致密油气藏水平井分段压裂技术现状和进展

致密油气的高效开发离不开水平井分段压裂技术.水平井压裂增产技术逐步向多级分段压裂、大规模分段多簇的“体积压裂”的趋势发展,工厂化作业技术成为致密油气低成本开发的模式.由于技术进步和压裂设备的不断更新,水平井钻井技术、大规模压裂技术和压裂微地震实时监测诊断技术是致密油气开采的三大关键技术.水平井分段压裂技术已经成为油田提高采收率和开发综合效益的重要手段.通过对国内外水平井分段压裂技术的调研和分析,对机械封隔器分段压裂技术、水力喷射分段压裂技术、裸眼封隔器分段改造技术、可钻桥塞分段压裂技术、液体胶塞分段压裂技术等工艺技术的应用现状和技术局限性给予论述,展望水平井分段压裂改造技术的发展趋势,为国内各油田水平井分段压裂工艺技术的选择提供参考.     

水平井连续油管拖动压裂技术在大民屯油田的应用

大民屯油田沙四期发育一套低孔-特低渗砂砾岩储层,迫切需求既能满足分段压裂改造,又能实现压后迅速投产的水平井改造技术。连续油管拖动压裂技术是目前应用于水平井分段改造的成熟技术之一,该技术利用底部封隔器对已压层段进行隔离,通过油管注入实现喷砂射孔,环空注入实现加砂压裂,具有施工周期短、分层精细灵活、压后全通径等优点,对非常规低渗透储层水平井分段改造具有很高的适用性。连续油管拖动压裂工序主要由座封验封、喷砂射孔及压裂施工、解封及转层作业三大部分组成,工具串中水力喷枪和底部封隔器是关键部件,直接影响到单趟管柱的压裂级数。以大民屯油田S257-H4井为例进行水平井连续油管拖动压裂施工参数优化设计,并成功实施了5段压裂改造,该井压后将连续油管起出井口直接测试投产,初期日产量稳定在16.2t/d。     

固井滑套体积压裂技术在致密油水平井的应用

致密油水平井投产前需要进行体积压裂,目前应用的压裂工艺主要为单段多簇复合桥塞压裂,但该工艺存在施工效率低、费用高、裂缝改造不充分及全井压裂后需要钻塞等问题。针对复合桥塞压裂存在的问题,在致密油扶余油层选取YP42-P1井开展固井滑套体积压裂试验,采用连续油管打开滑套进行单段单簇压裂改造。通过深化水平段储层品质认识及缝间距优化,共部署33条裂缝(即部署33段固井滑套),平均缝间距35m。结合地震属性预测图、砂体平面发育情况及邻井测井综合解释成果等,对缝长、施工排量及压裂液等参数进行优化,实现储层动用最大化,保证改造规模。从现场应用情况看,下入一趟压裂管柱按设计完成33段压裂施工,33级滑套打开成功率为100%、施工效率显著提高、施工费用大幅降低,且每条裂缝均得到充分改造,取得了较好的效果。该技术可为致密油水平井科学高效压裂开发提供技术支持,同时为同类型油藏压裂开发起到一定的借鉴作用。     

下寺湾油田致密油水平井差异化细切割体积压裂工艺优化及矿场试验

为了实现下寺湾油田长8致密油的高效开发,通过开展单轴压缩实验、三轴抗压实验、应力敏感实验和拉伸破裂实验等岩心压裂物理实验,从黏土含量、泊松比、杨氏模量、岩石脆性、水平地应力差异和天然微裂隙发育等方面,对研究区长8致密油体积压裂适应性进行评价。与国内外各大油田致密油(页岩油)相关评价参数对比结果表明,研究区长8致密油藏具备体积压裂的条件。在此基础上,采用模糊综合评价方法对水平段储层进行分类评价,建立水平井水平段“甜点”分类评价标准。创新差异化细切割多簇裂缝设计和缝控体积压裂参数优化方法,形成“多簇射孔、大液量、大排量、低砂比、脉冲式加砂、多尺度支撑剂”的致密油长水平段差异化细切割缝控体积压裂开发技术。先导试验效果显著,初期日产油20.0t以上,第一年累产油3100t,较优化前提升了1380t。     

