非常规油气藏压裂新技术
03-非常规油气水平井多级分段压裂完井技
非常规油气水平井多级分段压裂完井技术胜利油田分公司采油工艺研究院2012年1月非常规油气水平井多级分段压裂完井技术编写：张全胜张峰左家强李玉宝王磊吕玮张燎源张建初审：李爱山郝金克审核：张全胜胜利油田分公司采油工艺研究院2012年1月一、国内外技术现状及油田发展形势1、国外非常规油气技术迅猛发展近年来，国外以美国页岩油气为代表的非常规油气勘探开发飞速发展，并逐步形成了非常规油气水平井勘探、钻井、完井、压裂、裂缝监测等系列配套技术，建立了较为完善的勘探开发理念。
在技术不断配套完善的同时，也形成了甜点勘探、优快钻井、压裂完井一体化、体积压裂、“井工厂”管理模式等成熟的勘探开发理念。
美国已钻页岩油气水平井数量达50000多口，水平井多级分段压裂完井技术已日趋成熟，2011年美国共完钻非常规油气水平井8500多口，水平井占非常规油气产量的90%以上，80%以上为“井工厂”模式。
页岩气产量为1800亿立方米，占美国天然气总产量的34%。
国外非常规油气水平井多级分段压裂完井技术主要形成了水平井裸眼封隔器分段压裂完井和泵送桥塞射孔分段压裂联作两大主导技术，以两大主导技术的突破为核心，配套形成了优化设计、裂缝监测、设备配套等技术系列，提供了有力支撑。
创下分段最多90级，水平段段长最长4900m，单段最大加砂量450m3，单段最大液2550m3，80%以上的井为“井工厂”模式。
2、国内非常规油气勘探开发迈出实质性步伐近年来，国内中石油、中石化、中海油等石油公司在非常规油气勘探开发领域都已经迈出实质性步伐，技术以引进为主，同时开展了自主研究，正迅速追赶国际先进水平。
截至2011年底，中国石油共在低渗透油气藏完成水平井分段压裂1133口井4722段，相当于少打直井3000口，减少占地超万亩。
当年完钻1000口水平井，500口井实现了2200段有效压裂，提高原油产量37×104t，天然气35×108m3。
非常规油气藏新一代体积压裂技术的几个关键问题探讨
第 51 卷 第 4 期石 油 钻 探 技 术Vol. 51 No.4 2023 年 7 月PETROLEUM DRILLING TECHNIQUES Jul., 2023doi:10.11911/syztjs.2023023引用格式：蒋廷学. 非常规油气藏新一代体积压裂技术的几个关键问题探讨[J]. 石油钻探技术，2023, 51（4）：184-191.JIANG Tingxue. Discussion on several key issues of the new-generation network fracturing technologies for unconventional reservoirs [J].Petroleum Drilling Techniques，2023, 51(4)：184-191.非常规油气藏新一代体积压裂技术的几个关键问题探讨蒋廷学1,2,3（1. 页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室, 北京 102206；2. 中国石化页岩油气钻完井及压裂重点实验室, 北京 102206；3. 中石化石油工程技术研究院有限公司, 北京 102206）摘 要: 体积压裂技术是实现非常规油气藏高效开发的关键，围绕有效改造体积及单井控制EUR最大化的目标，密切割程度、加砂强度、暂堵级数及工艺参数不断强化，导致压裂作业综合成本越来越高。
为此，开展了新一代体积压裂技术（立体缝网压裂技术）的研究与试验，压裂工艺逐渐发展到“适度密切割、多尺度裂缝强加砂、多级双暂堵和全程穿层”模式。
