第三章-高能氣體壓裂技術(shù)

1第三章高能氣體壓裂內(nèi)容提要高能氣體壓裂原理高能氣體發(fā)生器高能氣體壓裂參數(shù)高能氣體壓裂設(shè)計(jì)高能氣體壓裂施工工藝高能氣體壓裂展望2常規(guī)壓裂工藝的不足？高能氣體壓裂：又稱燃爆壓裂，就是利用脈沖加載并控制壓力的上升速度，使迅速釋放的高溫高壓氣體在井筒附近壓開多方位的徑向裂縫，溝通儲(chǔ)層中的天然裂縫，達(dá)到增產(chǎn)目的工藝。發(fā)展歷程：美國(guó)，上世紀(jì)70、80年代，技術(shù)儲(chǔ)備；前蘇聯(lián)，60年代，規(guī)模2000井次/年；中國(guó)，西安石油學(xué)院，累計(jì)600余井次。3&1高能氣體壓裂原理一、壓裂方法對(duì)比壓裂方法爆炸壓裂水力壓裂高能氣體壓裂1.傳壓介質(zhì)及動(dòng)力來源2.壓力特征43.裂縫特征54.對(duì)比壓裂類型升壓時(shí)間/s峰值壓力/MPa作用時(shí)間/s裂縫范圍/m裂縫形態(tài)傳壓介質(zhì)壓力來源爆炸壓裂10-7~10-6>10410-7~10-610-2~10-1井筒周圍的無數(shù)小裂縫高溫高壓氣體炸藥高能氣體壓裂10-310210-2~10-1水力壓裂表1三種壓裂參數(shù)量級(jí)對(duì)比6二、高能氣體壓裂增產(chǎn)作用1.機(jī)械作用造縫作用裂縫不閉合機(jī)理：非全部垂直于最小主應(yīng)力，切應(yīng)力不為零；巖石塑性變形2.水力作用井內(nèi)液體的振蕩、壓力脈沖的振動(dòng)作用7壓力周期波的作用：松動(dòng)堵塞顆粒；毛管的周期性脹縮。3.高溫?zé)嶙饔米饔茫喝刍哺浇氖灪蜑r青，井底原油粘度和表面張力84.化學(xué)作用燃?xì)庵蠧O2，HCl，H2S成分遇水形成的酸液對(duì)巖層的作用。三、高能氣體壓裂基本作用特征特征：加載時(shí)間0.1~20ms，總作用時(shí)間幾百毫秒，縫長(zhǎng)<10m；裂縫形態(tài)為徑向多條裂縫體系；加載速率遠(yuǎn)低于爆炸壓裂，不破壞井眼和無壓實(shí)傷害；9高能氣體壓裂過程：井內(nèi)增產(chǎn)階段；造縫階段裂縫延伸階段；四、高能氣體壓裂的特點(diǎn)選擇性強(qiáng)；裂縫不受低應(yīng)力的限制；無需支撐劑；無污染；成本低。10&2

高能氣體發(fā)生器一、氣體發(fā)生器1.有殼氣體發(fā)生器優(yōu)點(diǎn)：安全；成本低；易下井。缺點(diǎn)：裝藥量少。112.無殼氣體發(fā)生器傳輸方法：電纜或油管。點(diǎn)火方式：電或投棒。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單；施工更方便；壓裂效果好。12二、推進(jìn)劑種類固體推進(jìn)劑液體推進(jìn)劑凝膠硝酸甘油炸藥13&3

高能氣體壓裂參數(shù)一、裸眼井壓裂參數(shù)1.升壓時(shí)間形成多裂縫：142.峰值壓力二、套管射孔井壓裂工藝參數(shù)15控制因素射孔密度孔眼直徑射孔方位推進(jìn)劑用量井內(nèi)有無液體推進(jìn)劑燃燒速度1.孔徑和孔密對(duì)升壓的影響單位時(shí)間通過孔眼的壓力降正比于射孔孔數(shù)和孔眼直徑的平方162.射孔方位和相位對(duì)裂縫的影響多裂縫區(qū)120°相位角垂直于最小地應(yīng)力方向射孔平行于最小地應(yīng)力方向射孔17&4

