哈里伯顿水平井压裂新工艺SurgiFrac介绍

水平井压裂新工艺介绍•SurgiFrac水力喷射压裂工艺
哈里伯顿能源服务公司
提高低渗低孔水平井的产量
通常的水平井完井方式
套管固井
割缝管/筛管加封隔器
割缝尾管或裸眼井
垂向渗透性
(Kv)core=0.001md
(Kv)plug=0.1md
(Kh)core=0.2md
(Kh)plug=0.2md
薄泥岩层~0.05in
(Kv)plug/(kh)plug=0.5
(Kv)core/(kh)core=0.005
泥岩层影响水平井产量
水平井压裂改造
•制造横切或纵向的裂缝
•避免同时产生多裂缝
•消除裂缝弯曲
横切裂缝纵向裂缝
SurgiFrac（水力喷射压裂）:
是一种精确有效，
可在单井中选择裂缝的位置并产生多个裂
缝的增产方式。

Dr. Jim Surjaatmadja(发明者)
哈里伯顿能源服务公司
喷射泵技术
•把一束流体的动能转化成多束流体的压力（势能）的技术
•Boost pressure(压力提升）:使低能量的流体的压力的提升。

应用于人工举升，及混浆系统
W f W j
W a
水力压裂
•1948 年Stanolind油气公司首次采用
•现今的压裂技术的发展:
–提高压力，排量，采用大型压裂，提高砂比
–采用人工支撑剂
–改变携砂液种类：CO2, N2 泡沫, 胶液, 柴油, ...•裸眼井压裂–尝试过一些方法但不可行性：–砂塞，化学塞….
–跨式双封隔器
–Hail Mary（超高排量压裂）: 80 m3/min
用传统压裂工艺产生小裂缝
封隔器小裂缝造成液体逃逸出封隔层
压裂液出口
SurgiFrac 工艺过程
压力分布
流体的流动
高
Bernoulli’s
公式:
v2/2 + p/ρ= C
SurgiFrac是如何工作的...
•一定要知道裂缝的方向( 30 度以内)
•喷嘴位置就是射孔位置，和裂缝产生的位置。

•Bernoulli 效应使裂缝入口处的压力在井筒中处于最低。

•环空的液体补充支持裂缝增长
SurgiFrac 概念
开始射流
环空注入
压力分布
低高
SurgiFrac 概念
低沙比携砂
液冲击并产
生洞穴
环空压力比
裂缝产生所
需要的压力
低200 psi
(1.38 MPa)压力分布
低高
SurgiFrac 概念
开始的时候,射
流被反射回环空压力在洞
穴底部提
高
压力分布
低高
SurgiFrac 概念
液体在洞穴中集
聚使压力升高产
生裂缝
压力在洞
穴底部提
高
压力分布
低高
SurgiFrac 概念
射流使环空液体
被吸入洞穴
初期裂缝开
始生成，液
体得以进入
地层压力分布
低高
SurgiFrac 概念
环空液体
不断被吸
入洞穴
压力的最高点
裂缝继
续增长
压力分布
低高
可能应用SurgiFrac的完井方式
Chert
no acid in curve
for re-entry
show of hydrocarbon
acid frac sand frac
Limestone Sandfrac with acid
经济投入的对比
对设备需要的减少体现出经济效益
SurgiFrac: 作业时间缩短–一趟管柱
油管注入排量：16.5 BPM @ 7200 psi or 2.62 m3/min @ 49.6 Mpa.
(2911 HHP)
环空注入排量：6 BPM @ 434 psi or 0.95 m3/min @ 3 Mpa. (64 hhp)
5-7台压裂车/混砂车。

