水平井压裂装置智能趾端滑套设计

在压裂作业中,压力完整性测试阶段的高压环境将严重影响趾端滑套的使用寿命。为了解决该问题,根据压裂装置的工作原理和技术要求,创新设计了一种在压力完整性测试之后能延时开启的智能电控趾端滑套,并设计了能够控制滑套延时开启的锁定系统结构及其控制系统。根据工作环境的要求,设计了尺寸较小的PCB控制板。通过数据计算、Ansys仿真分析和模拟试验,证明设计的智能电控趾端滑套在压力完整性测试之后能够有效、精确地开启,为后续压裂作业创造了安全、高效的环境。该设计对压裂装置工作效率的提高和未来发展方向具有重要意义。     

页岩气井无限级固井滑套压裂技术

传统的页岩气井多级桥塞射孔联作压裂无法保证压裂液和支撑剂的去向,压裂效果差。无限级固井滑套压裂技术井下工具由趾端滑套、固井滑套及滑套开关工具组成,根据国内页岩气地质情况优化开关滑套及压裂施工程序,针对施工井况制定应急处置措施,在涪陵页岩气田进行了实际应用。实际应用中出现因固井质量差滑套的开启难以满足预期、连续油管外压裂时对管材易冲蚀、封隔器附近易发生砂堵、施工排量限制较多、封隔器不容易通过滑套、连续油管水平段延伸困难等多种问题。该工艺对埋藏深、水平段长、井眼轨迹复杂、压裂改造规模较大的页岩气井还未完全适用,还需继续探索。     

国外页岩气井连续油管固井滑套压裂完井方式研究

固井滑套压裂完井是在固井技术的基础上结合了开关式固井滑套而形成的多层分段压裂完井技术。该技术利用可开关式固井滑套选择性的放置在气层位置,固井完成后,利用连续油管携带井下工具将滑套打开,然后采用环空泵注,进行压裂改造作业。该技术的创新点在它不需要依赖传统的复合式桥塞、投球系统或投球作业,因此在作业后即可进行全通径求产。文章主要将传统桥塞射孔压裂方法与利用连续油管固井滑套压裂方法进行对比,对比了固井、压裂、产量等多个方面,得出连续油管固井滑套压裂较在完井成本和效率上较传统多级桥塞射孔压裂方法有所提高,且产量更高。     

页岩气水平井压裂连续管滑套开关工具的研制

页岩气井可通过电缆射孔与机械封隔器层间封隔,通过依次投球,打开压裂滑套,实现多级压裂改造。但是该技术需要下球座投球封堵影响到采油通道的直径,且下入开关工具的时候均需要精确定位,无法很好满足目前页岩气井压裂的发展需求。为此,通过工艺分析,研制了液压式滑套开关工具来配合固井水泥+开关滑套多段压裂技术使用,并对此液压开关工具进行了三维设计,结构有限元分析和流动分析,验证了该工具结构的合理性。试验测试结果表明,该工具可在较小压力下实现滑套的打开和关闭,其设计原理正确,技术性能可靠,现场操作方便,开启关闭滑套的成功率高。     

长井段深层致密凝析气藏多段压裂工艺技术

中原油田东濮凹陷深层致密凝析气藏分布较广,主要为大段砂泥岩互层、单层厚砂体型,由于岩性致密,储层物性差,一般压裂投产,但应用常规压裂技术动用难度大、开发效果差,多层多段压裂是动用该类储层的核心技术.为推动致密油凝析气藏开发,研究优化设计、储层保护技术,引进多层压裂完井体系,在长井段水平井分段压裂获得成功,并拓展应用于直井、定向井,改变了逐层压裂的开发模式,实现了深层致密凝析气藏的有效动用.     

页岩气井套变段体积压裂技术应用及优选

套管变形会导致套变段以下无法应用泵送桥塞进行分段压裂,严重影响页岩气水平井的分段体积压裂改造效果。鉴于此,分析了3种页岩气水平井分段压裂改造工艺(暂堵转向、机械封隔和水力喷射)的适用性和优缺点,概述了3种套变段压裂技术(可降解暂堵球、缝内填砂和复合暂堵多级转向)在四川盆地长宁-威远区块的应用情况,进而优选出套变段分段体积压裂技术。研究结果表明:对轻度和中等变形的套变影响段采用缝内填砂或暂堵球技术分段,分段可靠性相对较好;对复杂和长度较长的套变影响段采用复合暂堵分级转向压裂工艺,施工风险较低。     