三塘湖盆地马中区块致密油水平井生产特征及影响因素研究

吐哈油田三塘湖盆地马中区块属于中高孔、特低渗、高含油饱和度型致密油藏,近年来通过水平井开发获得很好效果,但水平井单井稳产时间短、自然递减快。水平井生产特征以及致密油采用"水平井+体积压裂"的投产方式决定了其产量受油藏条件和压裂工艺的共同影响,因此综合研究了影响水平井产量及其递减原因的九大因素,得出影响水平井生产的主要因素为入井砂量和气测全烃值,重要因素为入井液量、钻遇油层厚度,一般因素为原油黏度、水平段长度,次要因素为压裂段长、油层厚度、排量。通过分析马中区块水平井生产特征、产量影响因素及其大小排序,制定了相应对策以提高区内单井产量:新投井提高单井产量应着眼于寻找优质储层,提高入井总砂量、油层钻遇率和入井液量;老井增产措施是注水吞吐和重复压裂,实施后第1轮次平均采收率提高0.51个百分点。     

大庆油田致密油开发试验

大庆油田致密油总资源量丰富,主要分布在长垣外围。由于直井产量低、效益差,这些资源通过常规技术手段无法得到有效动用。在垣平1井、葡平1、葡平2井、齐平2井大规模体积压裂试验成功的基础上,开辟龙26、垣平1、齐平2等3个致密油开发试验区,开展致密砂岩油藏水平井组开发现场试验。同时,采用"工厂化"施工模式,探索降低投资成本的有效途径。大庆油田水平井多采用套管固井,根据超长水平多段多簇大规模体积压裂现场施工需要,设计采用多级可钻桥塞分段压裂工艺。目前,3个试验区已完成水平井压裂18口井,初期平均单井日产油21.2t/d,是常规压裂井的7.9倍;采用"工厂化"压裂作业模式,试验区平均单井有效施工周期降至4.4d,日压裂段数提高到3.6段,提高9.1%,平均单井施工成本降低26.9%。     

川西须五气藏完井方式适应性研究

随着勘探开发的不断深入,非常规天然气成为重要的接替资源。四川盆地非常规天然气资源量丰富,须五气藏为典型的砂泥岩互层致密非常规气藏,有效的完井方式是气藏实现提高单井产能、提高气藏可采程度的重要保障。国内外非常规气藏水平井主要采用多段压裂技术、降阻水压裂技术、同步压裂技术,开发效果显著;研究表明,基质裂缝、裂缝网络渗透率、水力裂缝间隙、水力裂缝传导率、岩石压缩性、水力裂缝半长、自然裂缝孔隙度,对页岩气水平井产能影响较大,钻井过程中要对近井地带的基质渗透率、裂缝网络渗透率和自然裂缝孔隙度进行保护。川西须五气藏储层脆性矿物含量与美国其他页岩气相当,同时储层具有天然裂缝发育的特点,完井方式需要考虑储层改造工艺、最大程度上实现缝网压裂的目的;通过深入研究,优选出川西须五气藏完井方式,优选套管射孔完井方式,采用水平井+多段水力压裂和储层改造完井方法进行开发。     

HiWAY压裂技术在雷平2井中的应用

雷平2井位于辽河油田雷家区块,该区块是辽河油田的勘探重点区块,从岩性上看为泥质白云岩、白云质泥岩,储集空间以孔隙-裂缝型和裂缝型为主,储层渗透率小于1m D,孔隙度小于10%,试采前需进行压裂改造。前期先后开展3口探井的常规压裂试验,但因储层泥质含量较高、支撑剂嵌入伤害较大,导流能力损失较大,现场实施效果均不理想,故采用导流能力超强的Hi WAY压裂技术。Hi WAY压裂技术通过在压裂支撑剂中加入纤维,同时采用脉冲式加砂方式,在裂缝内形成许多条高速导流通道,较常规压裂具有更高的导流能力。水平井泵送速钻桥塞分段压裂技术具有封隔可靠、分段压裂级数不受限制、裂缝布放位置精确等特点。将Hi WAY压裂技术应用于雷平2井,同时配合水平井速钻桥塞分段压裂技术进行现场施工,压后该井最大日产液316.5m3/d,最大日产油110.8m3/d,投入产出比约为3.55。初步判断,Hi WAY压裂技术可以实现雷家区块储层的有效动用。     

