斯伦贝谢多级压裂技术
国外储层改造新技术
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1、非常规水平井压裂技术引领储层改造迅速发展
水平井压裂技术引领储层改造在储层评价、压裂机理认识、压裂材料、工艺技术等方面不断进步
技术名称 多级压裂 滑溜水压裂
水力喷射压裂 重复压裂 同步压裂
氮气泡沫压裂 大型水力压裂
技术特点
适用性
多段压裂，分段压裂，技术成熟，使用广泛
国国根西非大拿比哥西兰国威利度拉基利克典麦拉国洲伦尼兰耳洛内国撒陶
廷哥
利大亚拉
圭斯维兰
圭
其比斯
其哥瑞
哈宛
亚
坦亚
他亚
拉
拉
资料来源 ：EIA, 2011
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3、市场需求和集成创新是压裂技术进步的源动力
由常规油气勘探开发向非常规油气勘探开发的发展过程是地质认识、钻井及压裂工程不断进步的过 程
Source: Baker Hughes, IHS
Source: HPDI
水平井是页岩气开发的主要井型，水平井成本为直井的1.5～2.5倍，但初始开采速度、控制储量和最终评价可采
储量却是直井的3～4倍
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1、非常规水平井压裂技术引领储层改造迅速发展
在低渗透致密储层勘探开发过程中，水平井多级分段压裂技术已经成为主导，其技 术的复杂程度、施工的规模及成本投入远远大于常规直井的压裂及酸化措施
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3、市场需求和集成创新是压裂技术进步的源动力
集成创新决定了压裂的关键技术并不能够等待原始创新，市场需求决定了最新、最先进的 技术在某个地区不一定适用，必须有针对性地选择
压前地质研究
裂缝模式判断
压裂泵阀箱 制造标准
前言压裂车用于石油油井的压裂,陶粒砂、压裂液等介质通过液力端产生高压使地层瞬间开裂,同时介质渗入裂缝中使原油溢出，液力端总成是压裂车上一重要易损件是石油油井维护和提高油产量的重要设备。
本标准结合了国外（斯伦贝谢，哈里伯顿公司的技术规范,具体阐述了液力端相关的加工技术,有利于该类产品的技术指导。
一、压裂泵阀箱锻件：1.（斯伦贝谢；N14，规范号506562000、N22，规范号507643000）哈里伯顿：4330V改型，规范号D0030175-C版，包括锻造要求，化学性能，机械性能等要求。
2. 4330V改型钢阀箱锻件热处理：70.94191-D版。
3. 关键部位湿磁粉探伤：70.94154-G版。
4. 标准部位湿磁粉探伤检验：70.94158-J版。
5. 阀箱预应力：278.87558-O版。
二、加工流程：1.粗铣面—超声波探伤--粗加工—热处理—抛丸清理—渗透探伤---精加工---磁粉探伤---试压---内腔喷丸处理---外形抛丸---（内腔淡化处理）--磁粉探伤—三坐标检测—装配—油漆—包装。
三、液力端阀箱规格型号：1. TG06---300泵-3.75”。
TI06---300-4”、3ZB70-295----300-4.5”TH06---300-5”。
2. HT400-3.375”. HT400-4”，HT400-4.5”.3. TWS600S-2.5”，TWS600S-3”,TWS600S-3.5”,TWS600S-4”TWS600S-4.5”.4. QWS1000S-3”,QWS1000S-3.5”.5. TWS SPM2000-4.5”,TWS SPM2000-5”,QWS SPM2000-4”,QWS SPM2000-4.5”，QWS SPM2000-5”.6. GD2250SGWS-4.5”GD2250SGWS-5”GD2500SGWS-4”GD2500SGWS-4.5”GD300-4.5”7.5ZB2500-4”,5ZB2500-4.5”,5ZB2800-3.75”,5ZB2800-4”,5ZB2800-4.5”,5ZB2800-5”8. OPI1800-4”,OPI1800-4.5”,OPI1800-5”.9. RR1500-4”,RR1500-3.75”.10. JMAC2250-4.5”Y型，FMC2700-4”四、动力端： 300泵， 600S, 5ZB2500， 5ZB2800，五、井下工具，井口保护器。
国外页岩气水力压裂技术及工具一览
国外页岩气水力压裂技术及工具一览页岩储层具有超低孔低渗特性，钻完井后需要压裂改造后才得到经济产量。