页岩气井长水平段压裂一体化动态评估——以长宁国家级页岩气示范区为例

四川盆地南部地区（以下简称川南地区）的长宁国家级页岩气示范区是四川盆地页岩气开发的主战场,为厘清页岩气井水平段及压裂长度增加带来的气井产能动态影响,以川南地区的长宁区块奥陶系五峰组—志留系龙马溪组的336口气井为研究对象,采用大数据分析方法,深入剖析影响气井效益开发的靶体、压裂、排采生产一体化动态因素。研究结果表明：(1)高产气井具有靶体钻遇率大于70%、钻遇长度大于1 200 m的特征,改进钻井工艺技术可保障高靶体钻遇率进而保障产量;(2)流体压力降和孔眼摩阻会削弱施工作业强度,严重影响压裂效果,采用低黏压裂液和差异化射孔工艺可有效克服该难题;(3)前序段“相对低排量+相对密簇距”、后序段“相对高排量+相对大簇距”可实现有效改造,并能解决邻井长期生产带来的影响;(4)跟端和趾端垂深差异较大易造成井底积液,严重影响前序压裂段簇效率和产量,跟趾端垂深差异在±300 m、斜率在±0.15内有利于气井高产。结论认为,长水平段压裂是气井一体化动态影响因素的综合反映,长宁区块最优水平段压裂长度为2 200 m左右,研究成果为后续川南地区页岩气规模效益开发提供了理论支撑。     

页岩气长水平段水平井钻完井关键技术

针对长水平段水平井钻完井依然存在井壁稳定风险,钻进过程中摩阻、扭矩高,下套管载荷不足等问题。采用井身设计结构、轨道剖面优化设计,轨迹控制中提高复合钻进比列,结合油基钻井液、固完井工具等技术应用,实现3500m长水段水平井钻完井施工。     

深层页岩气井压裂工艺探索与实践

深层页岩(埋深3500 m)具有储层埋深大、物性差、应力高等特点,压裂改造存在施工压力高、加砂困难、改造难度大等难题,已形成的浅页岩储层压裂配套工艺技术及经验成果,难以完全满足深层页岩气高效开发需求。针对深层页岩气井压裂技术难题,将在升级、完善配套装备的同时,提出有针对性的深层页岩气井压裂技术思路与对策,主要包括:综合降压技术(前置酸预处理、粉砂打磨、射孔参数优化);液体粘度、施工参数优化技术(变粘度、变排量);提高SRV技术(提高净压力措施、暂堵转向);施工控制技术(优化加砂程序)等。通过现场实践,对不同区块深层页岩气压裂施工工艺技术进行了探索,并取得了一些成功经验,为国内深层页岩气储层的压裂改造提供了技术借鉴。     

威荣区块深层页岩气井体积压裂技术

威荣区块页岩气储层埋藏深(3550～3880 m),地应力高(垂直地应力86.0～97.7 MPa),水平地应力差大(7～17 MPa),岩石脆性指数低(小于0.50),天然裂缝不发育,压裂面临施工压力高、压力窗口窄、敏感砂比低、加砂难度大的难题.大型物理模拟实验表明,威荣区块深层页岩气井压裂裂缝形态以主缝+分支缝为主...     

页岩气长水平井套管安全下入风险评估技术

四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范区长宁区块页岩气丛式水平井段长度介于1 200～2 800 m，优质储层横向分布不均匀，水平段轨迹调整频繁，目的层井壁稳定性差，井漏、缩径、垮塌严重，水平井套管下入困难的井占比高达80%～90%，甚至部分井水平井套管无法下至预定井深，经济损失较大。为此，基于该区块页岩气水平井套管下入现场的实测数据，综合利用修正三维软杆管柱摩阻计算模型和数据统计分析法，对扶正器、井眼曲率、井斜、井径、摩阻系数等关键因素进行分析，提出了一套长水平段套管下入风险综合评估的新方法。研究结果表明：①累计井眼曲率较井眼曲率能更加直观地反映套管下入摩阻影响程度，当累计井眼曲率大于170°/m，套管下入摩阻开始快速增加，因而对于井眼曲率较大的水平井，需要避免井眼轨迹频繁调整，降低套管下入难度；②井径变异系数能够精确描述井径沿水平井眼方向上的变化幅度，对于地质条件复杂，井眼缩径、垮塌严重的水平井，通过统计分析井径变异系数来评估套管下入摩阻的影响能够有效提高预测精度，井径变异系数小于2%，套管下入摩阻影响较小，井径变异系数大于等于2%，套管下入摩阻影响较大。结论认为，应用于5口井的效果表明，评估结果与现场施工实测数据基本一致，证明该方法能够准确评估复杂地层条件下长水平井套管下入的风险。     

