第11章压裂施工.ppt

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1、1F11.2 完井F11.3 射孔F11.4 压裂施工的地面设备F11.5 井底压力测量和分析F11.6 支撑剂回流控制F11.7 返排对策F11.8 质量保证和质量控制F11.9 健康安全和环境F 附录F11.1 引言引言211.1引言压裂施工是检验压裂设计是否正确的唯一办法。施工质量的好坏直接关系到增产措施的成败。本章介绍了在现场成功实施油井增产措施的作业程序和所有应注意的事项。讨论了直井、斜井和S形井。本章还详细地介绍了影响施工质量的因素，在施工过程中的监测技术和整体作业技术。压裂施工需要考虑压裂施工需要考虑最佳的完井和射孔方案、适当的施工设计、施工排量、压力以及流体特性的控制和监测等。

2、3F11.1 引言F11.3 射孔F11.4 压裂施工的地面设备F11.5 井底压力测量和分析F11.6 支撑剂回流控制F11.7 返排对策F11.8 质量保证和质量控制F11.9 健康安全和环境F 附录F11.2 完井完井4 大部分井筒是垂直的，并设计成单根的生产套管。其他类型：（1）斜井（2）水平井（3）多层完井（4）多底井511.2.1 斜井和斜井和S型井的完井型井的完井对高斜度井高斜度井，需弄清井筒倾角、地层就地应力场（决定裂缝方位）和可能的裂缝集合之间的关系等。对S型完井型完井，井和裂缝的连通性很重要（尤其在高渗透裂缝中，在低渗透层中不是主要问题）。对高渗裂缝，不过是S形的井筒和18

3、00相位的射孔，或是沿井筒轨迹开缝，都是有效的。建议建议（从采用工程方面考虑）：井筒方向与裂缝方向一致。井筒的方向可以是垂直的，也可以是水平的。611.2.2 水平井和多底井的完井水平井和多底井的完井水平井水平井需要特殊的完井过程考虑压力、排量，还需考虑铺砂问题（是铺置到储层内部还是沿着储层铺置）多底井多底井可以提供较好的泄油面积和利于管理。(参看第一章中对井的流动通道与特殊的地质流动单元相匹配的讨论）711.2.3 小眼井和单一井完井小眼井和单一井完井优点：优点：使用小眼井和单一井可以井底钻井和完井成本。缺点：缺点：1.小管径禁止使用特殊的压裂用管，因而也限制了施工压力 2.减小了井筒直径，

4、摩阻升高，限制了排量和施工规模，降低了压裂施工效率 3.限制了井下工具的使用，即不能使用层位隔离工具而不能进行多层压裂施工建议：建议：如果是必须使用小眼井完井技术，那么完井设计应规定使用厚壁管作为套管，这样就能允许较高的泵入排量和较高的施工压力。8 11.2.4 层位隔离层位隔离要求层位隔离的条件要求层位隔离的条件：井筒通常要穿过几个主要的油层，这些层位都要进行水力压裂，为了保证每个层位都能有效地进行压裂施工，层位间需要进行隔离。有些方法是非常有效的隔离方法，一般只有当几个地层在带有水泥环的套管外是相互隔离的才能使用这些方法。9 11.2.4.1 水泥环的重要性水泥环的重要性在生产和压裂施工期

5、间，水泥环必须提供层位间必须提供层位间隔隔。对于生产井，套管和地层之间的水泥密封必须要严密，以防止流体从环形区域穿过（参看11A）。压裂压力对水泥和套管或水泥和地层之间粘结张力的影响尚不十分清楚。水力压裂对水泥的最终影响很难预测（如水力压裂以后的声波测井表明，裂缝间隔之间的水泥胶结被损坏，但是井筒上部的水泥胶结仍然完好）。1011A 水泥边界完整性的影响因素（水泥边界完整性的影响因素（E.B.Nelson）注水泥作业就是将水泥放入套管和与井筒相连的地层之间的环形空间的过程，注水泥的主要目的主要目的就是在井筒内提供一个地层隔层。生产井：生产井：储层液体沿水泥壳层的交叉流动而损失，或地下流体从其他

6、层位灌入生产层。水力压裂施工：水力压裂施工：液体通过不良的水泥壳层大量流失，会导致不希望的裂缝高度延伸或脱砂。影响水泥壳层提供的隔层的因素影响水泥壳层提供的隔层的因素：泥浆清除不完全、水泥的渗透率（对水的渗透率0.1mD)、水泥体积膨胀、环空液体运移）1111.2.4.2 裂缝位置控制控制压裂液流向的最可靠方法：控制压裂液流向的最可靠方法：将射孔限制在一个单层，当要压裂一口井的几个层位时，各个层位可以相互隔离，并且逐个单层进行压裂。最好是首先压裂最深的层位。另一种多层压裂技术是扰形管传输（参考11B），其他可使用的多层压裂技术在第10章中有讨论。1211B 连续油管传输的压裂施工（连续油管传输

