异常高地应力致密砂岩储层压裂技术研究

随着勘探的不断深入，首次在新探区采用压裂技术时难度越来越大，部分井岩性致密，加之地应力异常高，导致压裂施工时在低排量情况下施工压力非常高，无法加砂而使压裂施工失败，达不到改造和认识储层的目的。文章以武1井为研究对象，该井为吐哈油田在民和盆地的一口探井，第一次压裂因施工压力异常高，在1.3 m³/min排量下井口压力达到83.3 MPa，支撑剂根本无法进入地层而未获成功。通过分析武1井首次压裂失败的原因，研究并采取了高能气体压裂、酸化解堵等近井筒处理措施和小粒径支撑剂、支撑剂段塞、优化泵注程序等针对性工艺，使第二次压裂施工获得成功，加砂26.04 m³，压后日产水5.0 m³，日产气2000 m³，这对类似储层的压裂改造积累了宝贵经验。     

低残渣CO2泡沫压裂液在苏里格低压低渗气藏的应用

针对苏里格地区低压低渗气藏压裂施工后返排困难的问题,通过分子结构设计,合成了一种易降解的多元共聚物CLT-1,形成一套低残渣CO₂泡沫压裂液体系,评价了该体系的携砂性能、耐温耐剪切性能等。实验结果表明,在酸性条件下,0.4% CLT-1按100：0.6交联后形成的冻胶泡沫具有良好的携砂性能;在100℃、170S^-1条件下剪切2h后表观粘度为110 mPa·s,破胶时间小于2h,能够满足现场压裂施工要求。破胶后残渣含量为73mg·L^-1,可有效减小对地层裂缝导流能力的伤害。采用变泡沫质量法进行施工,共注入二氧化碳154.5m³,加砂37.6m³,最高砂比22.2%,总施工排量4.0-4.3m³/min。施工结束后24h内返排率达到49.2%,求产后无阻流量31.1×10⁴ m³/d,达到了快速自喷的目的,取得了良好的措施改造效果。采用低残渣交联压裂液体系进行CO₂泡沫压裂施工能够有效提高低压低渗气层的产气量。     

低渗低温水敏性浅层气藏压裂优化技术研究

低渗低温水敏性浅层气藏因其具有低温、水敏性强、成岩作用差、胶结疏松、水力裂缝形态不确定等一系列不利压裂改造与增产的因素，其改造技术与增产难度不亚于深井、超深井，故限制了其储量的高效动用。针对这些难题进行了技术攻关，形成了4项技术：弱交联、低温活化剂与超量破胶剂的低温储层快速破胶技术；有机盐与无机盐双元体系复合防膨技术；大粒径支撑剂尾追与高砂比施工的防支撑剂嵌入高导流技术；浅层、疏松性气藏压裂全程保护与压后放喷排液管理技术。吐哈鄯勒浅层气藏勒9-1井应用该技术进行先导性压裂试验取得成功，加砂53.1 m³,最高砂液比60%，平均砂液比39.2%。压后立即用3 mm油嘴控制放喷、排液50.0 m³取得的返排液样品，测试其破胶水化液粘度为5.1 mPa·s。压后气产量从压前4633 m³/d提高到稳定的2.75×10⁴m³/d，无阻流量5.76×10⁴m³/d。该井压裂的成功，说明了低渗低温水敏性浅层气层压裂优化技术的适用性，并使鄯勒浅层气藏的低渗难动用储量有效动用有了技术保证。     

资阳须五段高密度体积压裂技术优化

四川盆地资阳须五段致密砂岩气藏具有储层非均质性强,改造体积不高、压裂适应性较差的特点,主要表现在加砂规模较小(20～60 m³),施工压力较高(50～82 MPa),压裂后产量不理想。基于裂缝扩展模型进行地质工程一体化分段分簇实现高密度完井,以大排量造缝携砂理念优化支撑剂铺置,配套双重暂堵转向工艺实现多簇裂缝的均匀扩展,提高裂缝对砂体的控制程度。结果表明,11.8条/100 m高密度布缝能有效提高储层平面动用程度,以2.73 m³/m高强度粒径组合铺置能构建高导流人工裂缝,运用“缝口+缝内”双重暂堵转向工艺可有效提高分簇有效性。该工艺现场应用后加砂规模提高到2 000～3 000 m³,综合砂液比提高到17.6%,横向覆盖率提高至91%,已实施井体积改造测试产量为邻井常规压裂的6～10倍,DF501HF井计算无阻流量46.5×10⁴ m³/d, EUR 0.78×10⁸ m³,增产效果明显,为深层须家河组气藏开发提供技术储备。     

