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爆燃压裂技术介绍

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目录

1、爆燃压裂技术研究及应用现状 (2)

2、爆燃压裂增产机理 (7)

3、产品规格及技术参数 (11)

4、爆燃压裂设计 (12)

5、爆燃压裂施工作业程序(以LF13-1油田6井为例) (18)

6、爆燃压裂联作技术 (21)

7、爆燃压裂测试 (22)

8、海上爆燃压裂酸化联作技术 (25)

1、爆燃压裂技术研究及应用现状

爆燃压裂技术也称为气动力造缝、气动力脉冲压裂、热化学处理、推进剂压裂等。它是利用火药或火箭推进剂快速燃烧产生的高温高压气体,使油气水井增产增注的新技术。它形成的缝长可达到5~8m,并顺着射孔孔眼随机形成3~8条裂缝。

它起源于19世纪60年代,向水井中开枪产生振动可以增加水量,但由于炸药的燃烧速度过快(以km/s计),破坏井身结构,岩石破碎带半径不大,且会在破碎带之外,形成压实带,增产效果不显著,所以逐渐被淘汰。在当代,把推进剂用于油气井增加产量,美国约起源于20世纪70年代,这一时期主要是在研究岩石力学,提出气驱裂缝是岩石力学的重要基础。进入20世纪80年代,美国开展把推进剂用于在压裂油气井进行增产的研究,还对各种推进剂的压裂性能进行了研究,在前苏联把这项技术称为热气化学处理,在美国也叫做脉冲压裂、多裂缝压裂。

表1-1是1980年美国人Schmidt在内华达核试验基地坑道内针对水平套管井所做的试验结果。试验结果和理论计算都证明,裂缝的条数取决于井筒内的升压速率。爆燃压裂在油层中造成的是多条径向缝。

表1-1 压力特性与裂缝性质

实验名称峰压

(MPa)

升压速率

(MPa/ms)

脉冲时间

(ms)

裂缝性质

GF1 13 0.6 900

GF2 95 140 9

GF3 >~200 >10,000 ~1

我国在此方面的研究与应用工作稍晚于美国,自1985年西安石油学院与西安近代化学所在国内开展爆燃压裂的研究与推广以来,最初将之统称为爆燃压裂技术,国内爆燃压裂技术经过近三十年的研究与推广,已经发展为一项基本成熟的、在各油田应用中取得了良好经济效益的、正在向综合性压裂发展的油气层改

造增产新技术。爆燃压裂已经发展有有壳弹,无壳弹,液体药,可控脉冲等新技术,其中无壳弹爆燃压裂技术在全国各油田均得到了推广应用。近年爆燃与射孔,水力压裂,酸化等联作技术,在各个油田都得到了较普遍的推广。

在火药应用方面,也由最初的炸药发展为单基药(主要成分为硝化纤维素、安定剂、缓燃剂)、双基药(硝化纤维素、硝化甘油、安定剂、增塑剂)、三基药(基础上在加入固体含能材料,如黑索金),这些火药在成分上也添加了部分炸药成分,并且存在燃速、火药力和温度等方面受限范围,近十年来,由于我国航天技术的发展,需要寻求一种更大爆燃气体推力、更耐高温的高能燃料,复合推进剂因此孕育而生,随后在国内开始采用复合推进剂进行爆燃压裂,在名称称谓上也多称之为“爆燃压裂”,它属于爆燃压裂的一个分支,在爆燃压裂常规复合推进剂基础上,还发展了多脉冲复合推进剂,可通过火药控制,达到多次起爆效果,单次起爆火药用量更少,具有更安全、效果更佳的特点。此外总装药量大,但是多脉冲中每个脉冲药量少,对套管损伤更小;对储层产生机械振动次数增加,可以冲刷射孔压实污染物。在使用上可放置于射孔枪外部,与射孔进行联作,称之为袖套式射孔技术,克服了常规外套式复合射孔,用量少、容易炸枪等缺点。

在未来,该项技术还在不断的发展创新,从火药来说,火药量越来越多,燃烧速度越来越慢;从应用范围来说,从直井发展为水平井,从油井到注水井,再到气井,目前也在浅层气井中应用;此外也和其它技术不断复合,例如与水力压裂技术复合、与酸化技术复合、与射孔技术复合;此外从井筒也逐渐扩展到地层中,发展为爆燃压裂的另一个分支“层内爆炸”技术。

(1)爆燃压裂技术普遍应用效果情况

爆燃压裂起初应用于美国、俄罗斯和中国,现在应用的地域逐步扩大,以俄罗斯为中心,扩大到土库曼、越南、乌克兰、乌兹别克斯坦、哈萨克斯等;以美国为中心,扩大到加拿大、委内瑞拉,爆燃压裂技术在国内大庆、长庆、胜利、辽河、大港、吉林、中原、青海、吐哈、塔里木、塔河、新疆、江苏、普光、南海东部等油田上万口井中进行了应用。

例如近三年,该技术已在长庆油田、延长油田、吉林油田服务1000余井次,取得了明显的效果,应用有效率达到80%。部分井应用情况如表1-2所示。

表1-2扶余采油厂老油井施工效果

序号井号/或区块

标定产量核实累积有效增

日产液核实日产油

吨吨吨

1 东11-8.

2 3.81 0.17 57.8

2 西39-27 2.47 0.04 24.8

3 东26-17 7.63 0.78 5.2

4 中31.2 8.24 0.83 32.0

5 中48.2 9.71 1.00 32.8

6 中120.2 2.6

7 0.11 136.6

7 中6-10.4 1.76 0.16 118.8

8 东29-9.2 3.04 0.11 18.7

9 东12-30 2.29 0.16 4.3

10 中10-8.1 5.89 0.38 12.2

11 西33-23.4 2.27 0.42 150.5

12 西3-14.4 6.85 0.50 94.6

13 东15-23.2 1.74 0.04 22.0

14 西24-01.4 4.05 0.30 22.4

15 东20-04 1.90 0.78 21.6

16 东16-18 2.31 0.40 29.4

17 中89.3 3.87 0.13 10.8

18 东40-18.2 1.55 0.05 25.4

19 西21-25 5.55 0.74 81.8

20 东+74-9.4 2.81 0.14 241.2

21 西9-01.2 3.45 0.32 74.3

22 东11-6.2 5.77 0.28 11.2

23 西检14 6.08 0.37 128.5

24 西23-6.21 3.12 0.19 61.3

25 西31-25.2 2.70 0.56 10.7

26 东+8-5.1 2.51 0.30 52.2

27 东4-25.4 2.58 0.23 29.1

28 扶平27 1.15 0.63 134.9

29 扶平78 2.38 1.00 123.5

目前,爆燃压裂技术在中国海上油田已成功应用两井次,2014年5月12日,在南海东部LF13-1油田26H井进行首次爆燃压裂作业;2015年4月28日-29日,LF13-1油田6井再次进行爆燃压裂作业。

这两口井作业情况,如表1-3所示。特别是LF13-1油田6井,作业后,产油量为原产油量约3倍,含水保持不变,作为低渗油井一跃成为陆丰油田产量最

高的生产井。

表1-3 爆燃压裂酸化技术在南海东部油田应用情况(截至15年6月底)

