國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展(張士誠)ppt課件

1、國外水力壓裂技術(shù)新進(jìn)展張士誠.新方法水力壓裂診斷技術(shù)及裂痕模型的標(biāo)定 新工藝清水壓裂及其進(jìn)展 新資料高強(qiáng)度超低密度支撐劑ULW 主 要 內(nèi) 容國外水力壓裂技術(shù)新進(jìn)展. 地下水力裂痕的幾何尺寸、方位與位置？對(duì)進(jìn)一步提高壓裂技術(shù)程度是重要的關(guān)鍵問題之一！ 、新方法水力壓裂診斷技術(shù)及裂痕模型的標(biāo)定.間接方法直接的近井地帶方法直接的遠(yuǎn)場(chǎng)地帶方法新方法水力壓裂診斷技術(shù)的方法.間接方法診斷方法主要限制能夠估計(jì)工程長度高度寬度方位傾角體積導(dǎo)流凈壓力分析油藏描畫提供的模擬假設(shè)試井需求準(zhǔn)確的浸透率與壓力消費(fèi)分析需求準(zhǔn)確的浸透率與壓力.診斷方法主要限制能夠估計(jì)工程長度高度寬度方位傾角體積導(dǎo)流放射性示蹤劑探測(cè)深度1

2、2溫度測(cè)井小層巖石的導(dǎo)溫系數(shù)影響結(jié)果HIT對(duì)管柱尺寸改動(dòng)敏感消費(fèi)測(cè)井只能確定何層消費(fèi)井眼成像測(cè)井只能由于裸眼井井下電視用于套管井，有孔眼的部分井徑測(cè)井裸眼井結(jié)果，取決于井眼質(zhì)量近井地帶直接方法幾英尺范圍，察看射孔段的縫高、砂濃度和消費(fèi)剖面！.遠(yuǎn)場(chǎng)直接方法診斷方法主要限制能夠估計(jì)工程長度高度寬度方位傾角體積導(dǎo)流地面傾斜圖像受深度限制周圍井井下傾斜圖像受井距限制微地震像圖不能夠運(yùn)用與一切地層施工井傾斜儀像圖要用縫高及縫寬計(jì)算縫長可以被確定數(shù)十到數(shù)百英尺，兩大工具：傾斜儀和微地震圖像可提供宏觀尺寸.直接遠(yuǎn)場(chǎng)裂痕診斷技術(shù)處理的問題： 裂痕能否像設(shè)計(jì)的那樣，曾經(jīng)覆蓋整個(gè)目的層？能否都在目的層以內(nèi)？加砂量

3、的砂比能否恰當(dāng)？構(gòu)成的裂痕尺寸及與模型計(jì)算相比較的結(jié)果如何？產(chǎn)量預(yù)測(cè)情況如何？裂痕長度與方位能否影響了原設(shè)計(jì)的布井方案？.地層中構(gòu)成裂痕后的巖體位移情況 原理水力壓裂遠(yuǎn)場(chǎng)裂痕診斷方法之一壓裂井井下傾斜儀成象TWTM. 可直接丈量水力裂痕縫高與縫寬；可用于不加砂的測(cè)試壓裂和實(shí)踐加砂壓裂；壓裂井井下傾斜儀成象技術(shù)與地面傾斜儀或周邊井井傾斜儀相比，可獲得高六個(gè)數(shù)量級(jí)的強(qiáng)信號(hào)。特點(diǎn)新方法水力壓裂遠(yuǎn)場(chǎng)裂痕斷方法之一TWTM.壓裂作業(yè)前先在井中下入一串小尺寸1 11/16 2 7/8多達(dá)20個(gè)的傾斜儀，根據(jù)射孔段長度與能夠的縫高，傾斜儀的布距約20 80英尺，用5/16的細(xì)電纜將實(shí)時(shí)采集到的信號(hào)，傳送到地

