水力压裂新工艺和新技术(2)

8、压裂实时监控技术

实时监控和监测技术，是通过在施工现场实时地测定压裂液、支撑剂和施工参数，模拟水力裂缝几何形状的发展，随时修改施工方案，以获得最优的支撑裂缝和最佳的经济效益。

(1)施工参数监控，包括排量、泵压、砂比等由仪表车直接显示和控制。

(2) 压裂质量监测：分别监测混砂车出、入口压裂液(携砂液)的流变性、温度、pH值等参数，对压裂液流变性，特别是加入各种添加剂后的性能以及携砂能力进行定量分析，常用的仪器为范氏系列粘度计，并在模拟剪切和地层温度条件下模拟整个施工过程。对于延缓硼交联压裂液和延缓释放破胶剂体系，矿场实时监测更为重要。

(3)实时压力分析：根据测定的施工参数和压裂液参数用三维压裂模拟器预测井口或井底压力，并与实际值进行拟合，预测施工压力变化(泵注和闭合期间)和裂缝几何形状。主要用途如下： ①识别井筒附近的摩阻影响(射孔和井筒附近裂缝的弯曲)，并能定性判断其主要影响因素，判断井筒附近脱砂的可能性；

②评价压裂设计可信程度：如果施工压力与矿场实时预测压力相吻合，则设计的裂缝几何形状是可信的；

③预测砂堵的可能性；

④确定产生的水力裂缝几何形状；

⑤提供施工过程的图像和动画信息。

随着便携式计算机的发展，矿场实时分析在矿场上得到了广泛应用，除GRI外，其它石油公司也都相继研制和发展了这套系统。在实际应用中，经常与小型压裂测试分析结合应用。

9、FASTFrac压裂管柱

贝克石油工具公司新近开发出一种连续油管压裂系统—FASTFrac压裂管柱，用于对先前未处理到的层位进行选择性的压裂，从而获得比常规压裂更高效、更经济的压裂效果。应用该技术能一趟管柱实现多层隔离与措施，从而降低了修井作业成本，节省了完井时间。由于该连续油管传送系统能保证高比重压井液不接触生产层，使完井和增产措施均不造成油井伤害，从而快速实现生产优化。FASTFrac工具与Auto-J系统组成一个整体，Auto-J系统的作用是保证连续油管将压裂管柱送入或从井筒中起出。措施时，上部封隔元件和下部封隔元件能隔离一个或多个生产层。一旦第一次措施完毕，系统就复位并重新设置，下入另一个生产层。无论是FASTFrac封隔器和桥塞系统，还是固定跨式双封隔器系统均能对过去遗漏的小型袋状油气藏实施经济高效的增产措施。

10、新型CK FRAQ压裂充填系统

贝克石油工具公司新近研制成功新型CK FRAQ系统，该系统由多个高性能井下工具组件组成，尤其适用于极高流速和高砂比条件下。在应用软件的辅助下，CK FRAQ系统可以对压裂充填作业（用陶瓷支撑剂）中泵的排量和容量进行优化，同时还可以将卡泵和套管腐蚀风险降至最低。经过大量模拟和小规模室内实验，该工具被应用于现场。人们还通过小规模室内试验，对工具转向孔的几何形状进行了评估，目的是找出哪种几何形状的转向孔遭遇的腐蚀最轻。此外，还进行了样机试验，以确保尽可能地延长套管的使用寿命。

贝克石油工具公司称，从毁坏性对比试验中可以看出，CK FRAQ系统的各种性能都胜过其它竞争产品。

优化水力压裂设计

优化水力压裂设计技术包括以下4个方面。

1、预测裂缝长度和裂缝导流能力

首先用油藏动态模拟器预测不同的裂缝长度和裂缝导流能力可望达到的油气产量，用所测得的数据建立起裂缝长度和净收益之间的关系，确定达到不同裂缝长度和导流能力所需的费用，最大限度地提高经济回收总额。最经济的压裂优化的主要因素之一是使裂缝特性和地层性质之间达到适当的平衡，一般认为渗透率高的储层也需高导流能力的裂缝，但裂缝长度相对要求不太长。

