水力压裂技术ppt课件.pptx
《水力压裂技术ppt课件.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《水力压裂技术ppt课件.pptx(154页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、水力压裂技术,汇报人:曲占庆中国石油大学(华东).石油工程学院2015年4月,汇 报 内 容,绪 论一、水力压裂造缝及增产机理二、水力压裂入井材料三、水力压裂裂缝扩展模型及几何参数计算四、水力压裂井效果预测及方案优化设计五、水力压裂裂缝监测及参数识别六、重复压裂技术七、水平井开发技术八、水力压裂存在的问题及新技术,绪 论,“水力压裂”是什么?利用液体传递压力在地层岩石中形成人工裂缝;液体连续注入使得人工裂缝变得更大;液体将高强度的固体颗粒(支撑剂)带入并充填裂缝;施工结束,液体返排出来,支撑剂留在裂缝中,形成高流通能力的油气通道,并扩大油气的渗流面积。,绪 论,1947年美国首次水力压裂增产作
2、业第一代压裂(1940-1970):小型压裂(Mini-fracturing)加砂量较小,主要是解除近井地带污染。第二代压裂(1970-1980):中型压裂(Medium Fracturing)加砂量增加,压裂规模增大,提高低渗透油层导流能力。第三代压裂(1980-1990):端部脱砂压裂(Tip Screen Out-TSO)应用到中、高渗储层,主要是大幅度提高储层导流能力。第四代压裂(1990-):大型压裂(Massive Hydraulic Fracturing-MHF)、开发压裂作为一种开发方式,从油藏系统出发,应用压裂技术。,水力压裂发展历程,绪 论,1、工艺技术方面:压裂方式:笼统
3、压裂(Commingled Hydraulic Fracturing)、分层压裂(Separate Layer Fracturing)压裂工艺:滑套式(Sliding Sleeve)分层压裂、选择性压裂(Selective Fracturing)、多裂缝压裂(Multi-fracture HF)、限流法压裂(Limited Entry Fracturing)、平衡限流法压裂(Balanced LEF)、端部脱砂压裂(TSO Fracturing)、热化学压裂工艺(Thermochemical Fracturing)、水平井压裂(Horizontal Well Fracturing)、斜直井压裂
4、(Slant-Vertical Well Fracturing)、小井眼压裂(Slim Hole Fracturing)工艺、高能气体压裂(High Energy Gas FracturingHEGF)、2、设备方面:由初期的水泥车,人工加砂,发展到目前机械混砂、自动控制的K2000型及K1800型压裂车组。,绪 论,3、工具方面:先后研制了水力压差式、压缩式封隔器、导压喷砂器、分层滑套装置及井口投球装置、地面投蜡球管汇、不压井不放喷井口控制装置等。4、管柱方面:由初期的光油管喇叭口,发展到分层滑套、可返洗、55MPa、小井眼等压裂管柱。5、下井原材料方面:压裂液由初期的清水(Riverfra
5、c Treatment)、原油,发展到海藻、田菁(Sesbania Gum)、胍胶(Guar Gum)、香豆、魔芋、泡沫、高聚物等,支撑剂由石英砂(Silica Sand)发展到陶粒(Ceramsite)、以及核桃壳(Walnut Shell)、树脂砂等。另外,在压裂机理(Fracture Mechanics)研究、设计软件开发方面也都取得了长足进步。,绪 论,压裂技术进步,确保低渗透油藏的有效开发低渗透油藏整体压裂和开发压裂技术低渗透气藏大幅度提高单井产量技术复杂岩性储层酸压裂技术深井、超深井压裂技术大型压裂技术裂缝性储层压裂技术页岩气水力压裂技术,二、低渗透油气藏水力压裂改造技术现状,工艺