4、面。可將傾斜儀偏心貼于套管壁上，或置于環(huán)形空間，以防止注液過程中，在井筒內(nèi)紊流及支撐劑騷動(dòng)所產(chǎn)生的噪音或?qū)A斜儀的損傷 。方法.TWTM運(yùn)用實(shí)例新方法水力壓裂遠(yuǎn)場(chǎng)裂痕斷方法之一TWTM壓裂過程，不同位置傾斜儀測(cè)出的縫高隨時(shí)間的擴(kuò)展傾角反響曲線 .微地震壓裂成象MFM 目的確定裂痕的縫高、縫長和方位方法在察看井井下放入檢波器，監(jiān)測(cè)壓裂過程中產(chǎn) 生的地震波運(yùn)用東得克薩斯盆地的博西爾砂層組的清水壓裂 砂層埋深： 4000米 ，細(xì)、粉砂與頁巖互層砂層溫度： 126平均孔隙度：6-10平均浸透率：0.005-0.05毫達(dá)西 新方法水力壓裂遠(yuǎn)場(chǎng)裂痕斷方法之二.A井與察看井的井筒布置圖察看井下入12個(gè)三分量

5、檢波器新方法水力壓裂遠(yuǎn)場(chǎng)裂痕斷方法之二MFM .A井壓裂過程中的地震平面成像新方法水力壓裂遠(yuǎn)場(chǎng)裂痕斷方法之二MFM .A井壓裂過程中的北向及西向地震成像新方法水力壓裂遠(yuǎn)場(chǎng)裂痕斷方法之二MFM .地點(diǎn)：東得克薩斯卡爾薩杰氣田 方法：井下傾斜儀成象 CGU22-09Monitor WellCGU21-10Monitor WellCGU21-09Monitor WellPhase 2Treatment WellPhase 1Treatment WellEast(ft)North(ft)微地震裂痕監(jiān)測(cè)實(shí)例1997年.CGU21-10常規(guī)凍膠壓裂數(shù)據(jù)表CGU21-09清水壓裂數(shù)據(jù)表2.4kg/m3線性膠

6、1.753.5%砂比3kg/m3交聯(lián)凍膠135砂比施工參數(shù)及工藝.縫高向上延伸，縫長不對(duì)稱！縫高向下延伸，縫長不對(duì)稱！裂痕在產(chǎn)層延伸，縫長不對(duì)稱！.CGU21-10常規(guī)凍膠壓裂井測(cè)出縫長CGU21-09清水壓裂井測(cè)出縫長東西向相差倍監(jiān)測(cè)結(jié)果縫長不對(duì)稱！.裂痕診斷結(jié)果的作用裂痕模擬結(jié)果與實(shí)踐情況不一致的緣由 直觀顯示了裂痕的長度、高度、走向等重要信息為裂痕模擬提供了標(biāo)定的根據(jù) 裂痕模擬軟件未經(jīng)與裂痕實(shí)踐丈量及凈壓力動(dòng)態(tài)結(jié)果相標(biāo)定裂痕模擬軟件沒有與詳細(xì)區(qū)塊的真實(shí)壓裂幾何尺寸相結(jié)合裂痕診斷結(jié)果的運(yùn)用標(biāo)定裂痕模型.標(biāo)定后的模型應(yīng)滿足的條件： 接近實(shí)踐診斷的裂痕高度例如用TWTM方法接近察看到的壓裂過程

7、的凈壓力值堅(jiān)持原有的巖石性質(zhì)對(duì)一切井的裂痕模擬具有相容性新方法裂痕模型的標(biāo)定滿足：.地應(yīng)力剖面測(cè)定凈壓力和三維模擬根底小型壓裂、地應(yīng)力測(cè)試.施工壓力擬合 確定裂痕延伸形狀和幾何參數(shù).留意：在模型的標(biāo)定中，要留意裂痕擴(kuò)展模型經(jīng)典實(shí)際以外的景象，例如在多層壓裂中，裂痕的高度就不但受各小層的閉合應(yīng)力及浸透率差別的控制，并且也受“多層效應(yīng)的約束。 凈壓力歷史的擬合.實(shí)例分析常規(guī)縫高與多層縫高擴(kuò)展的差別新方法裂痕模型的標(biāo)定.實(shí)例分析標(biāo)定前標(biāo)定后凈壓力擬合結(jié)果裂痕模型的標(biāo)定. 所謂的清水壓裂，除了早期用清水不帶砂外，多數(shù)是用化學(xué)處置劑，如減阻劑、活性劑、防膨劑處置過的清水或線性膠，這種水也經(jīng)常稱作滑溜水s