2、压裂参数设计

影响压裂效果的因素很多，搞好压裂设计的基础是参数设计，也是压裂能否成功的先决条件。目前还不能完全人为地控制裂缝在地层中的延伸状态，但可以人为地选择适当的压裂液、支撑剂等压裂材料的类型、数量、泵入速度。准确控制储层裂缝长度、宽度、裂缝的导流能力、缝高、方位、形状等的方法目前仍处于实验阶段。

优化水力压裂设计的关键参数为：支撑裂缝几何形状和导流能力，井口施工条件和生产管柱尺寸，

岩石力学性质和地应力分布，压裂液粘度和滤失性，前置液和支撑剂浓度，排量和施工压力等。

3、压裂数学模型设计

近年来压裂设计水平的提高突出地表现在数学模型的发展和应用上，人们发展和应用了水力压裂的三维数学模型。简单的二维模型，事先人为地假定了裂缝的高度，并认为裂缝的高度在压裂过程中保持不变。裂缝几何尺寸是按线弹性二维计算，流体在裂缝中的流动按一维计算。典型的二维模型有:适应裂缝长而窄，要求缝长远大于缝高的PKN模型；适应裂缝较短较宽，要求缝高大于缝长的KGD模型。这两种模型均不符合现场实际压裂条件。在实际的压裂过程中，缝高和缝长在同时增加，不可能保证缝高不变，所以人们开始了拟三维模型的实验研究，它是利用简化的三维裂缝模型的概念发展起来的，可以计算出裂缝在X-Y-Z方向的三维扩展。在计算方法上采用了二维的线弹性扩展或二维的流体流动，有的采用了一维的流体流动，多采用了PKN模型作为缝长的延伸，KGD模型作为缝高的延伸，就是利用两个二维模型计算出三维的扩展，可以近似地预测出裂缝的几何形状，现已为现场广泛采用。全(真)三维模型是根据平衡裂缝的线弹性方程和裂缝平面内的三维流体流动发展起来的。大多使用应力强度因子和裂缝前缘的几何形状，伴之以三维流体流动来模拟裂缝的延伸过程。

4、压裂数学模型应用研究

国外压裂数学模型在现场得到广泛的应用，它可用于现场各种不同的场合和条件，如裂缝在油层和具有地应力差的相邻层中的扩展分析，地应力和静水压力梯度对控制裂缝垂向扩展的作用，停泵后裂缝的进一步扩展，从微形压裂试验中估计地层渗透性能，不同类型压裂液交界面的位置变化以及支撑剂在缝内的分布等。根据不同的用途和目的，国外各石油公司或服务公司都有自己研制的全三维或拟三维压裂模型和软件，例如Shell公司的ENER FRAC，Meyer & Assocs公司MFRAC，Reservoir engineering system(RES)公司的FRACPRO，Schlumberger公司的FRAC HIT等。全三维压裂软件有：Trra Tek inc公司的TERRAFRAC，Marathon oil公司的GOHFER，Lekig University的HYFRAC 3D等。

压裂液技术进展

1、低聚合物压裂液

BJ作业公司开发了一种称作Vistar的新型特低聚合物压裂液。它由聚合物、缓冲剂、交联剂及破胶剂4种主要成分组成。聚合物是一种高屈服点的羟甲基胍胶(HY—CMG)，即一种单独的胍胶衍生物。其聚合物的含量是常规聚合物压裂液的1／2；利用聚合物与金属基交联剂的交联提高粘度；工作温度 93～121℃；粘度限制在400mPa s／100s-1，这样就可获得长且细的裂缝，而不像用硼酸基凝胶液获得的那种短而粗的裂缝。虽然这种压裂液的粘度比较低，但其悬砂能力还是很适合携带含量比较高的支撑剂。通过在现场的400次作业，获得了理想的缝长和较彻底的清洁返排。

其优点为：

(1)能造成理想的裂缝长度；

(2)成本较无聚合物压裂液的低；

(3)比常规交联胍胶压裂液的用量要少1／2，返排更好；

(4)降解聚合物的伤害减少。

缺点是在砂粒充填时，仍有轻微的伤害。虽然破胶剂能够有效地降低聚合物的分子量，从而减小液体的粘度，但裂缝中依然含有部分的可削弱导流和排液能力的聚合物。

这种压裂液在美国 …… 此处隐藏：2612字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……