为促进立体缝网压裂技术的发展与推广应用，对立体缝网的表征、压裂模式及参数界限的确定、“压裂–渗吸–增能–驱油”协同提高采收率的机制、一体化变黏度多功能压裂液的研制、石英砂替代陶粒的经济性分析及“设计–实施–后评估”循环迭代升级的闭环体系构建等关键问题进行了探讨，厘清了立体缝网压裂技术的概念、关键技术及提高采收率机理，对于非常规油气藏新一代压裂技术的快速发展、更好地满足非常规油气藏高效勘探开发需求，具有重要的借鉴和指导意义。
列举五项非常规储层改造技术
列举五项非常规储层改造技术
1. 深水多段水平井：这种技术利用水力压裂和水平井钻探技术，可以在水平方向上延伸开发储层，提高油气产能，并减少应力差异带来的油藏损伤。
2. CO2驱油技术：这种技术通过注入二氧化碳气体来促进油
藏中的原油流动，提高采收率。
这种非常规储层改造技术可以将二氧化碳气体注入地下，使原油更容易流出。
3. 页岩气压裂：这种技术通过注入高压液体来破裂固态岩石，从而释放页岩储层中的天然气。
这种非常规储层改造技术可以提高页岩气的产量。
4. 重整烃制造：这种技术通过加氢和重整等化学反应，将低质油或高硫油转化为高质油和低硫油。
这种非常规储层改造技术可以改善油藏中的原油质量，并提高采收率。
5. 微生物采油：这种技术利用微生物来改造油藏，促进原油的流动。
微生物可以分解原油中的高分子化合物，使原油更容易被采出。
这种非常规储层改造技术可以提高采收率。
非常规油气水平井多级分段压裂完井技术
视频
（四）水平井套管固井预置滑套分段压裂技术 关键工具－预制滑套
压裂滑套采用固井的方式进行分隔 压裂滑套采用专用的开关工具进行打开和关闭 压裂滑套内壁采用特殊涂层，有效防止固井泥浆粘留。
（四）水平井套管固井预置滑套分段压裂技术 关键工具－开关工具
开关工具通过内管大打压的方式胀开开关爪 达到一定拉力可以脱开 随连续油管下入更快捷
1.9
2.025 2.15 2.275 2.4 2.525 2.65 2.775 2.9 3.025 3.15 3.275 3.4 3.525 3.65 3.775
（一）水平井裸眼封隔器投球滑套分段压裂技术 压差式滑套
压差滑套是第一段的压裂通道，采用油管直接打压的方式打开
（一）水平井裸眼封隔器投球滑套分段压裂技术 井筒隔离阀、底部循环阀
全国天然气总产量的 1/4 以上。专家预测， 2015 年 全 国 致 密 气 产 量有望达到 500 亿立方
米。
（二）国内非常规油气发展情况 中石油非常规发展
共完成水平井分段压裂1133口井，4722段 平均单井产量是直井的 3.9 倍，增油 520 万吨， 增气145亿立方米，相当于开发一个中型油气田 自主技术应用比例达到87%以上 2011年完钻1000口水平井，500口井实现了2200 段有效压裂
平 衡 阀
丢 手 球 座
机 械 定 位 器
喷 枪 丢 手 引 导 头
（五）水平井连续油管拖动封隔器套管分段压裂技术
相关设备－压裂车组
2000型泵车8台-压裂车组
2000型泵车2台-喷砂射孔
700型泵车2套-下入循环 混砂车1部-喷砂射孔
（五）水平井连续油管拖动封隔器套管分段压裂技术 相关设备－连续油管
非常规油气储层改造及增产稳产新技术与管理
非常规油气储层改造及增产稳产新技术与管理非常规油气储层改造及增产稳产新技术与管理引言油气储层是人类能源供应的重要源泉之一，而非常规油气储层作为一种传统储层的延伸，具有储量丰富、分布广泛等特点。
为了实现非常规油气储层的开发利用，不断涌现出许多非常规油气储层改造及增产稳产的新技术与管理模式。
本文将介绍一些非常规油气储层改造及增产稳产的新技术和管理模式。
一、油气储层加密技术为了提高非常规油气储层的采收率，加密技术成为一种有效的途径。
加密技术可以通过增加储层裂缝的数量和面积来提高储层的渗透率，进而增加油气的产量。