国外油田服务公司最新工具达到了很高水平，水平井裸眼封隔器投球滑套分段压裂技术用高强度低密度球级差达到1/16in，封隔器耐压差达到70MPa，TAM公司自膨胀封隔器最高可达302 °C ；泵送桥塞射孔分段压裂技术所用桥塞可分为：堵塞式、单流阀式和投球式复合桥塞，桥塞耐压差达103.4MPa，耐温232 °C ；哈里伯顿CobraMax H连续油管喷射工具系统，目前最多达到44段。
这些为国内页岩气水力压裂完井方式与压裂工具的选用打下基础。
从应用工具角度看，分段压裂工艺方面主要包括：水平井裸眼封隔器投球滑套分段压裂技术，泵送桥塞分段压裂技术，水力喷射分段压裂技术。
从压裂工具方面分析，目前页岩气压裂技术有可膨胀封隔器/裸眼封隔器+滑套多级压裂，泵送桥塞射孔压裂联作多级压裂，水力喷射压裂等。
在美国的页岩气开发技术中，可膨胀封隔器/裸眼封隔器+滑套多级压裂，泵送桥塞射孔压裂联作多级压裂技术比较成熟，使用比较广泛，可适用于较长的水平段；水力喷射压裂可实现准确定位喷射，无需机械封隔，节省作业时间，非常适合用于裸眼井、筛管井以及套管中井。
1、水平井裸眼封隔器投球滑套多级压裂系统封隔器投球滑套多级压裂技术一般采用可膨胀封隔器或者裸眼封隔器分段封隔。
根据页岩气储层开发的需要，使用封隔器将水平井段分隔成若干段，水力压裂施工时水平段最趾端滑套为压力开启式滑套，其它滑套通过投球打开，从水平段趾端第二级开始逐级投球，进行有针对性的压裂施工。
水平裸眼井多级压裂目前已经是北美页岩气压裂开采主要技术手段，并越来越受到作业者的欢迎。
水平井多级压裂技术关键在于封隔器（压裂封隔器和可膨胀封隔器）和滑套可靠性和安全性能，尤其是管外封压裂管柱的可膨胀封隔器和开启滑套的高强度低密度球材料决定技术的成功与否。
目前国外油田服务公司都有自己成熟的工具，高强度低密度球级差达到1/16in，封隔器耐压差达到70MPa，TAM公司耐高温自膨胀封隔器最高可达30 °C 。
【钻采技术】斯伦贝谢UltraMARINE 海水基压裂液
金正纵横信息咨询有限公司
1【钻采技术】斯伦贝谢UltraMARINE 海水基压裂液UltraMARINE 海水基压裂液针对海上压裂作业，优化在井筒工况的性能表现，该体系热力学稳定性佳，适用温度范围80-163℃。
通过控制工作液PH 值，该技术可以有效抑制液体结垢趋势，降低杂质沉降风险。
根据测试结果，该体系对高矿化度水源适应性很好，即使矿化度超过100000ppm，依然表现良好。
UltraMARINE 海水基压裂液降低了对淡水资源的依赖，有利于在淡水资源缺乏的条件下施工。
图17UltraMARINE 海水基压裂液在
140-250℉下的性能表现
图18145-300℉下，UltraMARINE
海水基压裂液与常规体系性能对比
（来源：金正纵横翻译事业部编译）。
页岩气储层评价(斯伦贝谢公司)
页岩气储层评价斯伦贝谢DCS 2010年5月汇报提纲页岩气藏特征 页岩气储层评价技术 实例2 5/18/2010页岩气藏普遍特点有机质含量丰富 烃源岩 含吸附和游离状态气体 超低渗 (~100 nD, 0.0001 mD) 低孔 (~ 5%) 含气量大 采收率变化大 生产寿命长( 30-50 年). (Barnett页岩气田开采寿命可达80～100年) 游离状态天然气的含量变化于20%-85%之间 增产措施：水平井、多级压裂页岩气藏普遍特点有机含量丰富的页岩 烃源岩 含吸附和游离状态气体 超低渗 (~100 nD, 0.0001 mD) 低孔 (~ 5%) 含气量大 采收率变化大 和单井产量低 生产寿命长( 30-50 年). (Barnett页岩气田开采寿命可达80～100年) 游离状态天然气的含量变化于20%-85%之间 增产措施：水平井、多级压裂采收率 (%) 全球常规气储量：6,300 tcf/178.4万亿方 全球页岩气储量：16，112tcf/456万亿方 中国页岩气储量：3528tcf/99.9万亿方 引：BP Statistical Review of World Energy, June 2008A O/NA L BA B L O/NAAntrim (Michigan) Barnett (Texas) Lewis (New Mexico) Ohio/New Albany页岩气藏普遍特点有机含量丰富的页岩 烃源岩 含吸附和游离状态气体 超低渗 (~100 nD, 0.0001 mD) 低孔 (~ 5%) 含气量大 采收率变化大 和单井产量低 生产寿命长( 30-50 年). (Barnett页岩气田开采寿命可达80～100年) 游离状态天然气的含量变化于20%-85%之间 增产措施：水平井、多级压裂页岩气藏岩性的特点狭义：页岩中的天然气 广义：致密细碎屑岩中所含有并可采出的 天然气致密砂岩和常规油气藏粘土质质和 粉砂 含 砂质Double_shale_interim_14_segment_001骨架组成增加 量的硅质页岩油气藏钙质干酪根特性干酪根特征• • • • • • •吸附甲烷气能力强 不能溶解于水 不属于孔隙的一部分 低密度 (1.1 to 1.4 g/cm3) 通常较高的自然伽玛值 低的光电吸收指数(0.28) 较高的中子孔隙度 (30 to 60 pu)气体特征游离气—存储于孔隙中 吸附气—吸附于干酪根或微孔 隙表面• •有机质含量页岩气藏的有机碳含量最低 标准原则上应大于2.0 %。