6、技术的基础:1)压前储层评价2)室内实验技术3)新型压裂材料4)裂缝诊断技术5)效果评估技术6),绪 论,(一)国外水力压裂技术现状(总体:成熟、系统配套),一、机理研究裂缝模拟研究支撑剂长期导流能力研究含砂液流变性压裂液伤害机理应力敏感性,二、新材料研究清洁压裂液低分子压裂液(可重复使用)缔合压裂液VDA(清洁自转向酸)改变相渗特性的压裂液超低密度支撑剂清洁泡沫压裂液,绪 论,(一)国外水力压裂技术现状(总体:成熟、系统配套),三、现场应用研究裂缝诊断支撑剂回流控制技术新的压裂优化设计技术利用压裂压降曲线认识储层技术大型压裂控制缝高技术支撑剂段塞消除近井筒裂缝摩阻技术,目前的领先技术开发压裂
7、技术重复压裂技术连续油管压裂酸化技术低伤害或无伤害压裂酸化技术压裂防砂与端部脱砂压裂技术人工裂缝诊断技术水平井压裂酸化技术压裂过程的计算机自动化控制与数据远传,绪 论,(二)国内水力压裂技术主体技术,国内发现的油气田越来越复杂,主要类型:(1)低压低渗致密气藏;(2)低渗特低渗透油藏;(3)深层火山岩气藏;(4)致密碳酸盐岩储层;(5)裂缝性储层;(6)页岩气藏。形成的压裂改造主体技术:(1)低渗透油藏开发压裂技术;(2)低渗透气藏大幅度提高单井产量技术;(3)复杂岩性储层改造技术;(4)新型压裂材料和新工艺技术。,一.水力压裂造缝及增产机理,1.1 水力压裂施工概述,压裂施工工艺流程 循环、
8、试挤、压裂、加砂、顶替、压力扩散、施工结束,一.水力压裂造缝及增产机理,压裂施工时液体的流动过程,一.水力压裂造缝及增产机理,一.水力压裂造缝及增产机理,完成一口压裂井施工的几个基本要素要素1)施工设备 施工设备由地面设备和压裂车组两部分组成。地面设备包括压裂管汇、蜡球管汇、压裂井口装置;压裂车组包括泵车、混砂车、罐车(液罐车、砂罐车、添加剂罐车)、仪表车、水泥车。要素2)施工管柱 施工管柱由油管和下井工具(封隔器、喷砂器)等组成,其作用:一是为传送施工压力提供通道;二是实现分层。目前应用的施工管柱有普通滑套式分层压裂管柱、高砂比管柱等。要素3)下井原材料 包括压裂液和支撑剂两部分。压裂液的主
9、要作用一是造缝,二是携砂。支撑剂的作用是支撑裂缝,增加裂缝的导流能力。,一.水力压裂造缝及增产机理,要素4)施工设计 是指导压裂施工的纲领性文件。其核心内容是根据井层参数、下井原材料参数来优化压裂施工参数(压力、排量、砂比、砂量、液量),最终给出合理的施工工序表。要素5)施工工艺 施工工艺是针对井层条件,为达到改造目的而采取的合理施工方法。根据不同施工井的改造要求,先后研究开发了普压、多裂缝、选压、限流法等十八项压裂工艺。要素6)施工评价 一是工艺评价:了评估压裂施工成功与否、检验实际施工与设计的符合程度和工艺的适应性,积累经验,指导下步施工。二是经济评价:评价压裂效益,既投入与产出的关系,判
10、断经济合理性。,一.水力压裂造缝及增产机理,作用在地层岩石上的应力分两部分:一部分被地层流体承担,另一部分才是真正作用在岩石的骨架上。作用在岩石骨架上的应力为有效应力。其中 为有效应力(Effective Stress);为总应力(Total Stress);为孔隙压力(Pore Pressure)。裂缝形态及方位 人工裂缝的形态取决于油藏地应力的大小和方向。裂缝类型与地层中的垂向应力和水平应力的相对大小有关。一般认为,人工裂缝垂直于地层最小主应力,平行于地层最大主应力。但是裂缝形态也受断层、褶皱和天然裂缝等因素影响。,1.2 水力压裂造缝机理及裂缝形态,一.水力压裂造缝及增产机理,裂缝方向总
