吉林油田水平井压裂技术.ppt

吉林油田水平井压裂技术,1、简况 1.1 吉林油田低渗透概况 1.2 吉林油田地质特点2、水平井压裂技术进展 2.1 吉林油田水平井压裂技术发展过程 2.2 水平井分段压裂技术（技术简介、管柱组合、工作原理、技术特点）3、水平井现场应用情况及效果4、D平2井压裂简介,简 况,截至2009年底，中石油石油探明地质储量187.61亿吨，其中低渗透石油储量76.2亿吨，占40.6%。截至2009年底，中石油天然气探明地质储量5.24万亿方，其中低渗透天然气储量4.10万亿方，占78.3%。20072009年新增石油储量73%为低渗透；新增天然气储量83%为低渗透。,中石油历年天然气新增探明储量变化情况,中石油历年新增原油探明储量变化情况,简 况,吉林油田中高渗储量基本全部动用，新区开发面临的对象主要是特低渗透和超低渗透油藏,已探明资源动用情况,剩余未动用储量渗透率构成,简 况,吉林油田低渗透概况,吉林油田主要以低渗透储量为主，占探明储量的71%，通过研究与攻关逐步形成了具有吉林特色的低渗透储量有效动用配套技术。高效开发了新立、新民、大情字井等低渗透油田，已开发低渗透油田产量占总产量的比例达到63%。尤其是2000年以后动用的储量90%以上是低渗透储量，对吉林油田的快速上产起到了重要作用。,简 况,吉林油田低渗透概况,简 况,吉林油田地质特点,吉林油田面临动用资源五个油藏特点（低、深、薄、快、散）,渗透率低低渗透油田储量比例占56.3%，其中38.8%是特低渗透储量。,埋藏深,简 况,吉林油田地质特点,薄互层平均单层砂岩厚度3-5米平均单层有效厚度1-2米,储层变化快如新立油田，发育26个小层平均只钻遇7-8个小层,宏观错迭连片，相对富集区分布零散,简 况,吉林油田地质特点,初期含水高,不同类型油藏采收率现状,低渗透油藏五个开发特点（一高、三低、一快）,采收率低,简 况,吉林油田地质特点,采油速度低,单井产量低,低渗透油藏五个开发特点（一高、三低、一快）,简 况,吉林油田地质特点,产量递减快，稳产难度大,中高渗透,低渗透,特低渗透,1973年开发130毫达西,1985年开发20毫达西,1990年开发5毫达西,1997年开发3.5毫达西,2000年开发5毫达西,简 况,吉林油田地质特点,1、简况 1.1 吉林油田低渗透概况 1.2 吉林油田地质特点2、水平井压裂技术进展 2.1 吉林油田水平井压裂技术发展过程 2.2 水平井分段压裂技术（技术简介、管柱组合、工作原理、技术特点）3、水平井现场应用情况及效果4、D平2井压裂简介,（1）水力喷射压裂技术（引进单井服务在200万以上）（2）Frac-Point封隔器系统（引进单井服务在400万以上）（3）MSAF、StageFrac系统等完井系统（引进单井服务在400万以上）,国外水平井分段改造技术,StageFRACTM增产系统,Frac-Point封隔器系统,水力喷射,水平井压裂技术进展,吉林油田水平井压裂技术发展过程,国内水平井分段改造技术,（1）限流压裂技术：1991年-1995年大庆油田研究了水平井限流改造技术（2）液体胶塞-填砂压裂技术：长庆油田塞平1等利用该技术分压成功（3）水平井套管分流压裂技术：大庆油田于1998年研究完成（4）机械桥塞分压技术：2004年长庆油田引进机械桥塞分隔工具并试验成功（5）水力喷射压裂技术：2005年12月8日，长庆靖安油田靖平1井试验成功(6)双封单卡压裂工艺技术：大庆油田研制完成，能实现上提多层压裂（7）环空分射分压工艺技术：2004年吉林油田水平井环空分射分压工艺试 验成功,水平井压裂技术进展,吉林油田水平井压裂技术发展过程,第一阶段（2004年以前）探索阶段：解决问题：能够实现水平井压裂改造 标志技术：限流法压裂技术 技术瓶颈：储层改造不彻底 第二阶段（2004-2005年）研发阶段：解决问题：实现分段压裂 标志技术：环空分射分压技术、长井段压裂诊断技术 技术瓶颈：不能实现压裂任意段 第三阶段（2006年-2007年）改进完善阶段：解决问题：实现压裂任意段功能 标志技术：水平井深层环空分射分压、单封双压封隔器、分段选择性压裂 第四阶段（2008年以来）探索实践阶段：进行了庙22区块水平井整体优化压裂设计，对水平井整体区块压裂进行了前期探索。