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
石油工程技术 压裂返排液处理与重复利用技术
压裂返排液处理与重复利用技术1压裂返排液处理技术1.1达标外排为了有效防止生态环境及地下水污染，近几年国家能源局大力推进压裂返排液处理技术研究。
目前，我国压裂返排液外排的水质标准采用的是石油天然气行业标准SY/T5329—2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》和国家标准GB8978—1996《污水综合排放标准》，主要水质指标包括pH值、色度、悬浮物、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、石油类及细菌含量。
处理工艺包括pH 调节、混凝沉淀、油水分离、杀菌及氧化处理等，最后通过清水稀释达到安全排放标准后再进行外排。
由于返排液的复杂性和稳定性，导致处理难度大，成本太高，而且现有的处理工艺都无法去除返排液中的高浓度盐类物质。
虽然各类标准都未对盐类物质作具体要求，但高浓度的盐水排入生态环境会造成许多不良影响。
另外，对于大多数缺水区域，对大量的返排液进行处理后外排也是对水资源的浪费，因此将返排液处理后外排并不是一个好的选择。
1.2处理后回注将压裂返排液经过处理达标后再回注地层，这不仅可以有效解决返排液的排放问题，还能弥补注水开发过程中对用水的需求。
处理后的返排液需达到石油天然气行业标准SY/T5329—2012《碎屑盐油藏注水水质推荐指标及分析方法》的要求方能进行回注，同时还要采取切实可行的措施，防止地层污染。
由于回注水仅对油含量、悬浮物含量及粒径有较严格要求，因此相对于返排液处理后外排，对其处理后再回注不仅可以节省大量水资源，同时也降低处理成本。
然而，由于返排液不仅悬浮物含量高，而且黏度大，性质稳定，必须对其进行氧化、絮凝及过滤等操作后方能达到回注要求，因此需要外运到回注站进行集中处理，而回注站的处理能力一般很难满足大规模返排液处理的要求，且成本高、地下水环境风险不明确。
另外，这种处理方式对返排液中大量残余的稠化剂也是一种浪费。
因此，对返排液进行处理后回注也并非是最佳选择。
1.3处理后重复配制压裂液随着非常规油气资源开采力度加大，压裂用水量和压裂废水急剧增加。
2014斯伦贝谢公司石油工程新技术(三)
2014斯伦贝谢公司石油工程新技术(三)1. TCC HAMMERMILL技术TCC HAMMERMILL技术通过将基液与钻屑分离，来降低岩屑对环境的影响。
其可使固体上的油涂层蒸发，而不会破坏钻井液的有机馏分。
处理后的钻屑非常干净，含油量不到总石油烃含量的1%，可直接处理或用作建筑填料。
除了清洁钻屑外，TCC HAMMERMILL系统还可用于清洁储油罐底层的污物与油泥。
2. WellWatcher 远程监测系统WellWatcher远程监测系统采用具有超低功率电子设备的井下测量仪器和地面设备，其中，电子设备由位于地表的单个小锂电池驱动。
它通过精确的井下测量值来进行实时评估，帮助石油公司在油井或油田开采期内优化井生产率，提高油气采收率。
WellWatcher远程监测系统的特点包括：用户界面简单，储层条件下测量可靠且稳定，具有多支路能力，可用于没有永久电源的边远地区等。
3. Petrel Shale软件Petrel Shale软件用来提供从页岩油气勘探到开采整套工作流程的解决方案，包括优化工作流程，提高投资效率等。
客户可以根据自己需求来定制该软件。
同时，基于地理地质信息的评估模型，客户可以自行完成决策，梳理工作流程，实现资本回报的最大化。
4. IsoMetrix海洋等距地震技术IsoMetrix海洋等距地震技术主要适合深海勘探作业。
其能够传输高保真地震数据，同时克服空间带宽兼顾问题，突破了常规海洋地震采集方法的局限。
斯伦贝谢的IsoMetrix海洋等距地震技术目前已经在4大洲部署。
5. Quanta Geo储层地质仿真技术Quanta Geo储层地质仿真技术通过采用业内首个微型电阻率成像仪，有针对性地形成井底油基泥浆(OBM)仿真芯形图片。
