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压裂工艺技术基本理论,谢玲玲,水力压裂 （Hydraulic Fracturing), 水力压裂力学 水力压裂材料性能与评价 水力压裂裂缝延伸模拟 支撑剂在裂缝中运移分布 水力压裂效果分析 水力压裂工艺技术 水力压裂诊断评估技术,水力压裂概念,压裂：若液体被泵入井中的速度快于液体在地层中 的扩散速度，将不可避免地使地层压力升高 并在某些点发生破裂。,所谓压裂就是利用水力作用，使油层形成裂缝的一种方法，又称油层水力压裂。油层压裂工艺过程是用压裂车，把高压大排量具有一定粘度的液体挤入油层，当把油层压出许多裂缝后，加入支撑剂(如石英砂等)充填进裂缝，提高油层的渗透能力，以增加注水量(注水井)或产量(油气井)。常用的压裂液有水基压裂液、油基压裂液、乳状压裂液、泡沫压裂液及酸基压裂液多种基本类型。,压裂井场地面布置流程,1.作业机； 2.油井；3.排污池4.平衡车5.消防车6.压裂车7.拉砂车8.混砂车9.大罐10.仪表车,水力压裂作用,开发阶段油气井增产水井增注调整层间矛盾 改善吸水剖面提高采收率,勘探阶段增加工业可采储量，扩大勘探成果；,其它方面：井网结构调整,三种原因：1、穿透近井地带的伤害，使井恢复其自然产能；2、在地层中延伸有高导流的通道，使产量超过自然水平；3、改变在地层中的液体流动。,图6-1 压裂施工曲线 PF破裂压力 PE 延伸压力 PS 地层压力 P井底= PF时,压力,时间,排量不变，提高砂比，压力升高反映了正常的裂缝延伸,裂缝闭合压力（静）,裂缝延伸压力（静）,净裂缝延伸压力,管内摩阻,地层压力（静）,破裂,前置液,携砂液,裂缝闭合,加砂,停泵,b,a,a致密岩石b微缝高渗岩石,F,E,C,S,第一节 水力压裂造缝机理,应力状态： 主应力: x ， y， z ; 应变: x， y， z,(1) 重力应力,一、地应力分析1 地应力场,(2) 构造应力,特点 构造应力属于水平的平面应力状态 挤压构造力引起挤压构造应力 张性构造力引起拉张构造应力 构造运动的边界影响使其在传播过程中逐渐衰减。在断层和裂缝发育区是应力释放区。 正断层，水平应力x可能只有垂向应力z的1/3， 逆断层或褶皱带的水平应力可大到 z的3倍。,(3) 热应力,2 人工裂缝方位,显裂缝地层很难出现人工裂缝。微裂缝地层垂直于最小主应力方向；基本上沿微裂缝的方向发展，把微裂缝串成显裂缝。,裂缝方向总是垂直于最小主应力,y,二、 水力压裂造缝机理1 井壁最终应力分布,（1）井筒处应力分布,（2）向井筒注液产生的应力分布 （3） 压裂液渗入地层引起的井壁应力,（4） 井壁上的总周向应力(应力迭加原理),(4) 井壁上的总周向应力(应力迭加原理) 地应力+井筒内压+渗滤引起的周向应力,根据最小主应力原理 当z最小时，形成水平裂缝; 当Y或xz，形成垂直裂缝。,z,2 水力压裂造缝条件,形成垂直缝（有液体渗滤、无液体渗滤）岩石破坏条件,压为正，拉为负最大有效周向应力大于水平方向抗拉强度,(2) 形成水平缝（有液体渗滤、无液体渗滤）,岩石破坏条件,最大有效周向应力大于垂直方向抗拉强度,3 破裂压力梯度,定义,理论计算,矿场统计,当F 0.0220.025 MPa/m, 形成水平裂缝,（1） 矿场测量 水力压裂法 井眼椭圆法,三、 地应力的测量及计算,（2）实验室分析 滞弹性应变恢复 （ASR） 微差应变分析 （DSCA）,（3） 有限元计算,第二节 压裂液, 压裂液及其性能要求 压裂液添加剂 压裂液的流动性 压裂液的滤失性 压裂液对储层的伤害 压裂液选择,压裂液的组成,前置液携砂液顶替液（完整的压裂泵注程序中还可以有清孔液、前垫液、预前置液）,对压裂液的性能要求,(1) 与地层岩石和地下流体的配伍性；(2) 有效地悬浮和输送支撑剂到裂缝深部；(3) 滤失少 ；(4) 低摩阻 ；(5) 低残渣、易返排 ；(6) 热稳定性和抗剪切稳定性 。