基于水平井分段压裂技术的专利现状

为了提高水平井采收率,需要对石油钻采领域中占有重要位置的水平井分段压裂技术进行研究。本文重点分析全球及中国范围内有关水平井分段压裂的专利申请信息、专利布局、重点申请人的技术构成以及技术发展状况等。技术概述通常将水平井分段压裂技术分为三种:化学隔离分段压裂技术,先对第一段进行射孔,然后通过油管压裂,最后用液体胶塞和砂子隔离完成压裂;机械封隔分段压裂技术主要应用于套管井;水力喷射分段压裂技术,利用专用喷射工具产生高速流体在孔道内将动能转化为压能,形成方向单一的裂缝。

分布式光纤监测技术在水平井分段压裂中的应用

水平井分段压裂过程中,涉及大量繁杂的数据监测与处理工作,同时,压裂过程的不确定性给实时监测带来了更大的难度。传统的井下监测方式存在监测精确度低、受电磁干扰、成本高昂等问题,分布式光纤传感技术的产生,为这些亟待解决的难题提供了新的解决思路。分布式光纤传感技术以其成本低、耐高温、性质稳定、不受电磁干扰等优势,逐渐在油田得到应用。对水平井分段压裂的应用现状进行研究,分析了分布式光纤传感技术原理,总结了分布式光纤的井下安装方式,归纳了分布式光纤传感技术在水平井分段压裂中的应用现状,最后提出了分布式光纤监测技术的发展建议。研究认为:目前,分布式光纤传感技术已受到广泛关注,将成为井下监测的重要工具;分布式光纤传感在水平井分段压裂中的应用主要有压裂液注入分布诊断、人工裂缝起裂及延伸诊断、封隔器泄漏监测和DTS/DAS数据定量解释;对未来温度和声学监测数据的解释方法将向定量解释的应用方向发展。

泵送打捞水平井桥塞压裂工具串相关工艺技术研究

近年来,在我国水平井和定位井改造施工的过程中,泵送水平井桥塞压裂技术受到广泛应用,但是受水平井与大斜度定向井的井眼轨迹影响,第一层压裂工作完成后,存在顶替尾砂不彻底的问题,可能在倾斜角度变化幅度很高的井段产生砂桥,导致下一层次桥塞与射孔枪等在泵送期间受到阻碍,或是冲开砂桥以后,电缆张力迅速提高,出现电缆断脱的问题和工具落井的问题,合理进行工具的打捞十分重要。基于此,本文分析水平井泵送桥塞压裂工具落井问题的情况,提出泵送打捞水平井桥塞压裂工具串工艺技术措施,旨在为确保工具的良好打捞提供助力。

长庆油田水平井体积压裂工具发展浅析

长庆油田致密油资源丰富,水平井钻井及体积压裂工艺是主要开发方式,而体积压裂工具是工艺实现的关键。通过对前期水平井分段改造管柱及配套工具对比分析,结合体积压裂工艺在作业排量、多簇射孔方式等方面对工具的要求,重点介绍了水力喷射分段多簇体积压裂工具、大通径快钻桥塞压裂工具和可开关套管滑套压裂工具。结果表明,在139.7mm套管固井完井条件下,当施工总排量低于8m3/min时,水力喷射分段多簇体积压裂工具具有操作简单、作业成本低的优点,成为长庆油田水平井体积压裂主体工具,已规模应用505口油田水平井;当施工排量超过8m3/min时,则采用大通径快钻桥塞压裂工具,该工具压后无需钻磨,可直接放喷、投产,已在长庆油田应用井数42口;而可开关套管滑套压裂工具不仅可以满足大排量压裂改造,还考虑了后期分层测试以及找水、堵水、重复改造等需要,将是最具有发展潜力的工具,它代表着体积压裂工具的发展方向。

水平井深度可视化监测快速找水试验探索

为了实现低产液量水平井快速找水,突破常规井下电视测井在水平井找水测试领域的应用界限,提出水平井深度可视化监测快速找水技术。通过研发专用仪器接头,融合现有井下电视测井、套管外水泥胶结测井(RBT)、多臂井径成像+磁测壁厚测井(2M)技术为一体,设计形成了井下电视+RBT+2M为核心的深度可视化综合监测工艺管柱。矿场试验2口井,采用爬行器输送、预置测井仪的方式,在油井泵抽生产条件下,实现了井筒彩色全侦率视频图像、套外水泥环胶结状况、套管壁厚及内径变化特征信息的全面监测,综合水平井段固井质量、井筒形貌特征、产层段产出状态分析,精准确定了出水位置,为水平井快速找水测试开辟了新方向。

