國外非常規(guī)儲層壓裂新技術應用與未來技術應用發(fā)展

1、第1頁凍膠壓裂北（ft）東（ft）射孔位置觀測井2觀測井11.2107m3滑溜水壓裂北（ft）東（ft）4.1107m3412m914mBarnett頁巖分別采用凍膠壓裂與滑溜水重復壓裂時的微地震監(jiān)測結果 提高SRV：水平井+分段改造+滑溜水 低傷害：滑溜水 低成本：滑溜水+高效多段改造工藝+同步壓裂+工廠化作業(yè)第2頁頁巖頁巖儲層儲層遠東盆地遠東盆地Barnett Barnett 阿巴拉契亞盆地阿巴拉契亞盆地DevonianDevonian密歇根盆地密歇根盆地AntrimAntrim圣胡安盆地圣胡安盆地LewisLewis阿肯色州阿肯色州FayettevilleFayetteville儲層儲層

2、主要主要特征特征脆性斷裂、天然脆性斷裂、天然裂縫發(fā)育裂縫發(fā)育低壓、水敏儲層低壓、水敏儲層束縛水充填天然裂縫系統(tǒng)，束縛水充填天然裂縫系統(tǒng)，需要先排水需要先排水頁巖頁巖+ +細砂巖、低細砂巖、低壓、水敏，天然裂壓、水敏，天然裂縫發(fā)育度相對低縫發(fā)育度相對低粘土含量相對粘土含量相對低，天然裂縫低，天然裂縫發(fā)育度相對低發(fā)育度相對低增產增產措施措施常規(guī)壓裂液壓裂常規(guī)壓裂液壓裂氮氣泡沫攜砂壓裂氮氣泡沫攜砂壓裂70-80%70-80%氮氣泡沫壓裂液氮氣泡沫壓裂液COCO2 2加砂壓裂加砂壓裂70%70%氮氣泡沫氮氣泡沫大規(guī)模水力壓裂大規(guī)模水力壓裂氮氣泡沫不攜砂壓裂氮氣泡沫不攜砂壓裂酸壓和高能氣體壓裂酸壓和高能

3、氣體壓裂氮氣泡沫壓裂氮氣泡沫壓裂活性水壓裂活性水壓裂大型活性水壓裂大型活性水壓裂液氮連續(xù)油管壓裂液氮連續(xù)油管壓裂直井一次改造兩層的加砂壓直井一次改造兩層的加砂壓裂，尾追高強度石英砂裂，尾追高強度石英砂氮氣泡沫氮氣泡沫+ +線性膠線性膠交聯(lián)凍膠壓裂交聯(lián)凍膠壓裂水平井分段壓裂水平井分段壓裂清潔壓裂液清潔壓裂液水平井同步壓裂水平井同步壓裂壓裂井層和壓裂液體系與工藝優(yōu)選需求直井分層、水平井分段不同特征儲層有與其適應的工藝技術一.直井分層改造技術主體技術主體技術技術特點技術特點適用條件適用條件連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空加砂分層壓裂空加砂分層壓裂（CobraMaxCobraMax）水力噴砂射孔

4、，環(huán)空加砂壓裂，砂塞封堵或水力噴砂射孔，環(huán)空加砂壓裂，砂塞封堵或底封隔器封堵。壓裂層數無限，最高單井連底封隔器封堵。壓裂層數無限，最高單井連續(xù)施工續(xù)施工1919層。層。套管完井套管完井實際垂深實際垂深3100m3100m井底溫度井底溫度140140TAPTAP套管滑套分層壓套管滑套分層壓裂裂 (treat and (treat and production)production)套管滑套和完井管柱一起下入，通過滑套和套管滑套和完井管柱一起下入，通過滑套和飛鏢實現(xiàn)分層壓裂，開關滑套可實現(xiàn)分層測飛鏢實現(xiàn)分層壓裂，開關滑套可實現(xiàn)分層測試、分層生產。壓裂層數無限。試、分層生產。壓裂層數無限。套管完井套

5、管完井目前尺寸單一，僅限目前尺寸單一，僅限4 4 ”套管套管應用溫度應用溫度160160C C，耐壓差，耐壓差70MPa70MPa 國外直井分層壓裂技術以“連續(xù)油管噴砂射孔環(huán)空加砂分層壓裂”和“TAP套管滑套分層壓裂技術 ”為主，技術成熟，國內通過引進，在長慶蘇里格、四川須家河已應用。n射孔方式：電纜傳輸，逐層上返射孔，投球憋壓點火激發(fā)n壓裂方式：投球封堵，逐層壓裂，一般5層以后橋塞封堵n工藝參數：一般進行5層連續(xù)施工，最多可以連續(xù)施工12層JITP(just-in-time perforating)實時射孔投球分層壓裂技術實現(xiàn)單井分壓40層應用區(qū)域：美國西部的皮申斯盆地Rulison氣田儲層

