井下多級(jí)壓裂工具組設(shè)計(jì)方案及應(yīng)用技術(shù)研究

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1、井下多級(jí)壓裂工具組設(shè)計(jì)方案及應(yīng)用技術(shù)研究前言目前，儲(chǔ)層品質(zhì)由相對(duì)優(yōu)質(zhì)化向劣質(zhì)化轉(zhuǎn)變已經(jīng)不是一個(gè)區(qū)域、一個(gè)油田的問題，而是中國(guó)乃至全球油氣田開發(fā)共同面臨的難題。低滲透、超低滲透油氣儲(chǔ)量正成為我國(guó)各主力油田的上產(chǎn)主體。同時(shí)，世界在頁(yè)巖氣、致密油氣等非常規(guī)油氣儲(chǔ)量上尋求突破的迫切需求，也使壓裂技術(shù)的地位與日俱增，作用日益凸顯，越來越受到作業(yè)者的歡迎。通過對(duì)本課題的深入研究，形成了多種壓裂方式的技術(shù)報(bào)告和技術(shù)對(duì)比，確定了多級(jí)壓裂工具組的研究方向。一、課題概況1、國(guó)外非常規(guī)油氣技術(shù)迅猛發(fā)展近年來，國(guó)外以美國(guó)頁(yè)巖油氣為代表的非常規(guī)油氣勘

2、探開發(fā)飛速發(fā)展，并逐步形成了非常規(guī)油氣水平井勘探、鉆井、完井、壓裂、裂縫監(jiān)測(cè)等系列配套技術(shù)，建立了較為完善的勘探開發(fā)理念。在技術(shù)不斷配套完善的同時(shí)，也形成了甜點(diǎn)勘探、優(yōu)快鉆井、壓裂完井一體化、體積壓裂、“井工廠”管理模式等成熟的勘探開發(fā)理念。美國(guó)已鉆頁(yè)巖油氣水平井?dāng)?shù)量達(dá)50000多口，水平井多級(jí)分段壓裂完井技術(shù)已日趨成熟，2011年美國(guó)共完鉆非常規(guī)油氣水平井8500多口，水平井占非常規(guī)油氣產(chǎn)量的90%以上，80%以上為“井工廠”模式。頁(yè)巖氣產(chǎn)量為1800億立方米，占美國(guó)天然氣總產(chǎn)量的34%。國(guó)外非常規(guī)油氣水平井多級(jí)分段壓裂完

3、井技術(shù)主要形成了水平井裸眼封隔器分段壓裂完井和泵送橋塞射孔分段壓裂聯(lián)作兩大主導(dǎo)技術(shù)，以兩大主導(dǎo)技術(shù)的突破為核心，配套形成了優(yōu)化設(shè)計(jì)、裂縫監(jiān)測(cè)、設(shè)備配套等技術(shù)系列，提供了有力支撐。創(chuàng)下分段最多90級(jí)，水平段段長(zhǎng)最長(zhǎng)4900m，單段最大加砂量450m3，單段最大液2550m3，80%以上的井為“井工廠”模式。2、國(guó)內(nèi)非常規(guī)油氣勘探開發(fā)邁出實(shí)質(zhì)性步伐我國(guó)非常規(guī)油氣資源儲(chǔ)量豐富。根據(jù)美國(guó)能源信息署在2013年公布的《頁(yè)巖油和頁(yè)巖氣技術(shù)可采資源量》數(shù)據(jù)，中國(guó)頁(yè)巖氣的技術(shù)可采儲(chǔ)量為31.6萬(wàn)億立方米，居全球第一位，是全球最有潛力的頁(yè)巖氣

4、生產(chǎn)國(guó)；頁(yè)巖油的技術(shù)可采資源量為43.7億噸，占全球總量的9%。此外，我國(guó)埋深2000米的煤層氣資源量約為35萬(wàn)億立方米；油砂資源量約1000億噸，可采資源量可達(dá)100億噸。從政策規(guī)劃角度來看，我國(guó)高度重視非常規(guī)油氣開發(fā)。目前，我國(guó)制定了諸多扶持政策：《全國(guó)礦產(chǎn)資源規(guī)劃（2008—2015年）》指出，要積極推進(jìn)油砂、油頁(yè)巖等非常規(guī)能源礦產(chǎn)的勘查開發(fā)利用；《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》指出，重點(diǎn)開發(fā)復(fù)雜環(huán)境與巖性地層類油氣資源勘探技術(shù)；《“十二五”規(guī)劃綱要》明確，要推進(jìn)煤層氣、頁(yè)巖氣等非常規(guī)油氣資