水力喷砂分段压裂工艺在中平6井的现场施工分析

通过对中平6井实行水平井水力喷砂分段压裂工艺技术以提高油井采油量。本文以油井和油层的基本数据为基础,依据水力喷砂分段压裂原理,优选压裂工具和压裂液体系,并在现场对中平6井油管校深后进行水力喷射分段射孔加砂压裂试验,共压裂六段。试验结果表明压裂第一段和第六段施工排量油管1.5 m~3/min,套管平衡0.4 m~3/min,第二段至第六段施工排量油管1.6 m~3/min,套管平衡0.6 m~3/min,液量+射孔液量在164.9 m~3~240.6 m~3,水平井喷砂压裂试验达到了良好的增产效果,压后下泵求产,日产油36.2 t,说明水力喷射压裂取得了较好的效果。     

通径式喷砂器伞键流场仿真与防冲蚀设计

低渗透致密油藏在水力压裂施工中需要大排量和长时间的作业,往往导致压裂管柱冲刷磨损严重而使其强度降低。伞键作为冲刷磨损最为严重的部位,其抗冲蚀性能决定了整套管柱的抗冲蚀能力。为此,以通径式喷砂器伞槽滑套为研究对象,采用有限元软件建立了流场仿真模型,研究了混砂液在伞槽内部的流场分布规律,找到伞键发生冲蚀的原因,并对其进行改进设计。在其内部增加挡板结构,使其内部流场发生改变,进而降低了伞键的冲蚀。优化设计后,伞键冲蚀率密度降低为原结构的1%,冲蚀质量降低了90.31%,使伞键在压裂施工全程具备导向功能,键尖得到有效保护。研究结果可为压裂管柱及工具的设计提供理论依据。     

水力压裂过程中套管内流动冲蚀损伤规律研究

油气田水力压裂施工时,高速注入的压裂液会对套管内壁产生一定冲蚀损伤,其中井筒造斜弯肘的冲蚀问题尤为严重。基于欧拉-拉格朗日多相流模型方法,采用RNG k-ε湍流模型和改进的冲蚀模型对水力压裂过程中套管内的携砂压裂液多相流动及冲蚀过程进行了数值模拟,研究了套管内部流场分布规律和压裂参数对套管冲蚀的影响规律。计算结果表明,套管内各位置颗粒浓度分布基本一致;从井口向井下压力逐渐降低,在弯肘处压力明显降低,压裂液流速接近峰值30 m/s;在竖直井与水平井相连接入弯处45°前位置出现了冲蚀破坏危险点,冲蚀速率出现峰值。水力压裂过程中套管壁面平均冲蚀速率随平均砂比、压裂液排量及压裂砂平均粒径的增大而增大,对套管壁面冲蚀影响最为关键参数是平均砂比,其次是颗粒粒径和排量,而压裂压力影响最小。在此基础上,从井眼轨迹和套管设计、压裂工艺参数设置等方面提出了降低压裂过程套管冲刷磨损的优化建议。     