序号井号孔隙度

-%

渗透率

-md

垂深

-m

距离底

水距离

-m

爆燃前

产油量

-bpd

爆燃后

产油量

-bpd

已累计

油量

-万方

1 LF13-1-26H 7.4-13.9 8-36.7 2500 3 0 67 0.158

2 LF13-1-6 13.5-17.1 5.9-185.8 2500 1.9 410 1115 0.656

(2)近水储层改造爆燃压裂应用情况

例如,长庆底水油层油藏具有边底水活跃,天然能量充足,且以弹性水驱为主的特点,之前采取的措施手段有:深穿透负压射孔、挤活性水解堵、小型水力压裂和酸化等,这些工艺虽然在一定程度上解决了底水油藏的投产和增产问题,但存在一定的局限性,2000年5月,对吴起油田20口底水油帽油层油井进行爆燃压裂试验,施工成功率100%,并在胜利山、寨子河、铁边城、长官庙等油区推广,截止2008年底累计施工1238井次,措施增油占总日产量的52.4%,工艺成功率95%,2009年在长庆油田的Y8,长3,长2,长9层底水油藏(油藏埋深1700-2900m,储层上部为油藏,中间为油水层,底部位水层,仅有少部分在油层底部有0.5m左右的粉、细砂岩或低渗致密砂岩,对水力压裂无法形成有效的遮挡),共实施爆燃32井次,其中探井12井次,生产井20井次,最高产液53.29方/日,最高产油量14.3方/日,控制底水有效率81.25%,见效率93.75%。

控制底水措施情况如表1-4所示,爆燃压裂在陇东地区的底水油藏进行了14口井的应用试验,除过一口扩边井(城47-8井)和两口井的产层为含油水层以外,其余11口井,爆燃压裂平均试油日产油22.07t/d,产水0m3/d;试采平均日产液15.44m3/d,日产油11.84t/d,含水11.3,有效率达78.6%,与临井对比,爆燃压裂改造井的试采产量较负压射孔投产井平均日增原油 4.05t,提高38.1%。在油层条件相近条件下,梁18井经爆燃压裂后日产油13.2t,较水力压裂的梁19井日产油提高2.35t,含水低9.8%。同时爆燃压裂对底水油藏的薄层改造效果也是明显的。如元西7-2井,油水层2.8m,改造后初产油2.32t/d,含水35.7%,而其邻井的元西7-3井和元西7-5井分别经压裂和负压射孔投产、试油、试采产油量均为零,含水100%。

表1-4 陇东地区的底水油藏爆燃压裂施工情况

试验井区井号产油

层位

层厚m

平均渗透率

×10-3um2

试采初产

油层/油水

日产液量

m3/d

日产油量

m3/d

含水

%

华78井区

华77-7 Y9 11.7 131.6 38.10 31.47 0.8 华79-2 Y8 5.6/3.2 47.6 44.9 37.5 0 华78-10 Y10 8.9 23.3 35.96 30.4 0.2

元城中区元9-101 Y10 7.0/8.3 100.0 5.09 4.18 1.8 元9-131 Y10 5.9/16.0 72.9 7.96 6.64 1.3

元城西区元西4-1 Y10 9.3/3.7 32.7 17.26 14.50 0 元西7-2 Y10 0/2.8 11.56 4.34 2.32 35.7

元城东区元东8-8 Y10 7.0 48.8 10.97 3.52 12.3 元东7-8 Y10 9.8/16.0 42.8 8.55 7.26 0.4

西庆77井区张14-13 Y10 5.6 229.2 4.63 3.70 4.9 华152井区剖2-8 Y4+5 6.3 892.2 17.10 12.96 7.9 南梁油田梁18 Y18 5.0/6.0 78.9 9.9 7.98 1.4

(3)深井中爆燃压裂应用情况

如表1-5所示,爆燃压裂技术曾在500~6000m 井深中应用,例如塔里木的QL-101井,实施层位5669.5~5672.5m,5.5″套管5141.25-5727.71m,实测地层压力系数为0.94,射孔时的压井液为清水,比重为1.02g/cm3。该井油层上下均有水层,油层上部水层离油层顶部只有2.5m,底部水层离油层底部只有17.5m。进行爆燃压裂之前,该井曾进行过两次射孔。第一次,采用102枪射孔再配合酸化,作业后日产油为0.27m3/d,措施作业后,主要出水;第二次,对出水层进行封堵后,采用102枪进行超深穿透补孔,作业后日产油0.5 m3/d。进行爆燃压裂作业时,同时采用86枪再进行补孔,作业后日产油5.89 m3/d,不含水,措施作业显著,产油效果是前两次作业的12~22倍。该井实施满足深井、近水两方面的条件。

表1-5 国内部分深井爆燃压裂实施情况

油田名称井号井类型储层段

-m

有效厚

-m

作业前液

量-t

作业后

液量-t

华北肃宁

油田

宁50-43X 注水井3485-3574.4 16.6 2.45 28

西北油田AT9-12X井油井4271.0-4276.

5 0 22.7

新疆塔河油田 TK602井 油井 5540-5548 8 17.5 23

新疆塔里木油田

QL-101井 油井 5669.5~ 5672.5

3 0.5 5.89

(4)气井中爆燃压裂应用情况

国内爆燃压裂在气井中应用井例较少,曾在吉林油田2000m 左右气井、中原油田3000-3300m 气井,川南油田1500~3800m 中应用,部分井应用情况,如表1-6所示。

表1-6 国内部分气井爆燃压裂实施情况

序号 油田 井号 井段 井别 施工日期 火药用量/kg 爆燃前产量/m 3/d 爆燃后产量 /m 3/d

1 川南 合30 3827-3831 3139-3289 气井 1995-10 50 无显示 1000 2

川南

合25

3217-3220 3234-3238 气井 1996-12 70 无显示 12000 3 川西南 威92

2964-3010 气井 1997-9 100 无产量 9000 4 川西南

111 2483-2900 气井 1995-1 60 1200 2000 5 川西南

清1

3239-3312 3238-3296 气井 1997-2 48 60 170 12211 6 川西南 威2 2842-2980

气井

1996-8

94.6

无气

3000

2、爆燃压裂增产机理

(1)增产机理

爆燃压裂是采用特制火药在井筒中燃烧产生的动态高压气体对地层进行压裂,动态压力的形成过程依靠特殊设计的点火方式、装药结构和火药的增面燃烧机理,在井筒中形成的压力相比水力压裂具有压力上升速度快、压力峰值高的特点,该压力作用于地层会在井筒附近地层形成不受第应力影响的辐射状多条主裂缝,并穿透近井堵塞污染与原始

地层沟通,形成沿井筒周向的多裂缝油流通道,解除堵塞污染,实现增产的目的。

爆燃压裂p-t 曲线图

(2)爆燃压裂燃烧原理及与爆炸区别

爆燃压裂是利用火药或火箭推进剂在储层部位燃烧产生的高温高压气体压出多条径向裂缝以取得增产、增注的方法。

在表述燃烧过程,首先阐述一下燃烧和爆炸两者的概念。

燃烧:可燃物(燃烧剂)与助燃物(氧化剂)发生的剧烈的一种发光、发热的氧化反应。

爆炸:某一物质系统在有限空间和极短时间内,迅速释放大量能量或能量急剧转化的物理、化学过程。物理爆炸、核爆炸、化学爆炸。

爆燃压裂是火药的燃烧,是平缓的压力脉冲波,燃烧时间是几百毫秒级,燃烧速度受环境温度、压力影响。而常规的爆炸是尖脉冲波,作用时间是毫秒级甚至更快,且作用速度与环境无关。

例如常规的射孔弹,如RDX-黑索金;HMX-奥克托金;HNS-六硝基二苯基乙烯;TACOT-塔柯特;HNDS-六硝基二苯砜都是爆炸机理。

而爆燃压裂所采用的火药,如下:

单基药-硝化纤维素、安定剂、缓燃剂;

