微信公眾號(hào)
微信視頻號(hào)
微信公眾號(hào)
微信視頻號(hào)
頁(yè)巖儲(chǔ)層具有超低孔低滲特性，鉆完井后需要壓裂改造后才得到經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。國(guó)外油田服務(wù)公司最新工具達(dá)到了很高水平，水平井裸眼封隔器投球滑套分段壓裂技術(shù)用高強(qiáng)度低密度球級(jí)差達(dá)到1/16in，封隔器耐壓差達(dá)到70MPa，TAM公司自膨脹封隔器最高可達(dá)302℃；泵送橋塞射孔分段壓裂技術(shù)所用橋塞可分為：堵塞式、單流閥式和投球式復(fù)合橋塞，橋塞耐壓差達(dá)103.4MPa，耐溫232℃；哈里伯頓CobraMax H連續(xù)油管?chē)娚涔ぞ呦到y(tǒng)，目前最多達(dá)到44段。這些為國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣水力壓裂完井方式與壓裂工具的選用打下基礎(chǔ)。
從應(yīng)用工具角度看，分段壓裂工藝方面主要包括：水平井裸眼封隔器投球滑套分段壓裂技術(shù)，泵送橋塞分段壓裂技術(shù)，水力噴射分段壓裂技術(shù)。
從壓裂工具方面分析，目前頁(yè)巖氣壓裂技術(shù)有可膨脹封隔器/裸眼封隔器+滑套多級(jí)壓裂，泵送橋塞射孔壓裂聯(lián)作多級(jí)壓裂，水力噴射壓裂等。在美國(guó)的頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)中，可膨脹封隔器/裸眼封隔器+滑套多級(jí)壓裂，泵送橋塞射孔壓裂聯(lián)作多級(jí)壓裂技術(shù)比較成熟，使用比較廣泛，可適用于較長(zhǎng)的水平段；水力噴射壓裂可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位噴射，無(wú)需機(jī)械封隔，節(jié)省作業(yè)時(shí)間，非常適合用于裸眼井、篩管井以及套管中井。
水平井裸眼封隔器投球滑套多級(jí)壓裂系統(tǒng)
封隔器投球滑套多級(jí)壓裂技術(shù)一般采用可膨脹封隔器或者裸眼封隔器分段封隔。根據(jù)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)的需要，使用封隔器將水平井段分隔成若干段，水力壓裂施工時(shí)水平段最趾端滑套為壓力開(kāi)啟式滑套，其它滑套通過(guò)投球打開(kāi)，從水平段趾端第二級(jí)開(kāi)始逐級(jí)投球，進(jìn)行有針對(duì)性的壓裂施工，管柱如圖1所示。水平裸眼井多級(jí)壓裂目前已經(jīng)是北美頁(yè)巖氣壓裂開(kāi)采主要技術(shù)手段，并越來(lái)越受到作業(yè)者的歡迎。水平井多級(jí)壓裂技術(shù)關(guān)鍵在于封隔器（壓裂封隔器和可膨脹封隔器）和滑套可靠性和安全性能，尤其是管外封壓裂管柱的可膨脹封隔器和開(kāi)啟滑套的高強(qiáng)度低密度球材料決定技術(shù)的成功與否。
目前國(guó)外油田服務(wù)公司都有自己成熟的工具，高強(qiáng)度低密度球級(jí)差達(dá)到1/16in，封隔器耐壓差達(dá)到70MPa，TAM公司耐高溫自膨脹封隔器最高可達(dá)302℃。
