高速通道壓裂技術(shù)調(diào)研

.1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀2000年P(guān)yrak-Nolte和Morris提出了詳細(xì)的裂縫斷面離散化并預(yù)測(cè)其在閉合應(yīng)力下變形的基本概念，并已由Morris和Johnson在2010年修改，以考慮沉淀柱在裂縫中的機(jī)械影響[9]。2001年Eberhard和Mullen對(duì)完井效率有影響的開(kāi)發(fā)技術(shù)如砂質(zhì)段塞，測(cè)井電纜裝置/油管回收沙橋卡鉆引起的應(yīng)力轉(zhuǎn)移和流通段塞的發(fā)展進(jìn)行了研究[11]。2010年Gillard等人提出支撐劑指狀積聚，凍膠層能防止支撐劑顆粒沉降。因而通道壓裂中需要高頻率地交替泵注含支撐劑和不含支撐劑的凍膠液[3]。2011年Johnson與Rhein等人提出.在傳統(tǒng)的壓裂處理中，用交替注入方式取代連續(xù)注入支撐劑的方式，在所述支撐劑加入短脈沖使之被清潔流體的脈沖分離。通道壓裂在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了凈壓力的降低，較高的初始的油氣產(chǎn)量和較高的10年預(yù)測(cè)采收率。2011年Johnson等人在他們的研究中報(bào)告了濾砂速度的降低，利用通道壓裂技術(shù)使常規(guī)交聯(lián)處理的提前終止率由4.5％下降至0％[7]。2012卡尤莫夫等研究并報(bào)告了在高速通道壓裂技術(shù)可以使濾砂發(fā)生率從12％減少至0％，交替泵注支撐劑的脈沖與無(wú)支撐劑的脈沖，降低了泥漿的傾向使之能渡過(guò)形狀狹窄的裂縫。另外，報(bào)告中還指出纖維的添加也能使沿裂縫運(yùn)輸支撐劑變得更高效，通道壓裂中支撐劑用量顯著減少使支撐劑鋪置不那么嚴(yán)格。2012年在奧倫堡地區(qū)，第一個(gè)聯(lián)合方案由Kayumov,Konchenko等人報(bào)告了相比于標(biāo)準(zhǔn)的壓裂技術(shù)，通道壓裂技術(shù)在尾追階段加入棒狀顆粒使其在生產(chǎn)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，。通道壓裂后來(lái)隨著增加的風(fēng)險(xiǎn)（如斜度井和側(cè)鉆的應(yīng)用）應(yīng)用到新的地區(qū)與井場(chǎng)，一直成績(jī)不俗[12]。2012年Howard和S.G.James通過(guò)實(shí)驗(yàn)室研究確定支撐劑充填層分別在含纖維和不含纖維時(shí)的增長(zhǎng)性和穩(wěn)定性[4]。2013年E.A.Ejofodomi等人進(jìn)行了支撐劑嵌入的附加測(cè)試，通過(guò)研究嵌入的量和導(dǎo)流能力的降低評(píng)估不同支撐劑類(lèi)型時(shí)的影響，并進(jìn)行詳細(xì)的參數(shù)研究通過(guò)明確地尋址裂縫內(nèi)支撐劑的空間分布，用以調(diào)查常規(guī)壓裂與通道壓裂預(yù)期的相對(duì)性能，最后采用了邊界元法模擬運(yùn)算效率[5]。1.1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀高速通道壓裂作為由斯倫貝謝公司于2010年設(shè)計(jì)研發(fā)并推出的新工藝技術(shù)，因而國(guó)內(nèi)對(duì)于高速通道壓裂技術(shù)的認(rèn)識(shí)和研究都較少，大多仍停留在初步階段。1.1.3研究?jī)?nèi)容圍繞本文的研究目的，本文的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：（1）調(diào)研高速通道壓裂技術(shù)的原理；（2）調(diào)研高速通道壓裂技術(shù)的主要相關(guān)工藝與實(shí)施方法；（3）調(diào)研高速通道壓裂技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用并分析其適用性；1.2擬采用的研究思路（方法、技術(shù)路線、分析論證等）1.2.1研究方法與思路國(guó)內(nèi)低滲透油氣藏分布廣泛，壓后普遍存在返排困難和縫內(nèi)傷害等問(wèn)題，對(duì)高速通道壓裂的研究與試驗(yàn)，做好射孔參數(shù)、泵注段數(shù)、裂縫參數(shù)、纖維比例等優(yōu)化設(shè)計(jì)的調(diào)研，再通過(guò)深入調(diào)研高速通道壓裂技術(shù)，從研發(fā)背景、施工工藝、技術(shù)特點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用效果等方面，并結(jié)合低滲透油氣藏特點(diǎn)和開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀進(jìn)行適用性分析。1.2.2研究技術(shù)路線圖1.1通道壓裂技術(shù)的研究路線1.3主要分析工作與結(jié)果對(duì)國(guó)內(nèi)外高速通道壓裂技術(shù)的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行調(diào)研，在對(duì)案例油藏概況、地層特征、構(gòu)造特征、儲(chǔ)層特征等地質(zhì)特征認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，加深對(duì)高速通道壓裂的理論認(rèn)識(shí)，了解聯(lián)合技術(shù)的發(fā)展情況與概況，總體進(jìn)行分析其優(yōu)勢(shì)與局限性，得出關(guān)于其適應(yīng)性的結(jié)論。2高速通道壓裂技術(shù)的原理在常規(guī)支撐劑充填層中，所有的支撐劑顆粒都互相接觸。流體流動(dòng)局限于支撐劑顆粒之間的孔隙。而不連續(xù)支撐劑充填層由支撐劑聚合塊或段組成，形成離散的高速通道網(wǎng)絡(luò)，允許流體順利通過(guò)。通道壓裂技術(shù)創(chuàng)造出來(lái)的裂縫有更高的導(dǎo)流能力，不受支撐劑滲透性的影響，油氣不通過(guò)充填層，經(jīng)由高導(dǎo)流通道進(jìn)入井筒，這些通道從井筒一直延伸到裂縫尖端，增加了裂縫的有效長(zhǎng)度，從根本上改變了裂縫導(dǎo)流能力。