低渗透油气藏水力压裂工艺技术

低渗透油气藏 水力压裂工艺技术,目录,前言 水力压裂技术概述 压前储层评价技术 压裂材料技术 压裂的优化设计技术 部分实例分析 未来压裂技术的发展趋势分析,目录,前言 水力压裂技术概述 压前储层评价技术 压裂材料技术 压裂的优化设计技术 部分实例分析 未来压裂技术的发展趋势分析,1.近年来，低渗透油气藏储量构成比例逐年提高,截止2005年底，中石油探明低渗透油藏原油储量近100亿吨，低渗油藏占总探明储量的40%左右。 目前中石油发现的低渗透气藏储量约为3万多亿立方米，低渗气藏占总储量的55%左右。 近年中石油每年新增探明储量中，约2/3为低渗透储量。,2. 压裂酸化技术在低渗透油气藏勘探开发中作用巨大,自1947年首次压裂，至1988年作业总量已超过100万井次以上 北美35-40%的井进行了水力压裂，25-30%的石油储量是通过压裂获得的 从1955年至2005年底，国内压裂酸化作业23万井次以上，共增油1.23亿吨以上（平均单井534吨）。 近10年来，年压裂酸化作业8600井次左右，年增油量近600万吨。,3.压裂酸化技术地位进一步提高,在国际范围内，压裂酸化技术愈来愈受到重视。美国石油学会已将压裂酸化和钻井、测井、采油工艺等专业并列对待。,地质 测井、录井 钻井、完井 油藏 ,压裂酸化,试油、试气、投产,目录,前言 水力压裂技术概述 压前储层评价技术 压裂材料技术 压裂的优化设计技术 部分实例分析 未来压裂技术的发展趋势分析,一、水力压裂工作原理,近井解堵储层改造,地层防砂区块开发,主要用途,第一次水力压裂试验：1947年，美国Kansas的Houghton油田，4个碳酸盐储层，压前进行过酸化，采用上、下封隔器逐级分层压裂，每层使用稠化凝固汽油并接着注入汽油作为破胶剂，不加支撑剂。 压裂效果较差，结论：压裂不如酸化有效。 同年，在美国东Teaxs油田Woodbine砂岩层进行水力压裂，使用胶化矿场原油，16目石英砂，破胶剂，取得了极大的成功。 1949年Halliburton获得了专利许可证，开始了商业化的水力压裂作业，使该技术得到迅速推广。 专利规定了携砂液为通过滤纸的粘度大于30cp的液体。 其它未获得许可证的公司水和砂进行水力压裂作业。,二、水力压裂的产生和发展,第一代压裂(1940-1970)：小型压裂加砂量较小，在10m3左右，主要是解除近井地带污染第二代压裂(1970-1980)：中型压裂加砂量迅速增加，主要是增加地层深部油流通道，提高低渗透油层导流能力 第三代压裂(1980-1990)：端部脱砂压裂将压裂增产措施应用到中、高渗储层，双倍缝宽，主要是大幅度提高储层导流能力 第四代压裂(1990- )：大型压裂、开发压裂将压裂作为一种开发方式，从油藏系统出发，应用压裂技术,Mr.哈里伯顿,水力压裂技术发展,三、水力压裂造缝机理,1、裂缝形态 2、裂缝方位 3、裂缝尺寸,在水力压裂中，了解裂缝的形成条件、裂缝形态、方向对有效地发挥压裂在增产、增注中的作用十分重要。 在地层中造缝，形成裂缝的条件与地应力及其分布、岩石力学性质、压裂液性质、注入方式等都有密切关系。,当Z >H时，产生垂直裂缝，此垂直缝的方位又决定于两个水平应力X 和Y的大小，当Y >X ，则裂缝处于垂直于最小主应力X 、平行于Y的方位；当Z >H ，则裂缝处于垂直于最小主应力Y 、平行于X的方位。,当H >Z时，产生水平裂缝。当X=Y时，平面上会产生均匀的圆形，当XY时，平面上会产生类似椭圆或呈不规则的分布。,如何判断水力压裂产生的裂缝形态,地应力测试法通过对三向应力值的测试来判断，这是最科学、最准确的判断方法。但成本高、速度慢、操作复杂。 深度经验法一般来说，目的储层中深低于700m产生水平裂缝，超过800m产生垂直裂缝，700-800m两种情况都有可能。但这只是一种统计经验，每个地区情况会有所不同，有时差异还较大。 