第6章 水力压裂技术(120405)

1、 用压力将地层压开一条或几条水平的或垂直的裂缝，并用支撑剂将裂缝支撑起来，减小油、气、水的流动阻力，沟通油、气、水的流动通道，从而达到增产增注的效果。利用100%的液体二氧化碳和石英砂进行压裂，无水无任何添加剂，压后压裂液几乎完全排出地层，可避免地层伤害。其关键技术是混合砂子进入液体二氧化碳中的二氧化碳混合器。适用于对驱替液、冻胶或表面活性剂的伤害敏感的地层，适合的储层包括渗水层、低压层及有微粒运移的储层以及水敏性储层。水力压裂水力压裂高能气体压裂高能气体压裂干法压裂干法压裂利用特定的发射药或推进剂在油气井的目的层段高速燃烧，产生高温高压气体，压裂地层形成多条自井眼呈放射状的径向裂缝，清除油气

2、层污染及堵塞物，有效地降低表皮系数，从而达到油气井增产的目的的一种工艺技术。 利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高压；当层吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高压；当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层产生裂缝；继续注入带有支撑时，在井底附近地层产生裂缝；继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成内形成具

3、有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，使井达具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，使井达到增产增注目的工艺措施。到增产增注目的工艺措施。（1 1）降低井底附近地层渗流阻力降低井底附近地层渗流阻力。 （2 2）改变了流动形态，由径向流）改变了流动形态，由径向流双线性流（地双线性流（地层线性流向裂缝，裂缝内流体线性流入井筒）。层线性流向裂缝，裂缝内流体线性流入井筒）。裂缝形成条件裂缝形成条件：井底压力大于岩石的抗张强度（断：井底压力大于岩石的抗张强度（断裂韧性）裂韧性）注入高压前置液注入高压前置液起裂起裂扩展扩展注入携砂液注入携砂液（石英砂，陶粒）（石英砂，陶粒）压裂液返排压裂液返排裂缝闭合裂缝闭合

4、高导流的人工裂缝高导流的人工裂缝（1 1）低渗透油气藏：空气渗透率）低渗透油气藏：空气渗透率50md10MPa10MPa滤失是不可避免的，只可以减缓，不可以根除。滤失是不可避免的，只可以减缓，不可以根除。滤失面积：滤失面积：HL4Sf LfH返回时间时间压力压力P P破裂破裂P延伸延伸井筒摩阻井筒摩阻瞬时停泵压力瞬时停泵压力返回式中：式中：f f裂缝内压裂液粘度，裂缝内压裂液粘度，mPamPas s；P P裂缝内外压力差，裂缝内外压力差，kPakPa； k k垂直裂缝壁面的渗透率，垂直裂缝壁面的渗透率，m m2 2； 地层孔隙度，小数。地层孔隙度，小数。当压裂液粘度大大超过油藏流体的粘度时，压

5、当压裂液粘度大大超过油藏流体的粘度时，压裂液的滤失速度主要取决于压裂液的粘度。裂液的滤失速度主要取决于压裂液的粘度。返回当压裂液粘度接近油藏流体粘度时，控制压当压裂液粘度接近油藏流体粘度时，控制压裂液滤失的是储层岩石和流体的压缩性，这是因裂液滤失的是储层岩石和流体的压缩性，这是因为储层岩石和流体受到压缩，让出一部分空间压为储层岩石和流体受到压缩，让出一部分空间压裂液才得以滤失进去。裂液才得以滤失进去。min/ t滤失量滤失量mlmltan = mVsptmVVsp Vsp初滤失量初滤失量返回具有固相颗粒及添加有防滤失剂的压裂液，施工过程具有固相颗粒及添加有防滤失剂的压裂液，施工过程中将会在裂缝

6、壁面上形成滤饼，它会有效地降低滤失速度，中将会在裂缝壁面上形成滤饼，它会有效地降低滤失速度，此时压裂液的滤失速度将受造壁性控制。此时压裂液的滤失速度将受造壁性控制。 C C 是由实验方是由实验方法测定的。法测定的。C C= =Am005. 0C C= C C2/ 1PP 实实C 返回返回裂缝闭合后，裂缝内渗透率与平均缝宽的乘积；裂缝闭合后，裂缝内渗透率与平均缝宽的乘积；maxfW4W 1.1.粒径均匀；粒径均匀；2.2.强度大，破碎率小；强度大，破碎率小；3.3.圆度和球度高；圆度和球度高；4.4.密度小；密度小；5.5.杂质少。杂质少。目前现场常用的支撑剂可分为两大类：一是天然砂，目前现场常