目前，常用的加密技术包括压裂技术、水力压裂技术和酸化技术等。
1. 压裂技术压裂技术是指通过注入高压液体到储层中，使储层内部的裂缝扩展，并形成一定宽度和一定长度的水平裂缝。
这样能够极大地增加储层的接触面积，提高油气的渗透率。
压裂技术已经得到广泛应用，在提高非常规油气储层产能上具有显著效果。
2. 水力压裂技术水力压裂技术是指使用高压水来破碎岩石，进而形成一系列的裂缝。
通过水力压裂技术，可以将砂石等固体颗粒带入裂缝中，以保持裂缝的稳定。
这一技术适用于储层渗透性较差的情况，并且对储层的石英含量有一定的要求，但效果显著。
水力压裂技术在增产稳产方面具有独特优势。
3. 酸化技术酸化技术是指通过注入酸液来溶解储层中的碳酸盐矿物质，从而扩大裂缝并增加渗透率。
由于非常规储层中碳酸盐矿物的含量较高，酸化技术尤为适用。
通过合理的酸液配比和注入方式，可以有效地改造非常规油气储层，实现增产稳产。
二、智能化采油技术智能化采油技术是非常规油气储层开发的新方向之一。
智能化采油技术通过传感器、数据采集系统和自动控制系统等设备，实现对油气储层的实时监测和控制。
这一技术可以帮助开发者更精准地掌握储层状态、优化生产方案，并及时调整开采参数，以提高非常规油气的产量和稳定性。
智能化采油技术主要包括井底传感器系统、智能油藏管理系统和自动控制系统。
分段压裂技术在非常规油气藏中的应用优势探讨
分段压裂技术在非常规油气藏中的应用优势探讨随着常规油气资源的逐渐枯竭，非常规油气藏的开发成为能源领域的热门话题。
而分段压裂技术作为一种常用的增产技术，对于非常规油气藏的开发具有重要意义。
本文将就分段压裂技术在非常规油气藏中的应用优势进行探讨。
首先，分段压裂技术能够有效增加产能。
在非常规油气藏中，含砂量大、渗透率低，并且页岩等岩石的渗流性能差，使得油气无法顺利流出。
而采用分段压裂技术，可以通过水力压裂将岩石中的裂缝扩大，增加储集层的渗透性，从而提高油气的产量。
而且由于压裂是针对不同的地层段进行的，使得能够有选择性地增加产能，进一步提高开发效益。
其次，分段压裂技术能够优化油气藏的开发效果。
非常规油气藏的储集层往往呈现出复杂的构造和非均质性。
采用传统的整个井段压裂技术无法充分利用储集层的储量。
而分段压裂技术可以根据储集层的特性，对于不同的地层段采取不同的施工工艺和压裂参数，以实现更好的开采效果。
同时，分段压裂技术能够充分考虑井段间的流体交换和通讯效应，改善油气的采收率和产能分布。
第三，分段压裂技术可以降低开发成本。
由于非常规油气藏的特殊性，开发和生产的成本相对较高。
而分段压裂技术可以减少投资和设备费用，提高开发效率。
相比于整个井段压裂，分段压裂技术可以更加准确地确定各个压裂片的位置和压裂参数，避免资源的浪费和工艺的不必要复杂性。
同时，由于分段压裂技术可以根据油气藏的特点进行定制化的施工设计，进一步降低了开发成本。
此外，分段压裂技术还具备一定的环保优势。
由于非常规油气藏的开发一般涉及大量的水和化学添加剂，可能对环境造成潜在风险。
而分段压裂技术可以通过优化施工设计，减少化学添加剂的使用量，降低对环境的影响。
同时，分段压裂技术还可以减少井底流体与地下水之间的交叉污染，提高开采的安全性和可持续性。
当然，分段压裂技术在应用过程中也存在一定的挑战和局限性。
分段压裂技术需要准确判断非常规油气藏的特征，并进行合理的施工设计。
国外非常规储层压裂新技术及未来技术发展讲义
一.直井分层改造技术
主体技术
技术特点
适用条件
连续油管喷砂射孔环空加砂分层压裂（CobraMax）
水力喷砂射孔，环空加砂压裂，砂塞封堵或底封隔器封堵。压裂层数无限，最高单井连续施工19层。
套管完井实际垂深≤3100m井底温度≤140℃
TAP套管滑套分层压裂 (treat and production)