传统压裂方式（超高排量Hail Mary Fracturing）:
多趟管柱
泵注排量：200 BPM @ 900-1,100 psi or 31.8 m3/min @ 7.58
Mpa. (3,921 HHP-5,392 HHP)
6-10 台压裂车/混砂车
水平裸眼井Well “B”
Well Data Tool / Job Data
• 5.5”套管, 3,821 ft.• 4 3/4”裸眼水平井•1,600 ft 水平段•破裂梯度= 0.6 psi/ft •环空预计压力:600 psig
•8 fractures, 17% HCL • 2.875”油管
•12 jet, .1875”jets •喷嘴压差：5000 psi •环空压力= 5-600 psi • 5 hours：8 fractures
•产量提高：800%
SurgiFrac 工具入井
Well “E”连续油管酸化压裂Well Data Tool / Job Data
•7”Casing, 10,860 ft.
• 6 1/4”水平裸眼井•4,600 ft 水平段•Frac Gradient = 0.8 psi/ft
•环空压力需要: 3600 psig
•33 条裂缝, 300 gallons 28% acid • 1.75”连续油管
• 3 jet, .142”jets
•喷嘴压差：3000 psi •环空压力= 3600 psi •推进压力：35-36 psi •8.5 hours -33 个小裂缝
直井多层压裂Well“H”
产层fractures
shale
直井Well “H”
Well Data Tool / Job Data
•7”套管, 5600 ft.•直井, 许多砂岩/泥岩小层
•破裂梯度= 0.65 -0.95 psi/ft
•环空压力预测: 3500 psig
•7条裂缝，13,000 lbs 砂/层
•设计砂比：1 -6
lbs/gal. 砂比爬升•2-7/8”油管
•10 个喷嘴,
•直径：0.1875”
•相位: 180 度
•喷嘴压差：3800 psi
•环空压力：3000 psi
•推进压力：700 psi
•实际破裂梯度: 0.95 -0.98 psi/ft
•完成3条裂缝后，更换工具•裂缝半缝长超过30米
SurgiFrac的要点
•SurgiFrac 不是万能灵药
•SurgiFrac 可以完全控制裂缝生成，但不能控制裂缝的增长.
•SurgiFrac 提供了一种非常规的方法，理念，和与之相配合的施工工艺。

•SurgiFrac 要求对井况有更深入的了解。

•对于大型压裂，需要安装井架，和对油管/环空流量的控制。

SurgiFrac 施工要点
•裸眼井一次多层压裂
•裸眼井一次多层酸化
•大位移套管井
•水平井割缝尾管
•连续油管酸化/压裂去除近井眼局部的损伤•套管直井多层压裂
•套管水平井多层压裂
传统压裂< -对比->SurgiFrac
•压力产生裂缝•裂缝的位置无法精确预测
•裂缝的初始方向无法预测
•不进行机械封隔无法产生更多裂缝•不能预先设计裂缝的产生位置和裂缝的形状。

•射流产生裂缝
•射流还可以确定裂缝的初始方向
•环空压力+推进压力使裂缝延伸
•在无其他封隔方法的情况下仍可产生多个裂缝。

•必须事先确定裂缝的位置和形状。

直井–裂缝方向已知
裂缝延伸方向
直井–裂缝方向已知
裂缝延伸方向传统的压裂办法
•相位60度射孔
•然后压裂
裂缝弯曲导致沙堵
60% 射孔不能连通
直井–裂缝方向已知SurgiFrac 的方法
裂缝延伸方向•180度相位放置喷嘴
•实施压裂
所有的射孔通道都连通
直井–裂缝方向已知裂缝看上去很弯曲,成T 型
但射流产生的孔道连通性很好
SurgiFrac 解决办法
工具喷嘴相位错误
•180度相位放置喷嘴
•压裂裂缝延伸方向
直井–固井水泥浆压开裂缝
裂缝延伸方向传统压裂
•射孔相位60度
•裂缝有效性只有50%
流体流动
直井–固井水泥浆压开裂缝
裂缝延伸方向SurgiFrac 解决办法
180度相位放置喷嘴
•可进行两次压裂
流体流动
水平井–a, b 两点产生两条裂缝
裂缝延伸方向
b a
需要分别在(a) ，(b)两点产生裂缝
水平井–a, b 两点产生两条裂缝b 传统的压裂方法：
•限量射孔
•裂缝会先沿井筒方向延伸 在(b)点造缝成为不可能
裂缝延伸方向
a
水平井–a, b 两点产生两条裂缝a b
迫使裂缝先向外围延伸，两条裂缝被分开
SurgiFrac
•45 度夹角放置喷嘴
•使裂缝先向外延伸裂缝延伸方向
结论
•SurgiFrac 对水平裸眼井是非常有效的解决办法•SurgiFrac需要一些独有的参数计算
•不是所有井都适合。

•SurgiFrac 可以完全控制裂缝产生的初始阶段。

•SurgiFrac 是一种非常规的方法
SurgiFrac®
•裸眼井
•割缝尾管
•砾石充填
•已射孔
•二次压裂
•酸化压裂
•支撑剂压裂
•高速水充填
井口装置
•油管
•万能防喷器
•十字头
•油管闸板防喷器
•接箍
•井口
水力喷射射孔
水力喷射作用对压裂施工的帮助•不用下射孔管柱
•不会产生狭小的射孔孔道
•降低造缝压力
•去除近井筒区域的裂缝弯曲
•聚能效果帮助产生单一裂缝
•降低井底工作压力
•帮助提高砂比
谢谢。