其特点为：具有独特的测井能力，能够提供高质量数据，具有不受限制的全新物理成像技术，在高测井速度下能够进行仿真成像，使用Techlog平台进行储层建模，从而实现最高质量最低风险的钻井作业。
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Plan for Success 向着成功努力
桥塞射孔压裂
■ 在水平井中运送桥塞和射孔枪的方法是通过泵入液体把枪串 顶入到水平段
■ 成本是连续油管或油管输送射孔的1/3，速度提高3倍 ■ 与其他方式相比，现场对工艺和设备的要求较少
■ 主要挑战– 顺利泵送是提高整体效益的关键
■ 如果桥塞提前坐封需要下入连续油管磨铣 ■ 第一级仍然需要连续油管或者类似设备打开通道，否则无法泵送
■ 效率和或产量 ■ 储层特性 ■ 物流和施工挑战
■ 过顶要求，工具和泵送设备的可用性，交货期等
■ 法律规章
■ 单一的解决方案无法为整个市场服务
■ 尽早的了解储层特性是成功的关键
■ 在前期可考虑多种完井方式并行 ■ 效率带来的好处会随着时间推移而更加明显
■ 方案的效率必须跟上市场的发展
Plan for Success
■ 尤其在低温条件下
■ 已应用于多个多级压裂工艺
Plan for Success 向着成功努力
TAP
Plan for Success
19
向着成功努力
TAP - 固井滑套
■ 固井完井过程中连续泵注 ■ 可应用ELEMENAL可降解压裂球 ■ 优点
■ 不需要磨铣桥塞 ■ 立即生产
■ 进一步改进
■ 增加级数
特别为长距离水 平段设计
铝制桥塞 宽泛的应用压力& 温度 – 高至15ksi / 400 oF
禁得住多次压力 和温度的循环变 化
防提前坐封设计
复合材料桥塞 4-1/2” and 5-1/2” 10k psi / 350 oF 钻磨快
防提前坐封设计
最大过流面积
液压坐封或膨胀 式裸眼封隔器 31 级 => 4 ½” 36 级 => 5 ½” 10k psi / 350 oF
Surface Casing 9 5/8" @ 1500'
完井顺序
1. 套管串下入井内 2. 固井 3. 下入连续油管 4. 第一级进行射孔压裂 5. 下入桥塞和射孔枪，之后进行压裂 6. 按顺序完成剩余级数 7. 钻磨桥塞后生产
Plan for Success 向着成功努力
TAP Rupture Disc Valve
缝贡献产能（例如加拿大的Bakken）
R&D Project Fit
■ 目前的裸眼完井工艺基本达到级数极限 ■ 纤维辅助转向技术可提高每级压裂面积
Mercury shows good promise with current and future requirements
– Stage count is limited to 20 at each time. Zipper fracturing is required for an unlimited stage count application
Qinghai Tuha
SSOC
PCOC Da Gang
SWOGC
Plan for Success 向着成功努力
SCP
在中国已应用超过200口井！
多级压裂工具产品组合
固井完井
裸眼完井
Kickstart破裂阀
TAP 投球阀
桥塞 - Copperhead
桥塞 - Diamondback
Falcon 裸眼分级工具
防提前坐封设计
复合材料桥塞 4-1/2” and 5-1/2” 10k psi / 350 oF 钻磨快
防提前坐封设计
最大过流面积
液压坐封或膨胀 式裸眼封隔器 31 级 => 4 ½” 36 级 => 5 ½” 10k psi / 350 oF
Plan for Success 向着成功努力
多级压裂工具 发展方向
■ 平均钻塞时间10-15分钟
■ 最高能在70MPa，177oC的情况下工作
■ Copperhead – 铝制材料
■ 易磨铣；专用钻头
■ 平均钻磨时间20-30分钟
■ 优异的长时间分隔效果 ■ 最高能在105MPa，204oC下工作
Plan for Success 向着成功努力
第一级射孔 - 连续油管射孔
ELEMENTAL 可降解合金
Plan for Success
11
向着成功努力
11
裸眼完井工艺 – 常见的生产问题
裸眼封隔器
裸眼封隔器
裸眼封隔器
压裂滑套
压裂滑套
压差阀
循环阀
■ 部分井未能达到预期的产量 ■ 除了因为储层较差，通常可归因于简单的机械问题
■ 球的卡堵和破碎均可导致无法正常生产
■ 客户经常会“盲目”的将所有球座磨铣掉