壓裂通道由具體的抽水進(jìn)度，射孔方案，壓裂液設(shè)計(jì)和光纖技術(shù)的結(jié)合創(chuàng)造。2.1通道內(nèi)非均勻地鋪置支撐劑通過(guò)創(chuàng)建裂縫，實(shí)現(xiàn)相當(dāng)高的導(dǎo)流系數(shù)和更高導(dǎo)流能力。通過(guò)開(kāi)放的通道由柱狀支撐劑包圍的形式實(shí)現(xiàn)支撐劑不均勻鋪置，此處的支撐劑不作為導(dǎo)流介質(zhì)，而是作為支撐柱防止周?chē)耐ǖ辣诎l(fā)生斷裂。在常規(guī)支撐劑充填層中，所有的支撐劑顆粒都互相接觸。流體流動(dòng)局限于支撐劑顆粒之間的孔隙。而不連續(xù)支撐劑充填層由支撐劑聚合塊或段組成，形成離散的高速通道網(wǎng)絡(luò)，允許流體順利通過(guò)。油氣在裂縫內(nèi)通過(guò)支撐柱之間的開(kāi)放通道流動(dòng)，使用地面專(zhuān)門(mén)的設(shè)備，泵注含纖維的支撐劑脈沖，完成支撐劑非均勻鋪置以此獲得開(kāi)放的通道。添加纖維以防止鋪置和關(guān)閉過(guò)程中支撐劑沉降。相比均勻支撐劑充填層，通道的導(dǎo)流能力得到顯著增加。圖2.1呈現(xiàn)了可視化的支柱分布，裂縫壁面在支柱之間彎曲以及由此產(chǎn)生的流動(dòng)通道。圖2.1支撐劑的柱子和柱子之間彎曲的裂縫壁面（左）和通過(guò)通道的油流形態(tài)（右）2.2不連續(xù)支撐劑充填層的導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)俄羅斯新西伯利亞技術(shù)中心的科學(xué)家研究實(shí)施這項(xiàng)技術(shù)的方法。實(shí)驗(yàn)規(guī)模從小型臺(tái)式實(shí)驗(yàn)室模擬系統(tǒng)逐漸發(fā)展到擁有標(biāo)準(zhǔn)油田設(shè)備的全套實(shí)驗(yàn)裝備。首要任務(wù)是驗(yàn)證不連續(xù)支撐劑充填層可能帶來(lái)的導(dǎo)流能力理論改善效果。采用API標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，工程師把支撐劑置入裂縫模擬系統(tǒng)中，通過(guò)該模擬系統(tǒng)施加相當(dāng)于上覆壓力的閉合應(yīng)力，并測(cè)量了以不同流速泵入單相流體穿過(guò)充填層所需的力，根據(jù)達(dá)西定律和納維爾—斯托克斯方程計(jì)算了支撐劑充填層的滲透率，計(jì)算出的不連續(xù)充填層的滲透率，和理論模型預(yù)測(cè)值一致比連續(xù)充填層的滲透率高1.5-2.5個(gè)數(shù)量級(jí)[1]。測(cè)量支撐劑塊網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)流能力。標(biāo)準(zhǔn)API導(dǎo)流腔（圖2.2）有上下兩個(gè)鋼制壓板，靠液壓機(jī)驅(qū)動(dòng)，施加閉合應(yīng)力。支撐劑充填層在兩個(gè)砂巖板之間（通常是貝雷砂巖），再放置在承載水力負(fù)荷的兩個(gè)壓板組成的框架之間。把壓板組合體安裝到由兩條流線組成的封閉箱后，技術(shù)人員泵入單相流體（通常是清水或鹽水），使之以1~10ml/min的速度通過(guò)支撐劑充填層，然后測(cè)量形成的壓降并計(jì)算充填層的滲透率。也可以加熱封閉箱，模擬儲(chǔ)層溫度。圖2.2標(biāo)準(zhǔn)API導(dǎo)流腔在6.9~41.4MPa的閉合應(yīng)力下測(cè)量了充填層的導(dǎo)流能力。用20/40目砂粒和20/40目陶粒支撐劑形成的連續(xù)支撐劑充填層的滲透率小于987μm2。通常，由于支撐劑被擠碎后嵌入砂巖中，隨閉合應(yīng)力減小，滲透率會(huì)下降。而用20/40目砂粒形成的不連續(xù)支撐劑充填層的測(cè)量滲透率比連續(xù)充填層的滲透率增加數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)，其趨勢(shì)和理論預(yù)測(cè)趨勢(shì)一致（圖2.3）。圖2.3連續(xù)支撐劑與不連續(xù)支撐劑滲透率對(duì)比（1psi≈0.006985MPa）裂縫中的油氣流動(dòng)遵循滲流理論由達(dá)西公式表示：（2.1）如果裂縫中存在暢通的寬大通道流體流動(dòng)則采用納維-斯托克斯方程表示：（2.2）對(duì)比兩個(gè)式子定義有效滲透率：（2.3）式中：q為流量，cm3；為支撐劑充填層滲透率，μ；w為支撐劑充填層寬度，cm；μ為壓裂液粘度，mPa·s；L為裂縫長(zhǎng)度，cm；為壓差，MPa；為有效滲透率，μm2。該式說(shuō)明大通道的滲透性比支撐劑均勻充填的裂縫大得多，例如裂縫中通道寬度為1mm(人工裂縫寬度35mm)其有效滲透率約為8.3×104μm2，而20/40目支撐劑形成的充填裂縫在27~35MPa的閉合應(yīng)力下其滲透率為400~500μm2，可見(jiàn)后者僅為前者的百分之一[2]。2.3支撐劑段塞的穩(wěn)定性美國(guó)斯倫貝謝KLC研究中心進(jìn)行了實(shí)際規(guī)模試驗(yàn)，這些試驗(yàn)的目的是測(cè)試支撐劑段塞在以與實(shí)際壓裂過(guò)程相同的流速通過(guò)地面管線，井筒管柱和射孔孔眼時(shí)的穩(wěn)定性。2.3.1支撐劑段塞通過(guò)地面管線時(shí)的穩(wěn)定性試驗(yàn)設(shè)施包括一套現(xiàn)場(chǎng)攪拌機(jī)，和一根長(zhǎng)約198m，直徑7.6cm的處理管線，連接到攪拌機(jī)的排出口。沿處理管線布置了五組射孔孔眼，每組有10個(gè)孔，大小為0.95cm，五個(gè)孔成0o相位，另五個(gè)呈180o相位。從這些孔中流出的流體分別收集在10個(gè)1.04m3的搬運(yùn)罐中。安裝了兩個(gè)密度計(jì)，一個(gè)在攪拌機(jī)排出口，另一個(gè)在處理管線的終端，用來(lái)測(cè)量支撐劑的濃度，監(jiān)測(cè)段塞的穩(wěn)定性[3]。實(shí)驗(yàn)在封閉射孔孔眼的情況下測(cè)量了支撐劑段塞的穩(wěn)定性，支撐劑段塞以11.6m/s的流速通過(guò)處理管線，對(duì)應(yīng)泵入速度為2.7m3/min。攜帶液是硼酸鹽交聯(lián)瓜爾膠體系，其中瓜爾膠濃度為3.6kg/m3，纖維濃度是5.0kg/m3。段塞中的支撐劑濃度是10PPA，纖維濃度是10.0kg/m3。