页岩气水平井套管变形影响段分段压裂工艺研究及现场试验

页岩气水平井压裂多采用泵送桥塞分段压裂工艺,如遇套管变形则桥塞不能泵送至设计位置,将导致变形段以下未改造井段不能按照设计方案进行改造。四川盆地长宁、威远区块页岩气水平井压裂约有30%的井都发生了不同程度的套管变形。早期对于发生套管变形后不能改造的井段一般就放弃了施工,造成页岩气井控资源量不能有效动用,对压裂效果也产生了较大的影响。页岩气水平井压裂套管变形机理复杂、影响因素多、变形时机难以预测,探寻套管变形影响段的分段改造工艺尤为重要。为此,针对套管变形井试验了缝内砂塞分段压裂和暂堵球分段压裂工艺:(1)缝内砂塞分段压裂采用单段射孔、单段压裂方式施工;(2)暂堵球分段压裂采用一次射孔,连续压裂投球分段方式施工。并在此基础上对比了上述两种工艺的优缺点,开展了现场试验。现场施工过程中的压力响应、邻井压力监测、微地震监测等数据均表明:上述两种工艺均成功地实现了对套变影响段的有效改造,实现了页岩气井控储量的有效动用,确保了压裂效果。     

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??Deep shale gas reservoirs buried underground with depth being more than 3 500 m are characterized by high in-situ stress, large horizontal stress difference, complex distribution of bedding and natural cracks, and strong rock plasticity. Thus, during hydraulic fracturing, these reservoirs often reveal difficult fracture extension, low fracture complexity, low stimulated reservoir volume (SRV), low conductivity and fast decline, which hinder greatly the economic and effective development of deep shale gas. In this paper, a specific and feasible technique of volume fracturing of deep shale gas horizontal wells is presented. In addition to planar perforation, multi-scale fracturing, full-scale fracture filling, and control over extension of high-angle natural fractures, some supporting techniques are proposed, including multi-stage alternate injection (of acid fluid, slick water and gel) and the mixed- and small-grained proppant to be injected with variable viscosity and displacement. These techniques help to increase the effective stimulated reservoir volume (ESRV) for deep gas production. Some of the techniques have been successfully used in the fracturing of deep shale gas horizontal wells in Yongchuan, Weiyuan and southern Jiaoshiba blocks in the Sichuan Basin. As a result, Wells YY1HF and WY1HF yielded initially 14.1×104 m3/d and 17.5×104 m3/d after fracturing. The volume fracturing of deep shale gas horizontal well is meaningful in achieving the productivity of 50×108 m3 gas from the interval of 3 500–4 000 m in Phase II development of Fuling and also in commercial production of huge shale gas resources at a vertical depth of less than 6 000 m.     

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??Due to downhole complexities, shale-gas horizontal well fracturing in the Sichuan Basin suffered from casing deformation and failure to apply the technique of cable-conveyed perforation bridge plug. In view of these problems, a new technique of staged volume fracturing with temporary plugging by sand filling is employed. Based on theoretical analyses and field tests, a design of optimized parameters of coiled tubing multi-cluster sand-blasting perforation and temporary plugging by sand filling was proposed. It was applied in the horizontal Well ZJ-1 in which casing deformation occurred. The following results are achieved in field operations. First, this technique enables selective staged fracturing in horizontal sections. Second, this technique can realize massive staged fracturing credibly without mechanical plugging, with the operating efficiency equivalent to the conventional bridge plug staged fracturing. Third, full-hole is preserved after fracturing, thus it is possible to directly conduct an open flow test without time consumption of a wiper trip. The staged volume fracturing with temporary plugging by sand filling facilitated the 14-stage fracturing in Well ZJ-1, with similar SRV to that achieved by conventional bridge plug staged fracturing and higher gas yield than neighboring wells at the same platform. Thus, a new and effective technique is presented in multi-cluster staged volume fracturing of shale gas horizontal wells.     

水平井分段压裂滑套的研制与应用

水平井分段压裂工艺技术是提高苏里格气田单井产量的有效手段,为此,研制了水平井分段压裂滑套。水平井分段压裂滑套包括压差式开启滑套和投球式喷砂滑套,通过与水力锚、悬挂封隔器、裸眼封隔器、坐封球座、筛管引鞋及低密度球配合使用,可以根据地质情况及分段压裂的段数进行调整。苏里格气田20-17-16H井的现场应用表明,水平井分段压裂滑套结构简单、操作方便、打开压力稳定,可以实现下行锁紧、低密度球的顺利返排,不影响后续生产。     

页岩气长水平段水平井井眼轨迹控制技术

利用长水平段水平井提高单井产量是页岩气开发的发展趋势,涪陵页岩气田开发调整阶段将超长水平井作为增产提效的主要措施之一。但随着水平段的增加,钻井技术挑战进一步加剧:长裸眼水平段延伸极限预测难度大、井筒净化困难、摩阻扭矩大、井身剖面优化难度大、轨迹控制难度高。为此,本项目通过井眼轨道优化设计、极限延伸能力预测分析、钻具组合优配、降摩减阻技术配套和井眼清洁技术配套,形成了页岩气长水平段高效轨迹控制技术体系。形成的研究成果指导了焦页2-5HF和焦页30-5HF井的定向钻井工程实践,创国内长水平段纪录。     