11、是垂直于最小主应力 A 当 最小时,形成水平裂缝;B 当,形成垂直裂缝,裂缝面垂直于 方向;C 当,形成垂直裂缝,裂缝面垂直于 方向;A B C,一.水力压裂造缝及增产机理,理想形态垂直缝示意图,多油层条件下,压裂形成多条水平缝,理想形态水平裂缝示意图,一.水力压裂造缝及增产机理,一.水力压裂造缝及增产机理,降低井底附近地层渗流阻力,增加渗流面积;改变了流动形态,由径向流双线性流(地层线性流向裂缝,裂缝内流体线性流入井筒)。,1.3 水力压裂增产机理,影响裂缝导流能力的5个因素 1、支撑剂的嵌入(embedment)/破碎(crush)2、非达西效应(紊流效应Turbulant Flow)的影
12、响 3、压裂液形成的滤饼(Gel Filter Cake)4、相对渗透率(多相流)(Multiphase flow)5、压裂液对充填裂缝的伤害(Gel Damage in Prop Pack)这些因素都会导致裂缝导流能力的下降或失效!,一.水力压裂造缝及增产机理,垂直缝油藏,压后生产过程中,四种不同渗流阶段:,进入井筒的流体大部分来源于裂缝中流体的弹性膨胀,流动基本上是线性的,该流动阶段时间很短,意义不大。,裂缝线性流(a)(Linear Fracture Flow),裂缝和地层的双线性流(b)(Bilinear Flow),裂缝线性流之后将出现双线性流,流体自地层线性流入裂缝,同时,裂缝中的
13、流体再线性地流入井筒。,地层线性流阶段只能在裂缝导流能力较高时才出现。,拟径向流阶段,由于裂缝的存在,相当于扩大了井筒半径,增加了渗流面积,渗流阻力比压前大幅度降低,所以产量也要比压前有较大的提高。,地层线性流(c)(Linear Formation Flow),拟径向流动阶段(d)(Pseudo-Radial Flow),一.水力压裂造缝及增产机理,水平缝油藏,压后井生产过程中的渗流:,裂缝失效的原因 一是缝内支撑剂长期导流能力下降。二是生产过程裂缝内结垢、结蜡,堵塞裂缝。三是在压实作用下支撑剂嵌入裂缝壁面,使得壁面渗透率下降,同时导致地层岩石破碎产生碎屑,堵塞裂缝孔隙。,一.水力压裂造缝及
14、增产机理,室内岩芯重复压实镶嵌试验,二.水力压裂入井材料,1、压裂液(Fracturing Fluid)的定义是压裂施工的工作液,其主要功能是传递能量,使油层张开裂缝,并沿裂缝输送支撑剂,从而在油层中条形成一高导流能力通道,以利油、气由地层远处流向井底,达到增产目的。2、压裂液的功能(1)前置液(Pad Fluid):造缝、降温(2)携砂液(Carrying Fluid):携带支撑剂进入裂缝,形成一定导流能力的填砂裂缝。(3)顶替液(Displacing Fluid):用来顶替井筒里的携砂液,将携砂液送到预定位置。,2.1 压裂液,二.水力压裂入井材料,3、压裂液类型 水基压裂液(Water-
15、based Fracturing Fluid)油基压裂液(Oil-based Fracturing Fluid)乳化压裂液(Emulsion-based Fracturing Fluid)泡沫压裂液(Foamed Fracturing Fluid)醇基压裂液(Alcohol-based Fracturing Fluid)酸基压裂液(Acid-based Fracturing Fluid)4、水基压裂液 是以水为分散介质,添加各种处理试剂,形成的具有压裂工艺所需的较强综合性能的工作液。(1)使用安全;(2)成本低;(3)与油基和泡沫压裂液相比,摩阻低;(4)静水柱压力高,节省地面水马力要求;(5