8、lick water-frac)。作業(yè)中帶有少量砂的，但也有加砂量較多的，砂比常為3.5%。用水量多，排量大是它們的共性，至于造縫導(dǎo)流才干的大小 與儲(chǔ)層物性有關(guān)。、新工藝清水壓裂技術(shù)及其進(jìn)展低浸透油氣藏高效開采的關(guān)鍵：降低壓裂液對(duì)地層的損傷！降低開采本錢！.清水壓裂技術(shù)清水壓裂技術(shù)的開展歷程兩個(gè)砂巖地層的運(yùn)用效果對(duì)比清水壓裂對(duì)致密氣藏?fù)p傷評(píng)價(jià)清水壓裂增產(chǎn)機(jī)理及順應(yīng)性壓裂液返排監(jiān)測(cè)技術(shù).70年代中期，在俄克拉荷馬西北的密西西比裂痕性石灰?guī)r地層進(jìn)展了有規(guī)模的清水壓裂；用大量的清水，每分鐘排量為8 12方，砂比為1.75%，由于砂量及砂比都較低，難以長期支撐構(gòu)成的裂痕。 1986 至1987年在吉丁

9、斯油田澳斯汀白堊石灰?guī)r地層進(jìn)展了清水壓裂，基質(zhì)巖石的浸透率為0.005至 0.2毫達(dá)西，地層厚度為50至 500英尺。壓裂后，油井從平均日產(chǎn)油0.64方添加至6.4方。壓裂規(guī)模平均2400方清水，排量平均7方，平均用濃度7.5至15%的鹽酸500方。 清水壓裂技術(shù)新進(jìn)展1988年結(jié)合太平洋能源UPR公司在其第一口程度井中也進(jìn)展了清水壓裂，在作業(yè)中運(yùn)用了蠟珠作為分流劑。95年以后，廣泛運(yùn)用于裂痕性致密砂巖氣藏；提出了凍膠與滑溜水結(jié)合的混合清水壓裂技術(shù)。 .1995年UPR公司東得克薩斯盆地棉花谷致密、低滲砂巖地層施工概略：泰勒段砂巖，對(duì)150口井進(jìn)展了250次的清水壓裂儲(chǔ)層情況：浸透率0.001

10、至0.05毫達(dá)西無論縱向上和橫向上都非常不均質(zhì)，縱向上砂頁巖交替，砂層總厚為1000到1500英尺清水壓裂技術(shù)運(yùn)用實(shí)例1壓裂工藝：采用大量清水與少量的化學(xué)劑降阻劑、活性劑、防膨劑等20/40目的 Ottawa砂子，總砂用量在2273公斤到噸之間砂比3.5%，少數(shù)作業(yè)中運(yùn)用砂比到達(dá)15%的尾隨支撐劑排量為1.6方到13方，用水量約為64方到3180方，前置液占40%到50%.棉花谷泰勒砂層A氣田大型清水壓裂與常規(guī)壓裂的比較 新工藝清水壓裂與凍膠壓裂效果比較.泰勒砂層氣藏清水壓裂與常規(guī)壓裂產(chǎn)量對(duì)比 新工藝清水壓裂與凍膠壓裂效果比較.泰勒砂層C氣田清水壓裂與常規(guī)壓裂產(chǎn)量的比較造縫后導(dǎo)流才干缺乏！所以

11、要根據(jù)地層物性設(shè)計(jì)合理的導(dǎo)流才干、選擇施工工藝新工藝清水壓裂與凍膠壓裂效果比較.90 年代中期安納達(dá)柯石油公司東得克薩斯棉花谷上侏羅紀(jì)博西爾砂層儲(chǔ)層情況：博西爾砂層位于棉花谷砂巖之下，是黑灰色頁巖間夾有細(xì)砂、粉細(xì)泥質(zhì)砂巖的大厚層粘土的主要成分是綠泥石與伊利石平均孔隙度與浸透率分別為610%及0.005 0.05毫達(dá)西 低滲儲(chǔ)層的含水飽和度為50%，高浸透率儲(chǔ)層為5% 清水壓裂技術(shù)運(yùn)用實(shí)例2混合清水壓裂工藝技術(shù)混合清水壓裂法：在工藝實(shí)際中發(fā)現(xiàn)，對(duì)某些儲(chǔ)層清水壓裂導(dǎo)流才干得不到保證，采用了混合清水壓裂工藝：用清水造一定的縫長及縫寬后，繼以硼交鏈的3.6 4.2 公斤/方的胍膠壓裂液，帶有20/40

