中國轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)現(xiàn)狀

中國轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)現(xiàn)狀

壓裂是通過吸收地層工程的傳導(dǎo)壓力。“液裂”作用導(dǎo)致地層出現(xiàn)人工裂縫，并由高強(qiáng)度支撐支撐。能夠很好地引導(dǎo)和輸出，達(dá)到高效開采的目的。入井壓裂工作液,按施工作業(yè)的要求從油管轉(zhuǎn)入施工井筒部位,再轉(zhuǎn)入壓裂地層部位和主裂縫延伸方位,調(diào)整動(dòng)態(tài)裂縫三維形態(tài)和幾何尺寸。直井、斜井多層段壓裂、同層水平井分段壓裂作業(yè)中廣泛采用轉(zhuǎn)向技術(shù)。單一的物理轉(zhuǎn)向和化學(xué)轉(zhuǎn)向是認(rèn)識(shí)復(fù)合轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ),復(fù)合轉(zhuǎn)向更具明顯的技術(shù)優(yōu)勢,成為集成技術(shù)創(chuàng)新的重點(diǎn)。轉(zhuǎn)向技術(shù)的使用原則就在于確保發(fā)揮轉(zhuǎn)向技術(shù)作用,力求達(dá)到高效作業(yè)的目的。一、技術(shù)體系及分布依據(jù)使用轉(zhuǎn)向材料的性質(zhì)、功能和實(shí)施條件,將現(xiàn)有的轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)劃分為三大類型,并可再分別劃分出多個(gè)亞類,構(gòu)成了較為完善的技術(shù)體系。1.封隔器與固相劑物理轉(zhuǎn)向利用機(jī)械原理。單一的物理轉(zhuǎn)向壓裂作業(yè),僅僅使用一件材料,適用于高強(qiáng)度轉(zhuǎn)向。盡管施工簡便,應(yīng)用卻很局限,是構(gòu)成復(fù)合轉(zhuǎn)向的重要組成部分。物理轉(zhuǎn)向采用的封隔器種類較多,可撈橋塞和可鉆磨橋塞各有技術(shù)特色,滑套使用較為靈活。預(yù)制式分段壓裂工作筒,隨完井套管一起下入井內(nèi)、并固井。當(dāng)下入由反洗井密封段、側(cè)孔噴砂器、壓裂密封段、導(dǎo)向頭等工具組成的壓裂管柱與之配合來實(shí)現(xiàn)分段壓裂。暫堵球包括沉球(鋼球)和浮球(蠟球和尼龍球)。固相劑多采用石英粉砂和粉陶,核桃殼細(xì)粒是天然的低密度、高強(qiáng)度的固相劑,在層內(nèi)轉(zhuǎn)向中有獨(dú)特的功能:不可降解纖維增稠,避免單一增加稠化劑濃度帶來的負(fù)面影響;大排量高壓差泵注轉(zhuǎn)向方便使用;氣相充填轉(zhuǎn)向還利于返排液。2.化學(xué)轉(zhuǎn)向作用化學(xué)轉(zhuǎn)向利用化學(xué)原理。單一的化學(xué)轉(zhuǎn)向壓裂作業(yè),仍只使用一件材料,多宜于低強(qiáng)度條件下轉(zhuǎn)向。化學(xué)轉(zhuǎn)向施工作業(yè)仍簡便,使用條件較限制,也是構(gòu)成復(fù)合轉(zhuǎn)向的重要組成部分?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)向與物理轉(zhuǎn)向的明顯區(qū)別,往往通過泵注過程來實(shí)現(xiàn),化學(xué)轉(zhuǎn)向更多地應(yīng)用于層內(nèi)轉(zhuǎn)向。