页岩气长水平井段防气窜固井技术

页岩气开发的核心技术为水平井配合大型水力压裂,而固井质量不佳已成为页岩气完井和实施储层改造的主要瓶颈问题。为此,以四川盆地页岩气开发区块为例,探索了水力压裂作用下保持水泥环力学完整性的方法及其配套工艺技术措施。研究结果表明:(1)采用模拟套管刚度的近钻头三扶正器通井钻具组合,可以降低长水平段页岩气井套管下放难度,提高下套管时效和安全度;(2)研制的高效洗油冲洗隔离液体系在常温至120℃下的冲洗效率均大于90%,能够保证水泥浆对油基钻井液的顶替效率和井壁的有效胶结;(3)确定了该区长水平段固井韧性防窜水泥浆凝固后的性能——水泥石弹性模量应小于7 GPa、三轴强度最好大于40 MPa,以减轻和避免压裂时的水泥环破坏;(4)形成的钻井液调整、预应力固井、地面高压泵注工艺等配套技术提高了页岩气井固井质量。2015—2016年期间运用上述系列固井技术在四川盆地开展了85口井固井作业,平均井深4 832 m,平均水平段长1 560 m,固井质量优质率达89.58%;水平井固井后候凝期间无环空带压,钻完井及试油期间环空气窜得到明显改善。结论认为,该配套技术可以保证并提高长水平段页岩气井的固井质量。     

页岩油气水平井压裂技术进展与展望

通过对"十三五"以来国外页岩油气储集层水平井压裂技术进展的系统总结,阐述了水平井压裂技术在页岩油气储集层多层叠置立体开发、小井距密井网布井、水平井重复压裂、施工参数优化与降低成本方面的新特征;结合中国页岩油气水平井压裂技术需求,论述了水平井压裂技术在多裂缝扩展模拟、水平井压裂设计、电驱压裂装备、可溶化系列工具、低成本入井材料与工厂化作业方面的新进展。在此基础上,结合非常规页岩油气"十四五"规划对水平井压裂改造技术的需求分析,提出了7个方面的发展建议:(1)强化地质工程一体化联合研究;(2)深化页岩储集层改造基础理论及优化设计技术研究;(3)完善大功率电驱压裂装备;(4)研发长井段水平井压裂工具及配套作业装备;(5)加强水平井柔性开窗侧钻剩余油挖潜技术攻关;(6)发展长井段水平井压裂后修井作业技术;(7)超前储备智能化压裂技术。     

页岩气水平井压裂对井筒完整性的影响

以弹塑性力学为基础,借助复变函数与应力场分解,对页岩气压裂过程中水平段套管-水泥环-地层系统的力学行为进行分析研究,通过接触面上位移连续条件得到了系统各接触表面的受力表达式;以Drucker-Prager岩土屈服条件为破坏准则,得到了水泥环达到屈服时的最大套管内压力,并讨论了套管及水泥环参数变化对系统受力行为的影响规律。计算结果表明:水泥环内表面比套管更容易达到屈服极限,水泥环厚度对水泥环内壁受力影响较小;增加套管壁厚,有利于保护井筒的完整性;套管内径和水泥环弹性模量对水泥环内壁受力影响较大,套管内径和水泥弹性模量越小,则水泥环越安全。研究结果对于页岩气压裂过程中井筒完整性设计控制具有一定的参考价值。     

页岩气水平井大型体积压裂套损预测和控制方法

大规模体积压裂导致的页岩气水平井套管损坏(简称套损)或套管变形(简称套变)在现场施工过程中一直都存在,极大地影响了现场施工效率和开发项目的经济效益。为了解决上述问题,通过分析四川盆地威远页岩气区块100余口水平井的压裂资料,探讨了该区页岩气水平井套损或套变的原因和规律,并据分析结果提出了预测和控制的方法。研究结果表明:①发生套变的主要地质因素为储层地质特点、地应力和压裂规模;②对于岩石物性非均质性特别强、甜点区厚度小、压裂时储层难以吸收大规模体积压裂的"能量"的上奥陶统五峰组水平井段、A靶点附近井段、钻遇井漏的天然裂缝带井段等容易套损井段可依据录井和测井解释来预测套变;③产量受水平段轨迹所控制的页岩气水平井应提高水平井段钻进时的导向水平,让水平井段的轨迹都落在地质气藏工程精确刻画的甜点区;④对于水平井段非均质性强的储层,宜采用"分段完井、分段固井"、优化井网井距、适当降低压裂规模等工程技术措施。