,水平井压裂技术进展,吉林油田水平井压裂技术发展过程,一、吉林油田水平井增产改造技术探索限流压裂,老平1井吉林油田第一口水平井，该井位于大老爷府背斜构造东南部老2井区，于1995年10月完井，采用固井完井，需要压裂改造投产。,造斜点：1028.4m，着陆点位置：斜深：1428.01m，垂深：1298.50m，水平位移：247.47m。水平段长约335m。,水平井压裂技术进展,吉林油田水平井压裂技术发展过程,套管程序（1）表套：339.7mm下入289.28m，水泥返高至地面。（2）技套：224.47mm从井口下至1364.98m，水泥返高至地面。（3）油套：139.7mm从井口下至1759.13m（其中N-80钢级4.75-1240.01m，P-110钢级1240.01-1759.13m）水泥返高至1100m。,水平井压裂技术进展,吉林油田水平井压裂技术发展过程,吉林油田两口水平井压裂技术概况,水平井压裂技术进展,吉林油田水平井压裂技术发展过程,不同排量与井口压力计算数据表,水平井压裂技术进展,吉林油田水平井压裂技术发展过程,不同排量与井口压力计算数据表,水平井压裂技术进展,吉林油田水平井压裂技术发展过程,压裂设计参数表,压裂施工参数表,水平井压裂技术进展,吉林油田水平井压裂技术发展过程,压开裂缝条数的及时判断 a、有效孔数法：老平1井稳定排量6.9-7.0m3/min，稳定压力值31-35MPa，计算得17.7-19.9的有效孔数，说明18个孔眼全部进液，三条裂缝全部压开。b、微地震测试法 裂缝形态：垂直裂缝 裂缝条数：3条 平均裂缝方位：北东51 前端裂缝长度：230米左右 中间裂缝长度：200米左右 井口裂缝长度：230米左右,水平井压裂技术进展,吉林油田水平井压裂技术发展过程,微地震裂缝测试结果,水平井压裂技术进展,吉林油田水平井压裂技术发展过程,水平井压裂技术进展,吉林油田水平井压裂技术发展过程,射孔井段：第一段1453.4-1454.4m,0.7m，7孔,间距61.6m第二段1516.0-1517.0m,0.7m,7孔，间距84m第三段1601.0-1602.0m,0.5m,5孔，间距131.44m 采用YD-89-180-型射孔弹，孔密10发/m，相位低边120。,民平1井压裂设计套管限流压裂方式，采用139.7mm油层套管作为压裂管柱，设计一次压开三条裂缝，同时考虑到如一次压不开全部裂缝，则采用炮眼球封堵转向技术压开其余裂缝。第一、二条缝（靠近窗口）支撑半长87m，支撑缝宽5.0mm；第三条缝支撑半长63m，支撑缝宽4.5mm。压裂液为吉林胍胶压裂液，支撑剂为粒径0.5-0.8mm的通辽砂。,水平井压裂技术进展,吉林油田水平井压裂技术发展过程,不同排量与井口压力计算数据表,施工参数：地面总排量6.65 m3/min 第一段排量2.45 m3/min 第二段排量2.45 m3/min 第三段排量1.75 m3/min,水平井压裂技术进展,吉林油田水平井压裂技术发展过程,针对浅层水平井造斜点浅，曲率半径小的特点，研发形成了环空压裂封隔器、滑套压裂封隔器及安全接头等配套工具，配套形成了以不动管柱为特点的环空分段压裂、滑套分段压裂、三段分压等六套水平井压裂专用工艺管柱，满足了曲率半径60m以上水平井分段压裂需求，可实现一趟管柱不动管柱三段压裂，目前已完成108口水平井的压裂工作，工艺成功率100%，累产油量达到34.1万吨，年产油量达到10万吨水平。