油水井增产增注技术第一章

1、 低渗透油气井低效的主要原因： 继续将带有支撑剂的继续将带有支撑剂的携砂液携砂液注入裂缝，裂缝边得到延注入裂缝，裂缝边得到延 伸，边得到支撑。停泵后就在油层形成了具有一定宽度的伸，边得到支撑。停泵后就在油层形成了具有一定宽度的 高渗透填砂裂缝高渗透填砂裂缝，由于这个裂缝扩大了，由于这个裂缝扩大了油气流动通道油气流动通道，改，改 变了流动方式，降低了渗流阻力，可起到增产增注作用，变了流动方式，降低了渗流阻力，可起到增产增注作用， 这一施工过程就叫油层水力压裂。这一施工过程就叫油层水力压裂。 将液体泵入井中将液体泵入井中 油藏在液体水力压油藏在液体水力压 力的作用下开始形力的作用下开始形 成裂缝成

2、裂缝 裂缝开始在裂缝开始在 油藏中扩展油藏中扩展 开来开来 将支撑剂和粘性液将支撑剂和粘性液 体注入裂缝体注入裂缝 粘性液体均匀粘性液体均匀 的分散在裂缝的分散在裂缝 之中之中 粘性液体突破裂粘性液体突破裂 缝后从井内回流缝后从井内回流 。地层在支撑剂。地层在支撑剂 的作用下形成前的作用下形成前 导性裂缝导性裂缝 前置液前置液支撑剂支撑剂 1 1）拟径向流动阶段）拟径向流动阶段 2）地层线性流动阶段）地层线性流动阶段 3 3）双线性流动阶段）双线性流动阶段4 4）裂缝线性流动阶段）裂缝线性流动阶段 水力压裂后，改变了渗流区的渗流方式，获得了双 线性流动模式，提高了近井地带的渗透能力。 （一）压

3、裂液 主要功能：主要功能： 是传递能量，使油是传递能量，使油 层张开裂缝并沿裂缝输层张开裂缝并沿裂缝输 送支撑剂。送支撑剂。其性能好坏其性能好坏 对于能否造出一条足够对于能否造出一条足够 尺寸、并具有足够导流尺寸、并具有足够导流 能力的填砂裂缝密切相能力的填砂裂缝密切相 关。关。 主要作用：主要作用： 是将地面设备的是将地面设备的 能量传递到油层岩石能量传递到油层岩石 上，在地层上，在地层形成裂缝，形成裂缝， 并携带支撑剂填充到并携带支撑剂填充到 裂缝中裂缝中。 按作用 分类 施工结束后大部分注入液体应能返排出 井筒，减少压裂液对地层的伤害。特别是低 压井的返排尤其重要。 易返排 因此，压裂液

4、应具有滤失小、携砂能力强、摩阻 低、稳定性好、配伍性好、低残渣、易返排等特点。 此外由于压裂施工规模越来越大，压裂液用量越来 越大，压裂液还应具有货源逛、成本低、配制简单 的特点，以满足大型压裂和新井压裂施工的要求。 （四）压裂液类型 开发出羟 丙基胍胶 最早最早 20世纪世纪50 年代年代 20世纪世纪 60年代年代 70年代年代 水为压裂液，开 始应用胍胶稠化 的水基压裂液 发展了交联胍胶 压裂液（1969） 最早采用的压裂液 是用汽油为压裂液 ，很快发展为水为 压裂液 （四）压裂液类型 80年代年代 90年代年代 97年后年后 2000 年后年后 压裂液向“清洁”无伤害 压裂液体系发展；

5、胍胶 （交联）压裂液一致为全 球主要的压裂液； 采用了延迟交联 的水基压裂液； 随着页岩气开发， 滑溜水压裂液为页 岩的主要压裂液； 2000年后逐渐 采用混合压裂 液。 （四）压裂液类型 按照分散介质的不同，压裂液主要分为： 重点介绍目前广泛应用的水基压裂液。 以水作为分散介质，添加各种处理剂，特别是水溶性聚以水作为分散介质，添加各种处理剂，特别是水溶性聚 合物，形成具有压裂工艺要求的较强综合性能的工作液。合物，形成具有压裂工艺要求的较强综合性能的工作液。 一般水溶性聚合物和添加剂的水溶液称为一般水溶性聚合物和添加剂的水溶液称为线性胶或稠化线性胶或稠化 水压裂液水压裂液。 线性胶一旦加入交联

