂可以从两个方面着手:一是老井的重复压裂,二是新井的清水压裂。对那些先前钻井过程中有良好的页岩气显示,经过储层改造获得了一定产量的老井的页岩层段使用现代的水力压裂技术重新压裂。对于新钻的页岩气井,考虑到水力压裂的技术特点和成本,对埋深在1500m 以浅的储层或勘探浅井,适宜使用氮气泡沫压裂,对埋深介于1500~3000m 之间的储层,适宜使用清水压裂,对埋深超过3000m 的储层暂时不用考虑开发。

本文在写作过程中曾得到国土资源部油气资源战略研究中心李玉喜研究员,中国地质大学(北京)能源学院唐玄老师,中国石油大学(北京)韩双彪以及G oM ar cellussha le 部分会员的帮助,在此致谢。

参 考 文 献

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(修改回稿日期2010-08-03编辑韩晓渝)

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#天然气工业2010年10月

per meabilit y shale g as r eser voirs.M o reov er,we sug gest that key project s on t he adaptability of SRV fr act ur ing,o ptimal fracture de -sig n and operation,post -fr ac mo nitor ing and assessment should be perfo rmed respectively in the ma rine -facies and continenta-l facies shale gas dev elo pment.

Key words:shale g as,stimulated r eser voir v olume fr actur e netw or k,shear ing fr act ur e,w ater -fr ac,monito r,pr oposal DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.10.007

C hen Zuo ,senio r eng ineer,bo rn in 1968,is mainly engag ed in theor y studies and field practices of fracture acidizing in lo w permea -bility oil &g as reserv oir s.

Add:Beicheng Shidai Building,No.8,East Beicheng Rd.,Chao yang D istrict,Beijing 100101,P.R.China Tel:+86-10-84988533 E -mail:chz3489@https://www.wendangku.net/doc/0a6623247.html,

An analysis of hydraulic fracturing technology in shale gas wells and its application Tang Ying,Zhang Jinchuan,Zhang Qin,Long Pengyu

(K ey L aborator y of M ar ine Reserv oir E volution and H y dr ocar bon A ccumulation M echanism ,M inistry of Ed-ucation,China University of Geosciences ,Beij ing 100083,China)

NATUR.GAS IND.VOLUME 30,ISSUE 10,pp.33-38,10/25/2010.(ISSN 1000-0976;In C hinese)

Abstract:Shale g as w ells can o btain favo rable pro duction only aft er reserv oir stimulatio n due to their small po ro sity and lo w permea -bility of shale g as r eser vo irs.At present,hydraulic fr actur ing is one o f the cor e techno lo gies co mmonly used in shale g as dev elop -ment.Based on an ana lysis of the pr inciple of hydraulic fr actur ing technolog y in shale g as development and its field practices in other co untr ies,this paper analyzes the characterist ics and applicability of a var iety o f hy dr aulic fracturing technolog ies,w hich include mult-i stag e fracturing ,w ater f racturing,hy dr ojet fr act ur ing,r efracturing ,and simultaneo us fractur ing.T his pa per also discusses the r oles o f nat ur al fr act ur e sy stems and fracturing fluid prepa ratio n in hy dr aulic fractur ing.M oreo ver,it is sugg ested f rom studies that shale gas ex plorat ion and develo pment in China should start fr om refr actur ing in old w ells and hy dr aulic fracturing in new w ells at present.T hro ug h a review o n the dat a o f many o ld w ells in the so uther n and southwestern Sichuan Basin,it is concluded that the old w ells w ith shale g as show s can be fractured by modern hydraulic fr actur ing;fro m for eign ex per iences,nitro gen foam fracturing can be used fo r the ex plor ator y shallow wells or those with f av or able pay zo nes as deep as less than 1500m;w hile water fracturing can be used fo r the w ells w ith pay zones as deep as 1500-3000m;but no further development will be taken into consideratio n for tho se w ells w ith pay zo nes as deep as more than 3000m.

Key words:shale g as,ex ploitatio n techno lo gy ,r eser voir stimulation,hy dr aulic fr actur ing,application,analysis,burial depth DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.10.008

Tang Ying ,bor n in 1986,is study ing for a P h.D deg ree,being engag ed in research of hydro car bo n r eser vo iring mechanism and un -conventio na l g as g eolog ical ex plor atio n and development.

Add:N o.29,Xueyuan Rd.,H aidian Distr ict,Beijing 100083,P.R.China Tel:+86-10-82320848 E -mail:tang ying @https://www.wendangku.net/doc/0a6623247.html,

An experimental study of gas mass -transfer for fractured tight sand gas reservoirs Yang Jian 1,2,KangYili 1,Wang Yezhong 2,Guo H uazhang 3

(1.S tate K ey L aboratory of Oil &G as Reservoir G eology and E x p loitation,Chengdu,S ichuan 610500,Chi -na;2.G as P roduction E ngineering Research I nstitute,Southw est Oil &Gasf ield Com p any ,P etr oChina,

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117# Natural Ga s Industry ,V o l.30,Issue 10,2010

水力压裂技术

第四章水力压裂技术 水力压裂是利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中， 在井底憋起高压，当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层 产生裂缝。继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在 支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，使井达到 增产增注的目的。 水力压裂增产增注的原理主要是降低了井底附近地层中流体的渗流阻力和 改变了流体的渗流状态，使原来的径向流动改变为油层流向裂缝近似性的单向流动和裂缝与井筒间的单向流 动，消除了径向节流损失，大大降低了能量消耗。因而油气井产量或注水井注入量就会大幅 度提高。 第一节造缝机理 在水力压裂中，了解裂缝形成条件、裂缝的形态和方位等，对有效地发挥压裂在增产、 增注中的作用都是很重要的。在区块整体压裂改造和单井压裂设计中，了解裂缝的方位对确 定合理的井网方向和裂缝几何参数尤为重要，这是因为有利的裂缝方位和几何参数不仅可以 提高开采速度，而且还可以提高最终采收率。 造缝条件及裂缝的形态、方位等与井底附近地层的地应力及其分布、岩石的力学性质、压 裂液的渗滤性质及注入方式有密切关系。图4一l是压裂施工过程中井底压力随时间的变化曲 线。P是地层破裂压力，P是裂缝延伸压力，P是地层压力。SEF