高黏度稠化液、乳化液、交聯(lián)水基凝膠、交聯(lián)稠化酸、黏彈液,均具有層內(nèi)自轉(zhuǎn)向功能。氣溶性、水溶性和油溶性纖維,很大程度消除施工后的負(fù)面影響,也降低了轉(zhuǎn)向技術(shù)難度。疏締水聚合物被地層吸附,不僅可發(fā)揮轉(zhuǎn)向功能,還可降低水相滲透率。固相酸多具有化學(xué)轉(zhuǎn)向功能,還可在壓裂過程中發(fā)揮酸化功能。四硼酸鈉和多聚甲醛化學(xué)材料,也能起化學(xué)轉(zhuǎn)向作用。液態(tài)橡膠具有觸變性能,變態(tài)成“橋塞”后,也易于被清除。3.井底、砂塞和井筒協(xié)同技術(shù)復(fù)合轉(zhuǎn)向包括復(fù)合物理轉(zhuǎn)向、復(fù)合化學(xué)轉(zhuǎn)向和復(fù)合物理—化學(xué)轉(zhuǎn)向,這是轉(zhuǎn)向技術(shù)體系中的最重要的類型。復(fù)合轉(zhuǎn)向集成多種轉(zhuǎn)向技術(shù)的優(yōu)勢,轉(zhuǎn)向功能更全,實(shí)用性更強(qiáng),應(yīng)用范圍更廣,成效也更加明顯,成為轉(zhuǎn)向技術(shù)研究的熱門和轉(zhuǎn)向技術(shù)競爭的焦點(diǎn)。先前的分類探討,很大程度未重視復(fù)合轉(zhuǎn)向技術(shù)。物理復(fù)合轉(zhuǎn)向技術(shù),滑套—封隔器復(fù)合轉(zhuǎn)向,其中還包含沉球(鋼救)轉(zhuǎn)向。封隔器—沉球轉(zhuǎn)向技術(shù)應(yīng)用較早。橋塞—封隔器協(xié)同,仍是分段壓裂主要措施,其中的橋塞有可鉆磨和可撈兩種。多個(gè)可鉆磨橋塞組合,能滿足光套管分段壓裂需求。多個(gè)滑套—封隔器組合,不僅滿足分壓多段的需求,還有不動(dòng)管柱高效作業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢。大排量—高壓差泵注轉(zhuǎn)向,可與調(diào)節(jié)孔徑和孔數(shù)協(xié)同作業(yè)。橋塞—石英粉砂或粉陶協(xié)同,可實(shí)現(xiàn)井筒轉(zhuǎn)向和層內(nèi)轉(zhuǎn)向,其中也可同時(shí)采用不同類型、不同密度的粉劑,縱向降濾限縫高的效果更好。不可降解纖維與石英粉砂或粉陶協(xié)同應(yīng)用,層內(nèi)轉(zhuǎn)向效果更好,可降低縫內(nèi)不同粒徑固相粒因嵌入而形成摭擋層的影響。井筒砂塞與石英粉砂或粉陶協(xié)同應(yīng)用,可實(shí)現(xiàn)井筒轉(zhuǎn)向和層內(nèi)轉(zhuǎn)向。砂塞與封隔器協(xié)同應(yīng)用,可強(qiáng)化井筒轉(zhuǎn)向。常見的人工井底與封隔器協(xié)同應(yīng)用,也是較簡單的物理復(fù)合轉(zhuǎn)向,往往井內(nèi)壓裂第一層段時(shí)就是如此。復(fù)合化學(xué)轉(zhuǎn)向,苯甲酸與鹽按1:1配制就是典型?？山到饫w維(氣溶性、水溶性和油溶性)與高黏稠化液協(xié)同應(yīng)用,增強(qiáng)了工作液自轉(zhuǎn)向強(qiáng)度,降低了不必要的負(fù)面影響。包膠破膠劑、固相酸、增熱劑、化學(xué)復(fù)合轉(zhuǎn)向劑可協(xié)同使用。包膠粉未硝酸可簡化泵注技術(shù)難度和風(fēng)險(xiǎn),還可發(fā)揮清潔縫壁的功能和加速壓裂液破膠的功能。