,一、 压裂液类型,水基压裂液油基压裂液乳化压裂液泡沫压裂液液化汽压裂液酸基压裂液,1 水基压裂液,发展活性水压裂液稠化水压裂液水基冻胶压裂液 水基冻胶压裂液组成水稠化剂（成胶剂） 添加剂 成胶液水添加剂交联剂 交联液水基压裂液种类：植物胶、聚合物、纤维素衍生物 生物聚多糖,(1) 稠化剂, 植物胶及衍生物 胍胶 田菁、 香豆胶、 槐树豆胶、 魔芋胶、 龙胶稠化剂等 纤维素衍生物 羧甲基纤维素钠盐（CMC） 羟乙基纤维素（HEC） 羧甲基羟乙基纤维素（CMHEC）。 生物聚多糖 工业合成聚合物 聚丙烯酰胺（PAM） 部分水解聚丙酰胺（PHPAM） 甲叉基聚丙烯酰胺（MPAM）,(2) 交联剂, 两性金属（非金属）含氧酸盐 硼酸盐、铝酸盐、铬酸盐、锑酸盐和钛酸盐等弱酸强碱盐无机盐类两性金属盐 如硫酸铝、氯化铬、硫酸铜、氯化锆等强酸弱碱盐无机酸脂 如钛酸脂、锆酸脂醛类 甲醛、乙醛、乙二醛等,(3) 破胶剂,生物酶体系 适用温度2154，pH值范围pH=38，最佳pH=5。氧化破胶剂 适用于pH=314。普通氧化破胶剂适用温度5493，延迟活化氧化破胶剂适用温度83116。常用氧化破胶剂是过硫酸盐（过硫酸氨）、过氧化物（H202)有机弱酸 很少用作水基压裂液的破胶剂 适用温度大于93。油基压裂液中典型的破胶剂是碳酸铵盐、氧化钙和/或氨水溶液。,2 油基压裂液,适应性: 水敏性地层、有些气层发展: 矿场原油 稠化油 冻胶油基液: 原油、汽油、柴油、煤油、凝析油稠化剂: 脂肪酸皂(脂肪酸铝皂、磷酸脂铝盐等)特点：配伍性好、对储层伤害小、易返排，但 施工成本高、难度大，对设备要求高。,3 乳化压裂液,常用： 两份油 + 一份稠化水(聚合物) 油相80%， 不稳定或粘度太高,类型：水外相型（水包油） 油外相型（油包水）,4 泡沫压裂液,组成 液相 + 气相 + 添加剂泡沫液液相:清水、盐水、冻胶水、原油或成品油、酸液气相：氮气、二氧化碳、空气、天然气等,适用范围 K1mD， 粘土含量高的砂岩气藏低压、低渗浅油气层压裂,泡沫质量：泡沫质量泡沫中气体体积/泡沫总体积特点：在压裂时的井底压力和温度下，泡沫质量 一般为随着泡沫质量的增加，泡沫压裂液的粘度增加、摩阻增大、滤失减少、压裂液效率增滤失少（气体本身就是降滤剂）排液较彻底，对地层伤害小悬砂能力特别强，砂比可高达,5 酸基压裂液,适用范围；碳酸盐储层种类：常规酸稠化酸冻胶酸乳化酸变粘酸胶联酸：通过对盐酸的稠化胶联，形成胶联酸，使用其作为携砂载体进行酸化加砂压裂。,二 、压裂液添加剂,降滤剂（粉沙、粉陶、玻璃悬珠）防膨剂（粘土稳定剂、KCL、聚季氨盐等）杀菌剂（甲醛等）助排剂（CF-5B）防乳破乳剂表面活性剂值调节剂稳定剂,三、压裂液的流变性,各类压裂液的流变曲线幂律液的视粘度摩阻计算,压裂液的流变曲线(1) 牛顿型液：流体任一点上的剪应力都同剪切变形速率呈线性函数关系的流体,流变模型或称本构方程,(2) 非牛顿型液体,定义： 凡是流动时剪切应力与剪切速率之间的关系不是线性关系的液体，统称为非牛顿型液体。主要特征： 粘度随剪切速率的变化而改变，剪切应力与剪切速率之间有多个参数。,假塑性（幂律）液体,假塑性液体的特征是： 在很小的剪切应力作用下就能流动，并且随着剪切速率的增加，剪切应力的增大速度有所降低。,本构方程,宾汉型液体,在一定的剪切应力作用下才能流动，并且流动以后，随着剪切速率的增大，剪切应力增加的程度逐渐降低，最后接近牛顿液体，剪切应力与剪切速率成线性关系。