試驗(yàn)結(jié)果表明在通過(guò)處理管線過(guò)程中支撐劑段塞能保持穩(wěn)定。2.3.2支撐劑通過(guò)射孔孔眼時(shí)的穩(wěn)定性為了檢驗(yàn)支撐劑段塞是否能碎開(kāi)，以便能均勻分配到所有射孔孔眼。每次試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量連接到五組射孔上的搬運(yùn)罐中收集到的全部流體體積。第一組射孔上安裝了密度計(jì)，連續(xù)記錄流體密度，從最后一組射孔上人工收集液樣。當(dāng)不含支撐劑的壓裂液和含支撐劑的壓裂液中都添加了纖維后，搬運(yùn)罐中收集的流體量是均勻的。密度計(jì)記錄的流體密度變化也與人工采集的液樣密度一致，進(jìn)一步證實(shí)了用支撐劑段塞方法建立不連續(xù)支撐劑充填層是可行的。通過(guò)處理管線泵入支撐劑脈沖段，同時(shí)監(jiān)測(cè)支撐劑脈沖段通過(guò)管線和射孔孔眼時(shí)是否保持完整。從五組射孔收集到的漏失液量基本相同，表明支撐劑脈沖段能夠分開(kāi)，并能均勻分布到各組射孔。分別用密度計(jì)和人工測(cè)量的方式在管線開(kāi)始端第一只罐處和管線終端第6只罐處連續(xù)測(cè)量了脈沖段期間和段間的攜帶液密度，結(jié)果證實(shí)攜帶液密度在進(jìn)口處和出口處也是一致的，證明支撐劑段塞在各組射孔分布均勻，并能保持穩(wěn)定。圖2.4KLC射孔試驗(yàn)另外，為了檢驗(yàn)支撐劑段塞是否能碎開(kāi)，以便能均勻分配到所有射孔孔眼。每次試驗(yàn)過(guò)程中都測(cè)量了連接到五組射孔上的搬運(yùn)罐中收集到的全部流體體積。第一組射孔上安裝了密度計(jì)，連續(xù)記錄流體密度，從最后一組射孔上人工收集液樣。當(dāng)不含支撐劑的壓裂液和含支撐劑的壓裂液中都添加了纖維后，搬運(yùn)罐中收集的流體量是均勻的。密度計(jì)記錄的流體密度變化也與人工采集的液樣密度一致，進(jìn)一步證實(shí)了用支撐劑段塞方法建立不連續(xù)支撐劑充填層是可行的。最后在一口試驗(yàn)井應(yīng)用通道壓裂技術(shù)，由于無(wú)法直接觀察到攜帶液脈沖的變化情況，因此記錄了泵入過(guò)程中地面和井下的壓力變化，然后采用數(shù)學(xué)模型重建了脈沖段通過(guò)射孔時(shí)支撐劑的濃度剖面[4]。通過(guò)地面和地下壓力數(shù)據(jù)計(jì)算了油管管柱底部的支撐劑濃度。支撐劑脈沖段的持續(xù)時(shí)間上升到20秒，濃度下降到6.5PPA左右。盡管支撐劑初始濃度為8.3PPA，因?yàn)槎稳某掷m(xù)時(shí)間和濃度剖面保持較好，支撐劑分散程度并不嚴(yán)重壓力計(jì)讀數(shù)表明含支撐劑的脈沖段能夠完整地通過(guò)井下管線并順利進(jìn)入射孔孔眼。2.3.3支撐劑完成鋪置后的穩(wěn)定性用攪拌和泵送設(shè)備能夠建立支撐劑塊，研究不連續(xù)支撐劑充填層置入后的穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)壓裂處理后，支撐劑塊必須能夠經(jīng)受住地層閉合壓力以及在清井和開(kāi)采過(guò)程中引起的磨蝕力。為調(diào)查閉合應(yīng)力的影響，技術(shù)人員人工配置了支撐劑塊，并將其放入液壓機(jī)中，液壓機(jī)上安裝了感應(yīng)器，用于監(jiān)測(cè)液壓機(jī)滑塊之間的距離，然后通過(guò)該液壓機(jī)向支撐劑塊施加高達(dá)228MPa的壓縮載荷。測(cè)量的參數(shù)包括支撐劑塊高度，直徑和支撐劑粒度分布。和預(yù)測(cè)結(jié)果一樣，支撐劑塊的高度隨閉合應(yīng)力增加而減小;但值得注意的是80％以上的收縮量發(fā)生在開(kāi)始施加的6.9MPa的壓縮力下。隨著壓縮力的增加，支撐劑塊高度的收縮量越來(lái)越小。通過(guò)觀察支撐劑塊，發(fā)現(xiàn)最初的收縮是攜帶液漏失和支撐劑固結(jié)引起的。再增壓后出現(xiàn)的額外收縮源于支撐劑壓實(shí)和破碎中等粒度的支撐劑隨壓力增大而嚴(yán)重收縮。在最高228MPa閉合應(yīng)力下支撐劑塊剩余高度仍能確保有效流動(dòng)（圖2.5）。該閉合應(yīng)力大約比最深的油氣井中出現(xiàn)的閉合應(yīng)力高兩倍，表明高速通道壓裂技術(shù)不會(huì)受到壓力引起的深度限制。裂縫閉合應(yīng)力對(duì)支撐劑塊高度的影響。技術(shù)人員測(cè)試了用20/40目砂粒和兩種20/40目陶粒支撐劑制成的添加纖維支撐劑塊受閉合應(yīng)力的影響。最初支撐劑塊的高度是6mm。支撐劑塊高度的大部分收縮發(fā)生在閉合壓力小于6.9MPa時(shí)，隨著閉合壓力繼續(xù)增加收縮速度變慢，出現(xiàn)小幅度的進(jìn)一步收縮。圖2.5裂縫閉合應(yīng)力對(duì)支撐劑塊高度的影響支撐劑塊的直徑（足?。╇S閉合壓力增加而增加。然而閉合試驗(yàn)結(jié)果表明每增加一次支撐劑塊的直徑，足印相對(duì)增加量變得越來(lái)越不明顯。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)只對(duì)數(shù)厘米的支撐劑塊直徑進(jìn)行了調(diào)查。但是在實(shí)際裂縫中，支撐劑塊直徑可能達(dá)幾米，因此工程師認(rèn)為支撐劑塊之間的導(dǎo)流路徑不會(huì)因?yàn)殚]合應(yīng)力而喪失。清洗井筒和生產(chǎn)過(guò)程中的流體流動(dòng)，包括其他導(dǎo)致不穩(wěn)定情形的潛在事件，也需要進(jìn)行調(diào)查。為了評(píng)估這一風(fēng)險(xiǎn)，科研人員制造了一個(gè)磨蝕評(píng)價(jià)裝置，可以將其插到液壓滑塊之間。磨蝕評(píng)價(jià)裝置內(nèi)裝有兩塊砂巖巖心，巖心之間是支撐劑塊。液壓機(jī)施加閉合壓力時(shí)，技術(shù)人員以各種流速泵入流體，使之通過(guò)支撐劑塊，泵入流速相當(dāng)于或超過(guò)正常生產(chǎn)井生產(chǎn)速度。在此過(guò)程中技術(shù)人員通過(guò)觀察并測(cè)量支撐劑塊的損失重量對(duì)支撐劑塊的磨蝕情況進(jìn)行評(píng)估[5]。結(jié)果證明幾乎所有磨蝕都發(fā)生在支撐劑接觸流動(dòng)流體的前幾分鐘此外，磨蝕程度隨閉合應(yīng)力增加而逐步減輕，別是當(dāng)閉合應(yīng)力增加到大約69MPa以上后。