12、、40/70目砂子，從而產(chǎn)生較高導(dǎo)流才干的水力裂痕。.EXT-4氣井清水壓裂加少量砂子壓后采氣曲線.EXT-9氣井清水壓裂加大量砂子壓后采氣曲線.EXT-15氣井混合清水壓裂壓后采氣曲線.研討的目的 在上侏羅系砂巖的博西爾地層進(jìn)展了清水壓裂，施工中泵入大量清水并在裂痕擴(kuò)展過程中又毫無防濾措施，在這樣致密的砂層內(nèi)毛管力自吸景象又嚴(yán)重地存在；同時(shí)思索到泵入水在裂痕擴(kuò)展過程中，也會(huì)遭到應(yīng)力依賴的浸透率的影響。所以采用數(shù)值模擬方法研討這些要素對(duì)氣井產(chǎn)能的影響。清水壓裂對(duì)致密砂巖地層損傷評(píng)價(jià).壓裂施工及監(jiān)測(cè)情況滑溜水1590方40/70目涂層砂RCS50方 平均排量12方 井口平均作業(yè)壓力53 MPa

13、微地震成象監(jiān)測(cè) 有 效 厚 度：169ft孔 隙 度：8.89%程度浸透率：0.0297 md垂向浸透率：0.00297md新工藝清水壓裂中水鎖及巖石物性應(yīng)力依賴性的影響. 采用油藏地質(zhì)力學(xué)壓裂模擬的綜合模型進(jìn)展擬合，擬合時(shí)的限制條件如下： 壓裂壓力約在8184.5 MPa之間;裂痕微震成像的半長約為106 米，垂直于縫的寬度很大每邊可達(dá)15米地層變形的范圍！;返排期間水產(chǎn)量遞減很快，到消費(fèi)晚期根本為常數(shù);不穩(wěn)定試井得出的縫長較短，縫導(dǎo)流才干約為1.523dc。 研討方法數(shù)值模擬方法地層裂痕模型，單相與氣水兩相.擬合時(shí)的計(jì)算參數(shù)1 滲 透 率：0.030.0107 md2 導(dǎo)流才干：1.52

14、dc3 填砂縫長： 67 m壓裂作業(yè)擬合結(jié)果.QgQw排液與消費(fèi)時(shí)間的擬合.停泵時(shí)，濾失區(qū)到達(dá)了15英尺停泵時(shí)辰裂痕壁面附近地層含水飽和度分布.平均進(jìn)水深度5-10英尺停泵時(shí)井筒附近地層含水飽和度分布.水侵入?yún)^(qū)域在井底周圍已大大減少，但在縫端部的含水飽和度依然很高，此處的排液程度較低，排液的初速度與井底周圍的水飽和度、濾失區(qū)的厚度有關(guān)，并受控于隨應(yīng)力而變化的浸透率。消費(fèi)10天后裂痕附近地層含水飽和度的分布.水鎖和水相浸透率對(duì)產(chǎn)量影響單相氣與氣水兩相流對(duì)產(chǎn)量影響不大！因此，水鎖影響并不大！.浸透率損傷粘土膨脹、堵塞等對(duì)產(chǎn)量影響裂痕附近地層浸透率降低2，產(chǎn)量降低1015！因此，清水壓裂也應(yīng)針對(duì)性地

15、選擇添加劑，以減少對(duì)儲(chǔ)層的損傷！.巖石中的天然裂痕多半是外表粗糙，閉合后仍能堅(jiān)持一定的縫隙，這樣構(gòu)成的導(dǎo)流才干，對(duì)低滲儲(chǔ)層來說曾經(jīng)足夠了。這種情況已在實(shí)驗(yàn)室中察看到。 常規(guī)凍膠壓裂，由于排液不完善，裂痕的導(dǎo)流才干受殘?jiān)鼡p傷等有所降低，清水壓裂根本上不存在不易排液的問題。 清水線性膠易于使砂子沉到垂直縫周邊較細(xì)的天然裂痕中，擴(kuò)展了滲濾面積。壓裂過程中巖石零落下來的碎屑特別是在頁巖地層中它們能夠構(gòu)成“自撐式的支撐劑。 清水壓裂增產(chǎn)機(jī)理常規(guī)解釋. 以為剪切力能使裂痕壁面從原位置上挪動(dòng)，從而產(chǎn)生不重合并出現(xiàn)許多粗糙泡體外表，由于存在剪切滑移，在裂痕延伸過程中也能使已存在的微隙裂開，并使斷層面及其它弱面