双基药-硝化纤维素、硝化甘油、安定剂、增塑剂;

三基药-基础上在加入固体含能材料,如黑索金;

复合推进剂-高分子粘合剂、固体粉末氧化剂(高氯酸盐、硝酸盐)、粉末金属燃料、聚硫橡胶、聚胺酯等。

则是爆燃原理。

(3)爆燃压裂主要作用

主要包括机械作用、水力振荡、高温热和化学作用四项。

①机械作用(造缝):裂缝不都是垂直于最小主应力方向,裂缝面上切应力不为0,裂缝两侧产生相对移动,再加上岩石剥落颗粒的支撑,一旦裂开就会不会完全闭合。压力超过一定限度后,岩石会产生塑性变形、压力下降后仍有线性裂缝;

②水力振荡:通过起压、降压过程,可以冲刷射孔对地层造成的压实堵塞;

③高温热:爆燃压裂可产生大量高温热,从而对原油产生降粘解堵作用;

④化学作用:燃烧产物(CO2,N2,HCl)在高压下溶于原油,降低粘度和

表面张力。

(4)与爆炸压裂、水力压裂对比

首先,它不会像爆炸压裂那样,产生瞬时的峰值高压力,易造成地层损害,它作用时间更长,在大于地层破裂压力下还会稳定持续几毫秒或几百毫秒。

其次,它也不同于水力压裂,不受地应力控制,也不需要大量压裂液、支撑剂,以及压裂设备,大大降低作业成本,施工设备主要为点火装置、压裂管柱和压裂枪(或电缆)、复合推进剂,施工也极为简单,对于海上油田它的应用范围更广,对于边底水活跃、厚度薄的一些低渗储层,它“横向造缝”的特点,使它基本不会沟通边底水、也不会担心缝高过长。

(5)技术特点

①压裂裂缝不受地应力的影响,产生的辐射状裂缝局限在油井堵塞污染带和附近原始地层局部区域内。不会发生与其它水层和油层的串层事故。

②形成的辐射状裂缝,不改变油井的渗流状态,如果压裂效果不佳,不影响其它增产措施的补充实施。

③爆燃压裂是针对油井产能下降的原因(近井带堵塞污染)而提出的一种解决方法,目的是解决近井带的堵塞污染问题,疏通油流通道,恢复产能,如果效果不佳或再次堵塞,可以重复进行。也不会影响可能采取的水力压裂措施的进一步改造。

④随著油田开发地质情况的日趋复杂,一些薄油层,特别是大量的低水油帽和边水的油气层相继开发。爆燃压裂所释放的能量和形成的辐射状裂缝局限在作业层段的油井和地层局部范围内,不会发生水串和油层串的现象。

⑤对于水敏或酸敏地层,采用水力压裂可能会造成地层的污染伤害,堵塞加

剧,产能下降。而爆燃压裂对于水敏或酸敏地层具有很好试用性。

(6)技术适应性

①用于低渗透、特低渗透碳酸岩、砂岩油气层的解堵压裂、增产改造。

②水敏、酸敏油气层的改造,不会对地层产生第二次污染。

③作为探井的储层评价。地层具有一定的初产能力,但钻井及完井等过程造成的地层污染,使用爆燃压裂可清除污染,获得试采评价结果。

④生产井的解堵处理。特别是经过酸化、压裂过的生产井在作业或者生产中被堵塞污染,只要地层有足够的能量,爆燃压裂解堵具有较好的效果。

⑤天然裂缝较为发育的油气层改造。通过爆燃压裂产生的径向多缝体系,与天然裂缝沟通,获得较好的增产效果。

(7)技术适应范围

压裂装置装药类型:复合推进剂

适用井深:1000~6000m

产生最大缝长:约15m

压裂装置直径:Ф95mm、Ф85mm,Ф78mm,Ф67mm,Ф51mm (可调)装药量:3—10kg/m

工作压力:60~90MPa

有效作功时间:500~1000ms

耐温:175℃

施工方式:油管输送,电缆输送

引爆方式:电缆引爆,油管加压引爆

(8)技术适应的油藏条件

爆燃压裂由于加载速率较高,从而决定了其适用的岩层是脆性地层,对于塑性地层则不适用,而对泥岩地层,反而可能产生“压实效应”,具体参数如下:孔隙度% 3~25

渗透率μm2<0.05

泥质含量% 不高于25

地层压力不低于原始地层压力60%

孔密孔/m 大于13孔/m

距水层距离m 不低于3m

固井状况 射孔段及其以上50m 水泥胶结良好

3、产品规格及技术参数

目前爆燃压裂产品包括套管井爆燃压裂、过油管爆燃压裂及水平井爆燃压裂等三种产品系列。

爆燃压裂产品系列 产品规格与技术参数

产品特点和适应性 套管井爆燃压裂

外径: Ф95mm 、Ф85mm ,Ф78mm ,Ф67mm 火药装药量: 10kg/m 、8kg/m 、7kg/m 、5kg/m 峰值压力:60~90MPa 有效作功时间:200~1000ms 施工方式:油管传输、电缆传输

火药直径大,装药量大,

压力峰值高,有效作用时间长。适用于污染严重地层破裂压力较高的井。 过油管爆燃压裂

外径:51mm

可通过油管最小内径:φ61 mm 火药装药量:2.5㎏/m 峰值压力:Pmax ≤80ΜPa 有效压力作用时间:100~400ms 施工方式:电缆传输

火药直径小,装药量较小。适用于已经下放了生产管住并需要改造的井。

水平井爆燃压裂

外径:Ф73mm ,Ф89mm ,Ф102mm 火药装药量:1.5kg/m ,3kg/m ,7kg/m 峰值压力:60~90MPa 有效作功时间:500~2000ms 施工方式:油管传输

有枪身压裂产品,适用于油管传输大斜度井或水平井

电缆传输爆燃压裂产品结构

油管传输爆燃压裂产品结构

4、爆燃压裂设计

(1)设计原则

爆燃压裂是靠火药或火箭推进剂的燃烧来压裂油气层的,?如果控制失当,就会破坏油井,造成巨大的经济损失,?这一现象在国内外都有发生。

尽管爆燃压裂有四种作用机理(机械作用、热作用、化学作用、?水力作用)但由于其它三种作用(热作用、化学作用、水力作用)?缺乏足够的定量研究结果,因此爆燃压裂设计是以机械造缝作用为基础。设计总体原则有以下四个方面:

①产生径向多裂缝体系;

径向多裂缝体系是爆燃压裂作用效果的重要特征,它增加了沟通地层天然裂缝的机会,又是产生裂缝面之间的剪切错动使之保持不闭合的必要条件。研究证明在不存在天然裂缝的条件下,裂缝总长度一定,裂缝条数越多,增产倍数越低。因此,在爆燃压裂设计中应该使载荷脉冲控制在产生3~8条径向多裂缝,以保证裂缝对地层有较深的穿透,沟通地层天然裂缝。

②不破坏油气井;

爆燃压裂的实施必须以保证油气井不受破坏为前提。

③尽可能加大用药规模;

由于在施工成本中,消耗材料(火药)的费用只占据较小的一部分,且药量小,作用能量小,导致作用影响范围受限。爆燃压裂规模设计的原则是在不破坏油气井前提下尽可能地加大用药量。

(2)脉冲压力过程设计

在爆燃压裂脉冲压力过程中,有三个重要的参数:压力增长速率、压力峰值和压力持续时间,这三个参数各有其不同的作用。

①压力上升时间(达到破裂压力的时间)