,本构方程,典型压裂液: 泡沫压裂液,粘弹性液体,流体特征： 当除掉剪切力时，这种流体会恢复或部分恢复原来受到剪切作用期间所具有的形变。这种具有部分弹性恢复效应，也具有非牛顿性和与时间有关的全部粘性性质的流体称为粘弹性流体。目前使用的水基冻胶压裂液大部分都表现出具有部分或全部粘弹特征,2 幂律液的视粘度,管流地面管线井筒孔眼缝流裂缝中流动,3 流变性测定,旋转粘度计、小直径管道、盘管式粘度计、摆动式流变仪。RV系列或FANN系列旋转粘度计应用最广泛,4 摩阻计算,圆管中压降眼中压降裂缝中压降,四、压裂液滤失的三个过程,滤饼区的流动 滤饼控制过程,侵入区的流动压裂液粘度控制过程,地层流体的压缩 地层流体粘度及压缩控制过程,压裂液滤失系数,造壁性影响的滤失系数压裂液粘度影响的滤失系数地层流体的粘度和压缩性影响的滤失系数,1 压裂液粘度影响的滤失系数Cv,假设压裂液为牛顿型液体且作线性层流流动；压裂液呈活塞式侵入，即侵入段地层流体被顶替；压裂液和地层岩石均不可压缩；压差v为常数。,理论基础达西定律计算实际滤失速度,2 地层流体压缩性影响的滤失系数Cc,假设地层流体可压缩，其压缩系数为（等于常数）；为常数；渗滤前缘的位置不随时间变化。,3 造壁性影响的滤失系数Cw,假设滤饼的沉积厚度与通过缝壁的滤失量成比例关系，即，为累积滤失量与滤饼体积之比；滤饼对压裂液的渗透率与其厚度的大小无关，亦即不随时间而变化；滤饼内压裂液的渗滤流动服从达西定律。,方法：静态法 动态法,4 动态滤失与静态滤失的比较,4 综合滤失系数,通常，用P代替PW，PV，PC,(1)调和平均法,综合滤失系数,(2) 压力平衡法：非造壁性压裂液造壁性压裂液,五、压裂液对储层的伤害及保护,按压裂液作用位置分：地层基质伤害（配伍性、敏感性、颗粒运移、油藏储层本身孔喉细小，束缚水饱和度高，泥质含量高，泥质絮状体易运移堵塞孔喉造成油井低产 ）支撑裂缝伤害（滤失、残渣、滤饼、支撑剂镶嵌）按流体性质分：液体伤害（残渣、配伍性、乳化等）固体伤害（残渣、颗粒运移）压裂液滤饼和浓缩,压裂液液体污染,(1) 粘土水化与微粒运移 (2) 压裂液在孔隙中的滞留（3）润湿性 。,压裂液固相堵塞,来源基液或成胶物质的不溶物降滤剂或支撑剂中的微粒压裂液对地层岩石浸泡而脱落下来的微粒化学反应沉淀物等固相颗粒。作用形成滤饼后阻止滤液侵入地层更远处，提高了压裂液效率，减少了对地层的伤害；它又要堵塞地层及裂缝内孔隙和喉道，增强了乳化液的界面膜厚度而难破胶。,压裂液浓缩,压裂液的不断滤失和裂缝闭合，导致交联聚合物在支撑裂缝内的浓度提高（即浓缩）。支撑剂铺置浓度对压裂液浓缩因子有较大影响，随着铺砂浓度降低，压裂液浓缩因子提高，此时不可能用常规破胶剂用量实现高浓缩压裂液的彻底破胶，形成大量残胶而严重影响支撑裂缝导流能力。,第三节 支撑剂,支撑剂性质及种类裂缝导流能力及其影响因素支撑剂的选择支撑剂颗粒的沉降,支撑剂特性要求,强度高、硬度适中粒径均匀圆球度好化学温度稳定性好质量高，杂质含量少密度适中货源广、价格低,一、 支撑剂类型,硬脆性支撑剂 其特点是硬度大，变形很小； 石英砂（砂子） 陶粒 铝球 玻璃珠韧性支撑剂 其特点是变形大，在高压下不易破碎 核桃壳 树脂包层支撑剂,1 石英砂（砂子）,主要成分：SiO2 和少量杂质主要特点 1) 园球度较好的石英砂破碎后，仍可保持一定的导流能力。 2) 石英砂密度相对低，便于泵送。 3) 石英砂的强度较低，适用于低闭合压力储层。 4) 砂子在筛选不好或清洗不好，含粉砂杂质时，导流能力都要明显降低 5) 石英砂货源广、价格便宜。主要产地 长庆昌润砂、甘肃兰州砂、江西永修砂、福建福州砂、湖南岳阳砂、湖北蒲圻砂、山东荣城砂、河北承德砂、吉林农安砂、陕西定边砂及新疆和丰砂等。