7、用的支撑剂可分为两大类：一是天然砂，一是人造支撑剂。一是人造支撑剂。 天然砂就是石英砂，高质量的石英砂往往都是古代的天然砂就是石英砂，高质量的石英砂往往都是古代的风成砂丘，在风力的搬运和筛选下沉砂而成，主要矿物成风成砂丘，在风力的搬运和筛选下沉砂而成，主要矿物成分是粗晶石英。分是粗晶石英。特点：特点：强度低；强度低；适用条件：适用条件：中浅层，深度小于中浅层，深度小于2000m2000m。返回 陶粒即烧结铝钒土，矿物成分是氧化铝、硅酸盐和铁陶粒即烧结铝钒土，矿物成分是氧化铝、硅酸盐和铁- -钛钛氧化物。氧化物。低密度：低密度：1800kg/m1800kg/m3 3中密度：中密度：2000200

8、03000kg/m3000kg/m3 3高密度：高密度：3000kg/m3000kg/m3 3特点：特点：强度高（强度高（5656105MPa105MPa），密度大；），密度大；适用条件：适用条件：较深井。较深井。返回 是用树脂把砂子包起来，树脂薄膜的厚度约为是用树脂把砂子包起来，树脂薄膜的厚度约为0.0010.001英英寸，约占总重量的寸，约占总重量的5 5以下。中等强度，适用于低强度天然以下。中等强度，适用于低强度天然砂和高强度陶粒之间的强度要求。在地层温度和压力作用下，砂和高强度陶粒之间的强度要求。在地层温度和压力作用下，树脂可以粘结起来。树脂可以粘结起来。增加了砂粒接触面积，提高了抵抗

9、闭合压力的能力；增加了砂粒接触面积，提高了抵抗闭合压力的能力；树脂薄膜将压碎的砂粒小块、粉砂包裹起来，减少了树脂薄膜将压碎的砂粒小块、粉砂包裹起来，减少了微粒间的运移和堵塞孔道的机会，改善了导流能力；微粒间的运移和堵塞孔道的机会，改善了导流能力；密度低，便于悬浮；密度低，便于悬浮；具有可变形的特点，使其接触面积有所增加，防止了具有可变形的特点，使其接触面积有所增加，防止了支撑剂在软地层的嵌入。支撑剂在软地层的嵌入。树脂砂有如下优树脂砂有如下优点点返回 支撑剂在裂缝内的分布规律随支撑剂在裂缝内的分布规律随裂缝类型裂缝类型( (水平、水平、垂直缝垂直缝) )和和携砂液性能携砂液性能而异。而异。 压

10、裂液粘度足以把支撑剂完全悬浮起来，在整个施压裂液粘度足以把支撑剂完全悬浮起来，在整个施工过程中没有支撑剂的沉降，停泵后支撑剂充满整个裂工过程中没有支撑剂的沉降，停泵后支撑剂充满整个裂缝内，因而携砂液到达的位置就是支撑裂缝的位置。缝内，因而携砂液到达的位置就是支撑裂缝的位置。是指单位体积裂缝内所含支撑剂的质量。是指单位体积裂缝内所含支撑剂的质量。指单位裂缝面积上所铺的支撑剂的质量。指单位裂缝面积上所铺的支撑剂的质量。支撑剂体积与压裂液体积之比。支撑剂体积与压裂液体积之比。 在忽略裂缝内流动阻力的情况下，可以认为裂缝内的在忽略裂缝内流动阻力的情况下，可以认为裂缝内的FRCDFRCD从缝端到井底是线

11、性增加的，因而要求砂浓度呈线性从缝端到井底是线性增加的，因而要求砂浓度呈线性增加。增加。 适合于低渗透率地层，不需要很高的填砂裂缝导流能适合于低渗透率地层，不需要很高的填砂裂缝导流能力就能有很好的增产效果；力就能有很好的增产效果；支撑面积很大，能最大限度地支撑面积很大，能最大限度地将压开的面积全部支撑起来。将压开的面积全部支撑起来。 由于剪切和温度等降解作用由于剪切和温度等降解作用, ,携砂性能并不能达到全携砂性能并不能达到全悬浮，部分支撑剂随携砂液一起向缝端运动，部分可能沉悬浮，部分支撑剂随携砂液一起向缝端运动，部分可能沉降下来。降下来。支撑剂沉降速度、砂堤堆起高度等都与裂缝参数有关。支撑剂

