压裂技术发展历史回顾与发展状况

对类似上述已获得开发的储层条件，可应用成熟技术对未动用储量实施开发
对未开发或未充分开发的难采低渗储量——压裂实施面临的难度： ▲ 低孔渗、特低孔渗油层物性，复杂岩性，复杂就地应力场与异常高净压力 ▲ 多、薄低孔渗储层、含不同程度发育的天然裂缝、储层透镜状岩体、严重 非均质与各向异性等 面对未开发或未充分开发难采低渗储量，必须发展（直井、水平井）完井压 裂、重复压裂等增产（注）工艺技术，实施低成本开发与进一步提高储量动 用程度 对未开发或未充分开发的难采低渗压裂井层的选择、技术实施与压后效果， 面临着高难度，加强先导性试验研究的重要性
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对压裂技术发展历史的回顾
对压裂技术发展历史的回顾
• <美> 压裂技术发展历史的三个重要阶段 • 对国内压裂技术发展历史的回顾 • 国内压裂技术水平总体上——接近国际先进水平，部分 达到国际先进水平，并有重要的创新 • 低渗层开发研究与压裂改造经济界限问题 • 压裂技术发展与改变传统的技术概念
• 非常规油气储量应用需发展的相应技术
• <美>专家提出应进行的专项研究与发展的技术 ----特殊的地层--评估方法 ----特殊的油气藏--工程方法 ----特殊的完井方法 ----大型水力压裂实施 ----蒸汽注入 ----水平井与多分支井 ----先进的钻井方法 • 低孔低渗层测井技术 • 改进对含天然裂缝、多层、渗透率
《Low Permeability Program》计划
《MWX》, 《M-Site》,《 SFE》, 《AST》等计划 《西部致密气砂层研究计划》
•《Low Permeability Program》计划实施
• 目标：通过技术发展，从低渗气层中实现增加产量与储量，
保证在未来对天然气的足够的供给
• 重点是发展技术，集中于： ▲ 成象技术与诊断技术→ 探测与表征低渗层 天然裂缝网状系统 ▲ 生产技术的验证性试验→取得试验区结论， 有助于动用未开发与未充分开发低渗储量
近期低渗层压裂国外工艺技术发展
状况
近期低渗层压裂国外工艺技术发展状况
• 低渗层压裂改造的难度与近期低渗层压裂国外工艺技术发展的特点 • 多、薄低渗层完井与分层压裂工艺技术 • 多、薄低渗层——连续油管分层压裂工艺技术
• 含水低渗多层油藏增产——相渗调节压裂液(RPM) 增产改造工艺技术 • 低渗层严重非均质与含天然裂缝系统——多裂缝压裂
• 连续油管压裂设计原则 ▲ 设计时应考虑的 2个独立目标： 1）优化压裂所需的排量与支撑剂浓度 2）由于地面压力的限制应对参数设计必须的限制 ▲ 在方法上不同于常规压裂设计与实施的考虑 1）实施的安全性成为更重要的考虑 2）连续油管压裂，额定压力不超过10,000psi（应用高钢级别时） 3）压裂液应优先选择粘弹性液体系统（VES ）： —— 低摩阻→ 1/3常规聚合物摩阻 —— 低伤害性能→允许在低砂液比时仍可获得所需的导流能力 —— 提高排液性能 4）应用考虑VES 压裂液+足够强度的支撑剂进行连续油管压裂
非常规油气储量应用 与发展相应技术的重要性
• <美> National Petroleum Council (NPC)于1992年提出未来石油能源供给 —— 深井、深水与非常规资源的动用 • <美>提出 —— 非常规油气勘探开发：石油能源持续增长的需要
▲ 致密砂层气、页岩气
▲ 低渗油 ▲ 煤层甲烷
对压裂技术发展历史的回顾（续）
• 国内压裂技术水平总体上——
接近国际先进水平，部分达到国际先进水平，
并有重要的创新
• 压裂技术发展与改变传统的技术概念
▲ 压裂从单井增产措施发展成为油藏管理手段 ▲ 创新的工艺技术应用于低渗边际油气藏开发，可取得低成本、高效开发的 结果，工艺技术上的组合研究与发展 —— 油藏工程、钻完井技术、压裂技 术（井下工具、工作液、施工方法）等的组合应用研究 ▲ 在压裂造缝与裂缝导流能力机理的试验研究上的新概念 ——重复压裂、水 压裂、多裂缝压裂、水平井无水泥固结完井的水力喷射分段压裂等
0.8
150*150
0.6 0.4 0.2 0 0 50 100 150 ë ì ¤ °²³ (m) Í ² Í ¾ Í Ï ² ³ ³ ¶ Ó ²³ Ö ¼ µ ¹ Ï £ K=0.1£ ¼ » ¬ ® ø Â É ö Ì È ë ì ¤® ä Ä Ø µ ¨ © 200 250 300
300*150 300*300 600*150
▲ 稠油
• 呈三角形分布的油气资源 • 非常规油气储量应用需发展的相应技术 • 低渗可采储量有效动用与压裂技术发展
• 三角形分布的油气资源
Masters, J.A. :“Deep Basin Gas Trap,Western Canada,”AAPG Bulletin (1979) 63, No.2, 152.