,2 陶 粒,主要化学成分类型 中强度支撑剂(ISP) 高强度陶粒支撑剂：山西、 唐山、成都和垣曲，国外CARBO陶粒。 特点a. 强度很高。b. 高温碱性液中陶粒失重率底（3.5%），而石英溶解率达50%c. 长期导流能力高。d. 密度较高(27003600kg/m3)，泵送困难。e. 加工工艺困难，价格昂贵。,3 塑料包层支撑剂,工艺： 特殊工艺将酸性苯酚甲醛树脂包裹在石英砂表面，并经热固处理而成，比重略为2.55。,种类： 预固化树脂包层砂 (可)固化树脂包层砂,二、支撑剂物理性质评价,(1) 支撑剂粒度组成及分布(2) 园球度和表面光滑度。(3) 浊度(4) 密度 真密度(或颗粒密度) 视密度(或体积密度)(5) 酸溶解度(6) 抗压强度。,我国支撑剂物理性质评价结果表,三、 裂缝导流能力评价,定义 裂缝导流能力是指裂缝传导（输送）流体的能力。填砂裂缝的导流能力定义为支撑后的裂缝渗透率与支撑后的裂缝宽度之积。即填砂裂缝导流能力 （）或类型 长期导流能力 短期导流能力,我国都分支撑剂导流能力 (1998),1 支撑剂性质对FRCD影响的因素(1) 支撑剂类型和形状,但在高应力情况下，园球度好的支撑剂受到的表面应力更均匀，能承受更高的载荷不破碎，因此有更高的导流能力。,低应力情况下，有棱角的支撑剂相互搭接、相互支撑，有更高的孔隙度及渗透率，因此，导流能力更高。,注：FRCD-压裂裂缝导流能力,(2) 撑剂粒度组成,支撑剂粒径对裂缝导流能力有很大的影响给定粒度范围内，大颗粒所占比例越多，导流能力越高颗粒越均匀，导流能力越高,图中反映了粒度分布对导流能力的影响，图中曲线A, B均为0.50.9成都陶粒，其中0.63mm以上颗粒重量分别约为75%和50%。,(3) 铺砂浓度,定义方式 单层局部排列 单层全排列 多层排列实验结果,(4) 支撑剂质量,微粒对兰州砂导 长石含量对导流能力的影响 流能力的影响,2 地层条件对FRCD的影响（1）闭合压力,（2）地层岩石硬度 地层岩石的软硬对导流能力的影响与支撑剂颗粒的强度和硬度有关。 当支撑剂强度低时，影响导流能力的主要是破碎问题; 当支撑剂强度高时， 支撑剂颗粒嵌入裂缝壁面 是影响导流能力的主要因素。,(3) 环境条件温度 流体介质,3 压裂液性能对FRCD的影响,残渣降低支撑带渗透率。 胍胶压裂液，残渣含量取决于成胶剂浓度、破胶剂类型及浓度。,4 流动条件对FRCD的因素,非达西流动多相流效应,5 承压时间对FRCD的因素,四、 支撑剂的选择,内容 支撑剂强度 地岩岩石硬度 支撑剂颗粒大小 支撑剂密度 支撑剂浓度（排列方式）考虑因素 地质条件（如闭合压力、岩石硬度、温度、物性） 工程条件（压裂液性质、泵注设备） 经济效益,1 裂缝导流能力确定原则,(1) McGuire & Sikora (1960)图版法给定闭合压力下，从现有支撑剂的导流能力入手，得到不同穿透比时期望获得的增产倍数(压后产量)；从预期的产量出发，按照不同穿透比时所需要的导流能力选择支撑剂。,（2） Cinco(辛科)准则,式中 crCinco准数，无因次； k储层有效渗透率，m2； Lf支撑裂缝半长，m； FRCD裂缝导流能力，m2.m。,2 支撑剂类型选择,在闭合压力较高时，应考虑使用高强度支撑剂如陶粒等。在闭合压力较低时，低强度支撑剂仍能起到支撑裂缝的作用，只要砂子不破碎，它在浅井浅层应用的特别广泛当闭合压力达到0时，原则上不再使用石英砂，应使用象陶粒等更高强度的支撑剂，陶粒在闭合压力为时也很少破碎。,3 支撑剂粒径选择,(1) 闭合压力(2) 允许支撑剂填充的裂缝宽度 (3) 输送支撑剂的要求,4 支撑剂铺置浓度,第四节 水力压裂设计模型,裂缝延伸二维模型 卡特模型 Carter， 1957年 GDK 模型 Christianovich、Geertsma、Deklerk PKN 模型 Perkins和Kern 提出, Norgren完善裂缝延伸三维模型,一、卡特模型1 几何模型,2 主要假设,1.