破裂压力梯度经验法一般来说，破裂压力梯度小于0.018产生垂直裂缝，大于0.023产生水平裂缝，0.018-0.023两种情况都有可能。这也是一种统计经验，每个地区甚至每口井因其它因素的影响会有所不同。,四、水力压裂增产机理,解除污染 沟通储层 提高导流能力 改变流态,注水、注气,调、补层,蒸汽吞吐、蒸汽驱,水力压裂,裂缝线性流,双线性流,地层线性流,拟径向流,产量来源于裂缝中流体的弹性膨胀，流动基本上是线性的，流动时间很短，意义不大。,流体自地层线性地流入裂缝，同时，裂缝中的流体再线性地流入井筒。,地层线性流阶段只能在裂缝导流能力较高时才出现。,由于裂缝的存在，相当于扩大了井筒半径，增加了渗流面积，渗流阻力比压前大幅度降低，所以产量也要比压前有较大的提高。,径向流,渗流面积小、渗流阻力大，产量相对较低。,水力压裂在低渗透油田开发中的作用和地位,解除近井筒伤害 单井增产、增注（低渗+中高渗） 增储：探井压裂评价油藏 油藏管理（间接压裂）：完善注采剖面 油藏开发：整体压裂、开发压裂 与三采结合：聚合物驱+压裂 防砂：压裂+防砂 废弃物处理：压裂造缝充填废弃物,目录,前言 水力压裂技术概述 压前储层评价技术 压裂材料技术 压裂的优化设计技术 部分实例分析 未来压裂技术的发展趋势分析,一、压前储层评价的意义,1.了解储层低产的原因（近井筒渗流阻力） 2.为优化压裂设计提供准确的输入参数 3.为开发过程中的动态调整提供依据 4.在压裂实施与后评估过程中进一步认识贯穿于开发的全过程。,二、压前储层评价研究主要内容,1.总体特征 2.有效渗透率 3.地层压力 4.可采储量 5.闭合压力 6.就地应力场 7.应力敏感性,8.启动压力 9.缝高延伸 10.地层滤失性 11.岩石力学参数 12.天然裂缝 13.地层伤害,压降分析法求有效渗透率,从直线的斜率（mM=9.30×10-7）可以得出视油藏渗透率是Kr,app=8.2 md及真实的油藏渗透率是Kr=14.2md。,1.有效渗透率,2、闭合压力的评估,常规压降分析； 测井、孔隙压力及上覆压力计算 平衡测试法 微压裂法 瞬时停泵压力法,3、地应力方位,地面电位； 微地震波 古地磁 地面倾斜仪； 地层倾角测井；,动态分析法及Tiltmeter法,4、缝高延伸,应力剖面处理方法 特殊测井分析模型（横波和纵波） 常规测井分析模型（无横波） 实测结果校正模型,密度声波时差测井,5、地层滤失性评价,小型测试压裂试验 压裂施工压力 压裂停泵后压力降落 净压力拟合,两次瞬时停泵测试法,6.岩石力学参数,岩心三轴力学参数测试 压裂施工压力资料分析 DSI测井,动静态杨氏模量对比,断裂韧性的测量与预测,岩石断裂韧性是描述裂尖附近的应力场的参数，是应力奇异性的度量。断裂韧性是载荷参数(如缝中压力，原地应力)和岩体参数(如裂缝尺寸)的函数它可以提供裂缝扩展的判据。但是，长期以来，由于测试手段和理论研究的局限，在水力压裂设计中往往只能给出断裂韧性的经验估计。过建立内压式岩石断裂韧性试验，测量不同围压、不同岩性岩石的断裂韧性，建立了基于声波测井资料的岩石断裂韧性解释模型。,为了保证岩样加工的精度，专门开发了岩石断裂韧性测试岩样加工装置。,建立了利用测井资料预测岩石断裂韧性的理论模型，从而使断裂韧性的预测走向实用化,模拟地层条件下，地层岩石断裂韧性与应力变化规律研究，建立了地层断裂韧性与有效应力的线性方程,并考察了其对裂缝形状的影响。,地层断裂韧性与应力关系研究,目录,自我简介 压前储层评价技术 压裂材料技术 压裂的优化设计技术 部分实例分析 未来压裂技术的发展趋势分析,1、压裂液技术的进展,不同压裂液类型发展趋势对比,1950,1960,1970,1980,1990,2000,99年美国压裂液类型使用比例,现代实验技术的新进展,压裂液化学实验室 色谱（超级过滤）、润湿吸附、电镜技术、核磁技术 压裂液流变实验室 旋转粘度技术 控制应力流变仪 动态模拟试验装置 动态滤失与伤害（支撑裂缝导流能力的污染与消除） 大型管路模拟实验装置 支撑剂输送与沉降模拟实验装置（SLOT） 现场评价与分析设备,现代压裂液实验技术的新进展,清洁压裂液与聚合物压裂液对比,聚合物压裂,清洁压裂液压裂,页岩,砂 体,页岩,水基压裂液与清洁压裂液造缝特性对比,2、压裂液的优化设计,压裂施工过程中，除了要着重考虑压裂液粘度性质外，压裂液在泵送时还应具有最低的沿程摩阻，能很好地控制液体滤失，能快速破胶，施工结束后能迅速返排干净，而且在经济上切实可行。 