由于目前国内外还没有裂缝条数与施工参数、地质条件、岩石性质间公认的关系式。根据经验,爆燃压裂产生的径向裂缝有3-8条。需要压力增长速率在103~105MPa/s的范围内。

诚然,较为理想的是获得压力增长速率与裂缝数目之间的定量关系。遗憾的是裂缝数目除决定于压力增长速率外,与地层机械性能、地应力分布、射孔状况

以及岩层的非均质性因素有着密切的关系,这种裂缝数目与压力增长速率单一而准确的对应关系的获得是难以实现的。但是无论如何,只要将压力增长速率控制在上述的范围内,径向多裂缝的客观性是不容置疑的。

从实用的角度而言,以井内压力达到破裂压力的时间来表示压力上升速率更为直观些。由于裂缝数目与射孔相位角分布形成的弱线有很大关系,应根据射孔相位角将以上压力上升时间的范围进一步细分。对于采用180?°相位角对射(如无枪身射孔)且未补孔的情形,由于射孔只提供了两个弱线方向。要在其它的方向上形成新的裂缝,就需压力上升时间更短一些。在这种条件下,压力上升时间一般应控制在0.5~5ms 的范围内。而对于其它相位角(如60°,?90?°,120°)射孔或补过孔的油气层,由于射孔弱线较多,压力上升时间可以更长一些,这样有利于控制。这种情形下压力上升时间的范围一般确定在5~20ms 。

②峰值压力

对压力峰值的要求是压力峰值要高于地层的破裂压力而低于地层的屈服权限和套管的承压极限。

套管在油气井条件下的承压极限不但与套管的钢级、规格、射孔状况和地应力有关系,而且在一定程度上受压力增长速率的影响。由于影响因素较多,不可能获得较为简单而统一的数值。美国Sandia 国家试验室曾在深7.6~12.2m 浅层做过套管强度试验,数据颇为分散,破裂峰值压力在70~280MPa 之间。然而在有些试验中虽然峰值压力也在上述范围内,套管却没有破坏。理论分析计算多是不计射孔对套管强度影响的条件下做出的,套管的承压极限一般在200MPa 以上。

由于套管强度在地层条件下与围岩应力的大小有最直接的关系,而围岩应力在现场通常又缺乏数据,在设计中以同样与深度有关系的地层压力来考虑围岩应力对峰值压力的影响,其处理方法是控制峰值压力与地层压力的差值,具体范围如下: ??

?

??≤≤≤≤-6000m H 904000m H 802000m

H max

60r p p (4-1)

在一般条件下,(4-1)式的结果是偏于安全和保守的,如果套管的级别低于N80,壁厚又较小,则上述的极限压差应控制得更小一些。

③压力持续时间

从增产效果的角度讲,压力过程持续时间越长越好,压力过程越长,产生径向裂缝也越长。目前有壳弹的压力持续时间在100~200ms 之间,无壳弹的压力持续时间则为200~400ms(经特殊设计,燃烧时间可达1s 以上),液体药压力持续时间为5~50s 。

④脉冲压裂

通过不同燃速药柱的组合,使压力发生器在不同的时刻产生不同的增压速率,使整个地层岩石受到一个变化的加载速率,增强裂缝的延伸效果。同时可使上升的液柱也受到一个交变振荡力,增强其水力振荡效果。

(3)爆燃压裂设计

爆燃压裂设计的根本任务是在不破坏套管的情况下,尽量提高装药量压出长裂缝、克服污染、提高产量。

①基本理论

压裂弹在井内的工作过程可用含有火药燃烧规律方程、考虑了压缩性和水力阻力的井内流体运动方程、孔眼节流方程、驱替液体进入地层和火药气流入随之形成并延伸的裂缝的方程等组成的微分方程组来模拟。模拟火药弹的工作过程可获得不同地质不同药量所压出的裂缝长度和宽度随时间变化的规律。

在初始条件的限制条件下,从该方程组的解可以求出井内压力随时间的变化规律以及挤入垂直缝的流体的体积。求解燃烧产物的压力、套管外流体的压力、上部气液界面通过的距离、上部气液界面的运动速度、火药弹燃烧部分的相对量、裂缝的长度、裂缝的宽度、流入裂缝的流体的体积、下部气液界面向下运动的距离、井内温度等十个参数随时间的变化规律。根据不同的地质条件和井筒条件以及上述计算方法就可进行爆燃压裂设计。

a )P-T 过程设计

p-t 完整数学模型以微分方程的形式表达如下:

()(1)()Tg T r Tg

n Tg T Tg

dV dV p

d f m Q p S p dt dt dt dp

p dt

V xS V V p

ψψ

γνρ----+-=+++

式中:

f —火药力,即单位质量的火药完全燃烧所做的功,J/k

g ; P —爆燃室内压力,MPa ; ρ—气体密度,kg/ m 3; m —火药燃烧部分质量,kg ; ψ—火药燃烧部分相对质量; S —井筒横截面积,m 2;

v —井筒液面重心移动速度,m/s ; γ—火药燃烧产物的多变指数; V T —裂缝内液体体积,m 3; Q —燃烧产物热流量,J/s ; V Tg —裂缝内气体体积,m 3; P Tg —裂缝入口处压力,m 3; V ψ—火药燃烧部分体积,m 3; x —火药弹以上气液界面高度,m 。

我们可利用有限差分方法来求解上述微分方程组,以得到具有有限精度的数值解。为建立差分方程,首先将所研究时间范围进行离散化,将区间[0,_m pre

T ]

作有限的

dt

n 等分,取时间步长

_(0)/m pre dt

t T n ?=-,这里的差分格式我们用显式

差分格式(殴拉显式公式),可以得到对应的差分方程,然后再用数值法求解微分方程组。

由于求解过程较为繁琐,我们利用计算机编程,即《爆燃压裂设计工程系统》软件进行求解,代入6井相关参数,可得到p-t 曲线,如图4-1所示,20公斤火药,最大峰值压力50.18MPa ,可持续燃烧700ms 。

图4-1 6井P-T 模拟曲线

b )裂缝条数及几何参数

爆燃压裂为动态压裂过程,可形成3~8条径向垂直裂缝,但裂缝跟常规水力压裂沿最小主应力方向向井筒两翼形成两条裂缝有本质区别。

计算在t 时刻裂缝尺寸(长度/宽度) ,则以微分方程组的形式表达如下:

式中:

L (t )—t 时刻裂缝长度,m ;

W (t )—t 时刻裂缝宽度,m ; E —地层岩石弹性模量,GPa ;

我们同样采用软件模拟方法,对6井进行求解,如图4-2所示,裂缝长度1.1m ,缝宽0.3mm 。

图4-2 6井缝长、缝宽计算曲线

②压裂效果预测

根据径向多裂缝稳定渗流的产量公式 )

2ln 2(ln )

(2n

L r p p h q e w e +-=

μπ (4-2)

式中:

q-具有多裂缝井的产量;

k-渗透率;

h-地层厚度;

p

e

-井底压力;

μ—原油黏度;

L—缝长(由井壁至缝的尖端)

n-裂缝条数。

于是很容易得到压后的增产倍数η

η=

+

ln ln

ln

r

L n

r

r

e

e

w

2

2

(4-3)

目前国内已开发了成套的爆燃压裂设计与效果预测软件。软件界面如图4-3所示。

图4-3 爆燃压裂设计软件界面

5、爆燃压裂施工作业程序(以LF13-1油田6井为例)

?爆燃压裂器: SGF127(7寸套管内径157.1mm)

?起爆方式:油管加压开孔延时起爆;

?输送方式:TCP;

?爆燃压裂深度定位方式:钻杆较深;

