Progress and prospects of horizontal well fracturing technology for shale oil and gas reservoirs

By systematically summarizing horizontal well fracturing technology abroad for shale oil and gas reservoirs since the “13th Five-Year Plan”, this article elaborates new horizontal well fracturing features in 3D development of stacked shale reservoirs, small well spacing and dense well pattern, horizontal well re-fracturing, fracturing parameters optimization and cost control. In light of requirements on horizontal well fracturing technology in China, we have summarized the technological progress in simulation of multi-fracture propagation, horizontal well frac-design, electric-drive fracturing equipment, soluble tools and low-cost downhole materials and factory-like operation. On this basis, combined with the demand analysis of horizontal well fracturing technology in the “14th Five-Year Plan” for unconventional shale oil and gas, we suggest strengthening the research and development in the following 7 aspects:(1) geology-engineering integration;(2) basic theory and design optimization of fracturing for shale oil and gas reservoirs;(3) development of high-power electric-drive fracturing equipment;(4) fracturing tool and supporting equipment for long horizontal section;(5) horizontal well flexible-sidetracking drilling technology for tapping remaining oil;(6) post-frac workover technology for long horizontal well;(7) intelligent fracturing technology.

海上电驱动压裂设备在储层改造中的技术研究

压裂设备是储层改造的核心设备,随着海上油田的深层发展,对海上电驱动压裂设备提出了更高的要求。通过研究海上电驱动压裂设备在储层改造中的技术,提出一种有效的海上油田开发方案。通过分析电驱动压裂设备的基本原理和工作过程,深入了解海上储层改造中存在的技术难题,并基于这些问题提出相应的解决方案,以便更好地发挥海上电驱动压裂设备的作业成本优势。

煤层气水平井排采设备适应性及应用效果评价

针对贵州省煤层气水平井开发案例较少的现状,开展煤层气水平井排水采气工艺适配性研究及应用效果评价。以六盘水煤田水平井为例,分析该井井斜、压裂规模对排采设备排水采气的影响,并进行设备适应性分析,优选射流泵作为该井的排采设备。结果表明:煤层气水平井的复杂工况会影响排采设备的适应性,需根据水平井的工况复杂性优选匹配的排采设备;采用射流泵进行煤层气水平井排水采气,能够满足水平井连续稳定排采的要求;对射流泵井下管柱及下泵深度进行优化,增大沉砂沉粉井段,采取“S”型产出流道分离气水流体,能够有效避免泵筒卡泵及气锁现象。该水平井的开发实践及应用效果,为贵州省煤层气水平井的排水采气设备优选及管柱优化提供了工程借鉴。

基于云平台的压裂车在线监测系统研发与应用

利用压裂车进行储层改造是解放油气藏的决定性手段,但其信息化水平普遍处于初级阶段,运维效率难以提升。基于云平台技术开发了一套压裂车运行状态在线监测系统,从功能规划、数据流方案介绍了该系统的总体架构,从硬件和软件方面介绍了该系统的数据采集设计方案。通过对PLC数据故障、振动故障、视频信号故障等的分析诊断,介绍该系统的故障诊断研发思路,并分析了现场试验情况。结果表明:该系统各项性能指标满足压裂车信息化作业需求,具备压裂泵液力端等关键部件故障辅助诊断能力,有助于保障国内页岩气安全、高效开发。

超高与超长工作面高效综采关键技术及装备发展现状与展望

煤炭作为我国经济发展的重要能源支撑,未来一段时间内,其在能源消费中仍将保持主导地位,随着相关技术装备的不断发展,我国部分矿井已实现单井单面产量突破千万吨,煤炭资源安全高效开发是我国未来科技发展的重要方向。依托国家重点研发计划项目“煤矿超高与超长工作面高效综采关键技术及装备”,以超高与超长工作面高效开采为核心,介绍了国内外超高与超长高效综采工作面的岩层控制理论、技术与综采装备发展现状,围绕“超大开采空间全覆岩三维动态破断规律与超高煤壁失稳破坏机理”“超大开采空间强矿压覆岩结构改造及其应力调控机理”“多重动载作用下超高与超长综采装备群动态响应及高效智能协同作业机制”三大科学问题,开展“超大开采空间全覆岩破断运移机理及围岩协同控制理论”“超大开采空间强矿压区域压裂卸压技术与装备”“超高与超长工作面智能开采成套装备”“超高与超长工作面装备群智能协同控制技术与装备”“超高与超长工作面高效综采工程示范”5项技术攻关。实践表明,我国部分超高与超长采煤工作面已形成成套技术及装备体系,为我国地质条件较为简单的厚煤层及中厚煤层矿区煤炭资源的安全、高效、绿色开采提供了可靠保障。指出了我国超高与超长高效综采工作面理论技术与装备及其控制的发展方向。

