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裂缝裂缝开始在裂缝开

2、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）压裂液主要功能：主要功能： 是传递能量，使油是传递能量，

3、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

4、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；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

5、）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。

6、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

7、%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

8、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 。（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

9、-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

10、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 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

11、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

12、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

13、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

14、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（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 mpas332冻胶初始粘度 （mpas）3003冻胶剪切 30min 粘度（mpas）1504破胶性能（mpas）24h 粘度小于 10mPa.s5残渣含量（mg/l）4006稠度系数（mpa.sn）101027流动行为指数0.2-0.78破胶液表面张力（mN/m）309破胶液煤油界面张力（mN/m）510初

15、滤失量 m3/m2210-311滤失系数 m/min-2110-3 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

16、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

17、铝85%-90%，氧化硅3%-6%，氧化铁约4-7%。氧化钛、氧化锆3%-4%。承压100MPa。（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

18、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

19、（1）粒径分布粒径范围，粒径范围，mm1.25-0.90.9-0.450.45-0.24目目数数16/2020/4040/70标准筛组合标准筛组合 mm1.61.250.631.250.90.451.00.630.350.90.50.280.750.450.2240.630.350.125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过总质量

20、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，%1.25-0.950.9-0.4550.45-0.247（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表：石英砂抗破碎指标表粒径范围，粒

21、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，%1.25-0.92142.56140.9-0.452856.75140.45-0.243570.948（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，%1.25-0.9250.9-0.45100.45-0.248（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PP，它是地层地