?系统总零长:准确丈量短节以下钻杆长度,起爆器至校深短节下届零长;

爆燃压裂管柱进入斜井段前下磁定位仪测量系统总零长一次,防止下错钻杆数。

?套管通道检测,套管刮壁;

?爆燃压裂时井下压力状态:钻杆加压延时一段起爆;

层位射孔井段(m) 措施方式传输方式装药

(Kg)

中心位置

(m)

备注

SL1-5 2565-2574m 爆燃压裂油管传输20 2569.5 (1)作业条件准备

①井场要有足够的场地,供爆燃压裂器现场组装之用。

②井场应具备完善的消防设施,配备消防器材。

③通井、刮削、洗井作业。

同时探水泥面深度,以便校正钻杆误差。洗井时先用生产水洗井,再替换成比重1.05的加重海水,保证井内无沉淀物。

④测井作业,以确定固井质量和套管壁厚等情况。

⑤套管梯度压力测试,根据测井结果确定试压大小。并测试爆燃前地层吸收量。

⑥为防止地面喷液,作业前井筒压井液需要掏空20-100米,同时钻台提前准备充足的高压软管。

⑦爆压传输用钻杆在下井前应进行仔细检查,并保证钻杆的密封良好,丝扣完好,联接强度足够,承压25Mpa不泄漏;用钻杆规对每一根钻杆进行通管检

查,保证钻杆内畅通,并进行内外清洗,保证钻杆内外清洁。

⑧准备以下设备及配件:泵一台,40Mpa井口压力表一只,定位短节3根及调整管柱深度的短钻杆若干,备足加压引爆用的压力液。

(2)现场施工程序

①爆燃压裂作业队进入井场后在指定位置停放设备,布置爆燃压裂材装配场地,摆放安全标志。

②按照设计要求自下而上依次下入全套爆燃压裂作业管柱,丝扣油要涂在公扣上。

③起下管柱要用自封,严禁井下落物。

④枪首起爆器上连数根钻杆系统总零长测量。

⑤钻杆管柱在下井前要精确丈量长度,并做好记录,计算总零长。

⑥爆燃压裂系统下井内后每10-15柱灌液一次。爆燃压裂管串在下至该井造斜点处时,要严格控制下钻速度。下钻速度平稳均匀,在直井段不大于300m/h,在造斜点以下不大于200m/h,起钻时要求相同。防止有猛放、猛刹、墩井口等现象。

⑦在爆燃压裂系统下到人工井底(井底由甲方提供)后,上提管柱至预定作业深度。

⑧上提、下放井口管串,要调整爆压管串必须要提前通知甲方监督和爆压工程师到井确认后方可进行调整。

⑨连接起爆监测设备。

⑩井口全开,注意井口不能坐卡瓦,采用双吊环。泵在钻杆内加压,加压速度应平稳,设计起爆值为12.99----17.04Mpa。密切关注泵压力表的变化,压力突降为开孔起爆器起爆,等候延时起爆的同时在3分钟内打开钻杆与泥浆池之间的阀门,使得爆燃压裂时钻杆内的液体流至泥浆池。

?爆燃压裂完成后,立即将爆燃压裂枪提出射孔井段,以免发生套变、沙埋卡枪。

?观察4小时,记录油压及套压,如无异常,提出射孔管柱,提枪时,应注意指重计变化。

说明:为确保爆燃压裂系统的可靠性和安全性,从爆燃压裂系统下井开始至

起爆压裂所占有的时间应控制在24小时内。

(3)施工要求

①接到甲方下达的爆压通知单后,爆压工程师设计排炮图并组织装枪,爆压操作人员必须穿戴防静电工作服、工鞋、戴安全帽。

②按甲方指令准时将爆燃压裂器材运到井场,并按危险品安全规定在井场摆存放。

③爆燃压裂操作人员须严格按我公司《HSE手册》及《射孔操作规程》《安全规定》进行操作,责任到人。

④装枪作业范围30米内划为安全区,严禁吸烟、明火、电气焊和敲击作业。

⑤爆压后,要密切观察井口压力变化。

⑥点火起爆时,所有人员远离井口。

(4)作业安全

①人身安全

●作业期间必须佩戴安全帽、穿工服、工鞋及其它劳动保护用品。

●操作TCP器材时注意防震、防砸。

●试压、加压起爆期间,人员远离井口、高压管线。

②危险品使用安全

●爆压时,作业区范围内无线电通讯设备必须保持关闭状态,高频设备一

定要停止发射。

●在危险品的操作区域要有警戒标志,无关人员远离。

●组装好的爆压枪在起吊时一定要小心,防止猛烈撞击。

③井的安全

●三慢:仪器或TCP枪进出井口慢、到达井底慢、遇阻遇卡慢。

●三防:防断、防卡、防喷。

●校深时异常井况(遇阻、遇卡等)立即向甲方监督报告。

●在井口操作时,严防井下落物。

④环保措施

提高环保意识,对工作中产生的垃圾按要求放入指定的垃圾箱内,决不允许乱扔、乱放,杜绝污染环境的事情发生。

最新压裂技术现状及发展趋势资料

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

基于爆燃压裂技术的RTTS封隔器研究与应用

基于爆燃压裂技术的RTTS封隔器研究与应用 本文在常规爆燃压裂技术基础上,以增加火药燃烧的利用率为目的,在距井口500m位置增加RTTS封隔器,增加爆燃压裂技术的作用峰值和油井解堵的效果。在保证管柱与套管安全的前提下,为验证此类爆燃压裂技术的效果,在渤海油田某区块选择一口低产生产井进行试驗验证。经过理论分析和现场测试得知,管柱与套管之间的液体形成反复震荡,对地层形成反复冲击,达到了更好的改造效果,为后续的爆燃压裂技术研究与开发提供基础。 标签:爆燃压裂;RTTS封隔器;峰值压力;应用效果 1 爆燃压裂技术简介 爆燃压裂技术是与油气井采油工艺相结合的一种增产增效技术,利用特殊装药结构的发射药或火箭推进剂装药在油井中按一定规律燃烧,产生大量的高温高压燃烧气体,燃气以脉冲加载的方式通过炮眼进入地层,形成辐射状的径向裂缝体系,穿透近井地带污染区,沟通地层天然裂缝,提高油层的导流能力。从而有效地改善了油气层的渗透性和导流能力,达到油气井增产增注的目的。 2 中海油沙河街组爆燃压裂技术的适用性 渤海油田古近系沙河街组地层厚度约375m,岩性为长石石英砂岩,磨圆及分选差,胶结物以泥岩为主,孔隙度分布在8.6~16.9%,渗透率为0.5~330mD,具有中低孔、中低渗特征。BZ34-2/4区块沙河街生产井普遍低产,在之前的作业中尝试过常规酸化、复射孔解堵、外套式复合射孔等解堵工艺,但是效果都不佳,且发现管柱存在结垢、腐蚀、及油泥堵塞情况,因此采用爆燃压裂解堵是一种有效的改造措施。 3 爆燃压裂管柱结合RTTS封隔器使用提高压裂药柱能量利用率可行性分析 由于爆燃压裂技术的压裂弹装药结构为压裂弹中心铝管穿有导爆索或火药柱,因此压裂药柱的燃烧过程多为增面燃烧或爆燃,燃烧时间短、峰值高,为了减少作业风险多采用敞井口作业,该作业方法井下作用时间短。为了增加火药燃烧利用率,拟采用增加封隔器(缩小燃烧空间),增加爆燃压裂技术的作用峰值和油井解堵的效果。 应用流体有限元分析软件,建立管柱与套管之间的流体模型,通过改变模型的约束模拟增加封隔器与无封隔器情况下的流体状态,在模型底部增加同样大小的火药力,模拟得出结果增加封隔器比无封隔器情况的火药力利用率增加55.3%。 4 爆燃压裂设计与安全性分析