压裂过程井底压力变化曲线图4一l —微缝高渗岩石致密岩石; ba—在致密地层内，当井底压力达到破裂压力P后，地层发生破裂(图4—1中的a点)，F然后在较低的延伸压力P下，裂缝向前延伸。对高渗或微裂缝发育地层，压裂过程中无明E显的破裂显示，破裂压力与延伸压力相近(图4—1中的b点)。 一、油井应力状况 一般情况下，地层中的岩石处于压应力状态，作用在地下岩石某单元体上的应力为垂向 主应力σ和水平主应力σ(σ又可分为两个相互垂直的主应力σ，σ)。YHHxZ （一）地应力 作用在单元体上的垂向应力来自上覆地层的岩石质量，其大小可以根据密度测井资料计 算，一般为： ????gdz?1）（4— s?0式中σ——垂向主应力，Pa；Z H——地层垂深，m； 2)；．81 m/s g——重力加速度(93。——上覆层岩石密度，ρkg/m s 1 由于油气层中有一定的孔隙压力Ps，故有效垂向应力可表示为： ??（4—2）P??szz如果岩石处于弹性状态，考虑到构造应力等因素的影响，可以得到最大水平主应力为： ???????P?2EE1??S???124—3）P????（?? SH????11?21???式中σ——最大水平主应力，Pa；H ξ，ξ——水平应力构造系数，可由室内测试试验结果推算，无因次；21?——

水力压裂安全技术要求

水力压裂安全技术要求 SY/T6566－2003 国家经济贸易委员会2003－03－18批准 2003－08－01实施 前言 本标准由石油工业安全专业标准化技术委员会提出并归口。 本标准起草单位：吉林石油集团有限责任公司质量安全环保部、井下作业工程公司。 本标准主要起草人：宋泽明、宫长利、朱占华、毛杰民、付新冬、崔伟。 引言 水力压裂施工是油田开发、评价和增产的重要技术措施，也是一项风险较大的作业。由于压裂施工应用高压技术，野外作业，流动性大，涉及其它相关作业，经常接触石油、天然气等易燃易爆和其它有毒有害物质，易发生人员伤亡、环境污染等事故。为加强井下压裂施工安全管理，规范操作，搞好全过程施工作业，最大限度地避免发生事故，促进油田开发，提高经济效益，特制定本标准。 1 范围 本标准规定了水力压裂安全施工方法和技术要求。 本标准适用于水力压裂及相关施工作业。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB 150 钢制压力容器 SY 5727 井下作业井场用电安全要求 SY/T 5836 中深井压裂设计施工方法 SY 5858 石油企业工业动火安全规程 SY/T 6194 套管和油管 SY 6355 石油天然气生产专用安全标志 3 压裂选井和设计及施工队伍要求 3．1 压裂选井和设计应按SY/T 5836执行，并符合下列安全要求： a）套管升高短节组配与油层套管材质、壁厚相符； b）使用无毒或低毒物质； c）下井工具、连接方式应能保证正常压裂施工，并有利于压裂前后的其它作业； d）通往井场的道路能够保证施工车辆安全通行； e）场地满足施工布车要求。 3．2 压裂设计中应包括下列与安全有关的内容： a）存在可能影响压裂施工的问题； b）施工井场、施工车辆行驶路线说明及要求； c）地面流程连接、施工设备检查要求； d）试压、试挤要求； e）施工交接、检查要求；

煤矿井下水力压裂技术的发展现状与前景

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/0a6623247.html, 煤矿井下水力压裂技术的发展现状与前景 作者：郭晨 来源：《科学与财富》2016年第07期 摘要：我国煤炭安全生产形势依然严峻，增加煤层透气性、进行有效瓦斯抽放迫在眉 睫。水力压裂技术是目前增加煤层透气性最有效的方法之一，文章从水力压裂机理、封孔技术、工艺设备发展三方面，综述了我国井下煤层水力压裂技术的发展和应用前景。 关键词：水力压裂；煤层；增透；发展现状 基金项目：重庆科技学院研究生科技创新计划项目，编号：YKJCX2014047 目前我国煤炭行业的安全形势依然严峻，由于煤层透气性低、瓦斯难以有效抽放导致的瓦斯突出、爆炸等事故屡见不鲜，造成了巨大的人员伤亡和经济损失，因此，加强瓦斯抽放、增加煤层透气性势在必行。水力压裂技术已成为增加煤层透气性最有效方法之一，本文通过介绍水力压裂机理、封孔技术及工艺设备的研究现状，指出水力压裂技术研究的必要性与可行性，以期为工程应用提供参考。 1.水力压裂机理研究 水力压裂技术1947年始于美国，起初主要用于低渗透油、气田的开发中，在地面水力压裂方面的研究仅仅局限在石油、油气藏以及地热资源的地面钻井开采过程中[1]。前苏联科学 家在20世纪60年代开始在卡拉甘达和顿巴斯矿区进行井下水力压裂的试验研究[2]。目前针对井下煤层水力压裂增透技术的研究已取得了明显发展，国内学者郭启文、张文勇等经过试验与现场应用研究了煤层的压裂分解机理，指出水力压裂技术只能够在煤层内产生很少的裂缝，并会在裂缝周围产生应力集中区[3]，存在一定局限性。李安启等将理论与实践相结合，研究了 煤层性质对水力裂缝的影响，还在煤层压裂裂缝监测基础上提出了煤层水力裂缝的几何模型。 在水力压裂机理方面的研究，国内外学者对水力压裂在油气系统地面钻井压裂、煤炭行业井下增加煤层透气性方面都进行了较为深入的研究，但其压裂机理方面仍存在一定分歧，不能很好的控制水力压裂的效果。随着我国煤炭安全生产逐步发展和穿煤隧道等工程的逐步建设，水力压裂技术将大范围推广应用，因此加强水力压裂技术理论研究势在必行。 2.压裂钻孔封孔技术研究 煤层水力压裂钻孔封孔是有效实施水力压裂技术的关键，而封孔质量的好坏取决于两个主要因素：①封孔材料，需要选择性能良好、价格适中、易于操作的材料；②封孔的长度，封孔长度太短会导致高压水的渗漏，太长会造成人力、材料、时间的浪费。因此，要使水力压裂技术能够有效开展，必须在选取“物美价廉”的封孔材料的同时，研究材料承载能力与封孔长度之