高能氣體壓裂設(shè)計(jì)一、高能氣體壓裂適用范圍適合的井層：鉆井和完井污染，射孔后產(chǎn)能低或無產(chǎn)能的井；地層物性較差，但天然裂縫發(fā)育的油氣層；水敏或酸敏性油氣層；措施后而井筒附近堵塞而產(chǎn)量下降的油氣層；地層破裂壓力很高的油氣層；產(chǎn)能低不適宜高成本增產(chǎn)措施的油氣層；不宜進(jìn)行水力壓裂的底水油氣藏。不適合的井層：顆粒運(yùn)移嚴(yán)重的油氣層；膠結(jié)差的油氣層；天然裂縫不發(fā)育的致密地層。18二、高能氣體壓裂設(shè)計(jì)火藥的燃燒；井內(nèi)氣液的運(yùn)動(dòng)；井內(nèi)液體的運(yùn)動(dòng)；壓力與時(shí)間的關(guān)系；擠入裂縫的液體和氣體流量；裂縫幾何尺寸（長(zhǎng)、寬）。三、高能氣體壓裂效果預(yù)測(cè)19&5

高能氣體壓裂施工工藝一、高能氣體壓裂施工工藝1.鋼絲繩起下，水泥塞封堵，地面引燃施工工藝特點(diǎn)：安全可靠；難度大（深井與套管井）；施工麻煩；周期長(zhǎng)。適用：低產(chǎn)的裸眼淺井202.電纜起下，液柱壓擋，地面引燃施工工藝特點(diǎn)：設(shè)備動(dòng)用少；施工周期短；安全可靠。適用：中深裸眼井和套管井213.油管傳輸，封隔器加環(huán)壓復(fù)合壓擋，撞擊引燃施工工藝特點(diǎn)：施工簡(jiǎn)便；可靠性高；安全性高；充分利用燃?xì)饽芰俊?24.三種施工工藝對(duì)比項(xiàng)目工藝一工藝二工藝三玻璃鋼外殼金屬外殼井深/m<10001000~20002000~5000<4000耐壓/MPa1010~205545耐溫/℃5080150150完井方式裸眼套管、裸眼套管、裸眼套管井類型生產(chǎn)井、水井、探井生產(chǎn)井、水井、探井生產(chǎn)井、水井、探井生產(chǎn)井、水井、探井、氣井所用主要設(shè)備修井機(jī)、水泥車、絞車修井機(jī)、水泥車、射孔車修井機(jī)、水泥車、射孔車修井機(jī)、水泥車施工周期/h723~83~812~1623二、高能氣體壓裂測(cè)試技術(shù)1.靜態(tài)測(cè)試—銅柱法測(cè)峰值壓力特點(diǎn)：簡(jiǎn)單方便；局限性；原理：242.動(dòng)態(tài)測(cè)試（井下壓力—時(shí)間測(cè)試）井下存儲(chǔ)式p—t測(cè)試儀地面直錄式p—t測(cè)試儀25&6

高能氣體壓裂展望一、高能氣體壓裂存在的問題1.套管損壞原因：峰值壓力、作用時(shí)間防止方法：套管受力分析、新型壓裂彈、峰值壓力和作用時(shí)間2.裂縫延伸長(zhǎng)度和閉合原因：壓力持續(xù)時(shí)間改善方法：改進(jìn)壓裂彈、多裝藥、改善點(diǎn)火系統(tǒng)、增加壓力持續(xù)時(shí)間26一、提高高能氣體壓裂的途徑1.與其他技術(shù)聯(lián)合復(fù)合技術(shù)高能氣體壓裂-酸化高能氣體壓裂-水力壓裂高能氣體壓裂-射孔超正壓射孔射孔壓裂272.多次壓裂法（同層施工2~3次）3.在射孔段打入專用壓裂液4.改進(jìn)壓裂彈結(jié)構(gòu)，增大裝藥量5.采用液體藥6.爆炸松動(dòng)技術(shù)28&7

高能氣體壓裂應(yīng)用油田：大慶油田、大港油田、塔里木氣田、長(zhǎng)慶氣田、延長(zhǎng)油礦、中原油田、玉門油田、新疆油田、遼河油田、江蘇油田、吉林油田油田名稱施工井次/井次有效率/%增產(chǎn)有