页岩气水平井体积压裂技术研究进展及展望

水平井体积压裂是目前页岩气成功开发的重要手段,通过体积压裂能够在低渗透、特低渗透的页岩储层中形成复杂裂缝网络,增大增产改造体积,从而达到提高页岩气产量的目的。介绍了几种页岩气水平井体积压裂技术,包括水平井分段压裂、重复压裂、同步压裂、交叉压裂和改进拉链式压裂,探讨了这几种压裂技术的技术原理,并对比分析了它们各自存在的优缺点。简要阐述了成功实施体积压裂的一系列关键配套技术,如滑溜水压裂技术、变黏度多级压裂液交替注入技术、脉冲加砂、全程段塞技术、裂缝间距优化、微地震监测技术等。研究发现,改进拉链式压裂能够综合同步压裂及交叉压裂的优势,为页岩气体积压裂技术发展提供了新思路。针对目前还存在的问题,认为在工具材料方面,水平井体积压裂新工具、分段工艺材料及低伤害压裂液体系的研发是未来的发展方向;在理论技术方面,套管受损、重复压裂及裂缝间距优化的力学机理研究,储层综合可压性评价以及微地震资料的有效利用等方面都是下一步页岩气水平井体积压裂研究应重点努力的方向。     

大庆油田致密油水平井侧向穿层压裂试验及效果评价

大庆油田扶余油层为典型的致密油储层,具有低孔低渗,砂体纵向不连续、横向不集中特点,需采用体积压裂才能有效动用。针对新探区砂体分布预测难度大、部分水平井砂岩钻遇率低、传统体积压裂井控储量小的问题,首次开展了水平井侧向穿层压裂可行性评价及现场试验。根据井轨迹与目标砂体空间位置关系,优化定方位扇形射孔,确保裂缝向优势砂体方向扩展延伸;优选套管桥塞分段+大排量单簇单压工艺,提高穿层能量与波及缝长;应用动态酸处理技术,降低穿层施工压力;采用全小粒径组合支撑+纤维伴注支撑工艺,构建由井筒到目标砂体远端的全支撑裂缝,实现对井筒侧向未钻遇砂体的有效沟通和动用。在M1-平5井第1～5段开展侧向穿层压裂现场试验,井下微地震监测显示,穿层段人工裂缝长度176～256m,沿目标砂体方向有效延伸;示踪剂监测结果表明,穿层段均有产油贡献,平均单段产油贡献率与层内致密油Ⅰ-2类层相当,证实侧向穿层压裂试验获得成功。     

三塘湖盆地西山窑组砂岩油藏体积压裂技术研究与应用

三塘湖盆地西山窑组属于低孔隙度、低渗透率、低地层压力系数的复合圈闭"三低"砂岩油藏,天然产能低,开采难度大。前期直井常规压裂投产效果差,递减快,区块储量未取得有效动用。借鉴非常规油气藏"体积压裂"技术理念,以体积压裂适用的基本储层条件为依据,论证了西山窑组砂岩油藏水平井体积压裂的可行性。结果表明,三塘湖盆地西山窑组砂岩油藏具有石英含量高、岩石脆性指数高、天然裂缝发育等特征,易形成长宽主裂缝和分支裂缝的复杂裂缝网络,具备大规模体积压裂改造的基本要求。根据室内参数优化和现场先导性试验研究,形成了"增加改造段数、减少改造簇数、高排量大规模注入"的水平井"细分切割"体积压裂工艺技术。现场试验9口水平井,有效率达到100%,压后平均单井日产油23.46t/d,相比直井常规压裂提高了93.2%,平均单井累计产油2910.24t。     