12、沉降速度、砂堤堆起高度等都与裂缝参数有关。返回支撑剂的选择主要是指选择其支撑剂的选择主要是指选择其类型和粒径类型和粒径。其目标是最大限度增产。其目标是最大限度增产。对对低渗低渗地层，水力压裂应以地层，水力压裂应以增加裂缝长度增加裂缝长度为主。为主。对对中高渗中高渗地层，水力压裂应以地层，水力压裂应以增加裂缝导流能力增加裂缝导流能力为主。为主。影响支撑剂选择的因素：影响支撑剂选择的因素：1 1）支撑剂的强度）支撑剂的强度2 2）粒径及其分布）粒径及其分布3 3）支撑剂类型与铺砂浓度）支撑剂类型与铺砂浓度4 4）其它因素）其它因素 如支撑剂的质量、密度以及颗粒园球度等如支撑剂的质量、密度以及颗粒园

13、球度等返回优选出经济可行的增产方案优选出经济可行的增产方案最大限度发挥油层潜能和裂缝的作用最大限度发挥油层潜能和裂缝的作用使压裂后油气井和注入井达到最佳状态使压裂后油气井和注入井达到最佳状态压裂井的有效期和稳产期长压裂井的有效期和稳产期长 根据根据油层特性和设备能力油层特性和设备能力，以获取，以获取最大产量或经济效最大产量或经济效益益为目标，在优选裂缝几何参数基础上，设计合适的加砂为目标，在优选裂缝几何参数基础上，设计合适的加砂方案。方案。裂缝几何参数优选及设计；裂缝几何参数优选及设计；压裂液类型、配方选择及注液程序；压裂液类型、配方选择及注液程序；支撑剂选择及加砂方案设计；支撑剂选择及加砂方

14、案设计；压裂效果预测和经济分析等压裂效果预测和经济分析等采收率和开采动态分析采收率和开采动态分析区块整体压裂设计区块整体压裂设计指压裂层的渗透率、孔隙度、流体物性、指压裂层的渗透率、孔隙度、流体物性、油层能量、含油丰度和泄油面积等油层能量、含油丰度和泄油面积等指填砂裂缝的长、宽、高和导流能力指填砂裂缝的长、宽、高和导流能力返回低渗油藏低渗油藏 增加裂缝长度比增加裂缝导流能力对增产更有利增加裂缝长度比增加裂缝导流能力对增产更有利高渗油藏高渗油藏 应以增加导流能力为主（短、宽缝）应以增加导流能力为主（短、宽缝）真三维模型真三维模型裂缝高度裂缝高度是常数，是常数，即流体仅沿缝长即流体仅沿缝长方向流动

15、。方向流动。缝高沿缝长方向缝高沿缝长方向是变化的，在是变化的，在缝缝长、缝高长、缝高方向均方向均有流动有流动( (即存在压即存在压力降力降) )。缝高缝高沿缝长方向沿缝长方向是是变化变化的，但的，但裂裂缝内缝内仍是仍是一维流一维流动动( (缝长缝长) )。二维二维(PKN(PKN、KGD)KGD)拟三维拟三维(P3D)(P3D)裂缝的扩展和裂缝内的流体流动方式裂缝的扩展和裂缝内的流体流动方式效果预测有效果预测有增产倍数增产倍数和和产量预测产量预测两种。两种。 垂直缝垂直缝的增产倍数一般可用麦克奎尔的增产倍数一般可用麦克奎尔西西克拉增产倍数曲线确定；克拉增产倍数曲线确定； 产量、压裂的有效期和累积增产量等的预测产量、压裂的有效期和累积增产量等的预测可用典型曲线拟合和数值模拟方法。可用典型曲线拟合和数值模拟方法。返回水平缝水平缝的增产倍数可用解析公式计算。的增产倍数可用解析公式计算。增产倍数：压裂前、后油气井采油指数之比增产倍数：压裂