物理—化學(xué)復(fù)合轉(zhuǎn)向,涂有疏締水聚合物的支撐劑,不僅可降濾轉(zhuǎn)向,還可降低水患的影響程度,國內(nèi)現(xiàn)場應(yīng)用效果良好。砂塞與液態(tài)橡膠協(xié)同應(yīng)用,構(gòu)成防滲漏的雙重阻塞。稠化液與粉砂或粉陶協(xié)同作用,也發(fā)揮物理—化學(xué)復(fù)合轉(zhuǎn)向功能。地面交聯(lián)酸攜砂斷塞作業(yè),國內(nèi)現(xiàn)場作業(yè)已有成功嘗試。4.技術(shù)應(yīng)用類型轉(zhuǎn)向技術(shù)實(shí)施在于提高科學(xué)性,盡可能減少盲目性。油氣藏儲(chǔ)集層縱向組合和層內(nèi)橫向變化特征、施工條件和施工類型應(yīng)綜合分析,有針對性地構(gòu)思轉(zhuǎn)向壓裂總體技術(shù)方案。明確井下轉(zhuǎn)向部位的需求,選擇合適的轉(zhuǎn)向技術(shù)類型,描述模式應(yīng)包含前面兩部分。轉(zhuǎn)向壓裂力求簡化施工程序,方便連續(xù)泵注,提高作業(yè)效率,大幅度地降低液體浸泡地層的時(shí)間,增大排液程度。一次性壓裂多條縫的間距應(yīng)合理,否則將會(huì)引起作業(yè)干擾,以至于造成不必要的投入浪費(fèi)。重視轉(zhuǎn)向壓裂試驗(yàn)跟蹤評價(jià)的科學(xué)性,單井施工作業(yè)評價(jià)分析,要全方位征集專業(yè)技術(shù)信息,并加強(qiáng)專業(yè)學(xué)術(shù)研討。轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)創(chuàng)新潛力仍很大,要向特色技術(shù)方向發(fā)展,向?qū)＠夹g(shù)要經(jīng)濟(jì)效益。加大前置酸壓裂、地面交聯(lián)酸攜砂壓裂推廣應(yīng)用速度,增大泄流面積要與提高縫壁泄流能力相匹配。推廣應(yīng)用阻水油濕性支撐劑,可降含水率9.5%～22%,可開發(fā)研究阻水氣濕性支撐劑。二、應(yīng)用實(shí)踐的技術(shù)特點(diǎn)1.層內(nèi)充填降濾轉(zhuǎn)向國內(nèi)摻纖維壓裂工藝技術(shù)發(fā)展很快,在不提高常規(guī)增稠劑濃度的條件下,可增加前置液的稠度,進(jìn)而起到層內(nèi)充填降濾轉(zhuǎn)向的作用。吐哈油田溫3-617直井,疏松油氣層壓開后,泵注摻有不可降解纖維(50kg)攜砂液,發(fā)揮層內(nèi)降濾轉(zhuǎn)向的功能,轉(zhuǎn)向類型為陶?！w維復(fù)合物理轉(zhuǎn)向。壓裂后增產(chǎn)效果明顯,有效期長達(dá)820d,繼而16井次如此壓裂均見成效。2.連續(xù)油管水力噴射—砂塞轉(zhuǎn)向砂塞轉(zhuǎn)向分為井筒轉(zhuǎn)向和層內(nèi)轉(zhuǎn)向,后者使用的固相劑多為粉劑,除用單一的粉劑外,也可采用2種復(fù)合粉劑。青海油田獅31直井致密氣層,地面交聯(lián)酸壓開后,穩(wěn)定排量攜帶同一粒徑陶粒,實(shí)施層內(nèi)兩段斷塞堵支縫、延伸主縫,層內(nèi)化學(xué)—物理轉(zhuǎn)向壓裂效果很好。壓前單井原油產(chǎn)量很低(100t/a),壓后猛增至20t/d。中國石油西南油氣田公司川中油氣礦合川001-13X2斜井,采用連續(xù)油管水力噴射—壓裂措施,一次作業(yè)分壓兩層段。第1段水力噴射—壓裂后期,實(shí)施井筒填砂埋已壓裂孔段,再水力噴射—壓裂第2段。