16、張開，這些景象可以發(fā)生在水力裂痕的端部或裂痕周圍的濾失帶中。 剪切膨脹擴(kuò)展裂痕根本假設(shè)清水壓裂增產(chǎn)機(jī)理新解釋.剪切膨脹擴(kuò)展裂痕物理過程當(dāng)裂痕周邊的巖石在壓力超越門檻壓力后，即發(fā)生“滑移破壞，兩個(gè)裂痕粗糙面的滑動(dòng)，使垂直于縫面的縫隙膨脹。停泵后，張開了的粗糙面使它們不能再滑回到原來的位置，從而剪切膨脹的裂痕浸透率得到堅(jiān)持。 . 清水壓裂在這種情況下的勝利與否，取決于能否存在著有利的天然裂痕系統(tǒng)以及它們對(duì)壓力及原有的就地應(yīng)力的呼應(yīng)程度。質(zhì)地強(qiáng)硬的巖石有許多粗糙的節(jié)理，很高的抗剪程度，很好的剪切 與裂痕導(dǎo)流才干的耦合性，清水壓裂適用裂痕性致密砂巖、灰?guī)r 地層等；強(qiáng)度較弱的巖石如泥質(zhì)砂巖就不適宜清水壓

17、裂；儲(chǔ)層的裂痕網(wǎng)狀分布及流體流動(dòng)過程都可以用以評(píng)價(jià)能否應(yīng)該采用 清水壓裂。清水壓裂增產(chǎn)的順應(yīng)性.由于清水壓裂可免去制備凍膠所耗費(fèi)的化學(xué)劑量，包括成膠劑、交鏈劑與破膠劑，不含殘?jiān)?，不?huì)堵塞地層；減少了砂支撐劑的用量及運(yùn)砂的費(fèi)用所以 清水壓裂與常規(guī)凍膠壓裂在一樣規(guī)模的作業(yè)中可節(jié)省費(fèi)用40% 60%。對(duì)于那些浸透率很低的邊沿油氣田，清水壓裂將是開采這類油氣田的重要措施，也是降低采油本錢，添加動(dòng)用儲(chǔ)量的有效途徑。 清水壓裂技術(shù)結(jié)論.、記錄泵入水的回采率，但是此值受地層產(chǎn)出水的影響很大。、計(jì)量排液中的聚合物濃度，此方法操作上非常復(fù)雜，測(cè)試結(jié)果也不非常確切，由于濾失而使聚合物濃度提高，在泵入水回采率的計(jì)算

18、方面，能夠產(chǎn)生誤導(dǎo)。、分析注入前后的聚合物溶液以確定碳水化合物的總含量，從而計(jì)算水的回采率。此方法同樣受縫中濾失的影響。 壓裂液排液或回排的監(jiān)測(cè)常規(guī)方法返排率？.問題獲得的水回采率都不是從作業(yè)中各個(gè)壓裂液段中得到，是籠統(tǒng)的整個(gè)作業(yè)過程中的情況。有時(shí)返排率很高，但壓后消費(fèi)動(dòng)態(tài)很差！往往是最后注入的一段液體未排出堵塞了裂痕??？.特點(diǎn)：示蹤劑具有獨(dú)特性質(zhì)，各不一樣：它們彼此不起反響，與巖層或金屬管類也沒有化學(xué)反響；不隨時(shí)間或溫度的變化而發(fā)生降解，示蹤劑在極低濃度50ppt下仍可被覺察。無論在運(yùn)輸、泵入或廢棄時(shí)，都是平安的。易溶于水，濾失后也不會(huì)濃集。性質(zhì)各異的壓裂用化學(xué)示蹤劑CFT壓裂液排液或回排的

