气藏压裂方案编制20170306

压裂方案设计编制,目 录,一、压裂技术概述 二、压裂方案设计,水力压裂技术从美国1947年开始迄今已有60多年的发展历史，并已在世界范围内广泛应用。美国在1947-2000年已压裂100×104次以上，现在美国可采储量25-35%是由压裂获得的，在北美通过压裂已增加原油可采储量13×108m3。我国也较早地进行了压裂技术研究，自1955年玉门油田进行第一次压裂作业以来，近10年来，年压裂酸化作业井次达到一万井次以上，年增油量595×104t。压裂在油气田勘探开发中发挥了重要作用，为中国石油行业持续有效健康发展做出了巨大贡献，特别是近几年，在水平井及非常规特殊类型油气藏如火成岩、页岩等低效开发储层的压裂作用更为明显。,压裂概述,水力压裂技术可以分为水力加砂压裂和酸化压裂两大类，压裂措施和酸化措施最根本的区别在于是否在地层中形成人工裂缝。水力压裂措施的核心是在储层中根据设计要求造缝，由此而涉及到油藏地质、压裂材料、压裂工艺设计、压裂施工设备、现场实时监测、压裂后评价等多项技术。目前水力压裂技术已经形成技术体系，其装备实现了配套化和系列化，从工程技术角度出发，水力压裂基本能够满足目前所发现的各种不同类型的储层的压裂造缝的要求。,压裂概述,1.3 水力压裂增产机理,1、压裂增产的基本原理,（1）压裂增产机理,污染井,由流体流动的连续性,1、压裂增产的基本原理,机理一：降低井底附近地层渗流阻力， 增加渗流面积；,（2）无污染井压裂增产机理,1、压裂增产的基本原理,沟通油气储集区，增加单井控制储量（连通透镜体和裂缝带）、扩大了流体的渗流面积。,1.3 水力压裂增产机理,机理二：改变了流动形态，由径向流双线性流（地层线性流向裂缝，裂缝内流体线性流入井筒）。,（2）无污染井压裂增产机理,1、压裂增产的基本原理,1.3 水力压裂增产机理,影响裂缝导流能力的5个因素 1、支撑剂的嵌入/破碎 2、非达西效应（紊流效应）的影响 3、压裂液形成的滤饼 4、相对渗透率（多相流） 5、压裂液对充填裂缝的伤害,这些因素都会导致裂缝导流能力的下降或失效！,1、压裂增产的基本原理,（1）提高地层流体的渗流能力。 （2）改变地层流体的流动状态。,水力压裂目的意义,（3）沟通油气储集区，增加单井控制储量连通透镜体和裂缝带、扩大渗流面积,2、压裂在气井开发中的重要性,（4）调整层间矛盾，改善产气剖面,（5）解除气井生产过程中近井地带的污染。 （6）调整区块整体开发中的矛盾因素（层井储量动用矛盾、不同分布区域开发与生产差异的矛盾）以及提高区块整体开发生产能力。,2、压裂在气井开发中的重要性,（7）随着水平井技术的进步，后期致密砂岩气及页岩气等的开发以水平井为主，水平井多段压裂工艺是主要的投产、增产方法。,水平井的产量是垂直井的3-4倍,2、压裂在气井开发中的重要性,压裂技术通过在储层内形成深穿透、高导流能力的裂缝，提高气井产量、增加可采储量，最终提高气田的采收率。 压裂技术是石化能源工业中的重要组成技术之一，从其功能角度讲，压裂技术不再是采油工艺中的一项基本措施，它在油气藏勘探开发中所表现出的功能地位和效果作用使得这项技术成为一项不可缺少的勘探中的一种增产手段、一种开发方式、一项配套技术。 从开发的现有技术来看，水力压裂技术是迄今为止发展最快、效果最明显、应用最广泛的技术手段，随着技术的进步，出现了“整体压裂、开发压裂”的新范畴，贯穿了勘探与开发的全过程。,2、压裂在气井开发中的重要性,1990,整体压裂、开发压裂,2006年直井多层、水平井多段压裂,19912005,2011年体积压裂,（1）储层改造每前进一步，都促进了勘探开发向新的领域迈进,3、储层改造作用与地位,储层解堵、提高单井产量，动用1mD以上储量,结合井网、提高采收率，解决注水开发油藏整体改造问题,细分层段开发、提高动用程度，动用下限降至0.3mD,提高改造体积，启动非常规资源开发,储层改造实现了低渗透、特低渗透、超低渗透油藏和苏里格、杭锦旗等致密气藏的有效动用 “水平井+体积压裂”助推页岩气、致密油等非常规油气资源先导性试验和动用,（2）储层改造使储层动用渗透率下限不断降低，难动用资源转化为可采储量,油（万吨）,气（亿方）,3、储层改造作用与地位,（3）水平井分段改造技术规模化应用，保障致密气、非常规页岩气产能建设顺利实施,储层改造技术已成为与地球物理、钻完井并列的三大关键工程技术,华北油气分公司天然气历年产能及产量增长趋势图,大牛地气田2012-2015年采用水平井累计建产33.52亿方，提高储量动用率33.20%，水平井产能建设区成为国内首个致密低渗气田全水平井规模建产示范区。