5.高密度压裂液
五、压裂酸化材料
第18页/共33页
2008年，加重压裂液第一次用于深层致密气藏。沙特，F_2井，储层深度5547.1-5895.4m，3小层，射孔段长30.48m，渗透率0.0247～0.1 md，孔隙度5-15%，地层压力75-90MPa，地层温度157-191℃，应力梯度0.0248，天然裂缝发育该地层富含石英，有大量的伊利石和石英胶结新NaBr加重体系，密度1.47g/cm3，耐温177 ℃，瓜胶体系为CMHPG，用量0.6%。这个体系可以应用于150 ℃，但要用于177 ℃以上地层且具有良好的交联性能和长的耐温时间，稠化剂用量将超过0.6%
裸眼完井，耐温218ºC，耐压150MPa
快速可钻式桥塞分段压裂
水力泵送桥塞，桥塞座封，多级点火射孔，套管压裂，连续油管钻除桥塞。压裂段数无限。
套管完井，适用多种套管尺寸，耐温232ºC，耐压86MPa
第5页/共33页
美国Bakken油层地层深度2745-3230m渗透率0.0001-1mD（0.005-0.1mD占优）孔隙度2-12%（4-8%占优）水平段长度365.7-3962m采用裸眼封隔器分段压裂平均排量6.2m3/min，平均压力49.5Mpa最多分压18段，压后平均日产油130m3
四.裂缝检测技术
第11页/共33页
非常规油气藏形成机理及开发关键技术以川西坳陷上三叠统气藏为例
非常规油气藏形成机理
1、川西坳陷上三叠统气藏的成 因和基本特征
川西坳陷上三叠统气藏位于我国四川省西南部，主要包括四川盆地内的多个 坳陷和构造带。这些气藏的形成主要受控于地质历史时期的地质事件、盆地构造 演化、沉积环境等因素。上三叠统气藏以生物气为主，其中以四川盆地内的须家 河组、自流井组和龙潭组为主要储层。这些储层具有低渗透、低孔隙度、非均质 性强等特点，是形成非常规油气藏的重要条件。
（3）沉积作用：沉积环境对储层的质量和分布具有重要影响。在川西坳陷 上三叠统气藏中，不同沉积环境形成的储层具有不同的特征和分布规律。
3、川西坳陷上三叠统气藏的形 成规律和基本特点
川西坳陷上三叠统气藏的形成规律和基本特点主要包括以下几个方面： （1）非常规油气藏形成于晚三叠世，具有较长的成藏期；
结论本次演示以川西坳陷上三叠统气藏为例，探讨了非常规油气藏形成机理 及开发关键技术。
参考内容
非常规油气藏开发的重要性和意 义
非常规油气藏是指那些在传统技术和经济条件下难以开发和利用的石油和天 然气资源。随着全球能源需求的不断增长和石油资源的日益枯竭，非常规油气藏 的开发逐渐成为各国能源战略的重要方向。本次演示将介绍非常规油气藏的形成 机理和开发关键技术，并探讨未来发展方向。
（1）储层低渗透、低孔隙度、非均质性强，导致产能低下和开发难度大；
（2）气藏分布不均一，储量规模小，资源品质差异大； （3）复杂的成藏规律和影响因素增加了预测和评估的难度；
（4）开发过程中涉及到的环境保护和安全生产等问题。
2、川西坳陷上三叠统气藏的开 发关键技术和策略
针对川西坳陷上三叠统气藏开发的难点和挑战，可以采取以下关键技术和策 略：
2、川西坳陷上三叠统气藏的形 成机理和内在因素
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
− 北美的非常规作业每3个中就 GULFCOAST
33%
有1个(33%)
ROCKIES
32%
− 国际市场中每5个中就有1个 WILLISTON/BAKKEN
30%
(20%)
MARCELLUS/UTICASHALE
25%
PERMIANBASIN
22%
▪ 总结出：“蛮力”不是解决
EAGLEFORDSHALE
18% 14%
施工人员缺乏经验/人为错误
13%
4 地面设备问题
12%
胶液没有破胶