6、剂，会形成具有粘弹性的线性胶一旦加入交联剂，会形成具有粘弹性的交联冻胶交联冻胶， 交联冻胶具有部分固体性质，但在一定的排量和压力下能够交联冻胶具有部分固体性质，但在一定的排量和压力下能够 流动。流动。 水基压裂液以安全、清洁和容易以添加剂控制其性质得水基压裂液以安全、清洁和容易以添加剂控制其性质得 到广泛的应用，除了极少数特别是水敏性地层外，到广泛的应用，除了极少数特别是水敏性地层外，水基压裂水基压裂 液液是压裂液技术发展最快、最全面的体系。是压裂液技术发展最快、最全面的体系。 （五）水基压裂液 由水溶性聚合物稠化剂和其他添加剂组成，具有流由水溶性聚合物稠化剂和其他添加剂组成，具有流 动性，一

7、般属于非牛顿流体，可近似用幂率模型来描述。动性，一般属于非牛顿流体，可近似用幂率模型来描述。 典型配方典型配方：稠化剂（香豆胶：稠化剂（香豆胶：0.4-0.6%0.4-0.6%，胍胶：，胍胶： 0.3- 0.5%0.3- 0.5%，羟丙基胍胶：，羟丙基胍胶：0.2-0.5%0.2-0.5%）+ +杀菌剂（甲醛：杀菌剂（甲醛： 0.2-0.5%0.2-0.5%）+ +粘土稳定剂（粘土稳定剂（KCLKCL：2%2%）+ +破乳剂（破乳剂（SP169 SP169 ： 0.1-0.2%0.1-0.2%）+ +破胶剂（过硫酸铵：破胶剂（过硫酸铵：20-100mg/L20-100mg/L）。）。 线性胶压

8、裂液具有一定的表观粘度与低滤失性，减线性胶压裂液具有一定的表观粘度与低滤失性，减 阻性能好，易破胶、对地层伤害小；但对温度、剪切速阻性能好，易破胶、对地层伤害小；但对温度、剪切速 率敏感。一般用于率敏感。一般用于注水井和浅层油气藏压裂注水井和浅层油气藏压裂。 （五）水基压裂液 （1）线性胶压裂液 与线性胶压裂液对比，冻胶压裂液具有更强与线性胶压裂液对比，冻胶压裂液具有更强 的粘弹性和塑性，在携砂能力等综合性能方面优的粘弹性和塑性，在携砂能力等综合性能方面优 于线形胶压裂液，但由于破胶降粘相对困难，因于线形胶压裂液，但由于破胶降粘相对困难，因 而破胶剂的使用尤为重要而破胶剂的使用尤为重要 。 （

9、五）水基压裂液 (2) 交联冻胶压裂液 典型压裂液配方：典型压裂液配方： 基液基液：稠化剂（：稠化剂（0.3-0.7%0.3-0.7%香豆胶、胍胶、羟丙基香豆胶、胍胶、羟丙基 胍胶）胍胶）+ +杀菌剂（甲醛杀菌剂（甲醛0.2-0.5%0.2-0.5%）+ +粘土稳定剂粘土稳定剂 （KCLKCL2 2% %）+ +破乳剂破乳剂+ +助排剂（助排剂（0.2-0.6%DL0.2-0.6%DL）+ +降滤失剂降滤失剂 +PH+PH值调节剂值调节剂+ +温度稳定剂。温度稳定剂。 交联液交联液：交联剂（硼砂、有机硼、有机锆、有机：交联剂（硼砂、有机硼、有机锆、有机 钛）钛）+ +破胶剂（过硫酸铵），按照交

10、联比和交联性能破胶剂（过硫酸铵），按照交联比和交联性能 配制交联液浓度。配制交联液浓度。 为了适应不同井层的情况，通过调节添加剂用量，为了适应不同井层的情况，通过调节添加剂用量， 压裂液还可以分为压裂液还可以分为低温低温（20-6020-60）、）、中温中温（60-60- 120120）、）、高温高温（120120以上）体系。以上）体系。 （五）水基压裂液 (2) 交联冻胶压裂液（续） 交联剂粘度受温度和有无交联剂影响关系图交联剂粘度受温度和有无交联剂影响关系图 温度温度 黏度黏度 含硼酸盐交联剂的含硼酸盐交联剂的 HPG(30 Ibm/1000gal) 不含交联剂的不含交联剂的HPG（60

11、1bm/1000gal） 不含交联剂的不含交联剂的HPG（40 1bm/1000gal） （五）水基压裂液 （3）水基压裂液添加剂 1)稠化剂2)交联剂 水溶性聚合物作为稠化剂是水 基压裂液的基本添加剂，用以提高 粘度、降低滤失、悬浮和携带支撑 剂。可以用植物胶（如胍胶、香豆 胶、田箐胶）及其衍生物（羧甲基 纤维素、羟乙基纤维素等）、生物 聚合物（黄胞胶）以及合成聚合物 （聚丙烯酰胺）。 交联剂是通过交联离子将溶 解于水中的高分子链上的活性基 团以化学链连接起来形成三维网 状冻胶的化学剂。比较常用且形 成工业化的交联剂为硼砂、有机 硼、有机锆、有机钛等。 （五）水基压裂液 （3）水基压裂液添加