义煤集团水力压裂实施方案

义煤集团公司矿井水力压裂技术 实施方案 义煤集团公司 二00九年五月八日

义煤集团公司水力压裂技术实施方案 义煤集团公司现有5对突出矿井，主要煤层二1煤赋存极不稳定，全层未构造煤，透气性差，煤质松软，打钻成孔困难，预抽效果差，瓦斯治理难度大、治理任务艰巨。 中部义马煤田的5对矿井为集团公司骨干矿井，主采煤层为侏罗纪长焰煤，煤质硬脆，厚度大，其顶板为巨厚砾岩层，随着开采深度增加，矿井冲击地压危险性增大，且属于容易自燃发火煤层，煤层自然发火期15—30天，最短7天。 定向高压水力压裂技术在煤矿中的尝试应用，取得了初步的成效。为进一步提高突出矿井瓦斯抽采效果，搞好煤与瓦斯突出防治工作；利用水力压裂技术为中部矿井的冲击地压防治增加新的技术手段和开辟新的预防途径；在防治煤层自燃发火和综合防尘方面，也会带来明显的效果。为加快井下水力压裂技术的推广范围和扩大应用力度，使水力压裂技术在义煤集团全面推进，特制定本实施方案。 一、水力压裂技术机理简介 井下压裂的基本原理与地面煤层气井压裂相同，即将压裂液高压注入煤（或岩）体中原有的和压裂后出现的裂缝内，克服最小主应力和煤岩体的破裂压力，扩宽并伸展和沟通这些裂缝，进而在煤中产生更多的次生裂隙，从而增加煤层的透气性以便于进行瓦斯气体的抽

放；在高压水的作用下，利用人造裂缝与裂隙的通道进行煤体的湿润，从而达到软化煤体、进行煤体卸压的目的。 压裂液具有不可压缩性，其在煤层中的流动压裂过程是有一定顺序的，即由张开度比较大的层理或切割裂隙等一级弱面开始，而后是二级裂隙弱面，依次下去，直到煤层的原生微裂隙；压裂液的压裂分解作用是通过水在裂隙弱面内对壁面产生内压作用下，导致裂隙弱面发生扩展、延伸以至相互之间发生联接贯通，形成了相互交织的贯通裂隙网络，从而达到了提高煤层渗透率，增加钻孔瓦斯抽出率的目的。见压裂裂缝网络示意图1 图1 压裂裂缝网络示意图 压裂设备系统主要由压裂泵、混砂装置、水箱、指挥舱、高压管路、实时监测记录系统等组成。 压裂设备系统主要由压裂泵、混砂装置、水箱、指挥舱、高压管

水力压裂技术

水力压裂水力压裂：： 一项一项经久不衰的技术经久不衰的技术经久不衰的技术 自从Stanolind 石油公司于1949年首次采用水力压裂技术以来，到今天全球范围内的压裂施工作业量将近有250万次。目前大约百分之六十新钻的井都要经过压裂改造。压裂增产改造不但增加油井产量，而且由于这项技术使得以前没有经济开采价值的储量被开采了出来（仅美国自1949年以来就约有90亿桶的石油和超过700万亿立方英尺的天然气因压裂改造而额外被开采出来）。另外，通过促进生产，油气储量的静现值也提高了。 压裂技术可以追溯到十八世纪六十年代，当时在美国的宾夕法尼亚州、纽约、肯塔基州和西弗吉尼亚州，人们使用液态的硝化甘油压浅层的、坚硬地层的油井。目的是使含油的地层破裂，增加初始产量和最终的采收率。虽然使用具有爆炸性的硝化甘油进行压裂是危险并且很多时候是违法的，但操作后效果显著。因此这种操作原理很快就被应用到了注水井和气井。 在十九世纪三十年代，人们开始尝试向地层注入非爆炸性的流体（酸）用以压裂改造。在酸化井的过程中，出现了一种“压力从逢中分离出来”现象。这是由于酸的蚀刻会在地层生成不能完全闭合的裂缝，进而形成一条从地层到井的流动通道，从而大大提高了产量。这种“压力从逢中分离出来”的现象不但在酸化的施工现场，在注水和注水泥固井的作业中也有发生。 但人们就酸化、注水和注水泥固井的作业中形成地层破裂这一问题一直没有很好的理解，直到Farris 石油公司（后来的Amoco 石油）针对观察井产量与改造压力关系进行了深入的研究。通过此次研究，Farris 石油萌生出了通过水力压裂地层从而实现油气井增产的设想。 第一次实验性的水力压裂改造作 业由Stanolind 石油于1947年在 堪萨斯州的Hugoton 气田完成（图 1）。首先注入注入1000加仑的粘 稠的环烷酸和凝稠的汽油，随后是 破胶剂，用以改造地下2400英尺 的石灰岩产气层。虽然当时那口作 业井的产量并没有因此得到较大 的改善，但这仅仅是个开始。在 1948年 Stanolind 石油公司的 J.B.Clark 发表了一篇文章向石油 工业界介绍了水力压裂的施工改造过程。1949年哈里伯顿固井公司（Howco）申请了水力压裂施工的专利权。 哈里伯顿固井公司最初的两次水力压裂施工作业于1949年3月17日，一次在奥克拉荷马州的史蒂芬郡，总花费900美元；另一次在位于得克萨斯州的射手郡，总花费1000美元，使用的是租来的原油或原油与汽油的混合油与100到150磅的砂子（图2）。在第一年中，332口井被压裂改造成功，平均增加了75%的产量。压裂施工被大量应用，也始料未及地加强了美国的石油供应。十九世纪五十年代中期，压裂施工达到了每月3000口井的作业量。第一个过五十万英镑的压裂施工作业是由美国的Pan 石油公司（后来的Amoco 石油，现在的BP 石油）于1968年10月在奥克拉荷马州的史蒂芬郡完成的。在2008年世界范围内单级花费在1万到6百万美元之间的压裂作业超过了5万级。目前，一般的单井压裂级数为8到40

