压裂技术理论及应用

1、12010.08234 水力压裂技术自1947年投入现场应用以来，经过半个多世纪的完善和发展，已经成为提高单井产量的基本工程手段之一。压裂技术通过在油藏内形成深穿透、高导流能力的裂缝，提高油气井产量和增加勘探井可采储量，最终提高油气田的采收率。5 水力压裂作业，是利用地面高压泵注设备将高粘度的流体，以大大超过地层吸收能力的排量注入井筒，在射孔油层附近憋起高压，当井底压力超过井壁附近地层最小主应力及岩石的抗张强度后，在地层中形成裂缝并向前延伸。然后，利用高粘度的压裂液携带支撑剂注入裂缝中，停止注入后，随着压裂液的快速破胶，粘度大大降低，破胶化水的压裂液沿裂缝流向井底，排出地面，携带的支撑剂随即在

2、裂缝中沉降，在地层中形成了具有一定长度、宽度和高度的高导流能力的支撑裂缝。改善了地层附近流体的渗流方式和渗流条件，扩大了渗流面积，减小了渗流阻力并解除了井壁附近的污染，从而达到增产、增注的目的。67A-07 Design240024252450247525002525255025752600262530180GR00.3NPHI2.23RHOB070IMPHShaleK-25U sandK-25L sandK-30 sandMudstoneRocktype500010000Stress (psi)2550751001251501752002375240024252450247525002525

3、255025752600262500.100.200.300.400.500.600.700.800.901.0Proppant Concentration (lb/ft)K-30/35 207 ftK-25L 187 ftK-25U 165 ftK-22 210 ftHalf-LengthA-07 Design240024252450247525002525255025752600262530180GR00.3NPHI2.23RHOB070IMPHShaleK-25U sandK-25L sandK-30 sandMudstoneRocktype500010000Stress (psi)25

4、50751001251501752002375240024252450247525002525255025752600262500.100.200.300.400.500.600.700.800.901.0Proppant Concentration (lb/ft)K-30/35 207 ftK-25L 187 ftK-25U 165 ftK-22 210 ftHalf-Length89101112123456712345671314参数录取压裂液和支撑剂优选地层评估软件模拟分析压后评价现场实施15压裂井的类别、井径、井下管柱（套管、油管）、井口装置、固井质量、压裂井的类别、井径、井下管柱（套

5、管、油管）、井口装置、固井质量、射孔井段的位置、射孔方式、弹型、相位角、孔密与孔眼尺寸、井下工射孔井段的位置、射孔方式、弹型、相位角、孔密与孔眼尺寸、井下工具规范、尺寸、额定压力，承受温度与位置。具规范、尺寸、额定压力，承受温度与位置。储层有效渗透率、孔隙度、含油饱和度、有效厚度、储层地层压力、静态储层有效渗透率、孔隙度、含油饱和度、有效厚度、储层地层压力、静态温度；储层油水的相渗关系、流体性质（密度、粘度、压缩系数与总矿化温度；储层油水的相渗关系、流体性质（密度、粘度、压缩系数与总矿化度等）；岩石力学性质（弹性模量、泊松比、抗压强度等）；储层就地应度等）；岩石力学性质（弹性模量、泊松比、抗压

6、强度等）；储层就地应力的垂向分布及水平主应力方位；遮挡层的岩性，厚度与就地应力值、井力的垂向分布及水平主应力方位；遮挡层的岩性，厚度与就地应力值、井的试油、开发生产与生产测试等资料数据。的试油、开发生产与生产测试等资料数据。裂缝破裂压力、延伸压力与闭合压力、压裂液的类型、流变性、粘温粘时裂缝破裂压力、延伸压力与闭合压力、压裂液的类型、流变性、粘温粘时性、滤失与损害等数据、支撑剂的类型及其抗压强度、导流能力与裂缝支性、滤失与损害等数据、支撑剂的类型及其抗压强度、导流能力与裂缝支撑剂层渗透率等数据、泵注排量、平均砂液比、泵注程序、压裂设备功率撑剂层渗透率等数据、泵注排量、平均砂液比、泵注程序、压裂

7、设备功率及其压力极限、油藏以往压裂实践及其压裂前后生产反应的资料数据。及其压力极限、油藏以往压裂实践及其压裂前后生产反应的资料数据。161718F = wkfkLwkff 对于对于 F 30 F 30 可以得到无限大的裂缝导流能力，一般可以得到无限大的裂缝导流能力，一般而言，而言，F 2F 2就可以满足生产需要。就可以满足生产需要。CDCD199200930094009500960097009800990020200GR0.50NEUT92009300940095009600970098009900S a n dS a n dS a n dS a n dS a n dS a n dS a n