裂缝等宽。2.压裂液从缝壁垂直而又线性地渗入地层3.地层中某点的滤失速度取决于此点暴露于液体中的时间, 即:,4.地层中各点速度函数相同。5.裂缝中各点压力相同, 均等于井底的延伸压力。,二、 GDK 模型,1 几何模型Khristianovich Geertsma & Deklerk Daneshy,2 假设条件,1.岩石为均质各向同性。2.岩石变形服从线弹性应力应变关系。3.流体在缝内作一维层流流动, 缝高方向裂缝呈矩形。4.缝中X方向压降由摩阻产生, 不考虑动能和势能影响。5.裂缝高度和施工排量恒定。,3 理论基础,运用了体积平衡方程压降与宽度关系由泊稷叶理论导出用England和Green公式求缝宽时, 还运用了裂缝平衡延伸理论。此模型是现在最常用的两个二维延伸模型之一。,三、 PKN 模型,1 几何模型 Perkins & Kern Norgren,2 假设条件,主要假设1.裂缝为垂直裂缝, 其高度恒定。2.裂缝高度方向上为椭圆面, 其横截面最大宽度满足Sneddon方程: W(x,t)=2(1-2 )(p-)H/E 3.施工排量恒定4.长度方向的变化采用物质平衡原理求得5.裂缝前端液体压力等于地层最小水平主应力。,四、 GDK 和PKN模型的比较,第五节 支撑剂输送, 支撑剂的沉降特性 沉降布砂设计 悬浮布砂设计,受力分析 固体颗粒的重力 流体对固体颗粒的浮力 颗粒的运动阻力,一、 支撑剂的沉降特性 1 单颗粒自由沉降速度,概念 自由沉降 干扰沉降,干扰沉降3 壁面影响,4 颗粒形状对沉降速度的影响,支撑剂颗粒都是不规则的颗粒，而不是规则的球体（有些接近于球形） 颗粒的形状是不规则的，比同体积的球体表面积大； 颗粒的表面是粗糙的； 颗粒的形状是不对称的不规则颗粒的沉降速度小于球形颗粒的沉降速度,思路支撑剂在裂缝高度上的分布平衡流速、平衡高度的计算砂堤的堆起速度平衡时间,二、沉降型布砂设计,1 支撑剂在裂缝高度上的分布,概念：平衡状态 平衡流速 平衡高度,颗粒浓度分布(垂向),区域I：砂堤区域II：砂堤上的滚流区区域III：悬浮区区域IV：无砂区,2 平衡流速与阻力流速,2砂堤堆起速度与平衡时间,由于颗粒沉降，随着时间推移，砂堤逐渐形成直到在井壁附近达到平衡高度，即砂堤不再升高；砂堤长度xm并不增加，只在离开井壁以后的砂堤高度增加，直到整个xm上都达到平衡高度；当支撑剂颗粒在超过xm以后的裂缝继续沉降，所以砂堤只是增加长度，而平衡高度保持不变。,三、全悬浮布砂设计,技术背景研究目的1.计算缝内砂比沿缝长变化基础上，找出满足设计要求的导流能力的加砂步骤2.避免在缝中出现砂比过高的砂卡现象,1 假设条件,2 计算单元划分 设携砂液单元体积为P，则泵入时间为 t=P/Q,3 滤失计算 滤失百分数（t时间后） i=滤失Fi/F Fi 滤失体积 F 单元体积滤失后的剩余体积,滤失体积,3 滤失计算 滤失百分数 i=滤失Fi/F Fi 滤失体积 F 单元体积滤失后的剩余体积,4 裂缝体积计算,注入单元体积P=剩余体积F+滤失体积Fi,利用计算复利的方法，n次滤失后的剩余体积,5 支撑裂缝几何尺寸,停泵时的裂缝体积(即剩余体积),支撑裂缝长度,支撑裂缝宽度,说明：全悬浮式砂子分布应用,悬浮压裂液适合于低渗透储层，因为这里并不需要很高的裂缝导流能力就能获得较好的增产效果。优点：支撑面积大缺点：导流能力不及沉降式砂子分布具体分析，择优采用,第六节 水力压裂效果分析,工艺效果：评价所实施压裂工艺技术的适应性和有效性开发效果：评价水力压裂在油田改造中的作用经济效益分析：寻求压裂提高技术水平和改善其经营管理的基本途径,一、 工艺效果分析,增产有效期 ：某井从压裂施工后增产见效开始至压裂前后产量递减到相同的日产水平所经历的时间。