葡萄花外围薄差储层大排量压裂技术探索与实践

葡萄花油田进入开发后期,高含水井及重复压裂井逐年增多,具有改造潜力且发育较好的葡萄花储层不断减少,薄差储层成为油田后续措施改造的重点。受此类储层物性及自身条件限制,采用常规压裂改造工艺增油效果不理想。葡萄花外围薄差储层主要分布于敖南及台肇区块,在这两个区块开展了多层段大排量压裂现场试验6口井,施工排量达到4.0~7.5m~3/min,平均单井压裂2.1个层段,单层有效厚度0.5m,平均单层施工液量115m~3,单层加砂9m~3。试验初期,平均单井产液强度1.83t/d·m,产油强度1.83t/d·m;与同区块储层条件相近的11口压裂投产井相比,初期产油增加1.7t/d,产液强度增加0.68t/d·m,平均单井年累计多产油207.3t。现场监测表明,大排量压裂在葡萄花外围薄差储层上产生了主缝与微缝共同存在的复杂裂缝网络,实现了提高裂缝改造体积的目的。     

致密油整体缝网压裂技术在杏树岗油田杏69-1井区扶余油层的应用实践

针对大庆致密油储层地质条件逐年变差,以及采用常规压裂改造工艺达不到预期增产效果的问题,创新采用整体缝网压裂工艺,主要从地质选层、缝储匹配、液性组合、有效改造4个方面进行方案优化。依托杏树岗油田杏69-1井区扶余油层“井缝控藏”理念,纵向上通过甜点优选压裂层段,平均单井压裂层数由4层减少至3层。横向上考虑砂体连通关系,以缝控储量最大为目标,优化施工规模,平均单井液体规模降低16%,支撑剂规模降低31.4%,单井成本降低4.7%。同时采用变黏压裂液、控缝高工艺,积极推行全链条挖潜增效,实现该井区扶余油层整体缝网压裂效益开发。现场应用表明,整体缝网压裂技术提高了缝控储量规模,实现了储层改造最大化、缝控储量最大化。实际平均单井日产油5.7t/d,比设计值提高103%;实际建设产能1.62×10⁴t,超额完成22.7%。     

页岩油水平井密切割体积压裂产能研究

页岩油储层流动性极差,主要依靠密切割工艺缩短流动距离,增加裂缝复杂程度,提高单井产量,但产能预测及评价难度很大。针对页岩油水平井密切割大规模体积改造工程现状和压裂水平井流态特征,结合Warren-Root拟稳态双重介质模型,在Okzan模型基础上,进一步考虑页岩油储层不同区域层理缝、天然裂缝发育的影响,建立页岩油水平井分区复合产能模型,通过联立未改造区、压裂改造区和人工裂缝区数学模型的边界条件和链接条件,应用拉式变换和Stehfest数值反演方法 ,获得定产时的井底压力解和定压生产时的产量解,并验证了模型的正确性,分析了产能敏感因素。结果表明:提高改造区裂缝复杂程度增加渗透率对产量影响很大,且改造区的弹性储能比和窜流系数越大,页岩油井产量越高,能够维持较高产量生产的时间相对越长;采用小间距长缝密集切割改造可有效提高油井产量。该研究对于页岩油水平井体积改造压裂参数优化及产能评价具有一定的理论和实用价值。     

致密油压后产能预测图版及应用

由于大庆致密油藏类型复杂、非均质性强,体积压裂产生的裂缝系统非常复杂,目前还没有发现适合大庆致密油储层特点的体积压裂压后产能预测技术,必须采用数理统计方法进行规律研究。本文以2011年来大庆致密油直井缝网压裂、水平井体积压裂试验井为基础,围绕产能动态,结合地质特性和工程参数,通过数理统计,分析研究影响致密油压后产能的地质和工程因素及规律特征。在分析大庆致密油裂缝延伸模型和引入有效施工规模概念的基础上,建立储层物性与压后产能关系图版和有效施工规模和压后产能关系图版,并于2017年和2018年应用直井缝网压裂、水平井体积压裂产能预测图版预测了15口试验井,产能预测符合率为71.4%,较之前有大幅提高。该图版有助于指导致密油压裂方案设计优化及经济效益评价,为今后大庆致密油经济有效开发奠定了基础,具有广泛的应用前景。     

大庆外围低渗透油田薄互层压裂优化配套技术

针对大庆外围低渗透油田具有储层埋藏深、物性差、丰度低,油层发育多、单层厚度小、渗透率低,导致产量低的问题,开展单层压裂、层段优化组合等现场试验,在缝高预测与控制技术、压裂液破胶技术、压裂层段选择和划分技术上有新突破,形成了一套适应低渗透油田薄互层的压裂优化配套技术,现场应用后取得了较大的经济效益。     