浅析连续油管底封喷砂射孔压裂新技术的应用——以重庆松藻矿区构造煤煤气层为例

煤层气储层具有低压、低渗、低饱和度的特点,需要压裂改造才能生产。连续油管底封喷砂射孔压裂技术是集喷砂射孔、水力喷射压裂、环空加砂、连续油管拖动转层等技术于一体的新型增产措施,该技术利用连续油管下接带封隔器的喷射工具,通过上提下放管柱实现封隔器的解封、坐封,采用连续油管喷砂射孔、套管加砂压裂。详细阐述了连续油管底封喷砂射孔压裂工艺技术特点,以及这一新技术在渝南松藻矿区高阶构造煤煤层气的首次应用情况。实践证明,连续油管底封喷砂射孔压裂工艺具有封隔可靠、转层灵活、施工时效高、施工后井筒清洁等优点;通过连续油管精确定位,实现了松藻矿区××井煤储层纵向上多个薄互层精细分层、规模化和差异化加砂压裂,经过260d排采,达到阶段高产1 600m3/d,累计产气12×10~4m~3,增产效果显著,为煤层气井组开发试验奠定了良好的基础。     

薄互层低渗透油藏分层压裂管柱研究与应用

针对胜利油田套管内封隔器机械分层压裂工艺存在的压裂后砂埋砂卡管柱、工具刺坏等问题,研制了以ＹＱＫ３４４－１１３ 型滑套封隔器为核心的精细分层压裂工艺管柱。该管柱具有密封压差高、滑套喷口耐冲蚀、可全井段反洗井等特点,可实现２～４ 层分层压裂施工,满足了薄互层低渗透油藏细分层、高排量、大规模压裂施工的要求。现场成功应用１５ 井次,有效提高了分层压裂的工艺可靠性和经济效益。     

CQ-TDY致密油水平井水力喷射体积压裂工具

目前油井水平井环空加砂拖动体积压裂是长庆油田低渗储层改造的主要方式之一。为解决该技术施工过程中常规扩张式封隔器管柱施工前无法验封、易卡钻、施工效率低等实际问题,结合该技术拖动压裂工艺特点,通过可多次重复坐(解)封胶筒的设计以及TDY高强度底封隔器和抗冲蚀水力喷射器等核心工具的研制,形成了CQ-TDY致密油水平井水力喷射体积压裂管柱。该管柱可实现油管和油套环空同时注入,能满足8m~3/min大排量的注入需求,单趟钻可施工14段,施工效率是常规水力喷射压裂管柱的3~5倍。该管柱在长庆油田累计推广应用了427井次,完成了3260段体积压裂施工,平均单趟钻具施工8段,其中有219口井实现了"一趟钻"完井,施工效率高,层间封隔可靠,大幅降低了劳动作业强度,推广应用前景广。     

鄂尔多斯盆地南缘山1盒8储层混二氧化碳压裂技术新探索

鄂尔多斯盆地南缘山1、盒8储层地质储量大,具有低孔、低渗、低压的特征,该储层气井返排、产气和携液能力弱。为了解决储层的改造和生产难题,以井区内山1、盒8储层气井为研究对象,对比常规水力压裂和混二氧化碳压裂的储层改造效果以及常规油管生产和下入速度管生产的排水采气效果,并结合油套压、气水量等生产数据,使用多相流稳态模拟器,对气井做流入流出曲线分析。结果表明：(1)混二氧化碳压裂用水量大幅减少,总加砂量和常规水力压裂加砂量相当,改造效果表现优异,同等厚度储层条件下,试气绝对无阻流量是常规水力压裂的1.3～3.3倍,试验井无阻流量提升2～3倍,单米产气从0.1×10⁴～0.2×10⁴ m³/d提升至0.3×10⁴ m³/d;(2)速度管针对于该储层井有非常好的排水采气效果。选用合适尺寸(内径)和下入深度的速度管后,山1、盒8储层的产出水和压裂残留液体能够通过速度管及时排出,气井携液正常能够连续稳定生产。混二氧化碳压裂增产技术结合速度管柱排水采气工艺为鄂尔多斯盆地南缘山1、盒8储层开发提...     