12、剂 4)杀菌剂 使用水基压裂液，将引起粘土沉积、 颗粒膨胀或运移。在施工中压裂液对储集 层粘土矿物的伤害通常是水敏性和碱敏性 叠加作用的结果。水溶性介质能使粘土矿 物膨胀、分散或运移；同时水基压裂液以 碱性交联为主，滤液粘土稳定剂，使用浓 度为1-2%。 3)粘土稳定剂 用于抑制和杀死微生物，使配制的 基液性能稳定，防止聚合物降解，同时 阻止储集层内的细菌生长。甲醛、乙二 醛、戊二醛具有良好的杀菌防腐作用， 使用浓度 0.5-1.0%。 （五）水基压裂液 （3）水基压裂液添加剂 （五）水基压裂液 （3）水基压裂液添加剂 7)降滤失剂8）破胶剂 水基线形胶与冻胶压裂液 由于具有较高的表观粘度和能

13、 形成滤饼的特性，可控制压裂 液降解的速度，但一般天然裂 缝发育的储集层应加入降滤失 剂。常用的为柴油、油溶性树 脂、聚合物和硅粉。 是压裂液中的一种重要添加 剂，主要使压裂液中 的冻胶发生 化学降解，由大分子变成小分子， 有利于压后返排，减少对储集层 的伤害。常用的破胶剂包括酶、 氧化剂、和酸。生物酶和催化氧 化剂系列适用于20-54的低温破 胶剂；一般氧化破胶体系适用于 54-93，而有机酸适用于93 以上的破胶作用。 （五）水基压裂液 （3）水基压裂液添加剂 压裂液在施工中由于滤失性 造成聚合物浓缩，使压裂液在裂 缝和裂缝表面形成致密的滤饼， 常规破胶剂不能将其破坏，因此 需要滤饼溶解剂

14、进行处理。 9）滤饼溶解剂10）缓冲剂 在水基压裂液中，通常用pH 值调节剂控制稠化剂水合增粘速 度、所需的PH值范围和交联时间 以及控制细菌的生长。常用的PH 值调节剂为碳酸氢钠、碳酸钠、 柠檬酸、福马酸和氢氧化钠。 目前应用田箐胶、香豆粉和胍尔胶压裂液；对比三种压裂液的性能 指标，可以看出田箐胶水不溶物高，压裂液残渣含量为1200mg/L，对 地层和裂缝导流能力伤害较大，而且其流变性和携砂能力较差。 压裂液类型压裂液类型 水不溶物水不溶物 （%） 岩心伤害率岩心伤害率 （%） 残渣（残渣（mg/l） 田箐胶田箐胶3045.51200 香豆粉香豆粉923.1334 胍胶胍胶1634.3356

15、 （五）水基压裂液 4）常用水基压裂液增稠剂 二、压裂液基础 水基压裂液技术指标表 序号项目指标 1基液粘度 mpas 33 2冻胶初始粘度 （mpas） 300 3冻胶剪切 30min 粘度（mpas） 150 4破胶性能（mpas） 24h 粘度小于 10mPa.s 5残渣含量（mg/l） 400 6稠度系数（mpa.sn） 10102 7流动行为指数 0.2-0.7 8破胶液表面张力（mN/m） 30 9破胶液煤油界面张力（mN/m） 5 10初滤失量 m3/m2 210-3 11滤失系数 m/min-2 110-3 支撑剂是水力压裂时地层压开裂缝后，用来 支撑裂缝阻止裂缝重新闭合的一种

16、固体颗粒。 作用是在裂缝中铺置排列后形成支撑裂缝， 从而在储集层中形成远远高于储集层渗透率的支撑 裂缝带，使流体在支撑剂中有较高的流通性，减少 流体的流动阻力，达到增产、增注的目的。 支撑剂通常分为天然和人造两大类。 石英砂多产于沙漠、河滩和沿海地带。如国内的兰州砂、承德砂、内蒙 砂。 天然石英砂的化学成分是氧化硅，伴有少量的氧化铝、氧化铁、氧化钾、 氧化钙和氧化镁。 天然石英砂矿物组分以石英为主。其含量是衡量石英砂质量的重要指标。 压裂用石英砂石英含量在80%左右，伴有少量长石、燧石和其他喷出岩、变 质岩等岩屑。 从石英的微观结构看，可分为单晶石英和复晶石英两种，单晶石英的颗 粒质量越大，石