,水平井机械分段压裂技术,水平井压裂技术进展,吉林油田水平井压裂技术发展过程,经近5年攻关努力，在水平井机械分段压裂方面形成了3项主体工艺技术，为水平井在油田开发中应用提供了技术保障。,分段压裂工具和工艺管柱耐温实现120，耐压差实现70MPa，满足吉林油田垂深2500m，51/2和7井眼水平井长短射孔井段新井投产分段压裂、老井重复压裂要求。,水平井分段压裂工艺,适合大排量压裂施工,分体式多段压裂工艺,压缩式（Y344）双封上提压裂工艺,环空压裂工艺技术,一体式多段压裂工艺,压缩式（Y444）滑套多段压裂工艺,多只Y444组合工艺,不动管柱多段分压实现选层耐温耐压级别高安全可靠,动管柱低压浅层油井压裂,Y444、Y445组合工艺,水平井压裂技术进展,吉林油田水平井压裂技术发展过程,滑套分压工艺原理及管柱组成,1、滑套分压工艺原理及管柱形式（两段）一次射孔两段，下入滑套分压封隔器及配套工具组成的压裂管柱，先压下部层段，投胶塞堵封隔器底部通道，打开上层压裂滑套进行上部层段压裂。油管 保护封隔器 油管分层压裂工具总成,水平井压裂技术进展,水平井分段压裂技术,滑套分压工艺原理及管柱形式（三段）一次射孔三段，下入三段分压工艺管柱，油管打液压完成上封隔器和下封隔器的坐封，并打开下压裂通道，先压下部层段；投球棒堵封隔器底部通道，并打开中间压裂滑套进行中间层段压裂；投球棒解封下封隔器；再投球棒打开上压裂通道，压裂上部层段；最后投球棒解封上封隔器，起出压裂管柱。管柱形式：保护封隔器 油管上封隔器油管下封隔器,滑套分压工艺原理及管柱组成,水平井压裂技术进展,水平井分段压工艺技术,工艺特点,一是工艺适合低渗透油田油井开发，在套管内机械分段压裂，选择性大、针对性强(国外工艺适合完井压裂一体的气井水平井开发);二是可以不动管柱一次性压裂2-3个层段，节约作业时间和费用，提高效率；三是工艺管柱和封隔器不受卡距限制，可以对长、短射孔段针对性压裂改造；四是工艺管柱和封隔器实现了全过程液压动作，井下工具少，潜在的事故点大大减少，施工更加安全可靠。五是封隔器设计了洗井通道，多层压裂下工具设计了遇卡丢开机构，能够有效的处理常规的砂卡事故。六是胶塞设计了打捞机构，简化和方便了后续的事故处理。七是配套了套管及井口保护封隔器，高施工压力过程中保证了套管及井口免承高压，保障了地面施工的安全。,水平井压裂技术进展,水平井分段压工艺技术,目的及意义：现场试验作业和施工过程中小问题出现，为避免事故的发生，为此编制了压缩式滑套多段压裂工艺管柱技术规范；在技术规范里面详细的列举了各种注意事项，严格按照实施规范施工，能有效保证施工的顺利实施；详细的实施规范，为以后全面推广打下的坚实基础。,操作实施规范,技术行业标准制定情况,编制了水平井滑套封隔器多段压裂技术实施规范，为工艺推广应用奠定了基础。,水平井压裂技术进展,水平井分段压工艺技术,技术实施规范内容要点：滑套分压各种工艺管柱形式工具特点及工艺原理滑套分压各种工艺管柱参数及技术指标滑套分压各种工艺管柱通过能力设计滑套分压各种工艺管柱施工工序及操作步骤滑套分压各种工艺施工工序及相应常见事故应急处理方法 滑套分压各种工艺应用实例及效果情况,操作实施规范,编制了水平井滑套封隔器多段压裂技术实施规范，为工艺推广应用奠定了基础。,技术行业标准制定情况,水平井压裂技术进展,水平井分段压工艺技术,1、简况 1.1 吉林油田低渗透概况 1.2 吉林油田地质特点2、水平井压裂技术进展 2.1 吉林油田水平井压裂技术发展过程 2.2 水平井分段压裂技术（技术简介、管柱组合、工作原理、技术特点）3、水平井现场应用情况及效果4、D平2井压裂简介,工作量完成情况,截至到2010年7月，水平井滑套分压工艺管柱现场应用 135井301段，其中不动管柱三段分压工艺为45井121段，封隔器动作正常，工艺管柱性能稳定，工艺成功率99%（第一口试验出现卡卡井上修事故，后得到了完善），取得了较好的效果。