国内水力压裂技术现状

280 水力压裂技术又称水力裂解技术，是开采页岩气时普遍采用的方法，先多用于石油开采和天然气开采之中，其原理时利用水压将岩石层压裂，从而形成人工裂缝，然后让裂缝延伸到储油层或者储气层，从而提高油气层中流体流动能力，然后通过配套技术使石油天然气在采油井中流动，从而被开采出来。这项技术具有非常广泛的应用前景，可以有效的促进油气井增产。 1?水力压裂技术的出现和发展 水力压裂技术是1947年在美国堪萨斯州实验成功的一项技术，其大规模利用是出现在1998年，在美国开采页岩气的时候，作为一项新的技术使用，而这项技术的运用，使美国美国页岩气开发的进程和效率大大加快。 水力压裂技术在中国的研究和开发开始于二十世纪五十年代，而大庆油田于1973年开始大规模使用这项技术，迄今已有30年历史。而随着时代的发展，中国的压裂技术已经有了长足进步，已经非常接近国际先进水平。而在技术方面，由于不断引进和开发相关的裂缝模拟软件等，通过多次的实验研究，在很大程度上实现了裂缝的仿真模拟。而相应的技术也使用在了低渗透油气田的改造工作中，并且在中高渗透性油田也有广泛应用。这项技术在低渗透油田的应用技术已经非常接近国际水平，相比较差距非常小。 2?水力压裂技术的发展现状 随着时代的发展，水力压裂技术也随之不断发展，逐渐成为一项成熟的开采技术。而这项技术具有一定的进步性，主要表现在以下方面： （1）从单井到整体的优化。最开始的时候，由于受技术限制，水力压裂技术只能针对一口井来使用，难以考虑到整体的效益。而随着技术的逐渐成熟，这项技术可以广泛的运用到整个油藏之中，可以对整个油藏进行优化设计，实现油藏的有效合理开发。 （2）在低渗透油藏的开发运用。由于受各种因素的影响，低渗透油藏大都难以有效的开发利用，虽然在各项新技术的使用下得到了一定得好转，但是低渗透油藏的开发依旧是举步维艰。而水力压裂技术的日益成熟，很大程度上改善了这一状况。通过综合考虑水利裂缝的位置和导油能力，使用水力压裂技术使油藏的流体流动能力进一步增强，从而实现低渗透油藏的最大程度的开采利用。 （3）水力裂缝的模型逐渐从二维转变为拟三维。水力裂缝的拟三维模型可以适用于各种不同的地层，可以非常真实的模拟水力压裂的过程，可以更好的更为直观的预测和观测水力压裂的使用进度，更好的对水力压裂过程进行控制，不但提高了效率，还可以在很大程度上节约成本。 （4）水力压裂规模扩大。随着技术的成熟和配套设施的完善，水力压裂的作业规模也随之变大，从最初的几立方米到现在几十甚至上百立方米，在很大程度上提高了效率，也提高了低渗透油藏的采油率，实现了油藏的有效利用，因而成为开采作业中非常重要的技术之一。 3?水力压裂技术的发展方向和前景 水力压裂技术具有广阔的发展前景，因为随着石油资源的逐年开采，低渗透油藏广泛出现，水力压裂技术之外的技术虽然可以一定程度上改善低渗透油藏难以开采的现状，但是随着时代的发展，水力压裂技术逐渐广泛使用在低渗透油藏之中，使低渗透油藏的开采效率大大增加。 （1）在低渗透油藏重复压裂促进采油率。主要的发展研究方向主要是加强对油藏状况的研究，建立科学的压裂模型，还要做到实时监测水力裂缝，对裂缝进度进行模拟和控制，其次利用高排量和大输砂量的泵注设备，进行注入作业，从而实现低渗透油藏的有效开发。 （2）做好拟三维化模型向全三维化模型的转换，全三维化模型可以非常有效的、更为直观的模拟和观测地下裂缝的进度，可以非常有效的控制水力压裂技术的科学使用。还要做好油气藏模拟技术的研发，配合三维化模型，更好的观测和了解油藏状态，从而做出合理的高效的开采计划。 （3）针对传统的水力压裂技术会出现污染地下水的问题，可以在无水压裂液体系做出研究，实现高能气体压裂技术和高速通道压裂技术等新技术的开发和利用，实现提高开采效率和环境保护的双赢。 有水压裂到无水压裂，从直井压裂到水平井分段压裂，从常规的压裂技术到现在的体积改造技术，压裂技术不断进步的同时，为人类带来了丰富的油气资源。而随着油藏开发，大量低渗透油藏的出现，给水力压裂技术的使用带来了广阔的空间，因而水力压裂技术拥有非常好的发展前景。 4?结束语 水力压裂技术是油气开发中所需要的非常重要的配套技术，而水力压裂技术和开采开发之间的结合，很大程度上提高了采油效率，降低了成本，在很大程度上提高了开采水平，使低渗透油藏得以稳定生产。而我国在这一技术上进行了大量投入，从研究人员和设施上，为技术的发展提供了很好的支持。而这一技术的逐步发展，在很大程度上提高了我国油气的开发效率，也很大程度改善了我国的石油供应紧张的现状，为我国的可持续发展做出了重大贡献，而作为油气开发的重要技术，水力压裂技术也会进一步发展，实现更高效率的油气开采。 国内水力压裂技术现状 续震?1，2 卢鹏?1，3? 1.西安石油大学 陕西 西安 710000 2. 延长油田股份有限公司杏子川采油厂 陕西 延安 717400 3.延长油田股份有限公司下寺湾采油厂 陕西 延安 716100 摘要：最早的水力压裂技术出现于1947年，而现代使用的水力压裂技术则是1998年首次使用。这项技术的出现，是油气井增产出现了新的希望，帮助石油开采取得了很好的技术成就和经济效益，从而使这项技术在我国石油开采上广泛应用，并取得了很好的成果。本文针对我国水力压裂技术的现状和发展前景做出研究。 关键词：水力压裂?现状?前景

水力压裂技术方案

国投新集能源股份有限公司新集二矿 GUO TOU XIN JI NENG YUAN GU FEN YOU XIAN GONG SI XIN JI ER KUANG 新集二矿煤层增透技术试验方案 设计： 审核： 安徽理工大学 国投新集能源股份有限公司新集二矿 编制日期：2014年2月17日