增产倍比：指相同生产条件下压裂后与压裂前的日产水平之比。 图版法 近似解析法 数值模拟法,1 McGuire & Sikora图版,a. 对低渗透储层（k110-3m2）,很容易得到较高的裂缝导流能力比值（大于0.4），欲提高压裂效果，应以增加裂缝长度为主。b. 高渗透地层，不容易获得较高的裂缝导流能力比值，提高裂缝导流能力是提高压裂效果的主要途径，不能片面追求压裂规模而增加缝长。c. 对一定缝长，存在一个最佳裂缝导流能力，超过该值而增加导流能力的效果甚微，例如对Lf/Le=0.5，当导流能力比值为0.5时，增加裂缝导流力基本上不能增加增产比Jf/J0。d. 无伤害油井最大增产比为13.6倍。,二、 水力压裂经济评价,压裂经济分析方法(1) 压裂施工现值(2) 压裂施工净现值(3) 贴现偿还时间(4) 压裂效益指数,1 成本构成 2 产量递减模式,2 产量递减模式,(1) 定值百分数递减(2)调和型递减(3)双曲线型递减,三、施工压力曲线类型,（1）正斜率很小的线段I (2) 斜率为1的线段III (3) 负斜率线段IV(4) 压力不变的线段II,lgP,lgt,典型的施工压力曲线,第七节 压裂设计,水力压裂设计是在满足地质、工程和设备条件下作出经济有效的最优方案。 (1) 正设计 (2) 反设计 优化压裂设计任务（1）在给定的储层与井网条件下，根据不同缝长和导流能力预测压后生产动态;（2）根据储层条件选择压裂液、支撑剂和加砂浓度，并确定合理用量；（3）根据井下管柱与井口装置的压力极限选择合理的泵注排量与泵注方式、地面泵压和压裂车数；（4）确定压裂泵注程序；（5）进行压裂经济评价，使压裂作业最优化。,一、 选井选层,考虑因素 储层地质特征、岩石力学性质、孔渗饱特性、油层油水接触关系、岩层间界面性质与致密性、井筒技术要求。油气井低产原因（1）由于钻井、完井、修井等作业过程对地层伤害使近井地带造成严重的堵塞；（2）油气层渗透率很低，常规完井方法难以经济开采；（3）“土豆状”透镜体地层，单井控油面积有限，难以获得高产；（4）油气藏压力已经枯竭 前三种情况可以采取适当的压裂措施。,1 储层物性评估,储层地质特征粘土矿物分析岩石力学性质 岩心分析试井分析,2 井筒技术要求,压裂设计符合套管强度要求；固井质量合格；井底无落物。,3 储层条件,地质条件 储量和能量压裂侯选井 1) 低渗透地层：渗透率越低，越要优先压裂，越要加大压裂规模。2) 足够的地层系数：一般要求kh0.510-3m2. m。3) 含油饱和度：含油饱和度一般应大于35%。4) 孔隙度：一般孔隙度为615%才值得压裂；若储层厚度大，最低孔隙度为67%。5) 高污染井：压裂作业只能改善受污染的表皮效应。,二、确定入井材料,1优选压裂液体系(1) 筛选基本添加剂（增稠剂、交联剂、破胶剂），配制适合本井的冻胶交联体系。(2) 筛选与目的层配伍性好的粘土稳定剂、润湿剂、破乳剂、防蜡剂等添加剂系列。(3) 筛选适合现场施工的耐温剂、防腐剂、消泡剂、降阻剂、降滤剂、助排剂、pH值调节剂、发泡剂和转向剂等。(4) 对选择的压裂液，在室内模拟井下温度、剪切速率、剪切历程、阶段携砂液浓度来测定其流变性及摩阻系数，并按石油行业标准进行全面评定。2选择支撑剂 依据目的层闭合压力选择支撑剂类型，并按石油行业标准对其性能进行全面评定，通过选择支撑剂粒径，铺砂浓度和加砂方式满足闭合压力下无因次导流能力要求。