■ 费用很大的压后处理措施
*SPE 138322 and 162657
Plan for Success 向着成功努力
线性球座示例
Plan for Success 向着成功努力
线性球座示例
Plan for Success 向着成功努力
线性球座示例
Plan for Success 向着成功努力
Falcon曲面球座示例
减少或避免干预措施 使用可溶解/可降解材料 无线射频识别 技术 简单，高效，可靠，灵活 提高井经济性
Plan for Success 向着成功努力
斯伦贝谢 完井部
上部完井工具, 安全阀， 封隔器，滑套，油藏隔 离阀等 筛管，砾石填充 智能完井，电子压力计， 流量控制阀，Smart Completion, gauges, FCV, DTS, Fiber Optics 多分枝完井 尾管悬挂器 多级压裂工具
■ 20,000-psi; 120 bpm; 10 PPA; 2个破裂盘确保 破裂阀100%正常工作
2013获奖项目
Plan for Success 向着成功努力
@ 13,865'
4 ½” 13.5# P110 to 14,000'
第一级射孔 – KickStart破裂阀
Surface Casing 9 5/8" @ 1500'
完井顺序
1. 在套管串中下入KickStart 2. 固井 3. 固井后，套管内憋压，打开破裂阀 4. 通过KickStart破裂阀进行第一级压裂 5. 下入桥塞和射孔枪 6. 按顺序完成剩余级数 7. 钻磨，生产
Plan for Success 向着成功努力
Hale Waihona Puke TAP Rupture Disc Valve
@ 13,865'
4 ½” 13.5# P110 to 14,000'
KickStart – 第一级无需射孔
固井 套管试压 开始桥塞射孔
压裂端口连接地层
关闭 打开
套管内部压力超过破裂片 额定压力，打开破裂阀
Plan for Success 向着成功努力
Plan for Success 向着成功努力
上海制造中心
Plan for Success
26
向着成功努力
塘沽基地
Plan for Success
27
向着成功努力
蛇口基地
Plan for Success 向着成功努力
CHG CPL Filed Operation statistics
Tu Ha
DaGang
CCLT
Plan for Success 向着成功努力
ShengLi EDC Chang Qing SWOGC KNOC CCLD CACT Husky CCLS CCLZ
/MSS
欢迎提问，谢谢！
■ 无需使用连续油管射孔或者油管传输射孔 ■ 对于完井步骤和固井体系没有影响 ■ 无需特别工具来触发 ■ 精准打开
3
向着成功努力
汇报内容
固井完井
裸眼完井
Kickstart破裂阀
TAP 投球阀
桥塞 - Copperhead
桥塞 - Diamondback
Falcon 裸眼分级工具
出色的使用记录 作为 4 ½” & 5 ½” 套管的一部分
可以替代第一级 使用连续油管射 孔或直管射孔， 从而开始泵送
通过固井层压裂
分级球座 作为 3 ½”, 4 ½” & 5 ½”套管的一部 分
■ 凹形球座的均匀受力保证了优良性能
Competition Falcon
失效的G10, 复合材料、碳纤维球，摘自SPE 162657
Plan for Success 向着成功努力
ELEMENTAL 可降解合金
■ 确保畅通的流动通道，省去后续的连续 油管磨铣施工
■ 球由特殊的合金材料制成 ■ 强度大于传统的压裂球 ■ 具有业界内最短的降解时间
ELEMENTAL degradable technology is having an impact in this market
– Degradable technology will be essential for developing technologies in this market
Plan for Success 向着成功努力
Falcon 裸眼封隔器工艺 – 释放产量
■ 将压裂球置于井底条件下进行测试
■ 200-350℉； 压差为10,000 psi； 测试时间为2 小时
■ 复合材料和酚醛材料球均失效
■ 球被拉长或挤碎 *
■ Falcon 常规球由质量较轻的镁合金材料制成
■ 无变形，避免球座的卡堵 ■ 可完整返排 (无破碎); 如需要也易于被磨铣掉
■ 层间距的缩短和水平段长度的增加正在使压
Unlimited stage count and full bore access are the way forward