1%
提高储层认知度
我们看到了什么– Barnett 案例
70%的产气量 30%
生产剖面
½ 的射孔
20%
10%
0% 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
SPE 103202
应力
3.5
H3
2.5 2
• 在中等盐度水中性能优越 • 高浓度盐水中性能较好
总悬浮固体(TSS)
25 m (limits to be further defined)
总溶解固体 (TDS)
10,000 mg/L
20,000 mg/L
大于100,000 mg/L
(还未确定上限)
总多价阳离子
(e.g. Ca2+ + Mg2+ + Fe3+)
案例#1 – Seneca Resources
SPE 159681 – 2012ATCE
案例#1 – Seneca Resources
84,000 ft3/ft
132,000 ft3/ft
SPE 159681 – 2012ATCE
案例#1 – Seneca Resources
结果
▪ Mangrove设计的所有井泵入更多的支撑剂，并且泵速更高，压力 更低
30
30.00
20
20.00
0.5 gpt B145 SGL Tap wat添er a加mb降ient阻tem剂p 后的 0.5 gpt J609 SGL Tap wate目r 标 ambient temp
10
10.00
0
0
0.2000
40
60
80
100
120
140
160
180
Time (sec)
0
Hydraulic Fracture
Natural Fracture
Cross?
Dilate?
Dilate & Reactivate?
TerraTek
LargeBlock
Test Experiments
SPE139984
水力压裂模拟
Wiremesh
非常规裂缝网络模型
案例#1 – Seneca Resources
8000 7000 6000
Barnett Woodford
Fayetteville Eagle ford
5000 Marcellus Haynesville
4000
3000 2000 1000
0
将成熟的理念方法用到其他的油田
• 提高产量 • 加速理解
但是…
• 需要利用巨大的资源 • 采收率仅12-15% • 技术仍在发展提高
20%
25%
30%
% from Perf Cluster
Perf Cluster
28 25 22 19 16 13 10 7 4 1
0%
2%
4%
6%
8% 10% 12% 14%
% from Perf Cluster
100多口页岩气水平井生产测井的普遍现象。
基于Petrel平台的综合工作流程
构造 岩性
主裂缝 井筒
主裂缝 井筒 连接点 (次裂缝)
连接点 (次裂缝)
岩石结构
间距
0.5, 6, …ft
2 3
岩石结构
间距
0.5, 6, …ft
2 3
滑溜水降阻剂
- H-O-H -
-
-
淡水
-
H-O-H
-
-
H-O-H
-
H-O-H
Mg2+ -
-
H-O-H
Ca2+
-
H-O-H
-
盐水
Mg2+
--
-
-
-
Ca2+
H-O-H
井
完井设计方法
平均破裂压力 (psi)
平均地面压力 (psi)
平均泵速 (bbl./min)
支撑剂实际用量 vs. 设计
更低的地 面压力 更=多的支撑剂铺置 A
B&C
几何方式 工程设计
5572
7277
5160
7095
69.7
68%
81.1
83%
区别
工程设计
93%
97%
116%
122%
SPE 159681 – 2012ATCE
▪ 改造体积提高57%，并沿井筒更加均匀分布 ▪ 试气产量提高
Well