水平井分段压裂工具技术现状与展望

目前,水平井分段压裂技术是通过地层改造,提高低渗、低压及低丰度等非常规油气藏采收率的主要技术。为了促进我国水平井压裂工具的研制及应用技术进步,介绍了国内外的水平井套管(环空)压裂工具和油管压裂工具的结构、工作原理、应用现状及优缺点,指出了我国水平井分段压裂技术的发展方向,即研制井下可溶压裂工具、发展井下智能化识别与控制滑套技术以及发展多层段多井同步压裂技术。开展高质量和新型压裂工具研制及井下工作可靠度评价等研究,对我国同步压裂技术发展具有重要意义。

井下微地震裂缝监测技术在水平井分段压裂中的应用

井下微地震裂缝监测技术是通过安放在邻井中的检波器来监测正在压裂井在压裂过程中诱发的微地震波来描述压裂过程中裂缝延伸的几何形状和空间展布。川西气田水平井开展分段压裂井下微地震裂缝监测,监测数据表明多级多簇压裂工艺能够在一个封隔段内压开多条裂缝,但是在一个封隔段只形成一条主裂缝,为进一步优化多级多簇压裂方案提供了依据。

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。

水平井分段压裂井下微地震裂缝监测技术应用

井下微地震裂缝监测技术是通过安放在邻井中的检波器来监测正在压裂井在压裂过程中诱发的微地震波来描述压裂过程中裂缝延伸的几何形状和空间展布。它能实时提供压裂施工产生裂缝的高度、长度和方位角,利用这些信息可以分析裂缝延伸状态,为现场及时调整压裂方案以及下一步优化井网部署提供依据。

水平井喷砂射孔填砂压裂工具冲蚀规律

连续管携带的压裂工具串冲蚀十分严重,制约了水平井喷砂射孔填砂压裂工艺作业效率及推广应用。为此,通过观察现场压裂作业后井下工具串的冲蚀形态,确立了工具主要冲蚀区域的结构特征,通过数值模拟对3种易冲蚀结构进行冲蚀机理研究,找出了冲蚀速率的影响因素,提出了压裂工具的优化思路。研究结果表明:压裂工具在环空高速携砂液冲蚀下会在其接头缩径环、工具表面圆形孔洞及轴向缝隙处产生较明显的冲蚀;工具表面缝隙长度在8~16 mm时,冲蚀速率基本稳定,缝隙长度在16~22 mm时,冲蚀速率与缝隙长度呈正相关,缝隙深度对冲蚀速率的影响无明显规律。研究结果可为环空压裂工具串的优化设计提供参考。

井下微地震裂缝监测技术在水平井分段压裂中的应用——以WQ油田为例

井下微地震裂缝监测技术是将检波器安放在监测井中,监测正在压裂的井,以认识压裂裂缝的方位、倾角、大小(长度,宽度,高度)、间距和破裂程度信息。在WQ油田水平井开展分段压裂井下微地震裂缝监测,监测数据表明:该地区裂缝走向平均为北偏东93°,与本区的最大主应力基本一致;裂缝走向与井筒近似垂直,产生的垂直缝,有利于扩大压裂体积。

水平井裸眼分段压裂工具

苏里格气田属地层岩性圈闭性低压、低孔、低渗气藏,采用常规开发方式开发效果不佳。针对苏里格气田压力下降快、砂体连通性差等特点,开发了水平井裸眼分段压裂工具。对裸眼完成的井,在预定井段悬挂裸眼封隔器、压力开启滑套、投球开启滑套等工具,实现压裂作业井段横向选择性分段隔离。根据压裂段数进行分段压裂,一趟管柱实现全井段的压裂作业,从而扩大渗流面积,沟通更多的含气砂体,实现高效开发的目的。介绍了相关配套工具与室内试验、现场试验及作业应用情况,逐渐实现了规模化应用。