19、監(jiān)測(cè)新方法方法：在泵的低壓部分注入，濃度是1ppm。壓裂后返排每隔15分鐘采樣一次不斷到有天然氣突破，可以分析到樣品中1 ppb的含量。由于分層分液段泵入性質(zhì)獨(dú)特的CFT，可用物質(zhì)平衡方法計(jì)算分層，分液段回排效率，從而獲得每口井的回排效率。 .一是井底附近 從井底附近地域回排是由于井底附近的濾失量太大，前置液階段的液體濾失于此地。當(dāng)作業(yè)井回排時(shí)，井底附近濾失液先排出來。二是從裂痕端部 當(dāng)井筒附近的浸透率低或沒有濾失時(shí)，前置液回流至井中并將它前面的液段推向井底，先泵入的最后排出。 壓裂液的兩種回排類型.常規(guī)凍膠壓裂液與滑溜水壓裂液回排區(qū)別凍膠液可以看作全懸浮液，靠粘度和排量攜砂，液段和支撐劑分布

20、親密，最后注入的最先回排！受破膠劑的影響滑溜水靠排量攜砂，砂子沉降后液體在砂堤構(gòu)成漩渦流，使先后參與的液段混合在一同，在一樣的時(shí)間以一樣的濃度排出！.博西爾砂層凍膠壓裂的回排剖面化學(xué)壓裂示蹤劑技術(shù)的運(yùn)用凍膠.博西爾砂層滑溜水基清水壓裂的回排剖面化學(xué)壓裂示蹤劑技術(shù)的運(yùn)用清水.高密度 支撐劑資料強(qiáng)度的提高，密度也隨著加大，顆粒密度的添加，直接導(dǎo)致了輸砂的難度，也很難做到在水力裂痕內(nèi)均勻的布砂。沉降速度過快，也會(huì)導(dǎo)致壓裂過程中在地層中出現(xiàn)橋堵。 低密度 低密度支撐劑可以在低排量下保證支撐劑的保送，能提供在絕大部分裂痕面積上得到支撐劑的時(shí)機(jī)，降低支撐劑密度還可以減少配制壓裂液系統(tǒng)的復(fù)雜性從而減少了對(duì)填

21、砂裂痕的損傷。 高強(qiáng)度超低密度支撐劑ULW、新資料高強(qiáng)度超低密度支撐劑.美國BJ效力公司2003年兩種ULW支撐劑ULW 1.25支撐劑被樹脂浸透并涂層的化學(xué)改性核桃殼ULW 1.75 支撐劑樹脂涂層的多孔陶粒新資料高強(qiáng)度超低密度支撐劑ULW.ULW 1.25支撐劑化學(xué)改性核桃殼.ULW 1.75 支撐劑樹脂涂層的多孔陶粒.新資料ULW1.25支撐劑制造工序：先將粒徑比較接近的核桃殼微粒20/30目用強(qiáng)樹脂浸漬，然后將浸透的核桃殼用酚醛樹脂涂層，后一步與現(xiàn)今用的涂層砂的工藝類似。主要特點(diǎn)：視密度為0.85克/毫升(是石英砂的一半)79攝氏度下能接受41.4 MPa的閉合應(yīng)力，溫度升高那么強(qiáng)度降低，107時(shí)僅為27.6MPa；可破碎到恣意API泰勒網(wǎng)目的大小，6100目。.新資料ULW1.75支撐劑 為樹脂涂層的多孔陶粒，制造過程與常規(guī)低比重的陶粒支撐劑LWP類似，二者性能也比較接近，密度有較大的差別。 ULW的密度約在1.75 到1.9克/毫升之間，與制造過程中控制顆粒的孔隙度有關(guān)。涂層的多孔陶粒，一方面添加了它的強(qiáng)度并封鎖了顆粒外部的孔隙，防止了外部液體的入浸從而也堅(jiān)持了低密度的特點(diǎn)。.經(jīng)1#樹脂處置后，產(chǎn)生了共價(jià)鍵構(gòu)造，不僅添加了顆粒變形尺寸的才干，并且提高了抗壓強(qiáng)度。 用2#樹脂處置后，由于產(chǎn)生了宏大的共價(jià)鍵力及在核桃殼基質(zhì)內(nèi)