WellA WellB WellC
完井方式
几何方式 工程设计 工程设计
MaxFlow
Tubing
(mmscfd/1000’) Press.(psi)
450
1500
600(+33%) 1800
640(+40%) 1800
Choke
5/8” 5/8” 5/8”
10
20
30 40
50
60
70
Rate(L/min)
斯伦贝谢公司的降阻剂：
配液用水
降阻剂@ 0.5gpt
B315 淡水降阻剂
B145
J609
中浓度盐水降阻剂 高浓度盐水降阻剂
总结
• 在淡水中性能优越 • 中高盐度水中不推荐
使用
•在淡水中性能优越
•中等盐度水中性能较好 •水温较低时水化较慢
• 在淡水中性能较好
无破胶剂
MMCF
▪收集分析90口井数据
▪低破胶剂浓度：1ppt过硫酸氨 ▪高破胶剂浓度：4.2ppt过硫酸氨 ▪6个月后产能增加50%
累
计
高破胶剂浓度
产
量
（
低破胶剂浓度
）
时间（月）
通过提高破胶剂浓度，可以使裂缝的导流能力保持较高的水平，获得较好 的长期措施效果。
破胶剂优选
胶囊破胶剂
AP
过硫酸氨
J475
剪切敏感性 粘度 (cP) @ 100 s-1
ThermaFRAC高温液体体系
高
• 200 ~ 375 ℉ [93 ~ 191 ℃]
• 兼具硼和锆交联液体体系的优点
• 消除了剪切敏感性
• 提高了热稳定性
低 温度 （℉）
时间(分钟)
破胶剂优选
导流能力恢 复率
82oC,350-400#/Mgal冻 胶，关井12小时
80 Tap water (Sugar Land,PTXr)e. s20s-u25rdeeginC. Falo0w.r5at"e ~P18igppme. vs. Rate
70.00
70
60.00
60
50
50.00
40
40.00
0.5 gpt B315 SGL Tap water ambient temp
支撑剂的发展
− 支撑剂的导流能力随时间一直在提高
− 提高支撑剂的强度 − 粒径分布 − 树脂涂层
− 一直没有改变的是: 支撑剂的圆球形状
16000 14000
12000 10000
8000 6000 4000 2000
0
石英砂 2.6
100%SiO2
低度陶粒
中强陶粒
2.7
3.2
比重, g/cm3
高强陶粒
F108/F111/F112 –防水锁助排剂
作用机理
实验液体：溶液实验环境：
表面活性剂
表面张力
无
接触角度
毛细管作用力
15倍
P c 2 cos
r
毛细管作用力的定义
降低表面张力， 但不可能降低到 0
接触角增大趋于90 ， 极大的降低毛细管作用力
压裂材料优选
2. RodPROP柱状支撑剂
闭合应力, psi
非常规油气藏压裂新技术
斯伦贝谢油井增产服务部
内容提纲
▪ 基于地质和油藏建模的优化压裂设计（Mangrove）
− 处理水平段的非均质性 − 认识和利用复杂裂缝
▪ 压裂材料优选
− 适应性的压裂液体系 − RodPROP柱状支撑剂
▪ 压裂工艺新技术
− HiWAY高速通道压裂技术 − BroadBand Sequence“宽带”压裂技术 − FiberFRAC纤维压裂技术 − MaxCO3新型转向酸技术
SPE 159681 – 2012ATCE
压裂材料优选
1. 适应性的压裂液体系
各类压裂设计的目标: 页岩
▪ 常规压裂裂缝：
- 较宽，高导流
- 高支撑剂浓度→粘性胶液
▪ 滑溜水压裂:
- 更大的压裂改造体积(ESV) - 低砂比，低粘度液体
主裂缝 井筒
▪ 混合型压裂:
- 较大改造体积，高近井地带导流 能力
Petrel支持从地震到模拟的工作流程
水力压裂是对油气藏的永久性改造
DFN
Mangrove模块弥补了Petrel在完井和压裂设计优化
定义天然裂缝网络 相结合方面的空缺