QuickFRAC和StackFRAC HD Packers Plus公司是開(kāi)放完井多階段壓裂系統(tǒng)的先驅(qū)，并在設(shè)計(jì)和制造各種解決方案的革新方面是行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者。自2000年公司開(kāi)始運(yùn)營(yíng)以來(lái)，Packers Plus已經(jīng)完成了超過(guò)7750個(gè)系統(tǒng)，并負(fù)責(zé)了超過(guò)8萬(wàn)級(jí)壓裂。目前已經(jīng)研發(fā)了兩套最先進(jìn)的裸眼多級(jí)壓裂系統(tǒng)：QuickFRAC系統(tǒng)和StackFRAC HD系統(tǒng)。QuickFRAC系統(tǒng)原理是一次投入一個(gè)封堵球開(kāi)啟多個(gè)滑套的多級(jí)壓裂批處理系統(tǒng)，已實(shí)現(xiàn)15次投球進(jìn)行開(kāi)啟60級(jí)滑套的多級(jí)壓裂的施工，每級(jí)之間由RockSEAL II封隔器封隔，滑套為QuickPORT滑套。
另一套目前最先進(jìn)的是StackFRAC HD（High Density）高密度多級(jí)壓裂系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以多次投入同一尺寸封堵球開(kāi)啟多級(jí)滑套R(shí)epeaterPORT，有效增加壓裂級(jí)數(shù)，每級(jí)之間用RockSEAL II封隔器封隔。2011年12月，Packers Plus能源服務(wù)公司已成功安裝一個(gè)60級(jí)的裸眼完井系統(tǒng)，將124套工具串入井。
結(jié)合StackFRAC和QuickFRAC系統(tǒng)，可以更好地滿(mǎn)足客戶(hù)多級(jí)壓裂的需求。
FracPoint™系統(tǒng) 貝克休斯的FracPoint™多級(jí)投球打滑套壓裂系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速、連續(xù)的水力壓裂。每?jī)杉?jí)滑套之間可以選用液壓座封裸眼封隔器或自膨脹封隔器。壓裂完成一級(jí)后投球泵送打開(kāi)下級(jí)滑套，如此逐級(jí)進(jìn)行壓裂。整體壓裂完畢，密封球被從井內(nèi)返排處地面。
FracPoint™分段壓裂系統(tǒng)主要部件有：大扭矩懸掛器系統(tǒng)、液壓座封裸眼封隔器或自膨脹封隔器、抗高速?zèng)_蝕的投球打開(kāi)滑套、壓力打開(kāi)滑套、耐高溫高壓封堵球，井筒隔絕閥。
貝克休斯利用其FracPoint升級(jí)系統(tǒng)FracPoint EX多段壓裂系統(tǒng)在威廉森頁(yè)巖盆地成功進(jìn)行了一次24段完井作業(yè)，這也是單一井眼中滑套壓裂與封隔器完井系統(tǒng)目前達(dá)到的最高級(jí)別。滑套用封堵球材料為優(yōu)質(zhì)復(fù)合材料，耐壓58MPa，耐溫120°，球尺寸極差為0.25in（6.35mm）,目前正在研發(fā)的產(chǎn)品耐壓可達(dá)70MPa，尺寸級(jí)差可達(dá)0.125in（3.2mm）。該系統(tǒng)新設(shè)計(jì)了滑套球座系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖2所示，球座中增加了支撐環(huán)結(jié)構(gòu)，增加了壓裂過(guò)程中球座的耐壓能力。
DeltaStim Plus 20和RapidFrac系統(tǒng) 哈里伯頓DeltaStim Plus 20完井技術(shù)服務(wù)。服務(wù)涉及三種成熟的可靠工具：DeltaStim滑套，DeltaStim壓力開(kāi)啟滑套和Swellpacker隔離系統(tǒng)。DeltaStim完井可與VersaFlex尾管懸掛器一起下入井中。根據(jù)地層條件可使用Swellpacker隔離系統(tǒng)或Wizard Ⅲ封隔器實(shí)現(xiàn)裸眼完井的隔離，Swellpacker封隔器膨脹膠筒可膨脹至200%，可密封不規(guī)則裸眼井和套管井，也可以采用注水泥固井完井隔離。