8、dS a n dS a n dS a n dS a n dS a n dS a n dS a n dS a n dS a n dS h a l eS h a l eS a n d 2S a n d 2S a n d 2S a n d 2S h a l eS h a l eS a n dS a n dRocktype 50007000Stress (psi)Modulus (psi)00.5Pore Permea.Concentration of Proppant in Fracture (lb/ft)1002003009200930094009500960097009800990000 .1

9、5 0 .3 0 0 .4 5 0 .6 0 0 .7 5 0 .9 01 .11 .21 .41 .5P ro p p an t Co n cen tratio n (lb /ft)Width Profile (in)0.500.592009300940095009600970098009900202122 由于水基液具有价廉、性良且易于控制等特点，已成为应用最为广泛的压裂液。 用于稠化压裂液的聚合物之一是瓜胶。瓜胶聚合物具有很强的亲水性，把瓜胶粉加入水中，瓜胶的微粒将溶胀并与水化合，即瓜胶聚合物分子与许多水分子缔合，在溶液中展开并延伸。从而增加了溶液的粘度。因为瓜胶中仍有4-8%的水不溶物

10、，所以，在聚合物链上又引入了羟丙基，制成羟丙基瓜胶。2324 重油最初用作油基压裂液，是因为它们比水基液对含油气地层的伤害小，油基液本身固有的粘度也使其比水更具吸引力。但是油基液较贵，而且施工操作较难处理，所以目前仅用于已知是对水极为敏感的地层中。2526 泡沫压裂液泡沫压裂液 泡沫是一种稳定的气液混合物，用表面活性剂可使这种混合物泡沫是一种稳定的气液混合物，用表面活性剂可使这种混合物达到稳定。降低了表面张力。当液体从作业井中返排时，泡沫达到稳定。降低了表面张力。当液体从作业井中返排时，泡沫中的承压气体（氮或二氧化碳）膨胀将液体从裂缝中驱出。泡中的承压气体（氮或二氧化碳）膨胀将液体从裂缝中驱出

11、。泡沫加速了支撑裂缝中液体的回收率，因此是一种用于低压储层沫加速了支撑裂缝中液体的回收率，因此是一种用于低压储层中的理想液体。中的理想液体。 由于体积气体的泡沫含量高达由于体积气体的泡沫含量高达95%，所以液相最小。在水基液，所以液相最小。在水基液中，充满泡沫的液体极大地减少了与地层接触的液量，因此在中，充满泡沫的液体极大地减少了与地层接触的液量，因此在水敏地层中泡沫液的效果良好。水敏地层中泡沫液的效果良好。27 乳化压裂液乳化压裂液 乳化液是两种不融和相的分散体系，如用表面活性剂稳定的水乳化液是两种不融和相的分散体系，如用表面活性剂稳定的水中油或油中水。乳化基压裂液是高度粘稠溶液，具有良好的

12、传中油或油中水。乳化基压裂液是高度粘稠溶液，具有良好的传输性。输性。 乳化液常因乳化剂吸附在地层岩石表面上而破乳。由于聚合物乳化液常因乳化剂吸附在地层岩石表面上而破乳。由于聚合物用量极少，这类液体对地层伤害较小，而且可快速清洗。聚乳用量极少，这类液体对地层伤害较小，而且可快速清洗。聚乳化液的不足是摩擦压力较高，而且液体的费用较高（除非碳氢化液的不足是摩擦压力较高，而且液体的费用较高（除非碳氢化合物可回收）。此外随着温度的升高，聚乳化液明显地变得化合物可回收）。此外随着温度的升高，聚乳化液明显地变得稀薄，故不宜用于高温井中。稀薄，故不宜用于高温井中。28 交联剂 用于增加压裂液粘度 杀菌剂 防止

13、压裂液因时间过长而霉变 防膨剂 用于抑制粘土膨胀 助排剂 降低液体表、界面张力，帮助返排 消泡剂 消除配液过程中液体气泡，使泵送顺利2930 支撑剂用于支撑张开的裂缝，以便在停泵和压裂液滤失后，形成一条通往井筒的导流通道。在裂缝内铺置适宜浓度的支撑剂和选择适宜的支撑剂类型是保证压裂作业成功的关键。31影响裂缝导流能力的支撑剂物理性能包括：、支撑剂的强度；、支撑剂的粒径和粒径分布、细小微粒和杂质含量。、支撑剂的因度和球度。、支撑剂的密度。323334110100100010203040506070Closure Stress (M Pa)Conductivity (darcy-cm)20/40