,累计开钻290口，完钻257口，完井256口，完成试气198口，投产180口；建成产能50.0亿方。,3、储层改造作用与地位,规模足够大？ 排量足够大？ 缝长足够长？ 缝网足够复杂？ 施工级数足够多？ 井工厂规模足够大？ ？,4、压裂方案技术要点,什么样的压裂设计是最优的？,压裂的目的,压裂施工是为了增产 而不是把支撑剂放入地层,压裂工程+油藏工程=油气井增产,（1）研究不同的裂缝参数（长，宽，高，裂缝导流能力，支撑剂和铺砂浓度）对产能的敏感性，从而确定最优的裂缝参数的组合。 （2）模拟不同长度水平井段，裂缝级数的产能，通过对比措施产量优选出最经济的完井方案。 （3）通过数值模拟，研究和发现井间干扰和缝间干扰的问题，优化合理的井位和缝间距，实现更高的经济效益。 （4）压裂方案的优选和评估真正的从定性分析转变为定量分析。,压裂的目的是增产，而不仅仅是将支撑剂和压裂液泵送入地层。评价一口井的压裂设计是否是最优的，不是简单地看该设计的加砂规模大小、泵注排量的高低、压裂分段数的多少等指标，而是要看这些参数结合在一起的压裂方案中，哪一个可以带来更多的压后产量。而所有的产量都是来自储藏，所以要想做好压裂方案的优化，就必须将压裂工程和油藏工程结合在一起才能达成目标。,不同压裂方案的增产效果,压后井间干扰和缝间干扰,井筒、裂缝和油藏结合的界面,目 录,一、压裂技术概述 二、压裂方案设计,1、压裂优化设计内容,水力压裂优化设计是指在给定的油层物性、流体物性、开发与工程条件下，借助油气藏渗流模型、水力压裂裂缝模型、经济评价模型和相关的计算软件，反复模拟评价不同裂缝长度和导流能力条件下油气井的产量及经济效益，以初期产（增）油量、累积产（增）油量、经济效益等为目标，从中优选出实现少投入、多产出的压裂设计方案即为优化的压裂设计。,地质工程一体化平台,1、压裂优化设计内容,1、压裂优化设计内容,1、压裂优化设计内容,压裂设计的基础：正确认识压裂层，包括油藏压力、渗透性、水敏性、油藏流体物性以及岩石抗张强度等，并以它们为基础设计裂缝几何参数、确定压裂规模以及压裂液与支撑剂类型等。施工加砂方案设计及排量等受压裂设备能力的限制，特别是深井，其破裂压力高，要求有较高的施工压力，对设备的要求很高。,压裂设计的原则：最大限度地发挥油层潜能和裂缝的作用，使压裂后的生产井和注入井达到最佳状态，同时还要求压裂井的有效期和稳产期长。压裂设计的方法：根据储特性和设备能力，以获取最大产量(增产比)或经济效益为目标，在优选裂缝几何参数基础上，设计合适的加砂方案。,1、压裂优化设计内容,压裂优化设计的任务,给定的储层和井网条件下，预测单井不同裂缝长度和导流能力的压后生产动态； 根据储层条件选择压裂材料的类型和用量； 确定泵注方式、施工排量、设备功率等参数； 确定合理的施工泵注程序； 评价施工方案的经济性； 设计方案的检验（开发与增产的要求、现有材料与设备能力、施工安全的要求）。,压裂优化设计参数分类,不可控制参数：无法进行调整的储层特征参数。包括:岩矿组成、孔隙度、渗透率；储层流体特性及饱和度；厚度；应力状态；邻近遮挡层厚度及其延伸范围和应力状态；储层压力和温度。可控制参数：可以调整优化压裂设计的完井特征参数。包括：井筒套管、油管及井口状况；井下设备；射孔位置和射孔参数；压裂液和支撑剂；压裂参数、经济参数、压裂装备等。, 压裂设计基础参数,1）井的参数,在实际压裂过程中，压裂参数可以归纳为油气井参数、油气层参数、压裂参数和经济参数4类。