DeltaStim Plus 20完井技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)在4.5in套管中可以分21級(jí)，5.5in套管中可以分26級(jí)，7in套管可以多達(dá)30級(jí)，開(kāi)啟球級(jí)差達(dá)到1/8in。機(jī)械開(kāi)關(guān)滑套可是現(xiàn)實(shí)多次開(kāi)關(guān)，并可實(shí)現(xiàn)無(wú)限級(jí)數(shù)壓裂。
哈里伯頓另外一套R(shí)apidFrac快速壓裂完井系統(tǒng)，提供了一種新的水平井多級(jí)完井方法，可以更加準(zhǔn)確地布置裂縫。RapidFrac系統(tǒng)可以一次投球打開(kāi)兩個(gè)可膨脹封隔器之間層段的多個(gè)滑套。為了確保增產(chǎn)的油藏體積最大化，在任何一個(gè)水平井完井中都可以同時(shí)使用多達(dá)90個(gè)滑套。與RapidFrac系統(tǒng)配套的是三種成熟工具：DeltaStim Lite滑套，DeltaStim壓力開(kāi)啟滑套和Swellpacker隔離系統(tǒng)。
Brigham勘探公司和William生產(chǎn)公司率先采用該技術(shù)，最初應(yīng)用在巴肯頁(yè)巖，目前已經(jīng)在全球的頁(yè)巖開(kāi)發(fā)中推廣。Brigham在巴肯頁(yè)巖應(yīng)用RapidFrac取得了成功。Williams為了證明該技術(shù)的真實(shí)效果，鉆出了兩口井進(jìn)行對(duì)比，一口井使用傳統(tǒng)的“堵塞+射孔”的壓裂系統(tǒng)，另外一口井使用RapidFrac系統(tǒng)。結(jié)果表明，新的RapidFrac完井系統(tǒng)明顯優(yōu)勢(shì)，完井時(shí)間比傳統(tǒng)技術(shù)縮短了一半以上，早起生產(chǎn)動(dòng)態(tài)非常好，認(rèn)為該技術(shù)是提高完井效率的一項(xiàng)重大進(jìn)步。
泵送橋塞射孔聯(lián)作多級(jí)壓裂系統(tǒng)
頁(yè)巖氣橋塞多級(jí)壓裂技術(shù)屬于機(jī)械封堵分層壓裂技術(shù)，適用于套管井，由于其具有分層壓裂段數(shù)不受限制、壓裂層位定位精確、封隔可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，受到各作業(yè)公司的歡迎。其作業(yè)流程為：井筒準(zhǔn)備，用合適尺寸通井規(guī)通井，第一段射孔；取出射孔槍?zhuān)M(jìn)行第一段壓裂；電纜作業(yè)下入橋塞及射孔槍?zhuān)蕉伍_(kāi)泵泵送橋塞至預(yù)定位置；點(diǎn)火坐封橋塞，上提射孔槍至預(yù)定位置，射孔；起出射孔槍和工具，投球至球座，封隔已壓層，壓裂作業(yè)；用同樣方式，根據(jù)水平頁(yè)巖層段設(shè)計(jì)段數(shù)，依次下橋塞，射孔，壓裂，過(guò)程示意圖3所示。
國(guó)外油田服務(wù)公司都有比較成熟的橋塞工具，根據(jù)結(jié)構(gòu)橋塞可分為三類(lèi)：全堵塞式復(fù)合橋塞、單流閥式復(fù)合橋塞和投球式復(fù)合橋塞，如圖4所示。橋塞耐壓差已達(dá)103.4MPa，耐溫232℃。
QUIK Drill可鉆式復(fù)合材料橋塞 貝克休斯QUIK Drill可鉆式復(fù)合材料橋塞，該橋塞可耐溫450℉（232℃），耐壓12500PSI（86MPa），材料為易鉆磨復(fù)合材料。貝克休斯QUIK Drill快鉆橋塞分為三類(lèi)：全堵塞式復(fù)合橋塞、單流閥式復(fù)合橋塞和投球式復(fù)合橋塞，其中投球式和單流閥式橋塞，可以再磨掉橋塞之前進(jìn)行試氣。全堵塞式在壓裂完成后全部磨銑掉，進(jìn)行生產(chǎn)。