水平井机械隔离上提分段压裂工艺研究与应用

低渗透油田水平井开发是一项复杂而又有实际价值的工程技术。吉林油田4.6×108t探明未动用储量中,低渗透油藏超过90%,但产量普遍较低。为改变低渗透油藏"多井低产"的局面,开展低渗透油藏水平井开发试验。针对目前国内外低渗透油田水平井压裂改造工艺复杂、工艺可靠性差的现状,在环空分压和桥塞压裂工艺基础上,对工具和管柱结构进行改进,提出一种利用油管对水平井进行一趟管柱、双封单卡压裂施工多段的水平井上提分段压裂工艺及配套技术,同时,通过地面模拟试验,对研制的上提压裂管柱的水平状态冲砂性能和工具配件性能进行验证。经现场试验及应用,该管柱性能可靠,满足水平井分段压裂要求。水平井压裂工具,由其组成的工艺管柱入井工具少,性能稳定,全过程防卡控制,使施工更加安全可靠,是一种先进的水平井分段改造工艺技术。     

低渗油田水平井整体压裂技术实践与认识

A油田P油层属低温薄差储层,同位素测井、井下及地面微地震监测结果及瞬时停泵压力梯度分析均表明,人工裂缝形态为水平裂缝。针对P油层试验区的地质特征,优选双封单卡分段压裂技术,优选新型压裂液和支撑剂,确定射孔方式,选取含油饱和度高的井段进行射孔,在油藏评价和压后产量预测基础上,建立裂缝数目优化模型。参照模拟结果,结合井身结构、地质特点和水平井井组注采对应关系等因素,对试验水平井水平裂缝参数进行优化。确定分段压裂平均砂比为21%,末期砂比在35%以上,施工排量为2.5～3.5m3/min。现场施工效果表明,双封单卡分段压裂管柱在承压性能及过砂量要求上,能满足要求;所选用的低温压裂液体系交联性能良好,能达到设计施工参数(砂比和排量)要求,8口井37个压裂层段工艺成功率达100%。投产井初期平均单井日产油6.0t/d,是同区块直井的4.0倍;投产3个月后,平均单井日产油4.0t/d,仍然是同区块直井的3.6倍。     

提高扶杨油层水平井初期产量的实践探索

大庆油田某外围低渗透油藏已投产扶杨油层水平井存在投产初期产量较低的问题,原因统计分析表明,导致水平井初期产量低的主要因素为注采井距设计不完善、射孔井段设计不合理、压裂参数设计不准确。应用非达西理论公式和数值模拟综合确定合理注采井距;依据井震资料结合储层预测,落实油层展布特点,建立储层分类标准,优化水平段射孔井段;针对储层展布及渗透性,结合固井质量,数值模拟优化裂缝长度、间距、裂缝半径,优化施工排量及单缝加砂量。通过对水平井的优化部署,后期优化改造规模,加强了老区剩余油挖潜、新区储量动用程度,总结出了一套适合扶杨油层水平井开发的配套技术路线。以某井区为例,应用这套开发方法 ,区块水平井初期产量为周围直井的6.8倍,按照当时操作成本及原油价格,内部收益率为12%时,第一年即增加经济效益174.6万元。     

页岩气致密油气水平井分段压裂对环境的影响及发展趋势

页岩气和致密油气开发应用的水平井分段压裂技术,可沟通更多储层裂缝及微裂缝,提供更大的泄油面积和体积,从而大幅提高单井产量。当前分段压裂技术依托的压裂液主要为清水压裂液、氮气泡沫压裂液、交联压裂液等,其中使用最为广泛、对环境影响相对最小的是清水压裂液。清水压裂液中98%都是水,其余2%的成分是化学添加剂。清水压裂等水力压裂技术用水量大,对水源品质及水量要求极高,生态成本高。北美以清水压裂为基础的压裂液使用比例已经明显下降,常规压裂和混合压裂等低耗水压裂比例在上升。新压裂技术及压裂液类型将成为一个不可阻挡的发展趋势,纯气体压裂、液态气体压裂或超能气体压裂等更为清洁的压裂方式,势必成为研发应用的主要方向,包括LPG(液化石油气)压裂、纯氮气压裂、CO2压裂及超临界CO2压裂等。