1概况 为提高预抽钻孔抽采效果，缩短预抽时间，保证矿井安全生产及采掘接替。将在-650m1煤西翼截水巷进行预抽钻孔高压水力压裂项目的研究。以解决矿井煤层透气性差、瓦斯预抽困难的难题。为保证压裂有序、顺利实施，特编制此安全技术措施。 2试验区域概况 -650m1煤西翼截水巷与地面相对位置处于矸石山西面。该区域范围的地面水体及其它对本工程施工不构成影响。 -650m1煤西翼截水巷主要在1灰及其顶、底板岩石、煤线，1煤组底板岩石层位中向前掘进。巷道施工过程中将会揭露2灰。巷道依次揭露岩性如下： 2灰：厚度1.1～3.8m，平均2.4m。粉砂岩：厚度0.5～1.9m，平均1.2m。细砂岩：厚度2.1～4.3m，平均3.2m。铝质泥岩：厚度0.3～1.1m，平均0.6m 。1灰：厚度1.1～3.8m，平均2.4m。砂质泥岩:厚度1.8～3.4m，平均2.5m。泥质砂岩：厚度14.0～18.2m，平均15.0m。 -650m1煤西翼截水巷掘进过程中揭露岩层走向一般为85°～100°，倾向一般为355°～10°，岩层倾角一般为5°～20°，平均倾角9°左右。岩层以单斜构造为主，根据上覆6、8煤层回采情况分析：预计巷道施工过程中，中、小断层、褶曲可能较为发育，局部煤（岩）层反倾（南倾）、裂隙较发育。 3水力压裂增透防突技术原理 3.1 水力压裂机理及过程分析 1．水力压裂机理分析 水力压裂的基本原理是将高压水( 压裂液) 注入煤体中的裂缝内( 原有裂隙和压裂后出现的裂隙) ，克服最小主应力和煤体的抗裂压力，扩宽伸展并沟通这些裂缝，增加煤层相互贯通裂隙的数量和增大单一裂隙面的张开程度，进而在煤体中产生更多的人造裂缝与裂隙，从而增加煤层的透气性。 2．水力压裂过程分析 煤层水力压裂是一个逐渐湿润煤体、压裂破碎煤体和挤排煤体中瓦斯的注水过程。在注水的前期，注水压力和注水流量随注水时间呈线性升高；随后，注水压力与流量反向变化，并呈波浪状。这直观反映出了在注水初期，具有一定压力和流速的压力水通过钻孔进入煤体裂隙，克服裂隙阻力运动。当注入的水充满现有裂隙后，水流动受到阻碍，由于煤体渗透性较低，导致水流量降低，压力增高而积蓄势能；当积蓄的势能足以破裂煤体形成新的裂隙时，压力水进入煤体新的裂隙，势能转化为动能，导致压力降低，水流速增加；当注入的水( 压裂液) 携带煤泥堵塞裂隙时，煤体渗透性降低，水难以流动使流量下降，压力上升。

关于水力压裂设备及技术的发展及应用

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

水力压裂综述

文献综述 前言 水力压裂是油田增产一项重要技术措施。由地面以超过地层吸收能力的排量高压泵组将液体注入井中，此时，在井底附近便会蹩起压力，当蹩气的压力超过井壁附近地层的最小地应力和岩石抗张强度时，在地层中便会形成裂缝。随之带有支撑剂的液体泵入缝中，裂缝不断向前延伸，这样，在地层中形成了具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝。由于压裂形成的裂缝提高了产油层导流能力，使油气能够畅流入井内，从而起到了增产增注的作用。 为了完成水力压裂设计，在地层中造成增产效果的裂缝，需要了解与造缝有关的地应力、井筒压力、破裂压力等分布与大小。这些因素控制着裂缝的几何尺寸，同时对与地面与井下设备的选择有关。同时，用于水力压裂的压裂液的性能、数量，支撑剂的排布情况关系到裂缝的几何尺寸，压裂技术-端部脱砂技术，对提高压裂效果起到很大作用，这些因素关系到能否达到油田增产的目的，需要进行详细研究。在建立适当的裂缝扩展模型的基础上，实现现场实际生产情况的模拟研究，对进一步优化水力压裂参数，提高压裂经济实用性起到很大作用。 这项油田增产措施自发展以来，得到国内外广泛采用，并且经不断的开发试验，已取得很大成效。 水力压裂技术的发展过程 水力压裂技术自 1947 年美国堪萨斯州进行的的第一次试验成功以来，至今近已有60余年历史。它作为油井的主要增产措施，正日益受到世界各国石油单位的重视及采用 ,其发展过程大致可分以下几个阶段: 60 年代中期以前 ,各国石油公司的工作者们的研究工作已适应浅层的水平裂缝为主，此时的我国主要致力于油井解堵工作并开展了小型压裂试验。 60 年代中期以后 ,随着产层加深 ,从事此项事业的工作者以研究垂直裂缝为主。已达成解堵和增产的目的。这一时期 ,我国发展了滑套式分层压裂配套技术。 70 年代 ,工作进入到改造致密气层的大型水力压裂阶段。我国在分层压裂技术的基础上 ,发展了蜡球选择性压裂工艺 ,以及化学堵水与压裂配套的综合

页岩气气井压裂用井口

页岩气气井压裂用井口技术规格书 一、产品设计、制造、检验执行的规范和标准： 1、SY/T5127-2002《井口装置和采油树规范》 2、API 5B《石油天然气工业套管油管和管线管螺纹加工测量和检验》 3、NACE MR0175《油田设备用抗硫化物应力开裂的金属材料》 4、API Q1《石油和天然气工业质量纲要规范》 5、A193《高温用合金钢和不锈钢螺栓材料规范》 6、A194《高温高压螺栓用碳钢和合金钢螺母规范》 7、SY5308《石油钻采机械产品用涂漆通用技术条件》 二、页岩气气井压裂用井口内容： 1、页岩气气井井压裂用井口是指安装在油管头之上的采气井口装置。 2、主要技术参数： 规范级别：PSL3 性能级别：PR1 材料级别；EE级 温度级别：P.U 额定工作压力：105MPa 通径：103.2mm 3、主要结构形式、配套和要求： ▲油管挂： 上、下部（两端）为油管长圆扣，主副密封为橡胶密封，油管挂主密封尺寸与原油管头内孔吻合，油管挂上部伸出油管头法兰160mm，外径192mm（7-5/8"）。 ▲盖板法兰： 规格为11″×105 MPa-4-1/16"×105 MPa，法兰厚度220mm ？，大端下部内径192mm，装有两道BT或P型密封，设有注脂孔及试压孔。 ▲阀门及仪表法兰： 盖板法兰之上装两只暗杆式阀门，规格4-1/2"×105 MPa。两只阀门之间安装一片仪表法兰，法兰配接头、考克、压力表。