直觀分析發(fā)現(xiàn)所有磨蝕都發(fā)生在支撐劑塊的側(cè)面，而直接與流動(dòng)流體接觸的表面上并沒(méi)有被磨蝕。上述實(shí)驗(yàn)證明進(jìn)入水力裂縫中的支撐劑塊能夠經(jīng)受住后續(xù)生產(chǎn)等各種作業(yè)活動(dòng)的嚴(yán)厲考驗(yàn)。3高速通道壓裂的相關(guān)工藝技術(shù)與實(shí)施方法3.1多簇射孔工藝常規(guī)壓裂一般對(duì)目的層段進(jìn)行連續(xù)大段射孔，但高速通道壓裂則采用限流壓裂的多簇射孔工藝。在一長(zhǎng)段內(nèi)進(jìn)行均勻的多簇射孔，相位和孔密與常規(guī)射孔相同。圖3.1的高速通道射孔方案用于在水力裂縫中形成開(kāi)放通道，高速通道壓裂在25.9m井段內(nèi)分9簇射孔，每簇射開(kāi)1.52m，孔密度為6孔/ft，一共射270孔；常規(guī)壓裂全部射開(kāi)15.24m，射孔數(shù)為300孔[2]。多簇射孔的目的是在套管上形成多段且較短的進(jìn)液口，起到篩子的作用，當(dāng)油管中的液體攜帶支撐劑段塞高速注入時(shí)，在套管上自然地出現(xiàn)分流效果形成多股獨(dú)立的液流注入地層，便于支撐劑在縫內(nèi)形成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的支撐柱子，且在裂縫高度上分布更加均勻，通道的幾何形狀更規(guī)則。圖3.1高速通道壓裂射孔方案（a）與常規(guī)壓裂射孔方案（b）的對(duì)比支撐劑脈沖的進(jìn)一步分離，以促進(jìn)形成裂縫在該方向上增長(zhǎng)的通道。這可以通過(guò)多簇射孔方案實(shí)現(xiàn)。同樣重要的是近井筒的效果，如迂曲度也便于創(chuàng)建在裂縫的生長(zhǎng)方向的通道。然而這種效果無(wú)法預(yù)測(cè)，并且難以進(jìn)行診斷并正確地定量。為此，多簇射孔方案是將支撐劑脈沖分離成更小的段塞并促進(jìn)支柱在整個(gè)裂縫均勻分布的唯一可靠的方法。用于射孔方案的具體參數(shù)是決定于一個(gè)符合目的的建模工作流程，旨在實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的通道的幾何形狀與支撐劑柱的分布。通道壓裂利用多簇射孔方法把地面較大的支撐劑段塞分成地層中較小的支撐劑支柱，全球各國(guó)在所有通道壓裂作業(yè)中使用多簇射孔工藝，直到歷史上首次把磨料射孔工藝用于涅夫捷尤甘斯克地區(qū)的通道壓裂作業(yè)中。3.2交替脈沖段塞式泵注工藝3.2.1泵注工藝的原理段塞式泵注工藝有利于在裂縫中形成通道，純液體把前一段支撐劑推入地層，形成一段支撐劑支柱帶，由于中間純液體的隔離，使各支柱間留有一定空間的支撐劑真空帶，液體破膠返排后便形成眾多的通道網(wǎng)絡(luò)。與常規(guī)方案相似的是,通道壓裂的泵注技術(shù)包含攜支撐劑階段與隨后的襯墊階段。因此,通道壓裂和常規(guī)壓裂泵注時(shí)間表的關(guān)鍵的區(qū)別是短脈沖技術(shù)中添加被純液脈沖分離的支撐劑。與常規(guī)壓裂一致的是，通道壓裂最后階段需要連續(xù)加入支撐劑，以常規(guī)的處理方式來(lái)完成的。實(shí)施尾追支撐劑的目的，是確保裂縫通道和井筒之間形成一個(gè)穩(wěn)定的，均勻的和可靠的連接。要做出足夠短的尾追支撐劑階段設(shè)計(jì)方案，以防止它對(duì)整個(gè)裂縫導(dǎo)流性能造成顯著的負(fù)面影響是非常重要的。3.2.2泵注工藝的實(shí)施過(guò)程泵注過(guò)程主要為以下四個(gè)階段：a.前置液注入階段與常規(guī)壓裂工藝一致b.攜砂液階段支撐劑以脈沖段塞形式注入，一段支撐劑、一段純液體交替進(jìn)行，支撐劑濃度逐級(jí)升高。c.前置液階段可以泵注凍膠液或者滑溜水，支撐劑段塞階段采用凍膠混合纖維注入，保獲得穩(wěn)定的支撐“柱子”。d.在施工末期，需要尾追一個(gè)連續(xù)支撐劑段塞，使縫口位置有穩(wěn)定而均勻的支撐劑充填層[8]。圖3.2通道壓裂技術(shù)泵注時(shí)間表在脈沖泵入期間也可以逐步增加支撐劑濃度。圖3.3顯示了在實(shí)際壓裂過(guò)程中對(duì)支撐劑脈沖進(jìn)行監(jiān)測(cè)的結(jié)果，其中支撐劑濃度一般表示為每加侖壓裂液添加多少磅的支撐劑（ppa）。圖3.3在實(shí)際壓裂過(guò)程中對(duì)支撐劑脈沖進(jìn)行監(jiān)測(cè)的結(jié)果3.3保持穩(wěn)定的流動(dòng)通道通道壓裂技術(shù)的成功實(shí)施的一個(gè)關(guān)鍵要素是，當(dāng)支撐劑從泵注設(shè)備輸送到裂縫的過(guò)程和裂縫閉合過(guò)程中，如何保持地面和井下的非均質(zhì)性。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，這需要加以解決的最大風(fēng)險(xiǎn)的是在支撐劑的脈沖或段塞運(yùn)移過(guò)程中的分散。支撐劑段塞的分散是非常不利的，因?yàn)樗档土肆芽p閉合前支撐劑柱的有效濃度，同時(shí)使支撐劑柱的高度降低。此外也會(huì)導(dǎo)致不良的流動(dòng)通道。分散的發(fā)生主要是由于通過(guò)管柱的粘度曲線，然后在整個(gè)裂縫寬度可以預(yù)期到靠近裂縫壁面的速度與裂縫的中心速度之間巨大的的差異。通過(guò)加入的纖維材料改進(jìn)支撐劑段塞的流變性，減輕了支撐劑脈沖分散的程度，纖維施加給阻礙分散的攜纖維段塞的屈服應(yīng)力約為10-20Pa。纖維還有助于平緩朝向?qū)Ч苤醒氲乃俣确植?，減少對(duì)段塞的剪切力也阻止了段塞分散。采用常規(guī)壓裂處理技術(shù)時(shí)，支撐劑分散在所有支撐劑攜帶液中。然而，如果在泵入支撐劑攜帶液階段交替注入含支撐劑和不含支撐劑的脈沖段，那么一系列支撐劑段塞將在裂縫中穩(wěn)定下來(lái)，形成支撐劑塊。使脈沖泵入法成功實(shí)施，必須確保支撐劑段塞在進(jìn)入管柱，經(jīng)過(guò)射孔孔眼進(jìn)入裂縫的過(guò)程中不分散。在首次測(cè)試這一概念的過(guò)程中，工程師在填充了壓裂液的透明槽中觀察了支撐劑的靜態(tài)沉淀狀況。將含支撐劑的壓裂液液樣注入試驗(yàn)槽的上部后，工程師能夠看到支撐劑隨時(shí)間產(chǎn)生的沉淀狀況，可以看到用常規(guī)壓裂液配置的支撐劑段塞在充滿壓裂液的槽中的初始位置在槽的上部，如果支撐劑段塞或壓裂液中沒(méi)有添加纖維，30分鐘內(nèi)支撐劑段塞就會(huì)分散開(kāi)，添加了纖維后，支撐劑段塞的形狀在兩個(gè)小時(shí)內(nèi)基本保持不變。