水力喷砂分段压裂工艺在U型煤层气井中的应用

YP1井组是由一口筛管水平井YP1和直井YP1V组成的U型煤层气井.根据筛管水平井井况及特点,优化了施工管柱、水力喷射压裂工具尺寸和喷嘴组合方式.为防止φ114.3 mm小直径筛管水平井压裂管柱砂卡,将拖动式水力喷射压裂工具与滑套式工具相组合,融合了二者施工工艺.水力喷砂射孔液体通过YP1V井排出,进一步减少水平井沉砂风险.顺利完成YP1井4个层段水力喷射分段压裂改造,共计加砂83 m3,压裂管柱成功上提出井.该U型井压裂施工前无产量,压后对YP1V井实施排水降压,随井底流压下降,产气量最高上升至636m3/d.     

全自溶分段压裂滑套的研制与应用

针对常规水平井裸眼多级滑套压裂管柱不能实现压裂后管内全通径,后期储层二次改造、封堵底水、单段测试等作业受到限制等问题,开展了全自溶合金材料在分段压裂工具中的应用研究。通过球座结构优化和表面涂层强化,实现滑套入井后球座不溶解,压裂后迅速溶解的目的。经排量为6m³/min、压裂液砂比为30%、循环时间为32h的冲蚀实验表明,球座仍具备承压70MPa的能力。在杭锦旗气田的压裂井中开展了现场应用,成功实现了入井静置48d后顺利开启,并满足了压裂施工过程中的大排量冲蚀要求,压裂后球及球座在地层环境下溶解,滑套内形成了全通径。全自溶分段压裂滑套的研制与应用为优化压裂工艺、提升施工效率提出了解决思路,具有重要的指导意义。     

中高温清洁压裂液在卫11-53井应用研究

对适用井温80~120 ℃的中高温清洁压裂液体系进行了室内实验研究和现场施工技术研究，并成功地进行了现场施工。该体系在80~120 ℃温度区间具有较高的黏度，其流变性仅受温度的影响，对剪切历程不敏感。与水或油接触可自动破胶，不需要额外的破胶剂。该体系在卫11-53井应用获得成功，是国内第１口中高温清洁压裂液现场施工井。卫11-53井成功施工说明中高温清洁压裂液已达现场应用的水平。对实验井采用合压的施工方式，用120 m³清洁压裂液加0.09~0.25 mm陶粒3 m³、0.45~0.90 mm陶粒9.4 m³，平均砂比21%。在排量为4.71 m³/min时，施工摩阻仅3.6 MPa/km。压裂施工顺利，压后效果较好，说明该体系摩阻低，携砂能力强，对地层伤害小。     

束鹿页岩油密切割压裂技术——以SY302X井为例

为评价束鹿凹陷中洼槽沙三下段砾岩体致密油气藏，最大程度释放储层产能。钻探水平井SY302X井，水平段长1 160 m,储层钻遇率95.60%,为充分改造储层，在总结以往大型体积酸压改造经验的基础上优选无限级滑套的改造工艺，段间距缩短到10 m左右，可实现对水平段密切割压裂。该井使用140 MPa高压管汇撬、140型井口、5 500 m³储液池、连续输砂装置等设备，并完成26段压裂，单段最大液量达1 850.2 m³,单段最大加砂51 m³,全井累计泵注液体2.41×10⁴ m³,累计加砂956.6 m³。该井的顺利完成为束鹿凹陷非常规储层改造积累了宝贵经验，为后续改造指明了方向。     

基于阿基米德双螺旋线原理的水力喷射压裂技术

针对水平井多级压裂双簇水力喷射效果不佳、上下游喷射器冲蚀不均匀和水平井筒内携砂流体中砂粒易沉降等问题,研究了基于阿基米德双螺旋线原理的水力喷射压裂技术。根据阿基米德双螺旋线原理,设计了双螺旋水力喷射压裂管柱及喷射器,并采用可视化试验方法对双螺旋特性进行了室内携砂评价试验;根据牛顿第二定律建立了水力喷射压裂工况下等径直管和双螺旋管柱内携砂流体中砂粒运移的动力学方程,得出了等径直管和双螺旋管柱内砂粒的运动速度计算模型。研究得出,双螺旋水力喷射压裂管柱及喷射器能起到螺旋旋流作用,均衡双簇水力喷射压裂效果和降低上、下游水力喷射器冲蚀的非均匀性;等径直管内砂粒的运动规律符合恒定加速度运动方程,双螺旋管内砂粒的运动规律符合变加速度运动方程。研究结果表明,采用双螺旋结构水力喷射压裂管柱及喷射器是可行的,在均衡多级水力喷射压裂效果和提高水平井筒内携砂流体携砂能力方面具有显著作用。      