6、特征：n深度3657.6-4572m，厚度1524mn滲透率0.001mD；地層溫度：130-160 施工參數：n單井施工層數40層，單日施工層數20層n液體類型：交聯(lián)壓裂液、滑溜水壓裂n平均排量4.7m3/min ；最高施工壓力65.5MPa n支撐劑濃度：交聯(lián)凍膠600-720kg/m3，滑溜水240-360kg/m3n壓后氣井累積產量通常是傳統(tǒng)壓裂的3倍SPE119757一.直井分層改造技術二.水平井分段改造技術主體技術技術特點適用條件水力噴砂分段壓裂水力噴砂射孔，通過拖動連續(xù)油管實現(xiàn)逐段改造。壓裂段數無限。4、5-1/2、7套管、裸眼、篩管完井，井深4000m以內裸眼封隔器分段壓裂通過

7、投直徑不同的球逐段打開滑套，依據井眼尺寸大小一般可分壓6-17段，最多分壓30段。裸眼完井，耐溫218C，耐壓150MPa快速可鉆式橋塞分段壓裂水力泵送橋塞，橋塞座封，多級點火射孔，套管壓裂，連續(xù)油管鉆除橋塞。壓裂段數無限。套管完井，適用多種套管尺寸，耐溫232C，耐壓86MPal美國Bakken油層地層深度2745-3230m滲透率0.0001-1mD（占優(yōu)）孔隙度2-12%（4-8%占優(yōu)）水平段長度365.7-3962m采用裸眼封隔器分段壓裂平均排量6.2m3/min，平均壓力49.5Mpa最多分壓18段，壓后平均日產油130m3l加拿大Bakken油層完井方式：4.5 襯管完井水平段長8

8、25-1305m采用水力噴射分段壓裂技術最多分壓30段（66小時）施工排量：3/min每段加砂：噸 20/40目砂n北美致密油開發(fā)借助水平井分段壓裂實現(xiàn)有效動用二.水平井分段改造技術北德克薩斯Barnett頁巖p井深：垂深21502450m,最深3050m 斜深2745m-4575mp水平段:610-1830mp地層溫度：7193p地層壓力系數：p滲透率：0.00010.0006mD p孔隙度：2% 6%施工方式p水力泵送橋塞p分段多簇射孔p套管壓裂壓后效果p壓裂前：無產量p壓裂后： 28300-56600m3/d橋塞鉆塞時間平均8-12minn快速可鉆式橋塞分段壓裂技術在北美頁巖氣儲層改造中

9、廣泛應用二.水平井分段改造技術n多分支井導向工具的完善，初步形成多分支井立體改造技術n儲層巖性：碳酸鹽巖、砂巖n應用概況u路易斯安那灰?guī)r，深1828m、雙分支，各分支壓開7條縫，加入40/70目的渥太華砂102.5t、28%交聯(lián)酸166.5m3u沙特阿拉伯2A區(qū)的Arab-D地層分支長度4160、4168m，分27段改造u北美致密油也有所應用u多支井定向工具系統(tǒng)包括：可控制工具旋轉的定向裝置和可調節(jié)的彎曲接頭，實現(xiàn)工具定位并進入分支u進入分支控制方式：液體排量超過一個門限速度時，促使工具下部彎曲Bakken雙分支井 二.水平井分段改造技術三.HiWAY通道壓裂技術HiWAY通道壓裂技術特點：建

10、立以支撐劑墩柱支撐的非連續(xù)鋪置的大通道（深層油氣高速公路）支撐裂縫的大通道大大提升了油氣導流能力，消除了對充填層滲透率的依賴降低了壓裂液殘渣對導流能力的傷害，可進一步降低壓裂液成本 美國懷俄明州Jonah氣田和阿根廷Loma La Lata氣田進行了現(xiàn)場應用，平均單井產量增加10-15%，穩(wěn)產2年以上傳統(tǒng)壓裂Hiway通道壓裂初期產量：通道壓裂井比傳統(tǒng)壓裂井平均高53%關鍵技術：射孔方案-射孔段非均勻分簇射孔泵注程序-支撐劑以短脈沖形式加入采用纖維壓裂液-纖維的加入改變了支撐劑段塞流變性，延緩支撐劑的分散和沉降非均勻分簇射孔（左圖）、傳統(tǒng)籠統(tǒng)射孔（右圖）支撐劑段塞脈沖式泵注HiWAY混合間斷性