页岩油全电动压裂装备配置与作业技术研究

利用电动压裂装备开展水力压裂是页岩油储层开发的新技术,还处于起步发展阶段,压裂装备的配套技术还不成熟、不完善。以胜利页岩油电动压裂装备为研究点,结合压裂施工要求与装备作业能力,提出了页岩油电动压裂设备一体化配置方法。从压裂装置、输砂装置、混砂装置、自动供液系统、变频控制系统、仪表控制中心、高压管汇系统等装备方面提出了具体配置要求,在胜利油田樊页1试验井组8口井进行应用。应用结果表明,所形成的配套方法满足页岩油高压力、大排量、大砂比、作业时间长的压裂作业要求,能够提高整体作业效率及装备的自动化水平,实现绿色低碳开发。研究结果可为页岩油大规模电动压裂施工奠定装备基础,对后续规模化推广具有一定的借鉴意义。

压裂返排液及采出水处理示范工程实例

陕西省神府某区块致密气压裂返排液及采出水组分复杂,难于处理。采用“隔油/高密斜管沉降/一体化破胶/涡凹气浮/无机过滤/保安过滤/精细过滤”处理工艺,处理规模为采出水130 m^(3)/d,压裂返排液为150 m^(3)/d,共计280 m^(3)/d。工艺运行结果表明,该工艺处理效果稳定,出水含油量≤5 mg/L、悬浮固体含量≤1 mg/L、悬浮物颗粒直径中值≤1μm,满足SY/T 5329-2012中注入层平均空气渗透率<0.01μm^(2)级水质标准并进行顺利回注。神府1#水处理站实现了紧凑一体化、高度自动化的橇装集成,布局紧凑合理,占地面积仅为1 943 m^(2)。

工程装备履带板脱胶断裂故障及修复工艺研究

针对工程装备挂胶履带修复过程中所面临的金属基体易断裂等难题,研究履带脱胶工艺及其对基体材质的影响。通过多次加温脱胶试验,分析加温脱胶后金属板体的金相组织结构变化情况,确定了重新挂胶修复后的履带板在使用过程中发生断裂的原因。在此基础上,提出了改进履带板挂胶修复新工艺。采用新的修复工艺后,在脱胶时不损害履带板基材,并且在挂胶修复后质量良好,能够满足使用要求。该修复工艺可以降低修理成本,提高履带板的使用寿命,具有较高的经济效益。

气水混压增透技术在低透气性煤层中的试验研究

小宝鼎煤矿地质条件极其复杂,煤层瓦斯含量大,且透气性差,从而导致煤层钻孔抽采效率低。在水压预裂机理的基础上,提出气水混压增透技术,并确定该技术的增透工艺及参数。通过实施气水混压增透技术,煤层钻孔的抽采浓度增大3倍以上、抽采纯量增大4~6倍、煤层瓦斯含量整体降幅在43%~46%,平均降幅在45%以上。通过该技术能够极大缩短煤层瓦斯灾害治理时间,解决矿井采掘接替紧张的问题,为矿井的安全生产提供保障。

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。

新型水平井不动管柱封隔器分段压裂技术

通过分析水平井分段压裂技术现状，提出一种新型水平井不动管柱封隔器分段压裂工艺技术。介绍新型工艺技术的管柱结构、工艺原理及创新点，并利用ABAQUS有限元分析软件对工艺管柱进行力学分析。结果表明：新型分段压裂工艺管柱能达到力学设计要求；新技术的创新点在于能够实现一趟管柱完成2～3层段分段压裂，设计封隔器长胶筒摩擦锚定，降低安全事故的发生，设计工具挡砂传液机构，有效避免工具内腔进砂引起的事故，管柱无卡瓦锚定，可以反洗井，整个压裂施工可以在一天内完成，施工简单，可以有效节省作业时间和作业费用。

发动机连杆裂解加工技术及其应用

连杆裂解作为 2 1世纪的先进加工技术受到广泛关注。文中对连杆断裂剖分机理与裂解加工技术的经济性进行分析 ,对连杆传统加工方法与裂解加工方法的主要工艺流程进行比较 ,探讨裂解连杆材料特性以及加工裂解槽、定向裂解、装配螺栓等核心工序与设备等裂解加工关键技术问题 。

非常规油气开发对压裂设备和材料发展的影响

非常规油气开发是国内外目前的热点研究领域,压裂能力和压裂液成为制约增产改造效果的瓶颈。为此,依据中国储层特性、地面条件、开发现状等情况,并以大量的实际生产和统计数据为基础,对中国目前非常规油气的开发模式、设备条件、材料要求、成本构成等进行了深入的论述。结论认为:①国内现有的压裂设备和材料等硬件条件可满足当前非常规油气开发的需求,但存在着开发模式中完井环节的关键技术空白、施工作业成本难以控制的问题;②压裂液将朝高效环保、储层低伤害、低含水量或无水、成本可控以及体系类型多样化的方向发展;③根据中国非常规天然气开发规划的年产量,预测了压裂设备的需求和技术服务市场规模。最后强调,以滑溜水为代表的低成本压裂液和以超临界CO2为代表的无水压裂液是2个最重要的发展方向,而支撑剂将朝小粒径、低密度、高强度方向发展,同时,在原材料和加工工艺上也有待突破创新。