,压裂投产的水平井稳产水平为周边直井日产量的2-5倍，有效得动用了地面受限资源（动用储量1530万吨），同时也为低渗透油田改变“多井低产”局面寻求到了一条有效的技术途径。,水平井现场应用情况及效果,水平井不动管柱滑套分段压裂的技术优势，安全、环保、有效的动用水体压覆、城区大量难采储量资源，同时有效节约土地资源。,水平井不动管柱滑套分压技术优势，安全、环保、有效的动用水体压覆、城区大量难采储量资源1530万吨，现累产油近40万吨，年产量达10万吨。,水体压覆,城区压覆,大平台（32口井）,水平井现场应用情况及效果,3、水平井机械分段压裂工艺施工成本的降低,水平井单井压裂5段费用情况表,备注：利用一次性压裂三段工艺相比环空压裂单井节约这三项费用高达32万元左右。,4、随着机械分段压裂工艺的进步，储层污染进一步降低 利用水平井不动管柱一次性实现三段分压工艺，施工效率提高后，压裂液在储层中滞留时间由24天可以缩减直10天甚至一周，减少了储层污染，有利于水平井单井产能的提高。5、随着机械分段压裂工艺的进步，工人的劳动强度逐步降低 应用三段分压工艺后，作业工起下管柱次数相比以前明显减少，以上表5段投产水平井为例，仅射孔及工具起下单井可以少起下6趟，极大程度的降低了工人的劳动强度。,利用目前滑套多段压裂，相比环空压裂，单井6段压裂可以缩短一周时间。,2、水平井机械分段压裂工艺技术施工效率的提高,水平井现场应用情况及效果,分段压裂工艺管柱应用方面，实现了 单井最大加砂量180m3（庙平1井）；单井最大压裂段数6段（木平1井）；一趟管柱最大加砂量90m3（庙平8井第2、3段，滑套分压）；单段最大加砂量60m3（庙平4井第1段）；最高施工压力70MPa（红平2井）。,6、水平井机械分段压裂工艺技术实现的最高指标,水平井现场应用情况及效果,庙22区块开发井位部署图,庙22区块规划动用含油面积1.1km2，动用地质储量50104t，设计水平井12口，其中油井8口，设计单井产能6.5t/d，可建产能1.56104t。水平井：12口水平段：400-500m方位角：67.5排距：140m油水井数比：2：1优点：油层改造效果好；邻井不同层位间东西向距离较大，不易水串；投资效益相对较高。缺点：油井间存在死油区、注水单向受效。,四、吉林油田水平井整体优化压裂探索庙22区块,压裂水平井产能预测和计算模型的建立根据当量井径法将水平井一条人工裂缝等效成为一口直井，通过压力叠加，考虑井间产量干扰，可以求得每条人工裂缝的产油量，多条裂缝产量综合即为水平井全井产量。,裂缝参数优化设计技术研究,1.理论基础,有限导流当量井径模型：,无限导流当量井径模型：,单条人工裂缝产量模型：,水平井全井产量模型：,水平井现场应用情况及效果,1、水平段长度的优化计算条件：水平段长度从100到700米储层厚度：8米生产压差：3Mpa储层渗透率：kx=6.2md,ky=4.15md,kz=2md泄油半径：500米原油粘度：3.5mpa.s无因次导流能力：cfD=2裂缝半长：100米,2.参数优化,从不同裂缝条数下水平段长度-日产量关系曲线看出，对于庙22区块这样的超低渗储层，水平段越长产量越高。实际井身结构设计中，由于区块构造和断层的限制，水平段长度是受限的，庙22区块设计水平段长400-500米。,裂缝参数优化设计技术研究,水平井现场应用情况及效果,2、裂缝长度优选裂缝半长与裂缝间距的比值称间距比，模拟了水平段长度3个分级：300米，430米，560米、间距比9个分级：0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1.0（Lf=26m，39m，52m，65m，78m，91m，104m，117m，130m）情况下产能。