油气井参数决定了压裂井的施工条件。包括：压裂井井别、注采井网类型、布井方位、井距与压裂目的井层在其中的位置；井径、井下管柱(套管、油管)与井口装置的规范、尺寸与压力定额；储层段及其上、下固井质量；射孔井段的位置、长度、射孔方式、弹型、相位角、孔眼尺寸；井下工具的名称、规范、尺寸、承压与承温定额及其下入位置。,2）目标层参数,油气层参数决定了井在压裂前后的生产反映。包括: 储层有效渗透率、孔隙度、含油气饱和度与有效厚度等在垂向及平面上的展布； 储层目前地层压力与静态地层温度； 储集层流体性质，包括油、气、水密度、粘度、压缩系数与矿化度等； 储集层岩石力学性质，如弹性模量、泊松比、抗压强度与孔隙弹性常数等； 储集层(上下遮挡层)就岩性、厚度地应力的垂向分布(就地应力剖面)及最大、最小水平主应力方位; 压裂井与周围邻井及对应注水井的试油、开发生产与生产测试等动态资料等。,3）工艺参数,压裂工艺参数决定了裂缝几何尺寸、导流能力与泵注参数等。包括： 裂缝破裂压力、延伸压力、停泵压力、闭合压力与净压力等； 压裂液类型及其在储层就地条件下的流变性、粘温特性以及滤失、伤害等特征； 支撑剂类型、粒径、颗粒密度以及就地条件下的抗压强度、导流能力与裂缝渗透率等指标； 施工排量、平均砂比以及泵注程序等； 压裂设备及压力排量极限; 过去本井与周围邻井的压裂实践及其压裂前后的生产反映作为本次设计的借鉴。,压裂经济参数决定了投入与产出的关系。包括： 压裂施工材料(压裂液、支撑剂)用量及费用； 压裂设备及其它辅助作业支出费用； 增产的油气量及同时(或每一段时间)油气价格； 计算净收益的时间(最短投入回收期)与净贴现值(最大的投资纯利润)。,4）经济参数,压裂设计主要参数作用及采集方法,（1）储集能力参数有效孔隙度、含油(气)饱和度、有效厚度； （2）储集层生产能力参数有效渗透率、有效厚度、储层流体性质、地层压力； （3）水力裂缝几何形态参数岩石弹性模量、泊松比、就地应力场、岩石断裂韧性； （4）压裂设计参数地层破裂压力(梯度)、延伸压力、净压力、闭合压力； （5）施工条件参数射孔、油(套)管抗压强度； （6）压裂材料参数温度、压裂液、支撑剂。,决定裂缝几何形态的几个重要参数,（1）岩石力学参数(泊松比、弹性模量),泊松比：当岩石受压应力时，在弹性范围内，岩石的侧向应变与轴向应变的比值; 弹性模量：岩石压应力时，负荷增加到一定程度后(在弹性范围内)，应力与应变曲线的比值。,弹性模量越大，表明岩石越致密、压开缝宽窄，且需要的泵压高; 泊松比大小则关系到裂缝高度在纵向上的扩展程度与就地应力剖面的解释。,使用经验公式计算，准静态值。 实验室岩心试验:单轴或三轴试验取得的岩石弹性性质参数(泊松比、弹性模量等)； 使用长源距数字声波测井(LSDS)的全声波形计算，动态值；,获取方法：,2）储层三向地应力大小和方向,地应力是由于上覆岩层重力、地壳内部垂直运动和水平运动及其它因素综合作用引起介质内部单位面积上的作用力。地下岩石应力状态通常是三个相互垂直互不相等的主应力。,影响压裂施工过程中裂缝的形态,影响压裂施工的难易及有效率压裂施工中裂缝延伸压力随着地应力的增加而增大，反映到现场施工过程中出现高泵压，以致不能完成施工任务。,垂向上最小水平主应力的大小影响裂缝高度裂缝高度完全取决于取决于压裂层与其上下隔层的最小应力差。如果该值合理，会对裂缝的垂向延伸起控制作用。对于需要控制缝高的情况，通常采用降低泵注排量、压裂液粘度、施工规模或使用漂浮球、重力球等减缓其效果。,（1）压裂选井选层,2、压裂优化设计步骤,考虑因素：储层地质、岩石力学、孔渗饱、岩层间界面性质、开发状况与井筒技术要求。分析油气井低产原因：(1)油气层孔隙度较低，或储能系数低，可采能量低，储集层没有足够的物质基础；(2)油气层低渗、特低渗，或有效厚度薄，地层系数低；或地下原油粘度高，储集层没有足够的产出能力；(3)由于钻井、完井、修井等作业过程对地层伤害使近并地带造成污染堵塞；(4)“土豆状”透镜体地层，单并控油面积有限，难以获得高产。,