11、注入方法三.HiWAY通道壓裂技術測試方法裂縫形態(tài)裂縫方位裂縫長度裂縫高度不對稱性地面地下測斜儀井下微地震示蹤劑測井井溫測井大地電位法n零污染示蹤劑和井溫測井可大致判斷裂縫形態(tài)與高度n大地電位法僅能大致識別裂縫方位n地面地下測斜儀和井下微地震測試可以認識裂縫形態(tài)、方位、長度和高度以及不對稱性，測試結果相對更可靠。四.裂縫檢測技術第12頁注容比R：分量體積差異率D:裂縫復雜指數: 序號施工用液量，m3等效裂縫容積，m3水平縫比例，%垂直縫比例，%RD11968.0 4044.0 78.0 22.0 2.1 0.6 0.4 21958.0 9653.0 48.0 52.0 4.9 0.0 1.0

12、31941.0 8399.0 53.0 47.0 4.3 0.1 0.9 41983.0 2922.0 93.0 7.0 1.5 0.9 0.1 51978.0 4552.0 58.0 42.0 2.3 0.2 0.8 61991.0 4954.0 50.0 50.0 2.5 0.0 1.0 71962.0 5088.0 54.0 46.0 2.6 0.1 0.9 82034.0 6034.0 76.0 24.0 3.0 0.5 0.5 頁巖平均（水平井，8段數據）2.90.30.7砂巖平均（水平井，15段數據）1.40.70.3煤層平均（水平井，9段數據）2.20.60.4Ve：模型擬合的裂

13、縫容積，m3Vi：施工注入體積，m3Vv：模型解釋垂直分量體積，m3Vh: 模型解釋水平分量體積，m3ViVeRVhVvVhVvDD1與砂巖和煤巖相比，頁巖有注容比大、分量體積差異率小，復雜指數高的特征 頁巖：2.9煤巖：2.2砂巖：1.3壓裂酸化中心自主建立了新的表征參數，發(fā)展了測斜儀微形變技術對壓裂復雜裂縫的解釋方法 國外近年又研發(fā)了新型分布式光纖溫度測試技術（DTS），利用光纖感應器對全井段溫度變化進行監(jiān)測，實現(xiàn)對分段改造有效性和縫高延伸的認識。并可進行流體流動監(jiān)測、流體分布評價。 分布式光纖溫度測試技術（DTS）與微地震的結合可回收式光纖永久式油管光纖永久式套管光纖四.裂縫檢測技術五、

14、壓裂酸化材料1.新型支撐劑材料超低密度支撐劑 沉降速度低，對壓裂液粘度要求低樹脂包裹砂 控制回流，提高裂縫導流能力選擇性潤濕支撐劑 親水不親油，裂縫導流的選擇性熱塑性納米化合物制成的超輕質支撐劑 用樹脂浸泡和覆膜的核桃殼制成的超輕質支撐劑 LWC支撐劑 ISP支撐劑 比重（prop）分別為2.02、1.50和1.054 位于威斯康星州西北部的渥太華砂生產現(xiàn)場 低密度、高強度、表面改性是支撐劑發(fā)展新動向組成：n油、水、表面活性劑在特定條件下形成多面微小液珠基本特征及參數：n粒徑：10300 nm，或者更小n超低表面張力，20 mN/m n接觸角：6089儲層改造中的作用：n降低毛管阻力，比常規(guī)表

15、活劑低50%n提高滲透率恢復率74%（常規(guī)40%）n降低濾失,比傳統(tǒng)表活劑降低50%n提高返排和驅替效率：5395%2. 新型微乳液：應用于致密氣、低滲透油、頁巖氣、煤層氣五、壓裂酸化材料3.新型化學材料組合轉向劑應用實例（北科威特U井）n層系：侏羅系n埋深：4267-4572 mn溫度：135 n壓力：76MPan孔隙度： 0-22%, 平均 1.8-3%n滲透率： 0-119mD, 平均1-2mDn斷層發(fā)育，縱、橫向非均質性強VES+纖維組合液體進入地層的壓力響應濾失控制好轉向明顯u技術特點 化學轉向與機械轉向組合（VES轉向酸+纖維組合），VES轉向酸實現(xiàn)均勻布酸，加入纖維后實現(xiàn)天然裂縫