,模拟结果表明，对于不同的水平井筒长度，随着间距比增加产能均增加，但当间距越接近1时，产能增加幅度越小。确定最佳间距比0.7-0.9，最大半缝长裂缝间距。,计算条件：泄油半径：500米储层厚度：8米生产压差：3Mpa储层渗透率：kx=6.2md,ky=4.15md,kz=2md原油粘度：3.5mpa.s无因次导流能力：cfD=2,2.参数优化,裂缝参数优化设计技术研究,水平井现场应用情况及效果,2、裂缝长度优选庙22区块水平井水平段方位角67.5，排距140m，井网类似于5点法面积注水井网。在裂缝长度设计时，不但考虑单口水平井裂缝间距、裂缝长度对产量的影响，而且考虑到井网的限制和可能注水的影响因素，因此，缝长设计分注水和不注水两种井网情况。,2.参数优化,裂缝参数优化设计技术研究,水平井现场应用情况及效果,注水井网缝长的设计：注水井网简单示意图如下，为了便于表述，将各井分别标注为井4到井6，每井各段从井底开始分别标记为段1到3。在注水情况下，缝长设计不但要考虑单井的裂缝间距、各井各段之间位置及裂缝方位与井网的关系，还要考虑油水井之间位置关系的影响。由于裂缝方位角N112E，井4.2和5.1处在裂缝不利方位。,如果两段开采同层：则油井设计全缝长64-96米（160的0.4-0.6倍）水井设计全缝长32-64米（160的0.2-0.4倍）如不开采同层，则不用考虑方位影响，如果水平井裂缝间距为100-130米，则：油井设计裂缝半长70-120米（间距比0.7-0.9）水井设计裂缝半长50-91米（间距比0.5-0.7）,2.参数优化,裂缝参数优化设计技术研究,水平井现场应用情况及效果,不注水井网缝长的设计：不注水井网简单示意图如下，为了便于表述，将各井分别标注为井1到井3，每井各段从井底开始分别标记为段1到3。在没有注水井情况下，缝长设计只要考虑单井的裂缝间距、各井各段之间位置及裂缝方位与井网的关系。由于裂缝方位角N112E，井1.2和2.1处在裂缝不利方位。,如果两段开采同层：则设计全缝长96-128米（160的0.6-0.8倍）如不开采同层，则不用考虑方位影响，如果水平井裂缝间距为100-130米，则：设计裂缝半长70-120米（间距比0.7-0.9）,2.参数优化,裂缝参数优化设计技术研究,水平井现场应用情况及效果,3、裂缝条数优选 模拟了水平段长度200米、300米、400米、500米、600米、700米6个分级，不同裂缝条数下水平井产能。计算条件：泄油半径：500米储层厚度：8米生产压差：3Mpa储层渗透率：kx=6.2md,ky=4.15md,kz=2md原油粘度：3.5mpa.s无因次导流能力：cfD=2裂缝半长：100米模拟结果显示，对于不同的水平井筒长度，最优的裂缝条数不同。300米井筒长，最优裂缝条数为2-3条 400米井筒长，最优裂缝条数为3-4条 500米井筒长，最优裂缝条数为4-5条 600米井筒长，最优裂缝条数为5-6条,2.参数优化,裂缝参数优化设计技术研究,水平井现场应用情况及效果,4、导流能力选择 模拟了水平段长度分别为300m、400m、500m，不同裂缝导流能力下水平井产能。计算条件：泄油半径：500米储层厚度：8米储层渗透率：kx=6.2md,ky=4.15md,kz=2md生产压差：3Mpa原油粘度：3.5mpa.s裂缝半长：100米根据模拟结果，选择导流能力20-25Dc.cm(cfd=4.7-7.25）,2.参数优化,裂缝参数优化设计技术研究,水平井现场应用情况及效果,(a)情形(b)情形(c)情形(d)情形(e)情形(f)情形,5、裂缝间距在水平段长度500米、4条裂缝情况下，取等间距、根部和端部间距小内部间距大两种大情况，第二种情况又分五种情形（间距从小到大、从大到小、两端大中间小、两端小中间大、等间距）共计六种情况进行模拟。