分层压裂管柱冲蚀特性数值模拟与实验分析

水力分层压裂技术由于施工排量大、携砂量大、管柱工具井下工作时间长，导致压裂管柱工具部件冲蚀严重。为了研究井下压裂工具冲蚀规律，有针对性分析了井下压裂部件的3种易冲蚀结构:轴向键结构、径向开孔结构和变径结构。采用CFX流场仿真模拟软件，研究了混砂液在易冲蚀结构位置的流场分布，总结出混砂液对易冲蚀结构的冲蚀磨损规律，并通过井下易冲蚀部件实验对有限元计算结果进行了验证。研究表明，键尖冲蚀率随轴向键的键尖形状由大到小变化顺序为:键尖角度60°、90°、45°、180°（键尖圆形）、30°，且键尖部位冲蚀率明显大于键尾冲蚀率；方形出砂口比圆形出砂口抗冲蚀能力强；缩径结构变径比越小冲蚀影响越明显，扩径结构的冲蚀影响可忽略；室内实验结果与有限元计算结果的最大相对误差为10.9%，说明了数值模拟结果的准确性。研究结果为分层压裂工具结构与管柱组合设计提供了理论和施工依据。     

水力喷砂射孔、压裂优化设计

为解决低渗致密油藏、薄油层和有污染的井的射孔作业,套管完井、筛管完井及裸眼井的射孔压裂作业及低渗油藏及水平井的压裂改造,采油工艺研究院自主研发了水力喷砂射孔技术。促进了新型射孔、分级压裂改造技术的发展。进行了水力喷砂压裂工艺设优化设计,通过实验和理论计算给对油管排量、砂比、套管排量等参数优化,为现场施工提供参考依据。     

连续油管底封拖动水力喷射环空加砂分段压裂技术在九区石炭系水平井的应用

新疆油田九区石炭系储层具有低孔、低渗、低压的特点,需要压裂改造才能生产。针对4.5寸固井完井水平井套管尺寸小,常规水平井分段压裂工具尺寸受限的现状,采用连续油管底封拖动水力喷砂射孔环空分段压裂技术进行储层改造。通过连续油管结合带封隔器的喷射工具,经喷嘴节流将高压射孔液转化为高速射孔液对套管进行喷砂冲蚀,然后进行环空加砂压裂,利用封隔器的多次上提下放坐封解封达到一趟管柱实现多级压裂的目的、环空加砂实现较大规模改造,减少喷嘴过砂量延长喷嘴寿命,节约成本。从连续油管底封拖动水力喷砂射孔环空分段压裂技术原理入手,通过选择工具及压裂参数,到现场应用,总结施工经验,成功提高作业效率,为后续连续油管底封拖动水力喷砂射孔环空分段压裂技术的实施提供宝贵经验。     

CT低伤害压裂液的研制及应用——广安002-X36井压裂增产效果分析

广安002-X36井是四川盆地广安构造带上的１口斜井,具备实施超大规模加砂压裂施工的条件。针对该井的储层特点和大规模加砂压裂施工工艺要求,以CT低伤害压裂液体系为基础,通过对交联剂的优化研究,采用M5500黏度计对压裂液冻胶进行长时间剪切实验,成功得到耐长时间剪切的压裂液配方。优化后的压裂液具有抗剪切性能强、耐长剪切、破胶快速彻底、返排迅速等特点,现场施工6 ｈ23 ｍｉｎ,液体质量稳定。加砂压裂施工前测试气产量0.65×10_⁴ m³/d,压裂后测试产量39.3×10⁴ m³/d,取得了显著的增产效果。此次现场施工结果表明,CT低伤害压裂液能满足四川盆地上三叠统须家河组储层特别是广安区块大规模加砂压裂增产作业的需要。