所以，向壓裂液中添加纖維可顯著提高支撐劑段塞的穩(wěn)定性（圖3.3）。圖3.3支撐劑段塞沉淀實(shí)驗(yàn)隨后進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，以評(píng)價(jià)支撐劑段塞的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。試驗(yàn)用裝置是一根長(zhǎng)達(dá)33m，內(nèi)徑為2cm的試驗(yàn)管，這樣大小的尺寸可使科研人員測(cè)試流量，流體速度和支撐劑濃度是否與裂縫中的流動(dòng)狀態(tài)一致?？蒲腥藛T用一套X射線記錄系統(tǒng)測(cè)量支撐劑段塞的穩(wěn)定性。由于一個(gè)在裂縫內(nèi)槽狀是比較有代表性的流動(dòng)，需要考慮如何做到用循環(huán)管幾何形狀表示槽的幾何形狀。為了解決這個(gè)問(wèn)題，就要考慮通過(guò)管道和槽的幾何形狀的速度分布?？梢宰C明在循環(huán)管中的冪律流體的層流速度的分布特征，取決于最大流速和平均流速的比例，如下：（3.1）其中n是冪律流變模型的流動(dòng)動(dòng)態(tài)指數(shù)。在同一時(shí)間在槽的幾何形狀相同的比率等于：（3.2）通過(guò)比較兩個(gè)方程可以得出結(jié)論，在通過(guò)管道的幾何形狀的情況下，整個(gè)橫截面面積的速度差更加明顯的，管道裝置比槽裝置中的剪切和分散效果更為顯著，也就是說(shuō)，在管道中測(cè)試比試驗(yàn)中在具有相同的寬度w的槽中測(cè)試更加嚴(yán)格。由于管徑上X射線吸收量與支撐劑濃度呈線性比例關(guān)系，因此可通過(guò)記錄支撐劑段塞通過(guò)該管前后X射線在管壁上的吸收量確定支撐劑段塞的穩(wěn)定性。支撐劑段塞流入和流出32.9m長(zhǎng)的管線時(shí)分別測(cè)量了支撐劑的濃度，與不含纖維的流體（紅色）相比，支撐劑段塞在添加纖維的流體（藍(lán)色）中的分散程度要低很多，試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)纖維能提高支撐劑段塞的穩(wěn)定性(圖3.4)[9]。圖3.4通過(guò)管線過(guò)程中支撐劑段塞分散趨勢(shì)在過(guò)去5年中纖維已在各種條件下成功地被用于控制支撐劑回流，它是一種成熟的技術(shù)。壓裂的高滲透性通道結(jié)構(gòu)是一個(gè)非常具有吸引力的能最大化裂縫導(dǎo)流能力的機(jī)會(huì)。纖維優(yōu)勢(shì)在于：在許多不同的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，通道似乎經(jīng)常地建立并在很廣范圍的條件下穩(wěn)定的。在清理過(guò)程中通過(guò)添加難流動(dòng)的纖維建立穩(wěn)定通道似乎可行。并以一個(gè)較高的流速。當(dāng)把纖維加入到支撐劑的一個(gè)重要部分時(shí)這可能也會(huì)完成（一半以上）。通過(guò)未經(jīng)處理的支撐劑中的保護(hù)層和空隙建立通道的風(fēng)險(xiǎn)由尾項(xiàng)承擔(dān)。在清理過(guò)程中的返排率應(yīng)足夠高，以產(chǎn)生比預(yù)期高的支撐劑產(chǎn)出速率，從而在生產(chǎn)過(guò)程中形成穩(wěn)定的通道。3.4尾追桿狀支撐劑尾追階段需要一個(gè)可靠的近井充填層來(lái)維持裂縫壁面的敞開(kāi)。該區(qū)域應(yīng)力增加使夾卡的危險(xiǎn)性增加。通常情況下，通道壓裂尾追階段會(huì)泵入最結(jié)實(shí)和滲透性最好的支撐劑，以最大限度地提高裂縫導(dǎo)流能力，尾追階段由于流速在近井筒區(qū)域達(dá)到最大值，支撐劑的返排仍然可能成為問(wèn)題，那就必須相應(yīng)地設(shè)計(jì)支撐劑充填層在尾追階段的穩(wěn)定性。由于這兩種試驗(yàn)活動(dòng)中通道壓裂技術(shù)和桿狀支撐劑呈現(xiàn)出積極的效果，就決定了通過(guò)在尾追階段中使用桿狀支撐劑結(jié)合這兩種技術(shù)。最近開(kāi)發(fā)的桿狀支撐劑已經(jīng)在一些國(guó)家廣泛應(yīng)用，在提高增產(chǎn)效果方面一直成績(jī)不俗。棒狀的支撐劑（圖3.5）在原則上相比球形顆粒即通常在工業(yè)中使用的支撐劑顆粒，顆粒更大，柱面底部的直徑是等同于12/16目的尺寸，它相當(dāng)于目前在俄羅斯使用的最大尺寸的支撐劑。這種圓柱形顆粒的隨機(jī)分布增加充填層的最終孔隙率，從而提高了充填層的滲透性和更容易使用聚合物進(jìn)行裂縫清理。圖3.5桿狀支撐劑顆粒通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)使用的新型支撐劑進(jìn)行壓裂，生產(chǎn)率顯著地提高，這證明了理論和實(shí)驗(yàn)?zāi)M的結(jié)果。支撐劑返排控制是桿狀的支撐劑的另一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)。桿狀磨粒聯(lián)鎖在高度耐拖曳力綜合結(jié)構(gòu)中（圖3.6）。相對(duì)于樹(shù)脂包覆的支撐劑，棒條形顆粒通過(guò)機(jī)械手段彼此約束，而不是化學(xué)鍵。因此，充填層的穩(wěn)定性與化學(xué)基礎(chǔ)的技術(shù)限制的活化時(shí)間與活化溫度無(wú)關(guān)。在充填層內(nèi)桿狀顆粒的移動(dòng)性受到限制增加了孔隙度和穩(wěn)定性。圖3.6桿狀支撐劑在充填層內(nèi)的支撐形態(tài)俄羅斯奧倫堡區(qū)的枯竭地層由于多相流造成產(chǎn)量下降和嚴(yán)重的支撐劑回流的問(wèn)題，作為實(shí)施桿狀支撐劑進(jìn)行壓裂的第一候選。在奧倫堡地區(qū)的新支撐劑的審實(shí)驗(yàn)中證明，桿狀顆粒相比比傳統(tǒng)的球面支撐劑，具有返排預(yù)防和顯著提高生產(chǎn)力的優(yōu)勢(shì)。與鄰井的常規(guī)支撐劑增產(chǎn)措施進(jìn)行對(duì)比的地區(qū)包括Vakhitovskoe，VostochnoKapitonovskoe和Lebyazhinskoe油田，油井的產(chǎn)量從26％上升到67％（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況）[10]。