(工艺技术)油田压裂新技术工艺

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。 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

压裂酸化技术服务中心及特色技术简介

压裂酸化技术服务中心(以下简称“中心”)自1985年成立以来,始终强调发展和创新,长期致力于压裂酸化应用技术与基础理论的研究,努力解决生产中的技术难题,为低渗透油气藏的勘探与开发提出新理论、新工艺、新技术、新方法、新材料,逐渐形成了一系列压裂酸化特色技术。“十五”期间,“中心”在国内外开展了卓有成效的现场技术服务。在国内,为16个油田的450余口重点井或疑难井提供了综合性科研攻关和技术服务,解决了塔里木、玉门等十几个油田的众多压裂酸化改造技术难题,为中石油的增储上产做出了贡献;在国外,为哈萨克斯坦、阿塞拜疆等8个国家(地区),设计施工180余口井,增产效果显著,为中国石油在国际上赢得了声誉。 “中心”获得了50项科研成果,其中获省部级以上科研成果奖14项,2004年获得中国石油天然气股份公司“油气田开发先进技术”金牌,2005年获中国石油天然气集团公司“优秀科技创新团队”等多项荣誉称号。

一、低渗透油藏开发压裂技术

二、复杂岩性储层酸压技术 研究对象:复杂岩性储层——碎屑岩、碳酸盐岩、粘土矿物各占1/3;以砂砾岩为主,交互白云质细砂岩、白云质泥岩。 累产113000吨,有效期2060天,目前41m 3/d。 累产123000吨,有效期910天,目前167.9m 3/d。 0.01 0.11101001000100000 10 20 30 40 50 60 70 闭合压力(MPa) 导流能力(μm 2.c m ) 复杂岩性:碎‘屑岩、碳酸盐岩、粘土矿物各占1/3

三、低渗油藏重复压裂技术 ●研究对象:针对低渗透油气藏前次压裂失效的井层,以增产稳产、提高开发效果为目的。 ●技术内容:该技术主要包括重复压裂井油藏与工程研究(复压前储层物性评价、剩余可采储量及地层能量评估、原有水力裂缝及其工艺技术评估等)、重复压裂前地应力场及重复压裂时机研究,转向重复压裂优化设计及其实施工艺技术,选井选层研究,中高含水期油藏重复压裂的油藏数值模拟技术,重复压裂材料与施工参数的研究、高砂比压裂施工工艺技术,重复压裂诊断与压后效果评价等技 主应力差值为3MPa 重复压裂选井

爆燃压裂技术介绍(详实参照)

爆燃压裂技术介绍 目录 1、爆燃压裂技术研究及应用现状 (2) 2、爆燃压裂增产机理 (7) 3、产品规格及技术参数 (11) 4、爆燃压裂设计 (12) 5、爆燃压裂施工作业程序(以LF13-1油田6井为例) (18) 6、爆燃压裂联作技术 (21) 7、爆燃压裂测试 (22) 8、海上爆燃压裂酸化联作技术 (25)

1、爆燃压裂技术研究及应用现状 爆燃压裂技术也称为气动力造缝、气动力脉冲压裂、热化学处理、推进剂压裂等。它是利用火药或火箭推进剂快速燃烧产生的高温高压气体,使油气水井增产增注的新技术。它形成的缝长可达到5~8m,并顺着射孔孔眼随机形成3~8条裂缝。 它起源于19世纪60年代,向水井中开枪产生振动可以增加水量,但由于炸药的燃烧速度过快(以km/s计),破坏井身结构,岩石破碎带半径不大,且会在破碎带之外,形成压实带,增产效果不显著,所以逐渐被淘汰。在当代,把推进剂用于油气井增加产量,美国约起源于20世纪70年代,这一时期主要是在研究岩石力学,提出气驱裂缝是岩石力学的重要基础。进入20世纪80年代,美国开展把推进剂用于在压裂油气井进行增产的研究,还对各种推进剂的压裂性能进行了研究,在前苏联把这项技术称为热气化学处理,在美国也叫做脉冲压裂、多裂缝压裂。 表1-1是1980年美国人Schmidt在内华达核试验基地坑道内针对水平套管井所做的试验结果。试验结果和理论计算都证明,裂缝的条数取决于井筒内的升压速率。爆燃压裂在油层中造成的是多条径向缝。 表1-1 压力特性与裂缝性质 实验名称峰压 (MPa) 升压速率 (MPa/ms) 脉冲时间 (ms) 裂缝性质 GF1 13 0.6 900 GF2 95 140 9 GF3 >~200 >10,000 ~1 安近代化学所在国内开展爆燃压裂的研究与推广以来,最初将之统称为爆燃压裂技术,国内爆燃压裂技术经过近三十年的研究与推广,已经发展为一项基本成熟

压裂酸化技术手册

《压裂酸化技术手册》 前言 近几年来,随着新压裂设备机组、连续油管设备和液氮泵车设备的引进以及对外合作的加强,施工工艺技术呈现出多样化,施工作业难度加大,施工技术要求较高,为了满足工程技术人员对装备的深入了解,提高施工技术、保证施工质量,组织技术人员历经两年时间编写了这本《压裂酸化技术手册》。该手册收集了井下作业处压裂酸化主要设备、液氮设备、连续油管设备等的性能规范和作业技术要求,井下工具、油套管、添加剂、支撑剂等的常用数据,以及单位换算、常用计算公式、摩阻曲线,地面工艺流程等内容。该手册目前仅在处内发行,请大家在使用中多提精品文档,知识共享,下载可修改编辑!

宝贵意见,以便今后修订。谢谢!精品文档,知识共享,下载可修改编辑!

目录 第一章压裂酸化设备 (1) 一、车载式设备 (1) (一) HQ2000型压裂车 (1) (二) BL1600型压裂车(1650型) (3) (三) SMT型管汇车 (7) (四) FBRC100ARC型混砂车 (9) (五) CHBFT 100ARC型混砂车 (14) (六) FARCVAN-Ⅱ型仪表车 (19) (七) GZC700/8型供液车 (22) (八) NC5200TYL70型压裂车 (23) (九) HR10M型连续油管作业机组 (24) (十) TR6000DF15型液氮泵车 (42) (十一) NTP400F15型液氮泵车 (44) (十二) NC-251-F型液氮泵车 (46) (十三) 赫洛ZM443液氮槽车 (48) (十四) 东风日产液氮槽车 (48) (十五) 赫洛ZM403运砂车 (49) (十六) YY10型运液车 (50) (十七) CTA12型运酸车 (50) (十八) NC5151ZBG/2500Y型背罐车 (51) (十九) CYPS-Ⅱ型配酸车 (51) 精品文档,知识共享,下载可修改编辑!

