国外非常规储层压裂新技术及未来技术发展讲义

m 滤失控制好 转向明显
℃ 压力：76MPa 孔隙度： 0-22%, 平均 1.8-3% 渗透率： 0-119mD, 平均1-2mD 断层发育，纵、横向非均质性强
VES+纤维组合液体进入地层的压力响应
五、压裂酸化材料
4.SliverStim压裂液体系
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应用新的硼交联压裂液体系优化，应用于低温煤层气和非常规气层。有稳定的流体性 能、嵌入型的粘土控制和破胶机理
斜深2745m-4575m
水平段:610-1830m 地层温度：71－93℃ 地层压力系数：1.06-1.18 渗透率：0.0001–0.0006mD 孔隙度：2% – 6% 施工方式
水力泵送桥塞
分段多簇射孔 套管压裂 压后效果
压裂前：无产量
压裂后：
28300-56600m3/d
SPE119757
应用区域：美国西部的皮申斯盆地Rulison气田
储层特征：
深度3657.6-4572m，厚度1524m 渗透率0.001mD；地层温度：130-160 ℃
施工参数： 单井施工层数≥40层，单日施工层数≥20层 液体类型：交联压裂液、滑溜水压裂 平均排量4.7m3/min ；最高施工压力65.5MPa 支撑剂浓度： 交联冻胶 600-720kg/m3，滑溜水2403 360kg/m 压后气井累积产量通常是传统压裂的3倍


施工排量：0.85-3.5m3/min
每段加砂：5.0-11.3吨 20/40目砂
49.5Mpa
最多分压18段，压后平均日产油130m3
二.水平井分段改造技术
北德克萨斯Barnett页岩
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快速可钻式桥塞分段压裂技术在北美页岩气储层改造中广泛应用
井深：垂深2150—2450m,最深3050m
2009年为NaBr.密度1.37-1.49g/cm3,实验流变曲线耐温93
℃(200
℉)
Deimos
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一、国外储层改造技术新进展 二、未来技术发展建议
Biblioteka Baidu
• 提高SRV：水平井+分段改造+滑溜水
• 低伤害：滑溜水
• 低成本：滑溜水+高效多段改造工艺+同步压裂+工厂化作业
冻胶压裂
1.2×107m3
滑溜水压裂
北 （ ）
观测井1
射孔位置 观测井2
北 （ ft ）
4.1×107m3
ft
东（ft）
东（ft）
3.新型化学材料组合转向剂
技术特点 化学转向与机械转向组合（ VES 转向酸 + 纤维组 合）， VES 转向酸实现均匀布酸，加入纤维后实现 天然裂缝暂堵或降滤，且纤维在停泵后随时间和温 度能完全降解，无残渣伤害。 技术关键：滤失控制+转向相结合
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应用实例（北科威特U井）
层系：侏罗系 埋深：4267-4572 温度：135
分布式光纤温度测试技术（DTS）与微地震的结合
可回收式光纤
永久式油管光纤
永久式套管光纤
五、压裂酸化材料
1.新型支撑剂材料
– – –
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超低密度支撑剂 ——沉降速度低，对压裂液粘度要求低 树脂包裹砂 ——控制回流，提高裂缝导流能力 选择性润湿支撑剂 ——亲水不亲油，裂缝导流的选择性 低密度、高强度、表面改性是支撑剂发展新动向
裂缝方位 √ √ ×
裂缝长度 √ √ ×
裂缝高度 √ √ √
不对称性 √ √ ×
井温测井
大地电位法
√
×
×
√
×
×
√
×
×
×
压裂酸化中心自主建立了新的表征参数，发展了测斜 仪微形变技术对压裂复杂裂缝的解释方法
序号 1 2 3 4 5 6 7 8
施工用
液量，m3 1968.0 1958.0 1941.0 1983.0 1978.0 1991.0 1962.0 2034.0
D 分量体积差异率 D:
裂缝复杂指数β: 1 D
第13页 与砂岩和煤岩相比，页岩有注容比大、分量体积差异率小，复杂指数β高的特征
四.裂缝检测技术
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国外近年又研发了新型分布式光纤温度测试技术（DTS），利用光纤感
应器对全井段温度变化进行监测，实现对分段改造有效性和缝高延伸的认
识。并可进行流体流动监测、流体分布评价。
套管完井 实际垂深≤3100m 井底温度≤140℃