該井壓后天然氣產(chǎn)量達(dá)13.9×104m3/d,增產(chǎn)效果明顯,表明井筒砂塞物理轉(zhuǎn)向?qū)嵱眯詮?qiáng),相繼成功壓裂3口井。吐哈油田牛東平2水平井火山巖油層,裸眼篩管完井,采用生產(chǎn)油管水力噴射—壓裂分壓3段(油管、套管環(huán)空注平衡液),均形成間距50m以上的垂直裂縫。其中第2段和第3段壓裂均在井筒砂塞物理轉(zhuǎn)向條件下進(jìn)行的。壓后原油產(chǎn)量猛增至17.8t/d,較壓前增產(chǎn)14.8倍。3.井段植物物理—復(fù)合塞轉(zhuǎn)向復(fù)合塞是在砂塞的基礎(chǔ)上覆蓋液態(tài)橡膠塞,發(fā)揮井筒物理—化學(xué)轉(zhuǎn)向功能,使已壓裂過的井段避免后期作業(yè)的影響。長慶油氣田靖平2水平井分壓3段,第2段和第3段壓裂就是采用的此種作法,并成功施工3口井。4.浮球井自然選擇性沉球轉(zhuǎn)向往往使用鋼球,主要用于油管轉(zhuǎn)向,也在井筒轉(zhuǎn)向中發(fā)揮明顯作用。浮球(蠟球和尼龍球)主要用于井筒轉(zhuǎn)向,適應(yīng)多孔段選擇性作業(yè)的需要。沉球轉(zhuǎn)向應(yīng)用較早、較普遍,目前主要用于開滑套;浮球主要用于井筒物理轉(zhuǎn)向。西柳平1水平井自然選擇性分壓3段。第1段壓裂頂替時(shí),投入1種密度的尼龍球1100顆,暫堵已壓裂過的孔段,迫使壓裂第2段。第2次頂替時(shí)投3種不同密度的尼龍球765顆,迫使壓裂第3段。一次性全井壓開3條垂縫(長度分別為90m、64m和70m)。壓后原油產(chǎn)量達(dá)18t/d,增產(chǎn)效果明顯。照此作法,西柳平3水平井自然選擇性分壓四段也獲得成效。中國石油西南油氣田公司川中油氣礦角64-H2水平井第二期一階段復(fù)壓時(shí),一次性6級交替泵注壓裂作業(yè),在?114.3mm套管井筒內(nèi)相繼5次投暫堵浮球,實(shí)現(xiàn)分壓6段的目的。5.cqz-b單井單井效果水溶性和油溶性兩種溶劑,可以分別用于層內(nèi)化學(xué)轉(zhuǎn)向,往往也可一起結(jié)合用于層內(nèi)化學(xué)復(fù)合轉(zhuǎn)向,技術(shù)優(yōu)勢更強(qiáng)。化學(xué)復(fù)合轉(zhuǎn)向時(shí),油溶轉(zhuǎn)向劑用于縫內(nèi),水溶轉(zhuǎn)向劑則用于縫口,迫使轉(zhuǎn)向壓裂較低滲部位地層。長慶油氣田至2006年底,實(shí)施溶劑層內(nèi)化學(xué)復(fù)合轉(zhuǎn)向壓裂后,累計(jì)增產(chǎn)原油21×104t,有效率為96.8%,單井原油產(chǎn)量平均增加1.35t/d,老井單井有效期和增油量均提高3倍以上,經(jīng)濟(jì)有效率凈增41.9%。CQZA和CQZ-B兩種化學(xué)油溶劑按比例搭配用,有不粘泵、封效好、油溶性好和易返排的技術(shù)優(yōu)勢。長慶油氣田H29-15井,原壓裂縫北東向,總長為154m(東西兩翼對稱垂縫),采用CQZA和CQZ-B化學(xué)復(fù)合層內(nèi)轉(zhuǎn)向壓裂作業(yè),新壓開垂縫總長為113m。W18-4井原壓裂縫方位為北偏東49.6°,總長為106.8m,照前例作法轉(zhuǎn)向壓裂后,新壓開縫方位為北東142.4°,總長121.5m。吉林油田新民65-33井復(fù)壓作業(yè),采用前緣油溶劑(16kg)與支撐劑協(xié)同應(yīng)用,展示層內(nèi)化學(xué)—物理復(fù)合轉(zhuǎn)向技術(shù)特色。