油田分层压裂(酸化)工艺技术探讨

油田分层压裂(酸化)工艺技术探讨 摘要:在油田勘探开采的发展中,常规石油中有诸多工艺技术,而分层压裂液液、酸化液工艺是中国油田试油作业中不可缺少的过程,也是从钻井步骤一直到油田生产过程中承上启下的关键工艺,同时也是油田开发工程中工艺技术服务的重要组成部分。本文阐述了我国油田的压裂液工艺技术以及酸化液工艺技术,并进一步研究这两种技术在油田施工过程中的应用、效果分析。 关键词:油田分层压裂液酸化液工艺技术效果分析 油田试油技术在广义上就是指试油施工的整个过程,其中包括了各方面的工艺技术例如:地层的测试、常规试油的工艺技术程序、试井测试和技术改造措施,这些工作全部是为了取得油田实际储油参数而进行的,压裂液工艺技术以及酸化液工艺技术,在中国石油集团渤海钻探工程技术研究院的工作学习中,我对石油技术做过颇多分析,本文就针对油田分层压裂酸化工艺技术展开探讨,分析压裂液技术与酸化液技术在我国油田种的应用、效果。 一、压裂技液术与酸化液技术的概述 1.压裂液技术 油田压裂液工艺技术应用上主要是压力将地层压开,形成裂缝并用支撑剂将它支撑起来,以减小流体流动阻力的增产、增注措施。 压裂液主要有前置液、携砂液、顶替液组成的。压裂液的性能要求:黏度高,润滑性好,滤失量小,低摩阻,对被压裂的流体层无堵塞及损害,对流体矿无污染,热稳定性及剪切稳定性能好、低残渣、配伍性好、破胶迅速、货源广,便于配制,经济合理。 压裂液主要作用在概括来说有以下几方面:1、携带支撑剂到地层;2、压开裂缝;3、降低地层温度。 2.酸化液技术 酸化液技术分为压裂酸化工艺技术和基质酸化工艺技术两种,主要是利用酸液解决生产井和注水井周围污染问题,进一步的清除缝隙中的堵塞物质,达到扩大地层裂缝,提高渗透率的一种工艺技术。压裂酸化技术指的是在酸化的基础上压裂,将天然裂缝加宽、扩大、延伸,或是通过压裂岩石形成新的岩缝。形成之后的岩缝凹凸不平,在施工后形成槽油、沟油等流通道,改善了之前的汽油景田流渗状况,提高产油量。还有一种普通盐酸的酸化工艺称之为解堵酸技术,用以压裂压力低于破裂压力时的酸化处理的工艺。这种技术用途不如前类宽泛,只能解除汽油井眼周围小范围的堵塞,但该技术具有低成本、工艺技术操作简单、对地层的溶解度高的优点;目前的酸化技术主要分为:酸洗酸化;解堵酸化;压裂

压裂酸化

压裂酸化技术难点和挑战 正如在我国石油工业“十五”规划报告指出的一样:现在我国石油工业面临的形势是新区勘探开发困难,老区的增产挖潜还有大量的工作要做。其中,常规的井网加密已经效果不大,对酸化压裂措施的认识不够。同时,增产措施改造的对象越来越复杂,改造目标已经从低渗、单井发展到了中、高渗和油田整体,主要的难题集中在以下几个方面: 1、复杂岩性油气藏 指的是陆源碎屑岩、碳酸盐岩和粘土矿物以一定比例均匀存在,没有任何一种成份占主导地位。典型的代表是玉门酒西盆地的清溪油田,该油田储量高、品位好,但是储层矿物组成十分复杂。由于矿物的不连续分布,酸压后只能形成均匀、低强度的刻蚀;而水力压裂由于发生支撑剂嵌入和粘土矿物的水敏、碱敏现象严重,因此目前酸压和水力压裂技术对这类储层多为低效或无效。只能考虑从液体体系上改进工艺措施。 2、高温、超高温、深层、超深层和异常高压地层 以准葛尔盆地、克à玛依、塔里木和吐鲁番为代表,如柯深101井,压力系数为2.0,温度135摄氏度,千米桥潜山地区井深4000m —5700m,温度在150摄氏度到180度之间。这种地层的技术难点往往是需要的施工压力和压裂酸化液体不能达到要求;酸液的反应时间短,酸蚀作用距离短。 3、低渗、低压、低产、低丰度“四低”储层 如中石油的长庆苏里格气田压力系数在0.8—0.9,渗透率为0.5—3.0达西,中石化的大牛地油田压力系数0.67—.0.98,渗透率仅为0.3—0.9达西。类似的这种储层在我国占很大的比例,由于

产生水锁现象进而产生很难解除的水相圈闭,如果不采用特殊的工艺手段,很难得到高效开发。 4、凝析气藏 代表有千亿方的塔里木迪那气田和中?白庙深层凝析气藏。这类油田酸化压裂最大的问题是由于压力降低后凝析油的析出产生凝 析油环,大大降低了天然气的产量。 5、高含硫,高含二氧化碳油田 这类油田有被誉为“南方海相勘探之光”的普光气田(储量高达1144亿立方米);580亿立方米的罗家寨气田。这两个气田的含硫量都在10%—12%,远远超过3%的行业标准。硫化氢的高还?性和 化学反应活性容易产生单质硫和硫化亚铁沉淀,在酸化压裂施工中造成二次伤害。同时,高含硫还会加大钻、采、集、输、外运的困难,尤其是在地形复杂,自然条件恶劣的四川丘陵地区。 6、异常破裂压力油藏 这种油藏埋藏深度和破裂压力不成正比,以川西致密须家河组和赤水地区为例:2000多米的井深破裂压力高达90多兆帕,现场经预处理措施之后,施工压力仍然高达80多兆帕。造成的直接后果就 是压不开地层,酸液不能进入,对设备的损害比较大。 7、缝洞型、裂隙型碳酸盐岩 我国“九五”规划最大的整装油田——塔河油田就是这类油田的代表。塔河油田560万吨产量中有80%是依靠压裂酸化措施取得的。

国内压裂技术进展

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

油田压裂新技术工艺

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

压裂工艺原理介绍)

水力压裂 水力压裂水力压裂水力压裂在油田开发中,人们发现,在对油层进行高压注水时,油层的吸水量开始随注水压力的上升而按一定比例增加。开始当压力值突破某一限度时,就会出现吸水量成几倍或几十倍的增加,远远超出了原来的比例,而且当突破某一限度后即使压力降低一些,其吸水量仍然很大。实践中的这一偶然发现,给人们以认识油的新启示:既然油层通过高压作用能提高注入量,那么通过高压作用能否提高油层的产量呢?经过多次证明:油层通过高压作用后,不但可以提高产量,而且能较大幅度的提高产量。最早进行压裂工作的是1947年在美国的湖果顿气田克列帕1号井进行的,苏联是1954年开始的,而我国是1952年在延长油矿开始的。40年代末水力压裂常作为一口井的增产措施来对待,但发展至今在油气田开发中的意义,已远远超过了一口井的增产增注作用。在一定条件下能起到改善采油或注水剖面,提高注水效果,加快油田开发速度和经济效果的作用。近些年来,国外在开发极低渗透率(以微达西计)的气田中,水力压裂起到了关键性的作用。本来没有开采价值的气田,经大型压裂后成为有相当储量及开发规模很大的气田。从这个意义上讲,水力压裂在油气资源的勘探上起者巨大的作用。由于上述原因,水力压裂无论在理论上、设备上、工艺上,在短短的几十年来发展的很快。现今的压裂设备能力,一次施工可用液量3000~4000米3,加砂300米3,可压开6000米的井深,裂缝长达1000米。从实践中,我们认识到压裂是油气井增产、注水井增注的一项重要措施。其优点是:施工简单、成本较低、增产(注)显著。适用于岩性微密、低渗透地层。§§§§4.1 压裂的增产原理压裂的增产原理压裂的增产原理压裂的增产原理一一一一. 压裂的过程压裂的过程压裂的过程压裂的过程压裂是靠水(液体)传导压力的,故也叫水力压裂。其过程是:在地面采用高压大排量的泵,利用液体传压的原理,将具有一定粘度的液体以大于油层吸收能力的排量向井内注入,使井筒内的压力逐渐提高。当压力增高到大于油层破裂所需要的压力时,油层就会形成一条或几条水平或垂直裂缝。当继续注入液体时,裂缝也会向油层深处延伸与扩展,直到液体注入速度等于油层渗透速度时,裂缝才会停止延伸与扩展。如果地面停止注入夜体,油层由于外来压力消失,又会使裂缝闭合,为了防止停泵后裂缝闭合,在挤入的液体中加入支撑剂(如石英砂、核桃壳等),使油层中形成导流能力很强的添砂裂缝。 导流能力导流能力导流能力导流能力=添砂裂缝渗透率添砂裂缝渗透率添砂裂缝渗透率添砂裂缝渗透率Kf××××裂缝宽度裂缝宽度裂缝宽度裂缝宽度W 二二二二. 增产