5、源開發(fā)利用；國(guó)家發(fā)改委《關(guān)于保障天然氣穩(wěn)定供應(yīng)長(zhǎng)效機(jī)制的意見》表明，中國(guó)將加大對(duì)天然氣尤其是頁(yè)巖氣等非常規(guī)油氣資源的政策扶持力度。除此之外，《煤層氣開發(fā)利用“十二五”規(guī)劃》《“十二五”頁(yè)巖氣勘探開發(fā)規(guī)劃》等政策都在整體規(guī)劃上對(duì)非常規(guī)油氣開發(fā)給予了有力支持。3、多級(jí)壓裂對(duì)非常規(guī)油氣開發(fā)意義當(dāng)前提高油氣采收率的策略包括大斜度井、大位移井、多層和采及二次完井，應(yīng)用這些技術(shù)的目的在于開發(fā)原先不具有經(jīng)濟(jì)性或難以開采的油氣層。利用地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)方面的新進(jìn)展，作業(yè)人員可以在防止井軌跡偏離產(chǎn)層上下邊界的同時(shí)將大斜度井鉆得更長(zhǎng)，從而大大的擴(kuò)大井

6、筒與地層的接觸面積。擴(kuò)大井筒與地層的接觸面積是許多此類長(zhǎng)分支井能否獲得成功的關(guān)鍵，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)容易開采的油氣層都是在多年前就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)并得到開發(fā)。因此，今天的作業(yè)公司更需要從儲(chǔ)層質(zhì)量可能較差的頁(yè)巖或老油氣田外圍的非常規(guī)或低滲透油氣層中開采石油和天然氣。大位移井在提高井筒與儲(chǔ)層的接觸面積方面具有十分重要的作用，而利用多級(jí)壓裂技術(shù)還可以進(jìn)一步擴(kuò)大其與地層的接觸面積。如圖1圖1多級(jí)壓裂可以大大增加接觸面積在直井中應(yīng)用壓裂技術(shù)可以將井筒與儲(chǔ)層的接觸面積擴(kuò)大到數(shù)百倍，而在水平井中，井筒與儲(chǔ)層的接觸面積會(huì)呈指數(shù)增長(zhǎng)。盡管在大斜度、大位

7、移井中應(yīng)用壓裂技術(shù)的成果令人鼓舞，但許多此類措施卻常常達(dá)不到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)或產(chǎn)量目標(biāo)，而問題的結(jié)癥在于其前期的完井技術(shù)。為了最大限度的提高井筒與地層的接觸面積，這些油井通常是裸眼完井，或是產(chǎn)層段利用割縫襯管或預(yù)射孔襯管完井。在裸眼井完井井段，利用常規(guī)的擠入壓井法幾乎不可能有效地對(duì)水平井段進(jìn)行增產(chǎn)處理，因?yàn)檫@樣的情況下，想要在地層中精確地布置壓裂液和酸液難度太大。利用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)通常只能處理井筒上部或底部，流體幾乎沒有任何機(jī)會(huì)流入中部或下部層段。如圖2圖2常規(guī)壓裂只能壓開水平井上部或底部如果作業(yè)公司選擇膠結(jié)襯管方式對(duì)水平井進(jìn)行完井，就

8、可以方便地隔離和處理單個(gè)產(chǎn)層。但是，與其他多層處理措施一樣，在各產(chǎn)層多次起下管柱非常耗時(shí)，而作業(yè)成本常常令這一增產(chǎn)措施得不償失。盡管存在這些障礙，但是由于水力壓裂作業(yè)確實(shí)能夠提高產(chǎn)量，因此，在各種類型的油氣井中實(shí)施這一技術(shù)的需求在不斷增長(zhǎng)。為了在成本和產(chǎn)量方面都能獲得更好的效益，服務(wù)公司正