Konchenkov等提出，相比于標(biāo)準(zhǔn)的壓裂技術(shù)，通道壓裂技術(shù)在尾追階段加入桿狀顆粒使其在生產(chǎn)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。通道壓裂后來(lái)隨著增加的風(fēng)險(xiǎn)（如斜度井和側(cè)鉆的應(yīng)用）應(yīng)用到新的地區(qū)與井場(chǎng)，一直成績(jī)不俗。在同一時(shí)間，在埃及實(shí)施組合通道壓裂和桿狀支撐劑。Abdelhamid等人在2013年提出，相比標(biāo)準(zhǔn)增產(chǎn)技術(shù)，實(shí)施聯(lián)合技術(shù)，在Silah地區(qū)油井產(chǎn)能得到增加。通道壓裂結(jié)合桿狀支撐劑在消除砂堵的方面有一個(gè)顯著的進(jìn)步，根據(jù)超過(guò)2年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在標(biāo)準(zhǔn)壓裂中砂堵發(fā)生率超過(guò)45％。支撐劑返排液是另一種常見(jiàn)的問(wèn)題，通過(guò)尾追階段加入桿狀支撐劑得到了解決。Gawad等人在2013年描述了在他們結(jié)合通道壓裂和在尾追階段加入桿狀支撐劑的實(shí)驗(yàn)：在埃及西部沙漠戈倫地區(qū)7口實(shí)行聯(lián)合增產(chǎn)技術(shù)的井與12口常規(guī)技術(shù)的鄰井進(jìn)行了比較，45天后的新的聯(lián)合增產(chǎn)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)了平均產(chǎn)能增產(chǎn)89％，產(chǎn)量差距還在隨著時(shí)間增加。同時(shí)也報(bào)告了零砂堵和零返排問(wèn)題。Samier等人在2013年描述了阿布拉地區(qū)（也位于埃及西部沙漠）發(fā)展的難度。該處地層以層壓粉砂巖為代表，雖然傳統(tǒng)的增產(chǎn)方法后最初產(chǎn)量顯著增加，但是很快就出現(xiàn)降幅，導(dǎo)致只有很少的累計(jì)產(chǎn)量增益。經(jīng)過(guò)對(duì)六個(gè)井實(shí)施通道壓裂，阿布拉地區(qū)已成為新生的經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，由于產(chǎn)量增加50％以上，探明儲(chǔ)量增加50倍，該區(qū)域在所有的方案中都用桿狀的支撐劑中以避免支撐劑返排問(wèn)題。在五個(gè)使用通道壓裂作業(yè)的油田前20口井進(jìn)行生產(chǎn)研究，作業(yè)中沒(méi)有觀察到任何單一砂堵與支撐劑的返排問(wèn)題，相比之下，在同一區(qū)域泥盆系地層中常規(guī)壓裂的砂堵率為8％，由于泵注時(shí)添加纖維材料和支撐劑脈沖交替純液脈沖時(shí)通道壓裂的脈沖特性，通道壓裂比常規(guī)壓裂減少了41％支撐劑摩擦力。在通道壓裂井實(shí)施尾追桿狀支撐劑是增加近井筒的導(dǎo)流能力從而提高產(chǎn)量的有效手段。約68％的通道壓裂作業(yè)中，都會(huì)在尾追階段加入桿狀支撐劑。通道壓裂后平均生產(chǎn)率比最近的鄰井中的常規(guī)壓裂后高99％，換句話說(shuō)，通道壓裂與棒狀的支撐劑的組合大大增強(qiáng)了井的生產(chǎn)率。3.5通道壓裂的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)以下介紹通道壓裂技術(shù)對(duì)壓裂井、壓裂液、支撐劑以及各類(lèi)添加劑的選擇標(biāo)準(zhǔn)。3.5.1選井與選層這種技術(shù)并不適用于具有低楊氏模量(13789MPa?17236MPa)的弱地層或地層中具有較高的閉合應(yīng)力（高于55MPa）的地層。楊氏模量與應(yīng)力比的比例必須超過(guò)400，在弱地層或存在高閉合應(yīng)力地層中，壓裂井會(huì)圍繞壓實(shí)區(qū)域的支撐劑支柱倒塌，這將會(huì)對(duì)裂縫導(dǎo)流能力產(chǎn)生負(fù)面影響。由于獨(dú)特的射孔方案是這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵部分之一，無(wú)穿孔井可以看作候選或堵塞穿孔然后再進(jìn)行壓裂的方案。3.5.2壓裂液選擇選擇特定的液體是類(lèi)似常規(guī)的壓裂處理的，基與通常和常規(guī)考慮，。在含有支撐劑的各個(gè)階段，流體中必須含有纖維。不使用的纖維的階段是前置液階段，沖洗階段和尾進(jìn)階段。纖維改善了支撐劑的輸送，并在支撐劑脈沖階段減少了支撐劑沉降。3.5.3支撐劑選擇除了尾進(jìn)階段，該技術(shù)中支撐劑的選擇是沒(méi)有限制的，但也有要考慮的幾個(gè)重要的點(diǎn)。這種技術(shù)不依賴于支撐物的性質(zhì)。因此，有使用高品質(zhì)的支撐劑沒(méi)有太大好處。3.5.4添加劑選擇可以在不同位置集合精密連續(xù)混煉機(jī)（PCM）和精密優(yōu)化密度機(jī)（POD）加入添加劑。3.5.4.1添加纖維這種技術(shù)是必須添加纖維，纖維起著重要的推動(dòng)作用，因?yàn)樗岣吡酥蝿﹤鬏斝阅?，降低支撐劑分散的風(fēng)險(xiǎn)和顯著地減小沉降速度。除了尾追階段，前置液階段和沖洗階段，應(yīng)該以恒定的進(jìn)給率在包括清潔脈沖和支撐劑脈沖在內(nèi)的所有支撐劑階段添加纖維。纖維濃度應(yīng)與清潔流體體積而不是泥漿體積相關(guān)。纖維在井筒和裂縫的運(yùn)輸過(guò)程中穩(wěn)定了支撐劑柱并阻止其分散，在清潔流體的脈沖加入纖維，影響了流體的流變性和顯著減少支撐劑脈沖的沉淀。3.5.4.2聚合物注入為了消除或減少裂縫內(nèi)支撐劑脈沖的沉淀，需要保持一個(gè)足夠的流體的粘度。流體粘度應(yīng)足夠高，且在井底溫度下泵注和裂縫閉合過(guò)程中不應(yīng)小于100cp，170s-1。如果是較長(zhǎng)的壓裂時(shí)間，增加最小流體粘度到300cp，170s-1可能是有利的。相比常規(guī)壓裂，這可能需要增加聚合物注入量。由于經(jīng)過(guò)這種改進(jìn)的裂縫清理過(guò)程徹底，增加的聚合物注入量不太可能影響最終的裂縫性能。聚合物注入在該技術(shù)中的使用不應(yīng)該少于常規(guī)壓裂。