16、)流体性质便于控制。,二.水力压裂入井材料,稠化剂压裂液主剂 交联剂 稠化剂分一下四类:(1)植物胶(Vegetable gum)及其衍生物:胍胶、田菁胶、皂仁胶、魔芋胶、香豆胶、海藻胶。(2)纤维素衍生物(Derivatived cellulose):羧甲基纤维素钠盐、羟乙基纤维素。(3)生物聚多糖(Biologic polyose):黄原胶(4)合成聚合物(Synthetic polymer):聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰。,水溶性聚合物,提高水溶液粘度、降低液体滤失、悬浮和携带支撑剂。,能与聚合物线型大分子链形成新的化学键,使其联结成网状体型结构。,二.水力压裂入井材料,交联剂(Cros
17、slinker):能与聚合物线型大分子链形成新的化学键,使其联结成网状体型结构。交联剂分以下四类:(1)两性金属(或非金属)含氧酸盐:如硼酸盐、铝酸盐、锑酸盐和钛酸盐等弱酸盐。(2)无机酸的两性金属盐:如硫酸铝、氯化铬、硫酸铜等强酸弱碱盐。(3)无机酸脂:钛酸酯、锆酸酯(4)醛类,二.水力压裂入井材料,添加剂:(1)缓冲剂(Buffer)(pH值调节剂)(2)杀菌剂(3)破胶剂(4)助排剂(5)破乳剂(6)粘土稳定剂(7)降滤失剂(Fluid-loss Additives)(8)温度稳定剂(Temperature Stabilizer)(9)其它添加剂(Other Additives):起泡剂
18、(foam agent)、消泡剂(anti-foam agent)、减阻剂(friction reducer)、转向剂(fiverting agent),二.水力压裂入井材料,压裂液的性能:流变性(Rheological Property)、滤失性(Loss Property)、破胶性(Viscosity Breaking Property)、配伍性(Compatibility Property)压裂液基本性能要求:(1)滤失量少;(2)悬砂性强:粘度高;(3)摩阻低:消耗动力少,排量大;(4)稳定性好:温度,抗剪切;(5)残渣低:清洁压裂液;(6)易返排:破胶(水化);(7)配伍性好;(8)
19、货源广,价格低。,二.水力压裂入井材料,流变性产生的影响:施工摩阻:用来计算油管及裂缝中的压降,考虑压力对于泵注费用、油管压力限制。支撑剂的输送 岩石基质滤失滤失产生的影响:裂缝几何尺寸、支撑剂在裂缝中的浓度变化和最终分布、裂缝的闭合时间、对地层的伤害程度、压裂施工成本降滤失技术:1、粉砂降滤失技术 2、油溶性降滤失技术 3、液体降滤失技术 室内实验表明,固体降滤失剂(粉砂/油溶性树脂)+液体降滤失剂效果最好,其次为固体降滤失剂(粉砂/油溶性树脂)。,二.水力压裂入井材料,压裂液优化设计:-目标函数:低成本、低伤害;-设计方法:油藏特点、工艺需要 水力压裂施工过程中压裂液的选择,必须从地质因素
20、和工程因素上考虑。地质方面考虑的因素:储层类型储层温度渗透率 地层压力目的层厚度及天然裂缝粘土矿物含量及储层敏感性地下原油物性地层水类型及矿化度 工程方面考虑的因素:深度施工时间排量及管柱 施工规模压后温度恢复及压力扩散速度地应力分布压裂液对地层的伤害:永久性伤害:指压裂液滤失进入地层造成地层矿物水化膨胀、分散运移对地层的堵塞,以及压裂液残渣及其它碎屑对支撑剂充填层的堵塞。暂时伤害:指排驱阻力造成排液滞后的伤害。,二.水力压裂入井材料,产品要求:1.粒径均匀;2.强度大,破碎率小;3.圆度和球度高;4.密度小;5.杂质少。支撑剂的类型及性能特点:(一)天然砂:石英砂(silica sand),