,三、水力压裂设计计算,任务：（1）在给定的储层与井网条件下，根据不同缝长和导流能力预测压后生产动态；（2）根据储层条件选择压裂液、支撑剂和加砂浓度，并确定合理用量；（3）根据井下管柱与井口装置的压力极限选择合理的泵注排量与泵注方式、地面泵压和压裂车数；（4）确定压裂泵注程序；（5）进行压裂经济评价，使压裂作业最优化。,1、水力压裂设计基本参数,(1) 注入方式选择(2) 施工排量必须大于地层的吸液能力Q吸考虑所需压裂液量考虑摩阻压力考虑设备能力这个约束条件支撑剂输送,2、水力压裂设计内容,(3) 液量与砂量(4) 井口施工压力(5) 施工功率(6) 压裂车数 按单车功率计算 按单车排量计算,3 压裂施工设计计算步骤（正设计）,正设计:根据压裂施工规模预测增产倍数a.确定前置液量、混砂液量以及砂量；b.选择适当的施工排量、计算施工时间；c.计算动态裂缝几何尺寸；d.支撑剂在裂缝中的运移分布，确定支撑裂缝几何尺寸；e.预测增产倍比。,4 压裂施工设计计算步骤（逆设计）,a.根据增产要求确定裂缝长度和导流能力； b. 预选施工排量、前置液量和携砂液量；c. 计算动态裂缝几何尺寸；d. 支撑剂在裂缝中的运移与分布，确定支撑裂缝几何尺寸；e. 计算支撑裂缝长度和导流能力以及增产倍比；f. 如果满足增产要求则结束，否则重选液量、砂量，返回（c）重新计算。,5） 确定用液量按PKN模型计算裂缝宽度w=0.0038m平均缝宽 wAVG = 0.785w = 0.003m铺砂浓度为5kg/m2时要求的裂缝宽度为 0.0028m 比较计算平均缝宽和要求缝宽，二者相近；否则重新计算。压裂液滤失系数 由于造壁性滤失系数较小，近似取为 c=8.6210-4,长庆油田压裂、酸化设计软件： 西方公司24套压裂设计软件（二维） 西南石油学院压裂设计软件； MFRC-11 拟三维压裂设计软件； FracproPT三维压裂设计软件； FracCADE三维压裂设计软件； 西峰油田压裂优化设计软件等。,常用的压裂设计软件,第八节 压裂工艺技术,长庆试油压裂工艺特色技术,1、低渗砂岩油层压裂工艺技术 2、低渗砂岩气层压裂工艺技术 3、碳酸盐岩储层酸化工艺技术 4、试油压裂地质综合研究技术 5、浅油层试油压裂工艺技术 6、水平井分段试油压裂工艺技术 7、堵老缝压新缝老井复压工艺技术 8、 CO2泡沫压裂工艺技术 9、双级高能气体压裂工艺技术 10、产能试井资料综合处理技术 11、低渗油气层压力恢复资料综合解释技术 12、连续油管作业技术,除特殊情况外，压裂施工程序大都相同，一般分为以下七道工序： 循环：目的是鉴定各种设备性能，检查管线是否畅通，就是将压裂液由液罐车打到压裂车再返回液罐车。循环路线是液罐车混砂车压裂泵高压管汇液罐车。目的是检查压裂泵上水情况以及管线连接情况。 试压：关死井口总闸，对地面高压管线、井口、连接丝扣、由壬等憋压检验。 试挤：试压合格后，打开总闸门，用12台压裂车将试剂液挤入油层，直到压力稳定为止。目的是检查井下管柱及井下工具是否正常，掌握油层的吸水能力。 压裂：在试挤压力与排量稳定后，同时启动全部车辆向井内高速注入压裂液，使井底压力迅速升高，当井底压力超过地层破裂压力时，地层就会形成裂缝。 加支撑剂：当地层已被压开裂缝，待压力、排量稳定后即可加支撑剂。 顶替：预计加砂量全部加完后，就立即泵入顶替液，把地面管线及井筒中的携砂液全部顶替到裂缝中去，防止余砂沉积井底形成砂卡。顶替液不可过量，一般替挤量为地面管线和井筒容积的1.5倍。 反洗或活动管柱：替挤后应立即反洗井或活动管柱，防止余砂残存在井筒封隔器卡距之内，造成砂卡。活动管柱可加速封隔器胶筒回收。 各工序结束后，关井等待压力扩散。压裂施工结束后，井内压裂管柱起出之前，要加深管柱探砂面，然后起出压裂管柱，按设计要求下入完井管柱，安装好井口采油树，连接生产管线，捞出堵塞器，抽油机井要蹩掉活堵，调好防冲距试抽，然后交井。