泵注壓力較首壓高3.5MPa。原垂直老縫方位NE66°,傾角NW89°;化學(xué)—物理復(fù)合轉(zhuǎn)向壓裂的新垂縫,方位變?yōu)镹6°E,傾角NW77°。壓后凈增原油產(chǎn)量為3.6t/d,含水下降3.01%,有效期8個(gè)月。6.次四級交替泵注采用孔段和地面雙向泵注壓裂技術(shù)非均質(zhì)性嚴(yán)重的薄互層,在調(diào)節(jié)孔徑和孔數(shù)量的條件下,大排量高壓差迫使先壓開較高滲層段,再轉(zhuǎn)向壓開較低滲層段。此種復(fù)合物理轉(zhuǎn)向,主要用于井筒轉(zhuǎn)向,可與多種類轉(zhuǎn)向技術(shù)協(xié)同應(yīng)用。吐哈油田牛東10-12水平井,采用此種轉(zhuǎn)向技術(shù)一次性四級交替泵注,共計(jì)分壓四段(孔段0.4～0.6m)。動(dòng)態(tài)縫長為71.7～85.9m,支撐縫長為58.7～59.1m。支撐縫寬為2.4～2.8mm,壓后原油產(chǎn)量增至7.8m3/d。這種轉(zhuǎn)向技術(shù),可以在同一儲(chǔ)層內(nèi)壓裂,也可壓竄附近多個(gè)薄層發(fā)揮產(chǎn)出能力。LS35D-1井5個(gè)小層段,按地質(zhì)特征分為2個(gè)組,大排量高壓差2級交替泵注壓裂成功。壓后天然氣無阻流量為12×104m3/d,較鄰井壓效好。大慶油田大排量高壓差轉(zhuǎn)向壓裂成效顯著。肇州區(qū)塊壓裂水平井6口、直井7口,目前平均單井原油產(chǎn)量是直井3.7倍。葡萄花油田壓裂8口水平井,已投產(chǎn)的2口井平均原油產(chǎn)量達(dá)43.7t/d。7.井筒和井底物理轉(zhuǎn)向機(jī)械工具轉(zhuǎn)向作用主要發(fā)揮在油管內(nèi)和井筒內(nèi),可搭配成多種類型轉(zhuǎn)向形式,仍是廣泛采用的耐高強(qiáng)度轉(zhuǎn)向措施。FP64和FP32兩口水平井,均先啟動(dòng)Y444封隔器壓裂第1段;再投鋼球開滑套壓裂第2段,此段壓裂包括油管內(nèi)轉(zhuǎn)向和套管內(nèi)轉(zhuǎn)向,具有物理復(fù)合轉(zhuǎn)向特色。CX493D井采用3個(gè)Y241封隔器和2個(gè)滑套,不動(dòng)管柱分壓3段,第2段和第3段分壓時(shí),分別動(dòng)用1個(gè)滑套和兩個(gè)封隔器,實(shí)現(xiàn)井筒和油管兩級轉(zhuǎn)向,發(fā)揮了物理復(fù)合轉(zhuǎn)向功能。牛平17-14水平井采用多趟管柱分壓3層段,僅啟動(dòng)K341封隔器壓裂第1段,這是單一的井筒物理轉(zhuǎn)向壓裂。后兩段均由可撈橋塞與K341封隔器協(xié)同作業(yè),形成物理復(fù)合井筒轉(zhuǎn)向。較鄰近直井壓后增產(chǎn)顯著。中國石油西南油氣田公司川中油氣礦角64-H2井光套管分段壓裂倍受關(guān)注。一期分壓6段,二期分壓8段,均為單獨(dú)射孔后進(jìn)行的。除第1段為井筒內(nèi)井底物理轉(zhuǎn)向壓裂外,其余各段分別在可鉆磨橋塞井筒轉(zhuǎn)向條件下進(jìn)行的。先后使用13個(gè)可鉆磨橋塞。另外,14次分壓作業(yè)中,還均采用石英粉砂和粉陶,層內(nèi)降濾限縫高、轉(zhuǎn)向擴(kuò)縫寬、延長主縫?？傮w為井筒和層內(nèi)兩級轉(zhuǎn)向,復(fù)合物理轉(zhuǎn)向壓裂最終增產(chǎn)效果取得新突破。三、轉(zhuǎn)向壓裂描述模式轉(zhuǎn)向技術(shù)是