▲异形四通： 异形四通通径103.2mm，通孔面加工法兰规格4-1/2"×105 MPa。 ▲双法兰短接： 三只双法兰短接，规格4-1/2"×105 MPa---3-1/2"×105 MPa，每只总长度400mm。 ▲盲法兰： 数量：6片，规格4-1/2"×105 MPa，配齐与双法兰短接连接螺栓、螺帽。▲“Y”型三通： 数量：3只，通径103.2mm，端部法兰规格4-1/2"×105 MPa。 三，增配转换法兰 增配盖板法兰一只： 规格为11″×70 MPa-4-1/2"×105 MPa，法兰厚度220mm ？，大端下部内径192mm，装有两道BT或P型密封，设有注脂孔及试压孔，。 四，出厂前要求： 页岩气井压裂用井口出厂前使用11″×105 MPa-4-1/2"×105 MPa 进行连接组装并做气密封试压合格后方可出厂。

水力压裂技术新进展

万方数据

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６４江汉石油职工大学学报 ８压裂实时监控技术 实时监控和监测技术，是通过在施工现场实时地测定压裂液、支撑剂和施工参数，模拟水力裂缝几何形状的发展，随时修改施工方案，以获得最优的支撑裂缝和最佳的经济效益。 （１）施工参数监控，包括排量、泵压、砂比等由仪表车直接显示和控制。 （２）压裂质量监测：分别监测混砂车出、人口压裂液（携砂液）的流变性、温度、ｐＨ值等参数，对压裂液流变性，特别是加人各种添加剂后的性能以及携砂能力进行定量分析，常用的仪器为范氏系列粘度计，并在模拟剪切和地层温度条件下模拟整个施工过程。对于延缓硼交联压裂液和延缓释放破胶剂体系，矿场实时监测更为重要。 （３）实时压力分析：根据测定的施工参数和压裂液参数用三维压裂模拟器预测井口或井底压力，并与实际值进行拟合，预测施工压力变化（泵注和闭合期间）和裂缝几何形状。主要用途如下： ①识别井筒附近的摩阻影响（射孔和井筒附近裂缝的弯曲），并能定性判断其主要影响因素，判断井筒附近脱砂的可能性； ②评价压裂设计可信程度：如果施工压力与矿场实时预测压力相吻合，则设计的裂缝几何形状是可信的； ③预测砂堵的可能性； ④确定产生的水力裂缝几何形状Ｉ ⑤提供施工过程的图像和动画信息。 矿场实时分析随着便携式计算机的发展，在矿场上得到了广泛应用，除ＧＲＩ外，其它石油公司也都相继研制和发展了这套系统。在实际应用中．经常与小型压裂测试分析结合应用。 ９ＦＡＳＴＦｒａｃ压裂管柱 贝克石油工具公司新近开发出一种连续油管压裂系统一ＦＡ刚下ｒａｃ压裂管柱，用于对先前未处理到的层位进行选择性的增产措施，从而获得比常规压裂更高效、更经济的压裂效果。应用该技术能一趟管柱实现多层隔离与措施。从而降低了修井作业成本，节省了完并时间。由于该连续油管传送系统能保证高比重压井液不接触生产层，使完井和增产措施均不造成油井伤害，从而快速实现生产优化。ＦＡｓＴＦｒａｃ工具与Ａｕｔｏ—Ｊ系统组成一个整体，Ａｕｔｏ—Ｊ系统的作用是保证连续油管将压裂管柱送入或从井筒中起出。措施时，上部封隔元件和下部封隔元件能隔离一个或多个生产层。一旦第一次措施完毕，系统就复位并重新设置，下入另一个生产层。无论是ＦＡ跚下ｒａｃ封隔器和桥塞系统，还是固定跨式双封隔器系统均能对过去遗漏的小型袋状油气藏实施经济高效的增产措施。 １０新型ＣＫＦＲＡＱ压裂充填系统 贝克石油工具公司新近研制成功新型ＣＫＦＲＡＱ系统，该系统由多个高性能井下工具组件组成，尤其适用于极高流速和高砂比条件下。在应用软件的辅助下，ＣＫＦＲＡＱ系统可以对压裂充填作业（用陶瓷支撑剂）中的泵的排量和容量进行优化，同时还可以将卡泵和套管腐蚀风险降至最低。经过大量模拟和小规模室内实验，该工具被应用于现场。人们还通过小规模室内试验，对工具转向孔的几何形状进行了评估，目的是找出哪种几何形状的转向孔遭遇的腐蚀最轻。此外，还进行了样机试验，以确保尽可能地延长套管的使用寿命。 贝克石油工具公司称，从毁坏性对比试验中可以看出，ＣＫＦＲＡＱ系统的各种性能都胜过其它竞争产品。 今后的发展方向： （１）随着水力压裂施工的要求越来越高，压裂液和支撑剂的性能也需越来越高，因此必须加强高性能压裂液和支撑剂的研究与开发。 （２）开展有效的裂缝检测技术研究。目前压裂后裂缝的检测技术仍然是水力压裂技术的一个薄弱环节，国内外采用的检测方法虽然取得了一定的成效，但还有很大的局限性，还需要进一步的研究。 （３）在中高渗透地层中应用端部脱砂压裂技术，扩大水力压裂技术的应用范围。 （４）发展矿场实时监测和分析技术，提高施工的成功率和有效率。 ［参考文献］ ［１］Ｆ．ＧＵＥＫｕｒｕ等著．冯敬编译，一种适用于低渗透浅层油藏的压裂方法［Ｊ］．特种油气藏，２００４（６）．［２］吴信荣，彭裕生编，压裂液、破胶剂技术及其应用［Ｍ］．北京：石油工业出版社，２００３，９． ［３］马新仿，张士诚．水力压裂技术的发展现状［Ｊ］．河南石油，２００２（１）． ［４］ＰａｕｌＷＫｔｅ，ＪｏｈｎＤ．Ｈａｒｋｒｉｄｅｒ，ＦｒａｃｔｕｒｅＳｔｉｍｕｌａｔｉｏｎＯｐｔｉ删功ｔｉｏｎｉｎａＭａｔｕｒｅＷａｔｅｒｆｌｏｏｄＲｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，《ＪＰｌｒ》，Ｊａｎｕａｒｙ，２００３． ［５］ｓｈｙａｐｏｂｅｒｓｋｙＪ，ｃｈｕｄｎｏｖｓｋｙ．Ａｒｅｖｉｅｗｏｆｒｅｃｅｎｔｄｅｖｅｌ—ｏｐｍｅｎｔｉｎｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｃｓ诵ｔｈｐｅｔｒｏｌｅｕｍｅｎｇｉｎｅｅｒ—ｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ＳＰＥ２８０７４。１９９４．（下转第６７页） 　万方数据