16、暫堵或降濾，且纖維在停泵后隨時間和溫度能完全降解，無殘渣傷害。u技術關鍵：濾失控制+轉向相結合五、壓裂酸化材料 應用HPH破膠劑體系，低溫下快速破膠和返排，聚合物有效破膠而降低壓裂傷害應用微乳助排劑，提高氣相滲透率完全交聯(lián)的體系更易于泵注和進行質量控制適合環(huán)境法案的要求稠化劑、粘土穩(wěn)定劑和破膠劑4.SliverStim壓裂液體系應用新的硼交聯(lián)壓裂液體系優(yōu)化，應用于低溫煤層氣和非常規(guī)氣層。有穩(wěn)定的流體性能、嵌入型的粘土控制和破膠機理五、壓裂酸化材料l2008年為ZnBr.密度1.38，實驗數據耐溫82 （180 ）lTahiti FieldTahiti Field基礎數據：水深1219-2103

17、m，最大深度7620-8534m，垂深7010-8534m，地層溫度109-113 ,地層壓力131-136MPa,施工排量15 to 45 bbl/min ,砂量50,000 to 490,000 lb。最高施工壓力74MPa(不加重95MPa）l2009年為NaBr.密度3,實驗流變曲線耐溫93 (200 )lDeimos fieldDeimos field：深度6706-7925m，水深914m，溫度96-105 ，最大鉆井深度8534m，破裂壓力梯度，施工壓力96.25MPa，壓裂液為HGP體系5.高密度壓裂液五、壓裂酸化材料l2008年，加重壓裂液第一次用于深層致密氣藏。沙特，F(xiàn)_2

18、井，l儲層深度，3小層，射孔段長30.48m，滲透率0.02470.1 md，孔隙度5-15%，地層壓力75-90MPa，地層溫度157-191，應力梯度0.0248，天然裂縫發(fā)育l該地層富含石英，有大量的伊利石和石英膠結l新NaBr加重體系，密度1.47g/cm3，耐溫177 ，瓜膠體系為CMHPG，用量0.6%。l這個體系可以應用于150 ，但要用于177 以上地層且具有良好的交聯(lián)性能和長的耐溫時間，稠化劑用量將超過0.6%五、壓裂酸化材料 針對頁巖氣壓裂研發(fā)了在井筒中具有一定的懸砂粘度，進入地層針對頁巖氣壓裂研發(fā)了在井筒中具有一定的懸砂粘度，進入地層1010分鐘后，液體分鐘后，液體快速降

19、解，呈類似滑溜水的粘度，更易形成復雜裂縫的特殊液體（快速降解，呈類似滑溜水的粘度，更易形成復雜裂縫的特殊液體（Shalexcel Shalexcel 10001000）。）。 該壓裂液體系由于減少了聚合物的加量(聚合物加量減少了35%以上)從而減少了對地層和裂縫的傷害,油氣層使用溫度200375 ,使用的黏土穩(wěn)定劑為KCl,在較少的聚合物加量的情況下就能達到guar和CMG所能達到的流體黏度。該體系適用于生態(tài)環(huán)境敏感地區(qū),如英國北海、墨西哥灣等。它由快速水化(80%在23min以內水化)、高回收率的聚合物構成,其中,水化時間與聚合物加量沒有關系。PrimeFRACGreenSlurryShal

20、excel 1000五、壓裂酸化材料uHalliburton公司的GasPerm 1000SM產品p降低液相圈閉的傷害p提高天然氣包括凝析油的產能p幫助氣體滲透率恢復率p提高液體的返排率p替代甲醇解除水鎖p改善環(huán)境和安全操作p應用：致密氣、頁巖氣和煤層氣p微乳表面活性劑p改變接觸角達到900p應用溫度達到165p與酸和壓裂液互溶p對儲層滲透率傷害小7.表面活性劑更新?lián)Q代五、壓裂酸化材料 主要研究是降低儲層的傷害，主要是降低裂縫壁面的傷害，減少裂縫壁面的傷害主要是通過潤濕性的改變，能有效的提高非常規(guī)儲層滲透率恢復率。添加GasPerm 1000添加劑的體系在更低的壓力下獲得了高出常規(guī)100個百分點的氣體滲透率使用GasPerm 1000Service技術處理的井產提高1.7倍，井底壓力提高14倍。五、壓裂酸化材料n北美頁巖氣壓裂發(fā)展大大促進了壓裂技術的變革，對我國常規(guī)和非常規(guī)油氣藏改造具有重要的借鑒作用。n納達西的頁巖氣藏開發(fā)經歷了“實踐先行、監(jiān)測驗證、工具與液體技術配套、體積改造理論完善、工廠化應用”的發(fā)展過程，突破了傳統(tǒng)理念。n 裂縫監(jiān)測在技術的發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用，國內目前微地震監(jiān)測與解釋的自主技術還不完善，測斜儀微形變技術可進一步發(fā)揮作用。n大液量、多