套管完井 目前尺寸单一，仅限4 ½”套管 应用温度160º C，耐压差70MPa
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一.直井分层改造技术
JITP( just-in-time perforating)实时射孔投球分层压裂技术实现单井分压40层
射孔方式：电缆传输，逐层上返射孔，投球憋压点火激发 压裂方式：投球封堵，逐层压裂，一般5层以后桥塞封堵 工艺参数：一般进行5层连续施工，最多可以连续施工12层
低压、水敏储层
氮气泡沫携砂压裂 氮气泡沫不携砂压裂 液氮连续油管压裂
水平井分段压裂
水平井同步压裂
清洁压裂液
压裂井层和压裂液体系与工艺优选需求－－直井分层、水平井分段
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一.直井分层改造技术
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国外直井分层压裂技术以“连续油管喷砂射孔环空加砂分层压裂”和 “TAP套管滑套分层压裂技术 ”为主，技术成熟，国内通过引进，在长庆 苏里格、四川须家河已应用。
主体技术 技术特点 适用条件
连续油管喷砂射孔环 空加砂分层压裂 （CobraMax）
TAP套管滑套分层压裂 (treat and production)
水力喷砂射孔，环空加砂压裂，砂塞封堵或 底封隔器封堵。压裂层数无限，最高单井连 续施工19层。
套管滑套和完井管柱一起下入，通过滑套和 飞镖实现分层压裂，开关滑套可实现分层测 试、分层生产。压裂层数无限。
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北美致密油开发借助水平井分段压裂实现有效动用 加拿大Bakken油层

完井方式：4.5 〞衬管完井 水平段长825-1305m 采用水力喷射分段压裂技术 最多分压30段（66小时）
优）
孔隙度2-12%（4-8%占优） 水平段长度365.7-3962m 采用裸眼封隔器分段压裂 平均排量6.2m3/min，平均压力
多面微小液珠
基本特征及参数：
粒径：10～300
nm，或者更小 mN/m
超低表面张力，＜20 接触角：60～89°
储层改造中的作用：
降低毛管阻力，比常规表活剂低50% 提高渗透率恢复率≥74%（常规40%） 降低滤失,比传统表活剂降低50% 提高返排和驱替效率：53～95%
五、压裂酸化材料
长度4160、4168m，分27段改造
北美致密油也有所应用
多支井定向工具系统包括：可控制工具
旋转的定向装置和可调节的弯曲接头，
Bakken双分支井 HESS.2010.01
实现工具定位并进入分支
进入分支控制方式：液体排量超过一个
门限速度时，促使工具下部弯曲
三.HiWAY通道压裂技术
HiWAY通道压裂技术特点：
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℃（180 ℉ ）
Field基础数据：水深1219-2103m，最大深度7620-8534m，垂深7010-8534m，地 层温度 109-113 ℃, 地层压力 131-136MPa, 施工排量 15 to 45 bbl/min , 砂量 50,000 to 490,000 lb。最高施工压力74MPa(不加重95MPa）
位于威斯康星州西北部的渥太华砂生产现场
ISP支撑剂
LWC支撑剂
用树脂浸泡和覆膜 的核桃壳制成的超 轻质支撑剂
热塑性纳米化合 物制成的超轻质 支撑剂
比重（γ prop）分别为2.02、1.50和1.054
五、压裂酸化材料
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2. 新型微乳液：应用于致密气、低渗透油、页岩气、煤层气
组成：
油、水、表面活性剂在特定条件下形成
二.水平井分段改造技术
主体技术 水力喷砂分段 压裂 裸眼封隔器分 段压裂 快速可钻式桥 塞分段压裂 技术特点
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适用条件 4〞、5-1/2〞、7〞套管、裸眼、 筛管完井，井深4000m以内 裸眼完井，耐温218º C，耐压 150MPa 套管完井，适用多种套管尺寸， 耐温232º C，耐压86MPa
应用HPH破胶剂体系，低温下快速 破胶和返排，聚合物有效破胶而降低 压裂伤害 应用微乳助排剂，提高气相渗透率 完全交联的体系更易于泵注和进行
质量控制
适合环境法案的要求 稠化剂、粘土稳定剂和破胶剂
五、压裂酸化材料
5.高密度压裂液