页岩气开采压裂技术

页岩气开采压裂技术 摘要：我国页岩气资源丰富但由于页岩地层渗透率很低,页岩气井完井后需要经过储层改造才能获得理想的产量,而水力压裂是页岩气开发的核心技术之一。在研究水力压裂技术开发页岩气原理的基础上,剖析了国外的应用实例,分析了各种水力压裂技术( 多级压裂、清水压裂、水力喷射压裂、重复压裂以及同步压裂技术)的特点和适用性, 探讨了天然裂缝系统和压裂液配制在水力压裂中的作用。 关键词：水力压裂页岩气开采压裂液 0 前言 自1947年美国进行第1次水力压裂以来,经过50多年的发展,水力压裂技术从理论研究到现场实践都取得了惊人的发展。如裂缝扩展模型从二维发展到拟三维和全三维; 压裂井动态预测模型从电模拟图版和稳态流模型发展到三维三相不稳态模型,且可考虑裂缝导流能力随缝长和时间的变化、裂缝中的相渗曲线和非达西流效应及储层的应力敏感性等因素的影响; 压裂液从原油和清水发展到低、中、高温系列齐全的优质、低伤害、具有延迟交联作用的胍胶有机硼和清洁压裂液体系;支撑剂从天然石英砂发展到中、高强度人造陶粒,并且加砂方式从人工加砂发展到混砂车连续加砂;压裂设备从小功率水泥车发展到1000型压裂车和2000 型压裂车;单井压裂施工从小规模、低砂液比发展到超大型、高砂液比压裂作业;压裂应用的领域从特定的低渗油气藏发展到特低渗和中高渗油气藏(有时还有防砂压裂)并举。同时, 从开发井压裂拓宽到探井压裂,使压裂技术不但成为油气藏的增产增注手段,如今也成为评价认识储层的重要方法。 1 国内外现状 水力压裂技术自1947年在美国堪萨斯州试验成功至今近半个世纪了,作为油井的主要增产措施正日益受到世界各国石油工作者的重视和关注,其发展过程大致可分以下几个阶段: 60 年代中期以前, 以研究适应浅层的水平裂缝为主这一时期我国主要以油井解堵为目的开展了小型压裂试验。 60 年代中期以后, 随着产层加深, 以研究垂直裂缝为主。这一时期的压裂目的是解堵和增产, 通常称之为常规压裂。这一时期,我国进入工业性生产实用阶段,发展了滑套式分层压裂配套技术。 70年代，进入改造致密气层的大型水力压裂时期。这一时期,我国在分层压裂技术的基

水力压裂技术

第六章水力压裂技术 一、名词解释 1、水力压裂：常简称为压裂，指利用水力作用使油层形成裂缝的方法，是油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施，不仅广泛用于低渗透油气藏，而且在中、高渗油气藏的增产改造中也取得了很好的效果。 2、地应力：指赋存于地壳岩石中的内应力。 3、地应力场：地应力在空间的分布。 4、破裂压力梯度：地层破裂压力与地层深度的比值。 5、闭合压力（应力）：使裂缝闭合的压力，理论上等于最小主应力。 6、分层压裂：分压或单独压开预定的层位，多用于射孔完成的井。 7、裂缝的方位：裂缝的延伸（扩展）方向。 8、压裂液：压裂过程中，向井内注入的全部液体。 9、水基压裂液：以水为基础介质，与各种添加剂配制而成的压裂工作液。 10、交联剂：能将溶于水中的高分子链上的活性基团以化学链连接成三维网状型的结构，使聚合物水溶液形成水基交联冻胶压裂液。 11、闭合压力：使裂缝闭合的压力，理论上等于最小主应力。 二、叙述题 1、简述岩石的破坏及破坏准则。 答案要点：脆性与塑性岩石：在外力作用下破坏前总应变小于3%的岩石叫脆性岩石，总应变大于5%的岩石叫塑性岩石，总应变介于3～5%的岩石叫半脆性岩石。 岩石的破坏类型：拉伸破坏；剪切破坏；塑性流动。其中拉伸破坏与剪切破坏主要发生在脆性岩石。塑性流动主要发生在塑性岩石。 2、简述压裂液的作用。 答案要点：按泵注顺序和作用，压裂液可分前置液、携砂液和顶替液。其中，携砂液是 压裂液的主体液。○1前置液的作用：造缝、降温；○2携砂液的作用：携带支撑剂、延伸造缝、冷却地层；○3顶替液的作用：中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有预防砂卡的作用；注完携砂液后要用顶替液将井筒中全部携砂液替入裂缝中，以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。 3、简述压裂液的性能及要求。 答案要点：滤失少；悬砂能力强；摩阻低；稳定性；配伍性；低残渣；易返排；货源广、便于配制、价钱便宜。 4、压裂液有哪几种类型？ 答案要点：水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液、乳化压裂液、醇基压裂液、胶束压裂液。 5、简述常用破胶剂及其作用。 答案要点：主要作用：是使压裂液中的冻胶发生化学降解，由大分子变成小分子，有利于压后返排，减少对储集层的伤害。 常用的破胶剂：包括酶、氧化剂和酸。生物酶和催化氧化剂系列是适用于 21～54 ℃的低温破胶剂；一般氧化破胶体系适用于 54～93 ℃，而有机酸适用于 93 ℃以上的破胶作用。 6、影响支撑剂选择的因素有哪些？ 答案要点：（1）支撑剂的强度：一般地，对浅地层（深度小于1500m ）且闭合压力不大时使用石英砂；对于深层且闭合压力较大时多使用陶粒；对中等深度（ 2000 m 左右）的地层一般用石英砂，尾随部分陶粒。 H p F F =α