,结论：1.当水平井筒根部和端部的裂缝间距小、内部间距大时产量高于等间距情形，情形b-f均好于情形a；2.在情形(b-f)中，内部等间距情形(f)产量最高。,2.参数优化,裂缝参数优化设计技术研究,水平井现场应用情况及效果,6、裂缝组合方式研究了500米水平段、4条裂缝，组合方式为4条缝等长、内部缝长大于两端缝长和内部缝长小于两端缝长三种方案下各单条裂缝产量变化。,可以看出，水平井段根部和端部的裂缝产量高于内部裂缝产量。这是因为经过一段较长时间后，由于裂缝的干扰，两条内部裂缝之间的流动区域的压力下降很快，而外部裂缝具有更大的泄油区域，所以两条外部裂缝的贡献将会占主导地位。三种组合方案中，两端短中间长方式产量最低，均缝方式均中，两端长中间短方式产量最高。,不同缝长组合方式产量模拟计算结果,因此，缝长设计时，在井网允许的条件下，应尽可能增加两端裂缝长度平提高产量。,2.参数优化,裂缝参数优化设计技术研究,水平井现场应用情况及效果,（1）现场实施情况从2007年8月初步对庙平8井实施分段压裂现场试验到2008年7月庙平12井的措施结束，历经11个月的时间对庙22水平井整体区块进行了一系列有效的开发试验，实践证明了整体开发的实效性。本区块已完成7口井20段的压裂施工，单井平均加砂规模为65.6m3。,庙22区块水平井压裂实施情况统计表,现场实施效果,水平井现场应用情况及效果,庙22区块水平井生产动态统计表,庙22区块水平井初期产量高，改造效果较好。水平井平均产量明显高于同期投产的相当于直井的庙平12井；庙22区块水平井初期产量和目前产量对比，产量递减速度较快，水平井能量补充是水平井稳产的关键（目前两排油井夹一排水井的井网没有发挥作用）；构造部位高低影响压后产量，庙平7井到南部的庙平13，随着构造部位逐渐升高，含水量有逐渐降低产油量逐渐升高的趋势。,现场实施效果,水平井现场应用情况及效果,不同类型油藏水平井的应用效果,从不同油藏水平井与直井初期产量和生产一年产量对比关系来看，采用水平井开发，油井的初期产量是直井的1.97倍，第12个月产量一般是直井的2.2倍。,现场实施效果,水平井现场应用情况及效果,不同类型油藏水平井递减、含水情况,中高渗透油藏水平井产量递减相对较缓，低渗透油田递减率较高；老区挖潜水平井含水上升相对较快。,现场实施效果,水平井现场应用情况及效果,扩边区水平井满足调和递减规律。初始递减率：Di=0.049169;产量：Q=Qi/(1+0.049169t)；累产：计算扩边区水平井10年采出程度为26.9%。,R平方值0.94；,R平方值0.99;,扶余油田水平井实施效果,现场实施效果,水平井现场应用情况及效果,优化水平井部署，探索高效开发方式：水平段与天然裂缝垂直或斜交，能沟通更多的裂缝，连通了较大的油藏体积，油井产量高、稳产期长。,扶余油田水平井实施效果,现场实施效果,水平井现场应用情况及效果,结论与认识,1、水平井滑套多段压裂工艺适合低渗透油田油井开发，在套管内机械分段压裂，选择性大、针对性强(国外工艺适合完井压裂一体的气井水平井开发);2、水平井滑套分压工艺技术利用一趟管柱可以实现水平井的多段压裂施工，提高生产效率，减少储层污染，是一种较为先进的水平井压裂工艺技术；3、水平井滑套分段压裂工艺管柱耐温达到120，耐压差70MPa，滑套两段压裂耐温达到150，耐压差105MPa，对各层段处理的针对性强，不受卡距限制；4、水平井滑套分压工艺管柱、封隔器和配套工具实现了全过程液压动作，并且已形成配套的井下事故处理工艺，施工更加安全可靠。5、在滑套多段压裂工艺基础上，利用安全接头+Y441平衡式上提分级解封工艺管柱，可以避免由于落物、砂堵以等造成封隔器解封困难问题，同时可以解决多段压裂（4-6段）提高耐压指标时滑套尺寸排布问题。,谢 谢！请批评指正,D平2井压裂简介,