基于裂解设备的连杆裂解加工质量影响分析

连杆裂解方法是近些年发展起来的一种连杆加工新技术,目前正在逐步取代传统加工方法,利用裂解连杆自动化生产线,针对A型连杆完成了激光切割裂解槽工序和定向裂解加工工序,并进行了系统的裂解试验研究。首先讨论了影响激光裂解槽加工质量的因素,其次讨论了裂解槽对于裂解质量的影响,最后讨论了定向裂解工序中,夹具、加载速度及背压力等因素对于裂解质量的影响。系统地介绍了裂解连杆开发过程中出现的各种质量缺陷,并给出了相应缺陷的解决方案,为进一步提高裂解连杆产品的质量提供了可靠的理论与实践基础。

裂纹深度和材料特性对断裂参量的影响

断裂事故在煤矿机械中是比较常见的 ,我国每年因断裂造成的损失十分巨大 ,有必要将结构完整性评价分析引用到矿山关键设备。利用大型有限元软件ANSYS ,对简单模型的断裂参量进行了计算和分析 ,分别得出J积分值随屈服应力、切线模量及裂纹深度的变化规律 ,为矿山关键设备的结构完整性评价分析提供了理论依据。

水力压裂消突技术的研究与应用

为防止煤巷掘进过程中突出事故的发生,文章对水力压裂消突技术进行了研究,提出了在平煤十三矿己15-17-11111回风下山掘进工作面实施水力压裂,分析了水力压裂前后瓦斯相关参数、煤岩体相关参数、掘进速度等参数的变化,结果表明,水力压裂消突技术在低透气性突出煤层能起到明显的增透、消突、降尘作用,提高了掘进速度,最终实现了煤与瓦斯安全高效共采。

模拟压裂作用对水泥环密封性破坏及改善研究

利用全尺寸水泥环密封性评价装置,研究了多段压裂作用下水泥环的密封完整性。分析了密封性破坏的机理;并提出了相应改善措施和评价标准。试验结果显示基浆水泥环在压裂交变应力作用下,加卸载次数较少时,水泥环密封完整性即遭到破坏;密封性失效发生在卸压阶段水泥环与套管之间的界面处。表明在套管内压高应力作用下,弹性模量较高的基浆水泥环中产生较大的应力,除了发生弹性变形还产生了塑性变形;卸载时套管弹性回缩,水泥环中塑性变形不可完全恢复而存在残余应变,导致二者在界面处的变形不协调一致而引起拉应力。随着压裂应力交变次数的增加,水泥环塑性变形不断累积,卸载后的残余变形和拉应力也随之增大。当拉应力超过界面处的胶结强度时出现微环隙,水泥环密封性破坏。采用掺入胶乳、弹性粒子等形成弹塑性水泥石,弹性模量降低并保持较高的抗压强度,压裂作用时水泥环中产生的应力相对其抗压强度较低,产生的塑性变形较小,因此提高了水泥环保持密封完整性时压裂应力交变的次数,改善了水泥环的密封性。

国内电驱压裂经济性和制约因素分析

作为绿色环保的新兴压裂工艺,电驱压裂技术具有响应速度快、单机功率密度大、作业效率高、系统国产化率高等优点。技术对标国内外主流企业电驱压裂产品,在性能参数、作业时效和环保性等方面,对比分析电驱与传统柴油驱动压裂设备。按照费用比选模型,评价电驱与柴油驱压裂机组的经济性,分析不同类型费用对整体经济性的影响。现场供电是制约电驱压裂技术规模应用的主要外部因素,根据供电模式的经济性,提出国内建立"电网供电为主,燃气发电为补充"供电模式,分析不同电网建设模式的可行性。结合主要油气田的产能建设要求和地面电力工程规划,指出川渝页岩气区块的供电瓶颈逐步缓解,新疆和长庆油气产区虽然供电基础薄弱,但是未来经过升级改造,完全可以具备电驱压裂供电条件。

30CrMnSi钢激光焊接工艺研究

为减小薄板30CrMnSi钢的焊接变形,提高焊接效率,采用CO2激光对其进行了激光焊接工艺研究。采用激光显微镜、扫描电镜仪对微观组织进行了表征,采用显微硬度计、材料试验机等仪器对性能进行了测试。研究发现,激光焊接后的焊接接头分为焊缝区、热影响区、母材以及焊缝与热影响交界区和热影响与母材交界区5个部分。焊缝与热影响交界区显微硬度最高,母材显微硬度最低。焊接速度越快,焊缝的显微硬度越高,焊缝越窄。焊接速度越快焊接变形越小,激光功率4 kW、焊接速度8 m/min条件下,100 mm长度范围内的变形0.1 mm.激光焊接接头的抗拉强度高于母材110~170 MPa,母材为韧性断裂,断口呈典型的韧窝形态,热影响区发生脆性断裂,断口呈准解理断裂,随着焊接功率和速度的提高,热影响区的拉伸强度有降低的趋势。