21、如美国的Ottwa砂,我国的兰州砂。特点:强度低;适用条件:中浅层,深度小于2000m。优点:适用于低闭合压力的各类储层;圆球度较好的石英砂破碎后仍可保持一定的导流能力;相对密度低,便于施工泵送;价格便宜。,2.2 支撑剂,二.水力压裂入井材料,缺点:强度较低,不适于较高闭合压力的储层压裂;抗压强度低,破碎后将大大降低裂缝导流能力。(二)人造支撑剂:陶粒、核桃壳、铝球、玻璃球、包裹砂低密度:1800kg/m3;中密度:20003000kg/m3;高密度:3000kg/m3特点:强度高(56105MPa),密度大;适用条件:较深井。我国于1979年研制成功了铝矾土高强度支撑剂,以后,又生产出中高
22、强度烧结铝矾土(sintered-bauxite)支撑剂。中等强度陶粒支撑剂(intermediate-strength proppant-ISP)高强度陶粒支撑剂(high-strength ceramic proppant)低密度支撑剂(low-density proppant)树脂包裹支撑剂(resin-coated proppant-RCP),二.水力压裂入井材料,优点:具有较高的强度,在相同的闭合压力下,与石英比较,具有破碎率低、导流能力高的性能。陶粒具有抗盐、耐温性能。随承压时间的延长,陶粒的导流能力的递减速率要慢得多,因此会获得较高的稳定产量和更长的有效期。缺点:陶粒的相对密度高
23、,因此,对压裂液性能及泵送条件提出更高要求。陶粒的物料选择和生产工艺要求严格,成本较高。树脂包裹支撑剂 70年代末,人造支撑剂的树脂包裹支撑剂(resin-coated proppant-RCP)研制出来,树脂薄膜在原油、盐水及多数酸中,具有化学惰性,薄膜的厚约为0.0254mm,约占重量的5%以下。,二.水力压裂入井材料,包层砂可分为两种:固化与预固化砂预固化砂(precurable-resin-coated proppant)在地面已形成完好树脂薄膜包裹的砂子。固化砂(curable-resin-coated proppant)在地层温度下固结,对防止吐砂及防止地层出砂有一定的效果。特点:
24、1.高强度。砂粒间由点接触变为面接触,支撑剂的外壳分散了作用在砂粒的压力。2.防止碎屑运移。每粒支撑剂均有的一层坚韧树脂外壳,被压碎支撑剂的碎屑包覆在树脂壳内,提高了导流能力。3.密度低。便于携砂。,二.水力压裂入井材料,陶粒,树脂砂,石英砂,核桃壳,二.水力压裂入井材料,压前陶粒,压前树脂砂,压后陶粒,压后树脂砂,二.水力压裂入井材料,未受压低倍放大,90MPa压力下,未受压高倍放大,90MPa压力下,二.水力压裂入井材料,实验前,未受压,表面光滑(砂岩),90MPa发生嵌入(砂岩),90MPa发生嵌入(泥岩),实验前,未受压,表面光滑(泥岩),二.水力压裂入井材料,支撑剂选择的依据和方法:
25、以预期获得的压裂效果所需要的裂缝导流能力为根据对支撑剂进行选择。(1)地质条件(2)工程条件(3)支撑剂的性质(4)支撑剂的价格选择支撑剂的方法:首先通过产能预测,获得达到期望的增产效果所需的缝长和裂缝导流能力;根据以往测试压裂资料或测井资料分析,获得地层闭合压力;通过室内实验,获得各种支撑剂在不同闭合压力下的导流能力,选择与地层闭合压力和裂缝导流能力匹配的支撑剂。,二.水力压裂入井材料,导流能力的确定:(1)麦克奎尔曲线(2)辛科算法(3)无因次导流能力(4)实验测定实验测导流能力:FCES100型裂缝导流仪实物图,三.水力压裂裂缝扩展模型及几何参数计算,3.1 水力压裂的物理过程,压裂处理
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水力 技术 ppt 课件
链接地址:https://www.31ppt.com/p-3182871.html