2008年为ZnBr.密度1.38，实验数据耐温82
Tahiti
等效裂缝
容积，m3 4044.0 9653.0 8399.0 2922.0 4552.0 4954.0 5088.0 6034.0
水平缝
比例，% 78.0 48.0 53.0 93.0 58.0 50.0 54.0 76.0
垂直缝
比例，% 22.0 52.0 47.0 7.0 42.0 50.0 46.0 24.0
建立以支撑剂墩柱支撑的非连 续铺置的大通道（深层油气高 速公路）
支撑裂缝的大通道大大提升了 油气导流能力，消除了对充填 层渗透率的依赖 降低了压裂液残渣对导流能力 的伤害，可进一步降低压裂液 成本 美国怀俄明州Jonah气田和阿根 廷Loma La Lata气田进行了现 场应用，平均单井产量增加1015%，稳产2年以上
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Hiway通道压裂 传统压裂
初期产量：通道压裂井比传统压裂井平均高53%
三.HiWAY通道压裂技术
关键技术：
射孔方案-射孔段非均匀分簇射孔 泵注程序-支撑剂以短脉冲形式加入 采用纤维压裂液 -纤维的加入改变了支撑
剂段塞流变性，延缓支撑剂的分散和沉降
非均匀分簇射孔（左图）、传统笼统射孔（右图）
R 2.1 4.9 4.3 1.5 2.3 2.5 2.6 3.0 2.9 1.4 2.2
D 0.6 0.0 0.1 0.9 0.2 0.0 0.1 0.5 0.3 0.7 0.6
β 0.4 1.0 0.9 0.1 0.8 1.0 0.9 0.5 0.7 0.3 0.4
页岩平均（水平井，8段数据） 砂岩平均（水平井，15段数据）
5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 等效裂缝容积与注入体积的比值 9 10
页岩：2.9 煤岩：2.2 砂岩：1.3
煤层平均（水平井，9段数据）
页岩 煤岩 砂岩
注容比R：
R
Ve Vi
Vv Vh Vv Vh
Ve：模型拟合的裂缝容积，m3 Vi：施工注入体积，m3 Vv：模型解释垂直分量体积，m3 Vh: 模型解释水平分量体积，m3
Barnett页岩分别采用冻胶压裂与滑溜水重复压裂时的微地震监测结果
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不同特征储层有与其适应的工艺技术
页岩 储层 储层 主要 特征 远东盆地 Barnett 脆性断裂、天然 裂缝发育 常规压裂液压裂 大规模水力压裂 增产 措施 大型活性水压裂 阿巴拉契亚盆地 Devonian 密歇根盆地 Antrim 束缚水充填天然裂缝系统， 需要先排水 70-80%氮气泡沫压裂液 酸压和高能气体压裂 直井一次改造两层的加砂压 裂，尾追高强度石英砂 圣胡安盆地 Lewis 页岩+细砂岩、低 压、水敏，天然裂 缝发育度相对低 CO2加砂压裂 氮气泡沫压裂 氮气泡沫+线性胶 阿肯色州 Fayetteville 粘土含量相对 低，天然裂缝 发育度相对低 70%氮气泡沫 活性水压裂 交联冻胶压裂
水力喷砂射孔，通过拖动连续油管实现逐段改造。压裂 段数无限。 通过投直径不同的球逐段打开滑套，依据井眼尺寸大小 一般可分压6-17段，最多分压30段。 水力泵送桥塞，桥塞座封，多级点火射孔，套管压裂， 连续油管钻除桥塞。压裂段数无限。
二.水平井分段改造技术
美国Bakken油层
地层深度2745-3230m 渗透率0.0001-1mD（0.005-0.1mD占
桥塞钻塞时间平均8-12min
二.水平井分段改造技术
储层岩性：碳酸盐岩、砂岩 应用概况 路易斯安那灰岩，深 1828m 、双分支，
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多分支井导向工具的完善，初步形成多分支井立体改造技术
各分支压开7条缝，加入40/70目的渥
太华砂102.5t、28%交联酸166.5m3
沙特阿拉伯 2A 区的 Arab-D 地层分支
支撑剂段塞脉冲式泵注
HiWAY混合间断性注入方法
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四.裂缝检测技术
零污染示踪剂和井温测井可大致判断裂缝形态与高度 大地电位法仅能大致识别裂缝方位
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地面地下测斜仪和井下微地震测试可以认识裂缝形态、方位、长度和高度以及不
对称性，测试结果相对更可靠。
测试方法 地面地下测斜仪 井下微地震 示踪剂测井 裂缝形态 √ √ √