Fas Drill ®系列快鉆壓裂橋塞 哈里伯頓Fas Drill®系列快鉆壓裂橋塞，普通單流閥式橋塞的球可在下井時(shí)提前預(yù)裝，跟橋塞一同下井，哈里伯頓設(shè)計(jì)了帶球籠的壓裂橋塞，單向閥為球籠式，這個(gè)工具是專(zhuān)為斜井設(shè)計(jì)的，防止在斜井段由于球的自由活動(dòng)無(wú)法形成密封。Fas Drill橋塞耐壓值可達(dá)到70MPa。根據(jù)適用溫度（華氏度）可分為四個(gè)系列：250系列，300系列，350系列和400系列，不同系列工具耐壓從5000psi（34.5MPa）到15000psi（103.4MPa）不等。主要產(chǎn)品尺寸規(guī)格有：4 1/2in，5in和5 1/2in。
Diamondback復(fù)合壓裂橋塞 斯倫貝謝公司Diamondback復(fù)合壓裂橋塞，主體為復(fù)合材料，耐壓8000psi（55MPa），耐溫達(dá)到275℉（135℃），尺寸規(guī)格有4 1/2in和5in兩種規(guī)格。
斯倫貝謝公司還有一種可鉆橋塞CopperHead，主體為鋁制材料，完全堵塞式橋塞。耐壓達(dá)10000psi（69MPa），耐溫350℉（177℃）。尺寸規(guī)格有2 7/8in、3 1/2in、4 1/2in、5 1/2in和7in。
為了滿(mǎn)足更高壓力和溫度要求，斯倫貝謝公司對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)了CopperHead Extreme可鉆橋塞，主體材料仍為鋁制材料。耐壓達(dá)15000psi（103MPa），耐溫達(dá)400℉（204℃），尺寸規(guī)格主要有4 1/2in和5in兩種規(guī)格。
水力噴射多級(jí)壓裂
水力噴射分段壓裂是一種最有效的壓裂增產(chǎn)措施。
噴射流體在底層中形成裂縫，通過(guò)油套環(huán)空泵入液體使壓裂層壓力小于裂縫延伸壓力，射流出口周?chē)黧w速度最高，其壓力最低，射流流體卷吸環(huán)空周?chē)后w，一起進(jìn)入頁(yè)巖目的層，驅(qū)使裂縫向前延伸，因目的層壓力低于裂縫延伸壓力，所以在噴射壓裂下一層時(shí)，以前壓開(kāi)層段裂縫不再延伸。水力噴射壓裂技術(shù)可以在裸眼、篩管完井的水平井中進(jìn)行加砂壓裂，也可以在套管井中進(jìn)行，施工安全性高，可以用一趟管柱在水平井中快速、準(zhǔn)確地壓開(kāi)多條裂縫，水力噴射工具可以與常規(guī)油管或連續(xù)油管相連接入井。
水力噴射工具關(guān)鍵部件是噴嘴，噴嘴的耐用性和可靠性是制約頁(yè)巖氣水平井水力噴射改造的瓶頸?，F(xiàn)階段制造噴嘴的材料主要有硬質(zhì)合金、陶瓷、人造寶石、金剛石等。但是由于金剛石和人造寶石成本高，目前水力噴射壓裂用噴嘴主要由硬質(zhì)合金和陶瓷加工制造。隨著頁(yè)巖地層深度不斷加深，地層壓力增高，噴射壓力也高噴射速度越快，要求噴嘴材料的硬度和耐磨性也越高。
國(guó)外油田服務(wù)公司應(yīng)用較早且較多的公司是美國(guó)的HALLIBURTON公司。僅2006～2007年兩年間HALLIBURTON公司在美國(guó)、加拿大、哈薩克斯坦、俄羅斯、巴西應(yīng)用水力噴射壓裂690層段，在德克薩斯創(chuàng)下了2天壓裂10層段的記錄。目前有兩套比較成熟的水力噴射壓裂系統(tǒng)——CobraMax H和SurgiFrac系統(tǒng)。CobraMax H連續(xù)油管射孔，環(huán)空加砂方式，目前最多達(dá)到44段，圖5為CobraMax H連續(xù)油管?chē)娚渥鳂I(yè)的施工過(guò)程。SurgiFrac為普通油管連接入井，噴射器為投球打開(kāi)滑套式，油管內(nèi)加砂環(huán)空補(bǔ)液的壓裂方式目前已經(jīng)達(dá)到12段。
京公網(wǎng)安備11010502053156號(hào)