17、英砂抗压强度越高。一般石英砂的视密度2.65g/cm3，体积 密度1.70g/cm3，承压20-34MPa。 （一）支撑剂的种类 1、石英砂 人造陶粒主要由铝矾土（氧化铝）烧结或喷吹而成的，具有较 高的抗压强度，可划分中等强度和高强度两种陶粒。 中等强度陶粒是由铝矾土或铝质陶土制成，视密度2.7- 3.3g/cm3。组分为氧化铝或铝质，其质量分数46%-77%，硅质含 量12%-55%，氧化物约10%。承压55-80MPa。 高强度陶粒是由铝矾土或氧化镐制成，视密度3.4g/cm3。化学 组分：氧化铝85%-90%，氧化硅3%-6%，氧化铁约4-7%。氧化 钛、氧化锆3%-4%。承压100MP

18、a。 （一）支撑剂的种类 2、陶粒 优点： （1）树脂薄膜包裹的砂子，增加了砂粒间的接触面积，从而提高 了抗闭合能力； （2）树脂薄膜可将压碎了的砂粒、粉砂包裹起来，减少了颗粒的 运移与堵塞孔道的机会，从而改善了导流能力； （3）树脂砂的总的体积密度比中强度和高强度人造支撑剂低，便 于悬浮，降低了对压裂液的要求。 （一）支撑剂的种类 3、树脂砂 （一）支撑剂的种类 3、树脂砂 固化砂 预固化砂 在地层温度下固结， 这对防止压后出砂及防止 地层吐砂有一定的效果。 在地面已形成完 好的树脂薄膜包裹的 砂。 （1）支撑剂球度:就是指支撑剂颗粒接近球形的程度 （2）支撑剂圆度:圆度指支撑剂棱角的相对锐

19、度或曲率的量度。 （3）酸溶解度:在规定的酸溶液及酸溶解时间内，确定一定质量的 支撑剂被酸溶解的质量与支撑剂总质量的百分比，称为酸溶解度。 （4）支撑剂浊度:在规定体积的蒸馏水中加入一定体积的支撑剂， 搅拌后液体的浑浊程度称为支撑剂浊度。 （5）支撑剂的密度 视密度：单位质量的支撑剂与其颗粒体积之比。 体密度：单位质量的支撑剂与其堆积体积之比。 （6）抗破碎能力:对一定体积的支撑剂，在额定压力下进行承压测 试，确定的破碎率表征了支撑剂抗破碎能力，破碎率高，抗破碎能 力低。 （二）支撑剂的主要性能 1、支撑剂性能的定义 （二）支撑剂的主要性能 2、支撑剂性能指标 （1）粒径分布 粒径范围，粒径范

20、围， mm 1.25-0.90.9-0.450.45-0.24 目目数数16/2020/4040/70 标准筛组合标准筛组合 mm 1.61.250.63 1.250.90.45 1.00.630.35 0.90.50.28 0.750.450.224 0.630.350.125 底盘底盘底盘底盘底盘底盘 标准筛检测组合 支撑剂的粒径范围: 0.24-0.45mm（40/70) 0.45-0.9mm(20/40) 0.9-1.25mm(16/20) 可以根据表进行检测: 落在公称直径范围内的样品质量不低于样品总质量的90%； 小于支撑剂下限的质量不应超过总质量的2%； 大于顶筛的样品质量不应超

21、过总质量的0.1%； 落在支撑剂下限筛子的样品质量不低于样品总质量的10%； （2）支撑剂的球度、圆度 天然石英砂的球度应大于0.6，人造陶粒的球度应大于0.8。 （二）支撑剂的主要性能 （3）支撑剂酸溶解度 各种支撑剂的允许的酸溶解度数值见下表，天然石英砂和人造支撑 剂的酸溶解度数值应符合同一标准 支撑剂酸溶解度表支撑剂酸溶解度表 粒径范围，粒径范围，mm酸溶解度最大值，酸溶解度最大值，% 1.25-0.95 0.9-0.455 0.45-0.247 （二）支撑剂的主要性能 （4）支撑剂的浊度 支撑剂的浊度应低于100NTU或100度。 （5）支撑剂的破碎率 石英砂、陶粒的抗破碎能力应符合下

22、表： 石英砂抗破碎指标表 粒径范围，粒径范围， mm 闭合压力，闭合压力， MPa 破碎时受力，破碎时受力， KN 破碎率，破碎率，% 1.25-0.92142.5614 0.9-0.452856.7514 0.45-0.243570.948 （二）支撑剂的主要性能 人造陶粒抗破碎指标表 粒径范围，粒径范围，mm破碎率，破碎率，% 1.25-0.925 0.9-0.4510 0.45-0.248 （三）支撑裂缝导流能力的影响因素 支撑裂缝导流能力是指裂缝传导储集层流体的能力，并 以支撑带的渗透率（Kf）与宽度（Wf）的乘积（KfWf）来表 示。 影响支撑剂导流能力的因素主要有： （1）地应力与地层孔隙压力的影响 对于压裂井，压裂后形成的支撑带中的支撑剂承受着裂缝闭合压力 P