7、的压裂施工（Sunil N.Gulrajani）一般过程一般过程：（1）在压裂施工的前一天，对施工的目标产层进行射孔。（2）使用仪表环以确保在井筒内没有由附着物，管子的损坏或射孔毛刺等引起的限制。（3）为了进行多段压裂施工，隔离最低射孔段，为了越过产层，隔离感兴趣的段位。（4）按设计进行压裂施工。（5）返排连续油管串中存留的支撑剂。（6）对于多段压裂施工，重复隔离步骤，对井筒内的每个射孔段进行压裂和支撑剂返排。1311B 连续油管传输的压裂施工（连续油管传输的压裂施工（Sunil N.Gulrajani）连续油管压裂施工依靠两项已开发的技术：能进行层位隔离和返排的井下系统（BHA）降低压裂液的

8、摩阻，以便在很小的连续油管交叉面积内达到压裂施工所要求的注入速度。（使用粘弹性表明活性剂VES，低摩阻、无伤害）1411.2.4.3 机械桥塞机械桥塞机械桥塞是最可靠的射孔层位间进行间隔的机械方法。管柱操作：桥塞可回收钢丝绳操作：桥塞不可回收1511.2.4.4 砂堵砂堵在压裂施工以后，利用砂堵可以进行层间间隔。方法：方法：将需要盖住射孔间隔的砂加入套管中，通过对套管加压来测试砂堵，然后对下一个层位进行射孔和压裂，当所有的层位都压裂完毕，再使用常规方法或扰形管柱，将砂子从井筒内循环出来。在顶部射孔以上所需的砂量一般不多，可使用线性流达西定律计算求得：式中qi排量，bbl/min；P压降，psi

9、A面积，ft2；粘度，cPK渗透率，D；L 长度，ft)111.(.).(10827.74LpAKqi1611.2.4.5 裂缝挡板裂缝挡板使用目的：使用目的：控制流体的流向。使用方法：使用方法：裂缝挡板为套管管柱的一部分，放在产层的间隔之间。在最低的产层射孔和压裂以后，将一个球从套管中落下，这个球座封在挡板上，并阻止液体向下流动，然后可对下一个层位进行射孔和压裂。当使用挡板隔离多个产层时，一定要特别小心放置挡板，挡板的尺寸是从顶部到底部逐渐减小，即最底部的挡板的直径最小。1711.2.4.6 桥塞和封隔器桥塞和封隔器使用时机：使用时机：当完井过程不允许从最下层开始，然后逐渐层向上进行分层压裂

10、时，则必须将桥塞和封隔器结合起来使用。这样可以跨越一定的间隔并提供一种特别可靠的隔离方法，这些可回收的工具可以很容易地移动并覆盖住任何的间隔。如果裂缝达到封隔器上部的射孔，支撑剂有可能进入环形区域，封隔器顶部的少量支撑剂可能粘附在工具上。1811.2.4.7 转向转向优点：优点：控制液体流向，可连续进行施工，经济省时。缺点：缺点：使用转向材料，使得压裂效果不能达到最佳效果。岩盐和苯酸之类的桥塞材料容易导致过顶替。球密封效率很难预测。1911.2.4.8 限流压裂限流压裂限流压裂施工目的：目的：使压裂液同时进入多层地层。限流压裂技术：利用泵入期间射孔孔眼产生的压差，使压裂液转向进入几个不同的射孔

11、区间（参看11C和第10章），通常需要5001000psi的压差才能足以控制整个压裂液的流向。通过控制射孔的孔径和数量来限制进入给定层位的总流量。2011C 水力压裂期间的多层注入剖面评估（水力压裂期间的多层注入剖面评估（J.L.Elbel）压裂几个层位的常用方式是射孔限流技术。在考虑孔眼摩阻的同时，必须考虑一些其他的影响每层的注入速率的地层参数，如裂缝高度、地层模量和当前效率等。参数关系：式中：pf裂缝压力；min 最小应力；粘度；E平面应变模量；qi注入速度；t 时间；hf缝高。)211.(.)/(46.45144minfifhtqEp21假定在同一时间开始向每一层注入，在任一时间qiA与