14、CARBOLITE20/40 Local 20/40 Local Sand3536支撑剂的选择u 、石英砂闭合应力小于42MPa。u 、树脂涂层支撑剂（RCP）一一闭合应力小于56MPa。u 、中等强度支撑剂（ISP）闭合应力大于35MPa，但小于 69MPa。u 、高强度支撑剂一一闭合应力等于或大于69MPa。37383940l 拟平滑加砂压裂技术拟平滑加砂压裂技术 l 延缓交联降摩阻技术延缓交联降摩阻技术 l 高砂比压裂技术高砂比压裂技术 l 微胶囊全程破胶技术微胶囊全程破胶技术 l 压前预处理技术压前预处理技术l 4142?43l缝高控制缝高控制l 保证压裂增保证压裂增产的关键技产的关键

15、技术。术。4445缝高控制技术应力剖面计算SINOPECSLOF525450464850 生生 产产 层层 生生 产产 层层 生生 产产 层层 生生 产产 层层生生 产产 层层 生生 产产 层层 大型压裂改造！大型压裂改造！51 生生 产产 层层 生生 产产 层层 生生 产产 层层 生生 产产 层层 生生 产产 层层 生生 产产 层层l 储层具有双孔隙结构。储层具有双孔隙结构。l 天然微裂缝、溶孔及泥岩裂缝发育。天然微裂缝、溶孔及泥岩裂缝发育。 在该井第三层（在该井第三层（2946.22946.22952.8m2952.8m）压裂施工中，应用综合降）压裂施工中，应用综合降滤技术，在施工排量为滤

16、技术，在施工排量为2.3m2.3m3 3/min/min的情况下，顺利完成加砂的情况下，顺利完成加砂21m21m3 3的的压裂施工，取得了初产油压裂施工，取得了初产油20.2t/d20.2t/d的改造效果。的改造效果。58596061商商549井压前压后井温曲线井压前压后井温曲线商商549井压裂施工综合曲线井压裂施工综合曲线商商549井测井曲线图（部分）井测井曲线图（部分）62Perfectly confined fracOut-of-zonegrowthTwistingfracturesPoor fluiddiversionT-shapedfracturesHorizontalfractur

17、esMultiple fracturesdipping from verticalUpward fracturegrowthMatching net pressure is a NECESSARY but not SUFFICIENT condition for estimating frac geometry 6465Tp+TcBottomhole pressureRateClosureEfficiency TimeTcPnetTpTcISIP666768l 配套完善了与压裂工艺特点相符的井底压力、温度测配套完善了与压裂工艺特点相符的井底压力、温度测试仪器，填补了胜利油田在该技术领域的空白。

18、试仪器，填补了胜利油田在该技术领域的空白。l 仪器主要技术指标：仪器主要技术指标：l 压力量程：压力量程：0 0150MPa 150MPa l 温度量程：温度量程：0 0180180l 数据存储容量：数据存储容量：5050万组万组l 采样间隔：采样间隔：1 1秒秒1 1小时小时/ /点点691E-30. 010. 11100. 1110双对数曲线: d p 和dp M Pa -dt hr1E-30. 010. 11100. 010. 11双对数曲线: d p 和dp M Pa -dt hr1E-30. 010. 11100. 1110双对数曲线: d p 和dp M Pa -dt hr1E-3

19、0. 010. 11100. 010. 11双对数曲线: d p 和dp M Pa -dt hr商商848井压前双对数导数曲线井压前双对数导数曲线商商848井压后双对数导数曲线井压后双对数导数曲线商商550井压前双对数导数曲线井压前双对数导数曲线商商550井压后双对数导数曲线井压后双对数导数曲线7071高导流能力裂缝高导流能力裂缝72中等导流能力裂缝中等导流能力裂缝压裂现场质量控制 井口、管柱、封隔器安全性能质量控制。井口、管柱、封隔器安全性能质量控制。 泵车、仪表设备工作状态质量控制。泵车、仪表设备工作状态质量控制。 压裂液、支撑剂质量控制。压裂液、支撑剂质量控制。 数据采集和过程质量控制。

20、数据采集和过程质量控制。 液体返排质量控制。液体返排质量控制。 健康安全和环境保护措施。健康安全和环境保护措施。73747576777879一、碳酸盐岩大型酸压技术 l 酸压是指以酸液为工作液1.什么是酸压？ 808182838485多级交替注入酸压技术多级交替注入酸压技术8687多级交替注入闭合酸压技术多级交替注入闭合酸压技术88深度深度温度温度刻蚀刻蚀刻蚀时间刻蚀时间 闭合压力闭合压力 导流能力导流能力m方式方式minMPacm张开张开181851.751.70.410.41张开张开363651.751.70.190.19闭合闭合515151.751.752.3452.3410.310.30.060.06张开张开181810.310.316.1616.16闭合闭合363610.310