酸化压裂技术

第二节酸化压裂技术 一、教学目的 了解酸化压裂的原理,掌握酸液的滤失,酸液的损耗,能够计算酸岩复相反应有效作用距离,了解前置液酸压设计方法。 二、教学重点、难点 教学重点 1、酸化压裂原理 2、酸液的损耗 3、前置液酸压设计方法 教学难点 1、酸液的滤失 2、酸岩复相反应有效作用距离 三、教法说明 课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的数据和图表 四、教学内容 本节主要介绍四个方面的问题: 一、酸液的滤失 二、酸液的损耗 三、酸岩复相反应有效作用距离 四、前置液酸压设计方法 酸化压裂:用酸液作为压裂液,不加支撑剂的压裂。 作用原理:(1) 靠水力作用形成裂缝;

(2) 靠酸液的溶蚀作用把裂缝的壁面溶蚀成凹凸不平的 表面,停泵卸压后,裂缝壁面不能完全闭合,具有较 高的导流能力,可达到提高地层渗透性的目的。 酸压与水力压裂相比:相同点:基本原理和目的相同。 不同点:实现其导流性的方式不同。 酸压效果: ??? ?????????以及不均匀刻蚀程度量对底层岩石矿物的溶解导流能力:取决于酸液裂缝内的流速控制酸盐反应速度酸液的滤失特性裂缝有效长度 (一)酸液的滤失 滤失主要受酸液的粘度控制 控制酸液的滤失常用的方法和措施: (1)固相防滤失剂 刺梧桐胶质:在酸中膨胀并形成鼓起的小颗粒,在裂缝壁面形成 桥塞,阻止酸蚀孔道的发展,降低滤失面积。 硅粉:添满或桥塞酸蚀孔道和天然裂缝。 粒径大小不等的油溶树脂:大颗粒桥塞大的孔隙;亲油的树脂形 成更小的颗粒,变形后堵塞大颗粒的 孔隙,从而有效地降低酸液的滤失。 (2)前置液酸压 优点:①采用前置液破裂地层形成裂缝,并在裂缝壁面形成滤饼, 可以降低活性酸的滤失;

爆燃压裂技术介绍

爆燃压裂技术介绍-标准化文件发布号:(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

爆燃压裂技术介绍 目录 1、爆燃压裂技术研究及应用现状 (3) 2、爆燃压裂增产机理 (9) 3、产品规格及技术参数 (14) 4、爆燃压裂设计 (15) 5、爆燃压裂施工作业程序(以LF13-1油田6井为例) (21) 6、爆燃压裂联作技术 (25) 7、爆燃压裂测试 (28) 8、海上爆燃压裂酸化联作技术 (31)

1、爆燃压裂技术研究及应用现状 爆燃压裂技术也称为气动力造缝、气动力脉冲压裂、热化学处理、推进剂压裂等。它是利用火药或火箭推进剂快速燃烧产生的高温高压气体,使油气水井增产增注的新技术。它形成的缝长可达到5~8m,并顺着射孔孔眼随机形成3~8条裂缝。 它起源于19世纪60年代,向水井中开枪产生振动可以增加水量,但由于炸药的燃烧速度过快(以km/s计),破坏井身结构,岩石破碎带半径不大,且会在破碎带之外,形成压实带,增产效果不显著,所以逐渐被淘汰。在当代,把推进剂用于油气井增加产量,美国约起源于20世纪70年代,这一时期主要是在研究岩石力学,提出气驱裂缝是岩石力学的重要基础。进入20世纪80年代,美国开展把推进剂用于在压裂油气井进行增产的研究,还对各种推进剂的压裂性能进行了研究,在前苏联把这项技术称为热气化学处理,在美国也叫做脉冲压裂、多裂缝压裂。 表1-1是1980年美国人Schmidt在内华达核试验基地坑道内针对水平套管井所做的试验结果。试验结果和理论计算都证明,裂缝的条数取决于井筒内的升压速率。爆燃压裂在油层中造成的是多条径向缝。 表1-1 压力特性与裂缝性质 实验名称峰压 (MPa) 升压速率 (MPa/ms) 脉冲时 间 (ms) 裂缝性质 GF1 13 0.6 900 GF2 95 140 9 GF3 >~200 >10,000 ~1 安近代化学所在国内开展爆燃压裂的研究与推广以来,最初将之统称为爆燃压裂技术,国内爆燃压裂技术经过近三十年的研究与推广,已经发展为一项基本成熟的、在各油田应用中取得了良好经济效益的、正在向综合性压裂发展的油

地热井压裂酸化工艺优化新方法

地热井压裂酸化增产工艺优化新方法 胜利油田石油工程技术研究院 苏权生(山东东营) 关键词:地热、压裂、酸化、增产 目前社会经济飞速发展,能源消耗越来越多,随着煤炭、石油、天然气等化石燃料消耗的加剧,也带来了严重的环境污染和生态破坏问题,探索清洁环保型能源是未来发展的方向。地热能作为一种清洁、可再生能源,越来越受到各国政府的重视,国外已经开始对地热能进行深入研究,并取得了一定的成果,目前主要的应用领域包括:发电、供暖、工业利用、医疗、洗浴、水产养殖、农业温室、矿泉水生产、农业灌溉等。 目前地热井研究主要集中在两个方面:一是浅源低温地热井,完井方式包括裸眼完井和套管射孔完井,其储层性质与油气储层相似,由于地层发育不理想或沉积物堵塞导致完井产能低下,在常规洗井措施增产受限的情况下,可借鉴采用油气井酸化压裂增产工艺,沟通裂缝通道提高储层导流能力,以达到预期的水温、水量要求;二是深源高温地热系统,称为增强型地热系统EGS(Enhanced Geothermal Systems),是一种通过介质循环(水或C02)来提取深部干热岩体中的地热资源,并将其用来发电及供暖的工程技术集成。 本文主要针对目前应用较为广泛的浅源低温地热井,如何将目前油气领域成熟的压裂酸化技术应用在地热井增产方面,并对遇到的问题进行讨论。 1.地热井压裂增产优化技术 压裂工艺就是通过大排量将一定粘度的流体注入地层,当注入能力超过地层吸收能力的时候,地层岩石就会破裂,随着流体的不断注入,地层岩石裂缝会逐渐向远离井筒方向延伸,通过加入支撑陶粒,就在地层中形成了人工高导流能力裂缝,为流体流向井筒提供通道。 数值模拟技术是压裂设计优化的核心,通过在计算机上建立地质模型,可以方便、快捷的进行不同压裂方案模拟、对比、评价,从中优选出经济合理的施工方案。目前比较成熟的数值模拟软件GOHFER、FracPro-PT、StimPlan均可实现压裂施工参数和经济优化,设计优化过程如下: 一、地质建模

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