液量: 约1,136m3 支撑剂量: 约333,390kg •Φh=0.9m • k=0.05~0.005md • kh =0.45~0.045
100000
80000
60000
Байду номын сангаас
40000
时间 （月）
20000
md.m
• 席状砂岩 • 单层 • 均匀介质 • 单一裂缝
0 0 5 10 15 20 25 30
西部致密气砂层研究计划 • 多、薄低渗层 • 储层物性：例如基质
• 单层 • 储层物性:例如 Φh=0.9m k=0.05~0.005 md kh =0.45~0.045 md.m • 储层介质类型：均匀介质 • 压裂：单一裂缝形态 • 席状砂岩 • 大型水力压裂
φg 0.04, he40ft, km1μd,
• <美> 压裂技术发展历史的三个重要阶段
1, 解堵压裂 2, 大型压裂 3, 端部脱砂压裂
4, 未来压裂技术发展估计,
压裂与油藏工程的组合
• <美> DOE 进行的致密气砂层开发规划研究
研究 目的 ——使<美>工业界认识主要低渗含气盆地中天然气的 产量 潜力，对主要生产层位的选择研究，应发展的相应技术，经济评估
多、薄低渗层——连续油管分层压裂工艺技术 （续）
• 概况
▲ 连续油管压裂（CTF）, 施工现已 > 5,000口井（如于 <加>、<美>、<英>）用 于多、薄层井/低渗边际井，深度如应用于<美> 东Texas 气层 8,900ft, 应用于 <加>东南Alberta气层 2,400~2,600ft, 以及1,300~2,000ft
多、薄低渗层——连续油管分层压裂工艺技术 （续）
• 连续油管压裂设计工序
▲ 皮碗跨隔式双封隔器连续油管多层分层压裂 ▲ 单封隔器连续油管多层选压单层
• 连续油管作业应用 —— 现已形成一个热点，于短暂时间内：一种单项的修井 服务工具， 发展成为多种井下业务的组成部份 • 早期应用：诱喷、排液、酸化 • 近期发展： ▲连续油管钻井 ▲连续油管完井 ▲连续油管井下作业 ▲连续油管装备系统 • 显著的减少作业时间与经费的投入，提高工业卫生与安全 ▲ 减少直接费用，如较低的搬迁费 ▲ 减少依赖于时间的费用 ▲ 减少钻机拆、装费用，成为小型、可动、整装的连续油管组合 ▲ 提高了HSE水平 ▲ 提高了实时采集数据水平
• 重复压裂技术的应用与研究 • 注水井注水反应特性与增注研究 • 低渗层水压裂（Waterfracs ）技术应用与效果 • 水平井非固结完井与压裂工艺技术
多、薄低渗层——连续油管分层压裂工艺技术
• 概况 • 连续油管压裂设计原则与方法 • 应用实例
多、薄低渗层——连续油管分层压裂工艺技术 （续）
多、薄低渗层——连续油管分层压裂工艺技术 （续）
▲ 实施范围与设计应用考虑：举例如下 ◆ VES压裂液 +支撑剂+连续油管+封隔器 ◆ 多、薄层井分压改造 ◆ 小直径井的分压改造 ◆ 压裂液低伤害性能 ◆ 优化砂液比设计：满足所需的导流能力 ◆ 低摩阻：一般约1/3水基冻胶压裂液的摩阻
多、薄低渗层——连续油管分层压裂工艺技术 （续）
•应用3D地震与地质力 学模型，研究天然裂 缝网状系统
•现场与井筒观测裂缝
•遥感与非地震地球物 理方法 •理论与建模研究
▲ 技术的商业化
• 在致密砂岩气藏开发上，水力压裂发展为大型 水力压裂技术（MHF）应用典型实例
产量 (m3/d)
120000
大型水力压裂技术 （MHF）要求
1 2 3 4 1890 m3 1134 m3 680 m3 162 m3 255 m3 153 m3 92 m3 15 m3 1058 m 661 m 450 m 132 m
压裂技术发展历史回顾与近期低渗层压裂
国外工艺技术发展状况
2005. 5.