,压裂施工基本工序,液体技术-系列压裂酸化液体,压裂液体系： 不同地层温度系列压裂液（20oC-120oC） 瓜尔胶系列压裂液系列 香豆胶系列压裂液系列 有机硼系列压裂液、有机钛系列压裂液 泡沫压裂液系列等其它系列。酸化液体系： 解堵酸系列 稠化酸系列 降阻酸液 缓速酸液 变粘酸液 泡沫酸液等其它酸液系列。,挤解堵剂,管柱结构：球座（木球）+下封隔器+定压凡尔+调整短节+上封隔器+油管应用范围：底水油帽油层渗透率5-30毫达西,高能气体压裂技术,高能气体压裂原理： 高能气体压裂是利用火箭推进剂迅速燃烧产生的高温高压气体，在近井地带形成多条径向裂缝，利用热化学、负压吞吐、水锤、脉冲等作用清除近井地带污染，达到增产目的。情况简介： 我们从96年开始先后和多家研究所及大专院校联合攻关，现已形成适合长庆低压、低渗、地产油田的改造工艺，已形成了完善的设计及施工体系，累计施工228井次，施工成功率100%、地层改造有效率94.5%。施工井深：500-5000米施工方式：油管传输、电缆传输已施工储层：侏罗系、三叠系,低渗透油田的整体压裂开发技术（安塞模式）,1、储层整体评估技术。2、总体压裂优化设计：三维延伸模型、优化工艺参数、缝长经济优化。3、压裂液、支撑剂优选与评估。4、裂缝几何形状和特性诊断技术。5、施工效果评估技术。,水平井分段试油压裂技术,关键技术：定向射孔技术分段封堵技术,天然气井分层压裂技术,关键技术（相同压 力系数）1、转向剂分层工艺2、填胶砂+液体胶塞分层工艺3、机械分层压裂工艺,不同压力系数储层分层压裂、酸化、试气、分采技术,关键技术1、解决不同压力系数的层间干扰。2、永久式完井工具完井技术。,生产管柱示意图,上下古分层合采工艺技术 为合理高效开发上下古两套层系，试验形成了上下古分层改造、分层测试、合层开采的工艺体系，试验28口井单井累计增产7104m31300104m3。,低渗透油气田开发主体工艺技术,液氮伴注压裂、酸化工艺,液氮伴注工艺：液氮伴注压裂、酸化工艺是将氮气和压裂液或酸液混合注入地层。液氮伴注压裂：减少地层进液量、提高砂浓度、降低滤失、减少对地层的伤害、降低液体密度加速排液。液氮伴注酸化：降低酸岩反应速度、降低滤失系数、增加处理半径、减少对地层的伤害、降低液体密度加速排液。,多级注入深度酸化技术,多级注入深度酸化技术：1、注入高粘液体压开地层，形 成裂缝。2、在裂缝内注入酸液刻蚀缝面，产生沟槽形成导流通道。3、高粘液体与酸液交替注入多次，形成较长的裂缝，达到深度改造的目的。4、待裂缝闭合后，再注入闭合酸进一步刻蚀沟通裂缝壁面，形成高渗导流通道。,二氧化碳油气井压裂技术,CO2压裂技术 把液态二氧化碳和水基压裂液形成的混合液泵入井中，实施压裂，达到增产增注的目的。其压裂液具有残渣低、返排率高、滤失小和弱酸性解堵的特点，可减少对油层的伤害，适用于低渗透、致密层的油气井改造。,负压射孔与压裂、酸化联作工艺,1、依据地层参数计算负压值。2、降低液面形成负压。3、利用负压作用减少压实效应，搜通地层。4、有利于高压地层施工安全。,分层及选择性压裂,1封隔器分层压裂封(1) 单封隔器分层压裂 (2) 双封隔器分层压裂 (3) 桥塞封隔器分层压裂 (4) 滑套封隔器分层压裂(a)单封隔器分层压裂 (b)双封隔器分层压裂 (c) 桥塞封隔器分层压裂,蜡球选择性压裂,堵塞球选择压裂影响堵球效果的主要因素(1) 堵球在孔眼口上座封(2) 保持堵塞不脱落(3) 压裂投产后，堵球从孔眼脱落。,控缝高压裂,技术背景：裂缝高度穿层的危害技术途径：影响压裂裂缝高度的因素分析技术方法（1）：常规控缝高压裂技术,技术方法2：人工隔层控缝高压裂技术 原理 导向剂的性能要求 适用范围 导向剂用量,请各位专家多提宝贵意见,谢谢大家！,