滑套式水力喷射分段压裂技术

滑套式水力喷射分段压裂技术 【摘要】滑套式水力喷射分段压裂技术将投球打滑套工艺同水力喷射相结合。施工时从油管投入相应尺寸阀球，打开喷枪内置滑套，同时封堵下层。然后地面加压，在喷嘴形成高速射流，切开套管，水泥环，在地层中形成一定直径和深度的孔眼；同时油套环空小排量注入，使得环空压力略低于地层破裂压力，继续喷射，即可在喷射点形成裂缝。本层施工结束后，再从油管投入相应尺寸阀球，打掉上层喷枪滑套，封堵本层，即可进行上层施工。依此投入由小到大阀球可实现分层压裂。 【关键词】滑套式水力喷射 1 引言 滑套式水力喷射分段压裂工艺是基于定点水力喷射基础上研发的。滑套式水力喷射压裂工艺可以实现多层压裂，且无须拖动管柱，只需按顺序逐级投入由小到大阀球。操作简单、施工周期短、造缝位置准确、作业成本低，避免了机械封隔器分段压裂时可能带来的封隔器卡阻问题，适用于大部分水平井和直井分层段压裂，对于已射孔、井段大、无隔层压裂井改造非常有针对性。目前压裂公司已在辽河油区内外成功施工了6口井（4口直井、2口水平井），效果显著。 2 技术原理 滑套式水力喷射是将水力喷射和打滑套分层技术相结合的一门工艺技术。 水力喷射由油管及环空挤压共同完成。通过安装在施工管柱上的水力喷射工具，高压能量转换成动能，产生高速射流冲击（或切割）套管和岩石，在地层形成一个（或多个）喷射孔道，完成水力射孔。高速流体的冲击作用在近井地带产生微裂缝，裂缝产生后环空增加一定压力使产生的微裂缝得以延伸，实现水力喷射压裂。同时由于喷嘴出口周围流体速度最高，其压力最低，故流体会自动泵入裂缝而不会流到其它地方。环空的流体也会在压差作用下进入射流区被吸入地层（图1）。 滑套式水力喷射分段压裂工艺是基于水力喷射基础上研发的。在喷枪内安置滑套，由销钉固定。从油管投入钢球，销钉在一定压差下剪断，滑套打落，喷嘴露出，同时钢球落入球坐，封堵下层，然后进行水力喷射。 3 技术优势 （1）水平井或直井多段压裂不用封隔器或桥塞等隔离工具，可实现自动封隔，施工风险小且操作简便。 （2）利用滑套式喷射器实现不动管柱喷射压裂工艺，一次管柱可进行多段

水力压裂技术发展及展望

报告题目：水力压裂技术近期发展及展望 目录 一、弓I 言.............................................................. -2-.. 二、发展及简介........................................................... 般-… 2.1发展历程 ........................................................ 般-… 2.2原理简介 ........................................................ 般-… 三、近期进展............................................................ -.3-… 3.1植物胶及其衍生物 ................................................ -3-. 3.2纤维素及其衍生物 ................................................ -3-. 3.2.1 羧甲基纤维素钠(CMC) ................................. -.4- 3.2.2改性羧甲基纤维素(CMPC) (4) 3.2.3羟乙基纤维素(HEC) (4) 3.2.4羧甲基羟丙基纤维素醚(CMHPC) .......................... .-4- 3.3合成聚合物 ...................................................... -5-.. 3.3.1丙烯酰胺类................................................ - 5-.. 3.3.2丙烯酸酯类................................................ - 5-..

页岩气压裂技术现状及发展建议_薛承瑾

第39卷第3期石 油 钻 探 技 术Vo l .39No .32011年5月PET RO L EUM DRIL LI NG T ECHN IQ U ES M ay ,2011 收稿日期:2011-03-16;改回日期:2011-04-27。 作者简介:薛承瑾(1963—),男,江苏涟水人,1984年毕业于华东石油学院采油工程专业,2005年获中国石油大学(北京)油气开发工程专业博士学位,教授级高级工程师,副总工程师,SPE 终身会员,长期从事油气田开发方面的研究工作。 联系方式:(010)84988089,xuecj .sripe @sinopec .com 。基金项目:国家重大科技专项“3000型成套压裂装备应用技术研究及应用示范”(编号:2011ZX05048-006)资助。 页岩气钻井完井技术专题 doi :10.3969/j .issn .1001-0890.2011.03.004 页岩气压裂技术现状及发展建议 薛承瑾 (中国石化石油工程技术研究院,北京　100101) 摘　要:页岩气分布广泛,开发潜力巨大,是常规石油天然气的理想接替能源。但是,页岩气成藏规律、储集空间、渗流规律以及开发模式有其自身特点,特别是储层具有低孔特征和极低的基质渗透率,给有效开发带来很大的困难和挑战,而水平井分段压裂是页岩气成功开发的主体技术。北美地区页岩气开发已实现商业化,并逐渐形成了一系列以实现“体积改造”为目的的页岩气压裂技术。我国页岩气资源丰富,前景广阔,但尚处于起步阶段。因此,了解北美地区页岩气储层特点和开发技术,加快技术研发和应用力度,尽快形成和配套适应我国页岩气压裂技术应用的基础理论与技术系列,对于加快我国页岩气勘探开发步伐具有现实意义。概述了国内外页岩气开发现状,详细分析了页岩气的储层特征,重点介绍了国外页岩气压裂技术进展和形成的系列工艺技术,并结合目前形势对我国页岩气压裂技术的发展提出了一些建议。 关键词:页岩气压裂压裂液发展趋势 中图分类号:T E37;T E357.1+1 文献标识码:A 文章编号:1001-0890(2011)03-0024-06 Technical Advance and Development Proposals of Shale Gas Fracturing Xue Chengjin (S inopec Research Institute o f Petroleum Engineering ,B eijing ,100101,China ) A bstract :Widely distributed shale gas reserves with huge development potentials are an ideal alternative re -source .However ,due to its accumulation characteristics ,reservoir space ,seepage law ,and development pattern ,and its extremely low porosity and matrix permeability ,there are great difficulties and challenges to effective develop -ment of shale gas .H orizontal w ell fracturing has become the main technique in developing shale gas .Commercial development of shale gas in some countries especially in the United States has been achieved and a series of technol -ogies have been developed in shale gas reservoir stimulation .In China ,there is a bright prospect for the abundant shale gas development ,while it is still in its early stage .Understanding No rth American shale gas reservoir charac -teristics and development technology ,and accelerating technology research and application in order to develop and form fundamental theory and technology in shale gas fracturing has practical significance for accelerating the pace of shale gas ex plo ration and development .This paper overviewed worldw ide shale gas development and analyzed its characteristics .The progress on shale gas fracturing technology was highlighted and recommendations on shale gas development in China were provided . Key words :shale g as ;fracturing ;fracturing fluid ;developing trend 1　概　述 页岩气在全球范围内分布广泛,且开发潜力巨大。20世纪90年代以来,美国、加拿大等北美国家页岩气勘探取得成效,开发技术趋于成熟。据测算,全球页岩气资源量约为456×1012 m 3 ,其中美国的 页岩气资源量接近30×1012 m 3[1] 。页岩气的勘探开