压裂技术发展历史回顾与近期低渗层压裂 国外工艺技术发展状况
• 非常规油气储量应用与发展相应技术的重要性 • 对压裂技术发展的历史回顾
• 近期低渗层压裂国外工艺技术发展状况 • 认识与结论
非常规油气储量应用
与发展相应技术的重要性
压裂技术
系统继续发展 优化设计 评估
实施
• 国内水力压裂技术应用于低渗砂岩油藏开发 —— 3种类型低渗砂岩油藏（区块）实例
φ φhe ke kehe Lf 自然产能 压后产量 KfWf(d.cm) (%) (m) (md) (md.m) (m) (t/d) (t/d) 13.5 3.29 3 75 50 7.6 76 167 39 22.5 25 10 ~0 42 22 9
各向异性、煤层气与页岩气的解吸与
扩散等的油气藏--工程分析方法 •多层完井、定向射孔、套管测井技术
• <美>专家认为关键问题：发展技术，降低成本，才能使那些资源投放市场
• 低渗可采储量有效动用与压裂技术发展
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低渗可采储量有效动用需求
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对低渗层的认识
（直井、水平井）压裂技术发展 获得低渗可采储量有效动用
以及储层含天然裂缝 • 储层介质类型：双孔介质 • 压裂：多裂缝形态 • 陆相沉积——透镜体 • 多种压裂工艺研究 《Low Permeability Program》计划 《MWX》, 《M-Site》,《 SFE》, 《AST》等计划
• 对国内压裂技术发展历史回顾
2000.～2004.低渗气砂层压裂、泡沫压 裂、复杂岩性低渗油层酸压裂、碳酸盐 岩低渗油层压裂/酸压裂、火山岩低渗 气层压裂 •油藏工程 •压裂力学 •酸岩反应动 力学 •压裂酸化材 料开发 •压裂酸化工 具、设备 1990’s低渗砂岩油藏整体压裂、开 发压裂、重复压裂、致密超深气层 压裂、煤层气压裂： 1970’s～1980’s水平裂缝砂岩油层多层 分压、’低渗砂岩油层深穿透压裂改造’ 1955.～1960’s解堵性压裂处理 1955.玉门油田第一次压裂
▲ 施工层典型厚度 3~20ft ，单井CTF及应用配套的封隔器分压可达14个射孔层段
▲ CTF分压快速施工：在欠平衡条件下可实现快速多次移位 （常规压裂需用钻机在过平衡条件下，上卸起下连接油管实现移位） ▲ 应用CTF分压实施多次加砂，可满足对多、薄低渗层压裂分层改造要求 ▲ 应用无电缆套管接箍定位器(Wireless Casing Collar Locators)→计量校正CT的 深度
• 技术发展要求改变传统的压裂方法与模型
《AST》（《 Advanced Stimulation Technology Deployment Program 》） 计划实施提出：先进压裂技术实施研究结果，对传统的压裂方法与模型 提出了挑战 ▲ 实际净压力高于常规理论与实验室实验预测净压力 ▲ 压裂液作用 ▲ 质量控制
▲ 支撑剂铺置
▲ 近井地带的裂缝弯曲 ▲ 远场多条裂缝延伸
• 压裂工艺技术发展的特点
▲ 工程与地质的组合
▲ 压裂与油藏工程组合 ▲ 技术概念+专用设备+井下工具+材料+实验室支持+软件支持 →→压裂实施工艺 →技术整合→技术系统 ▲ 压裂技术近期发展特点
• 进一步提高低渗储量动用程度与发展压裂技术
时间 1980’s初期 1990’s初期 1990’s中后期
阶段 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
12 2.56 1～3 12.4 1.89 0.5
基本单元分析：不同的“缝长与井网单元”组合，压后采出程度的差别， 抽稀井网密度可用有足够的缝长来补偿采出程度的减少
1
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