3.5.4.3破膠劑對(duì)破膠劑的時(shí)間表進(jìn)行優(yōu)化以防止過(guò)早段塞沉淀。優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)是直到裂縫閉合，凝膠不至于完全分解，在裂縫閉合時(shí)凝膠的粘度應(yīng)不小于100cp，170s-1。開(kāi)放通道的方法規(guī)定了膠囊破膠劑應(yīng)用的特定要求，破膠劑不能在通道閉合后破碎，這意味著，破膠劑通過(guò)膠囊擴(kuò)散將是在開(kāi)放通道唯一的破膠劑釋放途徑。在使用膠囊破膠劑時(shí)，清潔流體的脈沖中的破膠劑濃度應(yīng)該足夠高，擴(kuò)散并透過(guò)膠囊，釋放出足夠的破膠劑，支撐劑脈沖的流體穩(wěn)定性不能低于清潔脈沖流體的穩(wěn)定性。3.5.4.4延遲劑延遲時(shí)間是一項(xiàng)關(guān)于延遲劑/交聯(lián)劑比率，水溫，pH值和聚合物濃度的函數(shù)。流體到達(dá)穿孔之前發(fā)生交聯(lián)對(duì)高速通道壓裂來(lái)說(shuō)很重要，因此清潔脈沖的延遲時(shí)間不能超過(guò)泵送流體到達(dá)穿孔所需要的時(shí)間的一半。與此同時(shí)，因?yàn)檩^高的添加劑濃度，在支撐劑脈沖內(nèi)的壓裂液的延遲時(shí)間可能更短。4高速通道壓裂技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與適應(yīng)性分析通過(guò)在X井實(shí)施了通道壓裂與常規(guī)壓裂的產(chǎn)量對(duì)比表明，我們發(fā)現(xiàn)通道壓裂的增產(chǎn)效果更好。4.1井史X井鉆于2002年底，由于較低的儲(chǔ)層滲透率，其生產(chǎn)率很低。2008年初完成一項(xiàng)可行性研究，調(diào)查如何增強(qiáng)水力裂縫的生產(chǎn)性能和鉆井的效果，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增產(chǎn)。根據(jù)油藏?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行產(chǎn)能預(yù)測(cè)，該預(yù)測(cè)是用于優(yōu)化處理每個(gè)時(shí)期的生產(chǎn)，并對(duì)該項(xiàng)目提供一些經(jīng)濟(jì)可行性的措施。4.2地質(zhì)狀況該地層是形成于淺海三角洲沉積環(huán)境中的晚白堊世時(shí)期的砂巖。沙子是細(xì)粒到中粒，易碎至中等硬度，夾有泥巖和粉砂巖，孔隙度為5％至9％。主要的生產(chǎn)區(qū)域是兩個(gè)部分，由24m厚的頁(yè)巖分離。4.3常規(guī)壓裂前的情況壓裂前的流體測(cè)試是在下部間隔區(qū)域進(jìn)行，在特定的流動(dòng)時(shí)期最高持續(xù)氣率為0.62百萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/天。對(duì)下部的間隔區(qū)域的測(cè)試后，在上部間隔區(qū)域進(jìn)行了一個(gè)壓裂前流體測(cè)試，最高持續(xù)氣率為3.15百萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/天，在特定流量的時(shí)期通過(guò)壓力生成解釋?zhuān)玫搅艘韵陆Y(jié)果：表4.1對(duì)上下間隔區(qū)域壓力生成解釋的結(jié)果壓力生成解釋CSPiKhK下部間隔6.96×10-4bbl/psi+21.14,085psi14.1md-ft0.287md上部間隔0.0117bbl/psi+23.64062psi78.4md-ft0.645md4.4判斷通道壓裂在該儲(chǔ)層的可行性對(duì)儲(chǔ)層的性能進(jìn)行了評(píng)估，以判斷該儲(chǔ)層是否可以適應(yīng)通道壓裂技術(shù)的實(shí)施條件。形成的平均楊氏模量為2.9×105MPa，這在該技術(shù)的限制之內(nèi)，平均應(yīng)力是42MPa也在限值內(nèi)。該楊氏模量和應(yīng)力比為400，井底靜態(tài)溫度為111℃，井況沒(méi)有偏差。因此，這很好地滿足所有要求，并通過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試。4.5通道壓裂前的情況原始地層壓力范圍在40.6MPa與45.2MPa之間，頁(yè)巖具有最高的原始地層壓力，以及砂巖為最低的原始地層壓力。楊氏模量范圍為13780MPa?41368MPa，砂巖最高，頁(yè)巖最低。泊松比的值介于0.18?0.32，砂巖最低，而頁(yè)巖最高。韌性值介于750（砂巖）到1750（頁(yè)巖）之間。地層的傳導(dǎo)率也滿足了通道壓裂標(biāo)準(zhǔn)。平均孔隙度9.5％，滲透率介乎0.01md至5.7md之間。儲(chǔ)層壓力是279MPa，氣體飽和度和含水飽和度分別為90％和10％。4.6實(shí)施通道壓裂4.6.1泵注方案泵注時(shí)間表是專(zhuān)為通道壓裂量身定制的，包括9個(gè)階段。前置液階段之后進(jìn)入尾追和沖洗階段以及之后的六個(gè)脈沖階段。設(shè)計(jì)了特別的射孔方案，使用多相射孔方案來(lái)代替常規(guī)壓裂的方案。泵速度設(shè)定在恒定值25.0BPM。同樣使用常規(guī)水力壓裂中的支撐劑，在所有階段添加了纖維。前置液階段的泵注以脈沖形式進(jìn)行。純液脈沖和支撐劑脈沖。以恒定的速率加入添加劑。在每個(gè)階段的支撐劑濃度都在變化。當(dāng)前設(shè)計(jì)通道壓裂的方法是使用常規(guī)壓裂設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，將每個(gè)支撐劑泵注階段分離成若干交替泥漿和清潔的流體，以創(chuàng)建高導(dǎo)流能力的通道，執(zhí)行脈沖方案對(duì)地面攪拌設(shè)備有特殊的配置需要。這個(gè)任務(wù)以修改地面設(shè)備的控制流程和軟件的方式，使泵浦時(shí)間表一致和可靠地傳遞脈沖。通道壓裂模型采用常規(guī)設(shè)計(jì)的輸入方式，然后自動(dòng)選擇的每個(gè)支撐劑階段內(nèi)的支撐劑和清潔脈沖的持續(xù)時(shí)間，以及射孔的參數(shù)，以達(dá)到最佳的通道容量，優(yōu)化裂縫導(dǎo)流能力。表4.1通道壓裂在X井的泵注方案階段名泵注速度