为了获得一套优化的压裂液体系，必须在深化认识储层特征和掌握工艺要求的基础上，进行添加剂的优选和配方体系的性能优化。,压裂液的优化设计,设计目的 进行压裂液优化设计的根本目的是获得最佳和最经济的压裂液体系，以完成给定的压裂施工任务。 设计原则 从储层特征入手，在满足压裂工艺要求的前提下，应首选品质上乘、性能优良、经剂有效的各种添加剂，经室内试验达标而成的压裂液体系及其配方。 必须认真对待压裂液对储层造成的伤害，及其减缓措施。,优选压裂液所应具备的基本特性,在评价优选压裂液的过程中，应考察压裂液： 与工程条件的匹配 对储层的伤害程度 配制时的可操作性 经济性,压裂液与压裂工程条件的匹配,为了高速传递液体压力，克服储层的破裂压力，起到压开裂缝作用。压裂液应具备： 较高的压裂液效率； 较低的粘度降落; 较小的压缩系数; 较低的管路摩阻压降。 为了携带支撑剂进入人工水力裂缝，完成在缝中铺置支撑剂的任务,压裂液应具有： 较高的粘弹性能足以携带高浓度的支撑剂； 较好的耐温、耐剪切能力。,降低压裂液对储层的伤害,储层物性和粘土矿物组分对压裂液的性能要求： 对储层基质渗透率的伤害低； 造壁滤失能力低； 残渣少、残胶低、减缓对储层孔隙喉道的堵塞； 表面张力低、接触角大，以克服高手管压力造成的压裂液水锁； 粘土稳定能力好，以避免粘土的运移、膨胀造成储层渗透率的下降； 压裂液的类型和性质不应改变储层岩石性的转变。 储层流体的物化性质对压裂液的性能要求： 所用压裂液与储层流体不产生油水乳化现象； 所用压裂液与储层流体不产生沉淀。,压裂液配制的可操作性,现场配制要求： 配制简单，易于操作，配液时间短，劳动强度低，工作时效高； 性能可控，便于现场及时调整。 经济因素要求： 成本低，经济易行； 货源广，易于准备。,优选压裂液所应必备的储层和工艺设计参数,优选压裂液必须采集准确可靠的有关参数： 储层特征 工艺要求 现场施工条件,与储层特征有关的参数,储层基本参数；储层类别（油或气层）、井深、储层的温度、压力系数等。 储层岩心物性：渗透率、孔隙度、含油饱和度、孔隙结构、胶结状况与粘土矿物组分和五敏试验结果等。 储层流体特性： 原油的基本物化性能：粘度、组分和密度等； 地层水的性能：组分、矿化度、水型和束缚水饱和度等； 天然气的组分、压缩系数等参数。,与工程有关的参数,与工艺要求有关的参数 施工规模：施工用液量、施工时间、排量、加砂量、平均砂液比和最大砂液比； 施工压力：估算施工时的破裂压力、工作压力、延伸压力和瞬间停泵压力等： 施工的泵注方式； 施工的管柱结构； 压裂设备情况：上水能力、交联剂及其它添加剂的加入方式和能力。 现场施工条件 现场的配液方式及设备：压裂液出配液站配制或现场配制； 配液及压裂施工时的环境温度； 配液罐的容积和应考虑的附加量； 现场取样方式。,确定压裂液配方,（1）确定压裂液类型确定压裂液类型时，必须综合考虑储层特征和工艺要求。 根据储层岩心的敏感性试验结果。如强水敏油层，应考虑采用油基压裂液、酸化压裂液或泡沫压裂液等不含水相或水相较少的。 根据储层压力系数。如压力系数过低，应考虑采用泡沫压裂液或水基增能压裂液。 根据储层流体性质。如施工目的层为气层，必须考虑水相和油相进入储层对气相透率的影响程度。 根据储层埋深。目前在深井（3000m）或超深井（5000m）的压裂施工中主要使用的还是水基冻胶压裂液。 根据储层温度。目前在温度高于120的储层压裂改造中使用的主要是水基冻胶压裂液。 施工规模。 施工预测泵压。,