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。

基于复合材料桥塞的水平井套管分段压裂技术

介绍了基于复合材料桥塞的水平井套管完井分段压裂工艺管柱结构、工艺过程和关键技术。阐述了该工艺管柱中关键部件——复合材料桥塞和电缆坐封工具的结构、工作原理及性能特点。现场应用情况表明,复合材料桥塞可正常坐封丢手,射孔发射率100%,平均每个复合材料桥塞钻铣时间为30 min,达到国外标准;水平井套管分段压裂管柱结构合理,工艺优良,性能可靠,能够满足页岩气水平井射孔压裂联作的分段完井要求。建议进一步优化钻铣复合材料桥塞工艺和工具,扩充桥塞尺寸规格,使其形成系列化,以满足油田不同规格套管的需求。

水平井固井预置滑套多级分段压裂完井技术

针对胜利油田薄互层低渗透等致密砂岩油藏及页岩油气的地质特点和非常规压裂改造的需要,研发了水平井套管固井预置滑套多级分段压裂完井技术。该技术具有压裂级数不受限制、管柱保持统一通径可满足大排量、大规模网缝压裂的需要,后期可选择性开关滑套实现生产控制或重复压裂等特点。室内模拟试验结果表明,预置可开关滑套在模拟固井状态下开启和关闭可靠,密封压力达70 MPa,能够满足现场需求。

致密油气藏水平井全通径压裂技术

为满足水平井分段压裂技术逐步向管柱全通径方向发展的需求,对致密油气藏几种全通径压裂工艺的主要特点和适用条件进行分析,研究配套压裂工具的结构形式,介绍滑套、桥塞和水力喷砂射孔3种压裂工具管柱全通径的工作原理和实现方式,总结几种全通径压裂工艺的关键技术。结合我国重庆涪陵、华北鄂尔多斯等不同区域的地层特点、井深结构和自然条件,提出适合其自身特点的压裂工艺和配套工具,进一步预测我国深层页岩气开发对压裂工具的现场需求和发展趋势。为新型压裂工具的研究提供参考。

水平井裸眼分段压裂酸化工具及配套技术

水平井裸眼分段压裂酸化工具及配套技术由中国石油川庆钻探工程公司井下作业公司研制，拥有完全自主知识产权；已申报14项国家专利，其中发明专利6项，获得专利授权7项：实现水平裸眼井分段压裂酸化工具完全国产化。

川庆钻探自主研发的水平井裸眼分段压裂酸化工具运用成功率达100％

截至2012年4月6日，中国石油川庆钻探工程公司（以下简称川庆钻探）自主研发的水平井裸眼分段压裂酸化工具成功运用73口井，成功率达100％，经受住了井下高温、高压、强酸和长达200余天在井时间的重重考验。至此，川庆钻探以无可辩驳的事实向业界宣布：中国创造值得信赖。

应用地质成果优化致密气水平井压裂设计

致密气藏储层由于早期的沉积条件制约,储层厚度小、横向展布规律难于把握,砂岩钻遇率低(59%),加上黄土地表对地震信息采集的精度影响,钻井水平井段常规测试不产气或产微气,难以达到工业气井标准。虽然钻井的储层钻遇率低,但通过地质分析认为值得在泥岩水平井段优化水平井压裂分段设计,避免泥岩段压裂带来的超压、砂堵等风险,沟通主力产层的砂体,可以最大限度地提升水平井压后产能。应用野外剖面考察及沉积微相研究成果对工区砂泥岩叠置方式进行精细刻画,准确标定出目标井钻遇储层砂岩的纵向分布位置、横向砂体展布范围,据此预测水平井泥岩段压裂效果及风险,其成果可以有效应用于优化水平井压裂分段设计。根据优化设计的方案进行施工,钻井从没有常规测试价值达到产气量13.15×10^4m^3/d,折合无阻流量22.5×10^4 m^3/d,收到良好的产气效果。研究结果表明:①通过致密砂泥岩沉积微相研究成果,可准确论证低钻遇率水平井泥岩段压裂的可行性;②多级分段压裂技术可突破3 m以下的"泥质薄隔层",沟通邻近含气砂体,获得更高的工业产能,为致密气藏高效开发提供技术保障;③作业后,通过施工压力曲线、井下微地震监测及示踪剂产液剖面测试等技术对压后效果进行评价,验证压前地质认识。