(bbl/min)壓裂液名稱(chēng)壓裂液體積

(gal)濃縮凝膠

(lb/mgal)支撐劑類(lèi)型與篩目濃縮支撐劑

(PPA)前置液25YF135.1HTD2700035--01.0PPA25YF135.1HTD51593520/40碳化支撐劑12.0PPA25YF135.1HTD79173520/40碳化支撐劑24.0PPA25YF135.1HTD88593520/40碳化支撐劑46.0PPA25YF135.1HTD109123520/40碳化支撐劑68.0PPA25YF135.1HTD83993520/40碳化支撐劑810.0PPA25YF135.1HTD54703520/40碳化支撐劑10尾進(jìn)25YF135.1HTD12603520/40碳化支撐劑12沖洗25鹽水26560--0表4.1的泵注計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)了支撐裂縫半長(zhǎng)達(dá)到305.3英尺（Xf），平均導(dǎo)流能力（Kfw）達(dá)到1063136md.ft。4.6.2射孔方案為通道壓裂設(shè)計(jì)的射孔方案提升了整個(gè)裂縫的導(dǎo)流能力。具體的射孔參數(shù)如表4.2所示：表4.2通道壓裂射孔優(yōu)化方案初始裂縫頂部

MD

(ft)初始裂縫頂部

TVD

(ft)初始裂縫底部

MD

(ft)初始裂縫底部

TVD

（ft)射孔密度

(shot/ft)射孔數(shù)

(n)直徑

(in)

8661.48661.48663.18663.1580.468664.78664.78666.48666.4580.46866886688669.78669.7580.468671.38671.386738673580.468677.28677.28678.88678.8580.46868386838684.68684.6580.468688.88688.88690.48690.4580.468694.68694.68696.28696.2580.468700.48700.48702.18702.1580.468706.28706.28707.98707.9580.46871287128713.78713.7580.468717.98717.98719.58719.5580.468723.78723.78725.38725.3580.468729.58729.58731.18731.1580.468735.38735.38736.98736.9580.468741.18741.18742.78742.7580.468746.98746.98748.68748.6580.468752.78752.78754.48754.4580.468758.58758.58760.28760.2580.468764.48764.487668766580.468770.28770.28771.88771.8580.46877687768777.68777.6580.468784.28784.28785.88785.8580.46通道壓裂后的裂縫參數(shù)概括如下表：表4.3通道壓裂后的裂縫參數(shù)裂縫平面初始裂縫頂部TVD初始裂縫底部TVD充填裂縫半長(zhǎng)導(dǎo)流能力傳真編碼數(shù)據(jù)（Fcd）8672ft8655ft8812ft305.3ft1063136md.ft713524.7X井壓裂后的IPR/VLP曲線常規(guī)壓裂增產(chǎn)方案的平均初始產(chǎn)率為10.5百萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/天，作為參照一并呈現(xiàn)的通道壓裂增產(chǎn)平初始產(chǎn)率達(dá)到了14.5百萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/天。這說(shuō)明天然氣提升的產(chǎn)量高達(dá)27.5％。圖4.1在X井中通道壓裂與常規(guī)壓裂的IPR/VLP曲線對(duì)常規(guī)和通道壓裂后的壓裂的結(jié)果進(jìn)行了比較，X井開(kāi)發(fā)的壓裂技術(shù)使井內(nèi)產(chǎn)量增加27.5％，另一方面，優(yōu)化方案尺寸也使支撐劑用量也更少。這種技術(shù)是基于在支撐劑充填層建立開(kāi)放的流動(dòng)通道，提供的理論裂縫導(dǎo)流能力比一個(gè)普通的支撐劑充填層大幅增加。但是這種技術(shù)需要特殊的泵注時(shí)間表和完井計(jì)劃，具體的壓裂液設(shè)計(jì)和符合目的的建模工作流程。壓裂設(shè)備，固件和控制軟件的執(zhí)行以及泵送計(jì)劃的可靠性和準(zhǔn)確性也非常的必要。包含纖維質(zhì)材料的特殊壓裂液制劑，降低了支撐劑段塞的分散性，有助于保持裂縫內(nèi)通道和支柱的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，直到裂縫閉合[12]。5結(jié)論觀察了裂縫中支撐劑的非均勻鋪置，在更少使用支撐劑的情況下，通道壓裂的性能優(yōu)勢(shì)凸顯出來(lái)：裂縫導(dǎo)流能力和有效裂縫半長(zhǎng)增加，裂縫面積增大有效地促進(jìn)產(chǎn)量的增加。高速通道壓裂應(yīng)用于開(kāi)發(fā)頁(yè)巖致密氣藏有著很好的效果，適用于楊氏模量大于17236MPa，最低不小于8273MPa的較穩(wěn)固的地層，包括砂巖、碳酸鹽巖、頁(yè)巖，適用于套管井，裸眼井，垂直和水平井等多種井型，井底溫度不能大于174℃。某些高閉合應(yīng)力、低楊氏模量地層中，易引起支撐劑“支柱”垮塌，使通道堵塞、裂縫閉合、導(dǎo)流能力降低。因此采用楊氏模量和閉合應(yīng)力的比值作為高速通道壓裂可行性判斷的關(guān)鍵參數(shù)。比值小于350，高速通道壓裂形成的裂縫穩(wěn)定性差，比值在350～500，能夠形成穩(wěn)定的縫內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通道，比值大于500，則是實(shí)施條件較好的地層。同時(shí)通道壓裂技術(shù)應(yīng)用范圍較廣，可適應(yīng)直井,水平井的單級(jí)或多級(jí)壓裂需求，該技術(shù)應(yīng)用范圍仍在不斷擴(kuò)大，研究人員正在想方設(shè)法拓寬適合該技術(shù)應(yīng)用的儲(chǔ)層類(lèi)型，目前科研人員開(kāi)展更廣泛的模擬和實(shí)驗(yàn)工作，研究適合斜井壓裂的通道壓裂技術(shù)。把技術(shù)應(yīng)用從套管井?dāng)U大到裸眼井的研究工作也已經(jīng)開(kāi)始。隨著將這項(xiàng)技術(shù)成功運(yùn)用到更多類(lèi)型的井中，可以預(yù)見(jiàn)通道壓裂這種能夠建立不連續(xù)支撐劑充填層的技術(shù)，必將成為一項(xiàng)普遍推廣應(yīng)用的新技術(shù)。謝辭非常感謝老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段——畢業(yè)設(shè)計(jì)給我的指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，到寫(xiě)作、修改、論文定稿，他給了我耐心的指導(dǎo)和幫助，在此我向他表示我誠(chéng)摯的謝意。同時(shí)，感謝所有任課老師和所有同學(xué)在這四年來(lái)給自己的指導(dǎo)和幫助，是他們教會(huì)了我專(zhuān)業(yè)知識(shí)，教會(huì)了我如何學(xué)習(xí)，教會(huì)了我如何做人。在此向他們表示我由衷的謝意。參考文獻(xiàn)[1]斯倫貝謝公司.高速通道壓裂新技術(shù)[J].《油田新技術(shù)》，2011年秋季刊：23(3)：4-17.[2]AHMED,M.andA.H.SHAR.Optimizingproductionofgaswellsbyrevolutionizinghydraulicfracturing[C].SPEAnnual73rdEAGEConference&Exhibition,23-27May2011,Vienna,Austria.[3]GILLARD,M.etal.Anewapproachtogeneratingfractureconductivity[C].SPEAnnualTechnicalConferenceandExhibition,19-22September2010,Florence,Italy.[4]BULOVA,M.etal.Benefitsofthenovelfiber-ladenlow-viscosityfluidsysteminfracturinglow-permeabilitytightgasformations[C].SPEAnnualTechnicalConferenceandExhibition,24-27September2006,SanAntonio,Texas,USA.[5]SOLIMAN,M.Y.andJ.AUGUSTINE.Fracturingdesignaimedatenhancingfracturecomplexity[C].SPEEUROPEC/EAGEAnnualConferenceandExhibition,14-17June2010,Barcelona,Spain.[6]RHEIN,T.etal.Channe