12、qiB的比可表示为：式中n幂律指数 效率可由下式确定效率：)311.()()()()()1/(123)1)(32(minminnABABfBfAnnBfAfiBiAEEhhppqq)411.()0017.09.1(/)(F/)(F2/12minb2minbsLffffVtChEhpEhp22对多于二个层位的情况，单一层位的注入速率qii与N个层位总注入速率qij的比为：式中 s携砂液密度；nperf孔眼数；dpsi孔眼直径。大多数情况下都忽略层位之间的套管摩阻，因为它比裂缝内的静压力要小得多。)511.()/()(/()()1/(123)1/()32(min)1/(123)1)(32(minj

13、nfnnjfinfnnifijiiEhpEhpqq23F11.1 引言F11.2 完井F11.4 压裂施工的地面设备F11.5 井底压力测量和分析F11.6 支撑剂回流控制F11.7 返排对策F11.8 质量保证和质量控制F11.9 健康安全和环境F 附录C11.3 射孔射孔2411.3.1 背景背景 射孔孔眼为井筒和储层之间提供的一种连通方式，而在压裂期间，射孔孔眼是裂缝和井筒之间的液体流动通道。射孔参数对压裂施工质量有很大影响，射孔参数射孔参数主要是指：射孔器的尺寸和类型炸药类型射孔密度射孔相位间隔长度射孔方向 25对于任何类型的井，都有另外两个额外的与射孔有关的参数，它们也会影响孔眼系统

14、的选择：射孔以后，水泥与岩石表面水力粘结的完整性；在孔眼孔隙中残留的砂粒，特别是对基质处理。2611.3.2 对坚硬岩石水力裂缝的射孔相位对坚硬岩石水力裂缝的射孔相位11.3.2.1 无微环隙，垂直井无微环隙，垂直井假设：假设：最佳水力裂缝平面是垂直的,对垂直井，在整个范围内都能直接连通。干气井、在射孔前进行液体抽汲的井，用小空心传导管射孔器的井和用低射孔密度空心传导管射孔器的井等，对于维持良好的水泥胶接，裂缝只能从孔眼处起裂，从而消除了裂缝在水泥和岩石胶接面周围起裂的可能。2711.3.2 对坚硬岩石水力裂缝的射孔相位对坚硬岩石水力裂缝的射孔相位11.3.2.1 无微环隙，垂直井无微环隙，垂

15、直井研究表明：研究表明：水力裂缝平面在300以内，1800相位的射孔，能够为孔眼和裂缝之间提供良好的连通（这种良好的连通能使多裂缝重叠和裂缝拐弯减至最小，因而也使得随缝宽的限制最小）。建议：建议：如果1800相位的射孔，不能使其方位在300水力裂缝平面内，为了良好的裂缝连通，则推荐使用600相位射孔。假定只有这些射孔与初始裂缝平面相连通，要达到与裂缝直接连通的1800相位同样数量的射孔数，则必须要有三次600相位的射孔，这些假定也包含起裂时没有多个平行裂缝，当然增加600相位的射孔密度就不需假定不存在微环隙。2811.3.2.2 张开的微环隙，垂直井张开的微环隙，垂直井/垂直裂缝垂直裂缝微环隙

16、：微环隙：会引起水泥/岩石胶结表面开裂，与孔眼无关（除非射孔是与水力裂缝平面成100角范围内)。当裂缝不从孔眼起裂时，流动通道通过微环隙连通，原来的微环隙从岩石表面进一步扩大。然而，狭窄的裂缝入口会引起大的压降和靠近井筒处的支撑剂桥塞。表表1垂直井的射孔比较，有微环隙，无定向垂直井的射孔比较，有微环隙，无定向射孔器裂缝初始压力微环隙变窄多裂缝起裂00,1spf 3 4 11800,1spf 3 3 2900,2spf 2 3 31200,1.5spf 1 2 3600,3spf 1 1 42911.3.2.2 张开的微环隙，垂直井张开的微环隙，垂直井/垂直裂缝垂直裂缝如果变窄的点大于多裂缝，则应使用600相位的射孔器，然而600相位的射孔器可能制造出更多的裂缝，且需要比1200相位射孔多2倍的射孔密度，因为3个孔眼中只有一个与裂缝相连通。其他一些射孔方案：其他一些射孔方案：使用大排量的前置液，使用高粘度液体和支撑剂段塞，通过限制微环隙周围的流体连通，以减少裂缝变窄及拐弯和多裂缝，从而控制靠近井筒处的脱砂。3011.3.2.3 张开的微环隙，斜井和水平井张开的微环隙，斜井和水平井/垂直裂