石油工程概论2012(六)

1、柱塞柱塞游动凡尔游动凡尔工作筒工作筒固定凡尔固定凡尔 1.游动凡尔游动凡尔 2.活塞活塞 3.衬套衬套 4.固定凡尔固定凡尔SNfQpt1440tQQ一、水力压裂技术一、水力压裂技术二、油层酸化工艺技术二、油层酸化工艺技术三、碳酸盐岩地层盐酸处理技术三、碳酸盐岩地层盐酸处理技术四、酸化压裂技术四、酸化压裂技术 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。 利用地面利用地面高压泵组高压泵组，将，将高粘液体高粘液体以以大大超过油层吸收能力大大超过油层吸收能力的排量泵入井中，随即在井底附近憋起高压

2、，当该的排量泵入井中，随即在井底附近憋起高压，当该压力大于井压力大于井壁附近的地应力及岩石的抗张强度时壁附近的地应力及岩石的抗张强度时，在井底附近地层将产生，在井底附近地层将产生裂缝，再将带有支撑剂的携砂液挤入裂缝中，支撑剂沿裂缝分裂缝，再将带有支撑剂的携砂液挤入裂缝中，支撑剂沿裂缝分布，从而在井底附近形成一条具有一定长度、宽度和高度的高布，从而在井底附近形成一条具有一定长度、宽度和高度的高导流能力的填砂裂缝，供油气流入井内或注入水进入地层。导流能力的填砂裂缝，供油气流入井内或注入水进入地层。二二. . 水力压裂的工艺过程：水力压裂的工艺过程：注入高压注入高压前置液前置液起裂起裂扩展扩展注入携

3、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部分裂缝部分闭合闭合高导流的高导流的人工裂缝人工裂缝三三. .水力压裂增产增注的原理水力压裂增产增注的原理: :（1 1）由于压裂在井底附近形成了具有一定规模高导流能力的裂）由于压裂在井底附近形成了具有一定规模高导流能力的裂缝，改善了油层的导流能力，从而降低井底附近地层缝，改善了油层的导流能力，从而降低井底附近地层中流体中流体的的渗流阻力渗流阻力; ; （2 2）改变了）改变了流体的渗流状态流体的渗流状态，由径向流，由径向流变成双线性流（地层线性变成双线性流（地层线性流向裂缝，裂缝内流体线性流入井筒），消除了流向裂缝，裂缝内

4、流体线性流入井筒），消除了径向节流损径向节流损失，大大降低了能量消耗。失，大大降低了能量消耗。四四. . 造缝条件造缝条件1 1、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井底压力大于岩石的抗张强度2 2、破裂压力梯度：、破裂压力梯度： 为了比较和预测各油田（油井）的破裂压力，而引为了比较和预测各油田（油井）的破裂压力，而引入破裂压力梯度。它是指：入破裂压力梯度。它是指：地层破裂压力与地层深度地层破裂压力与地层深度的比值。的比值。五、压裂液五、压裂液压压裂裂液液任任务务破裂地层、造缝、降温作用破裂地层、造缝、降温作用。携带支撑剂、充填裂缝、造缝及冷却地层作用携带支撑剂、充填裂缝

5、、造缝及冷却地层作用。末尾顶替液：末尾顶替液：替液入缝替液入缝，提高携砂液效率和提高携砂液效率和防止井筒沉砂防止井筒沉砂。前置液前置液携砂液携砂液顶替液顶替液中间顶替液：中间顶替液：携砂液、防砂卡携砂液、防砂卡；1 1、定义、定义 压裂液压裂液是压裂施工过程中所使用全部液体的总称，是造缝和是压裂施工过程中所使用全部液体的总称，是造缝和携砂的介质，压裂液性能的好坏是压裂成功的关键。携砂的介质，压裂液性能的好坏是压裂成功的关键。压裂液包压裂液包括三部分括三部分： 性能要求性能要求 （1 1）滤失量少：）滤失量少：( (造长缝、宽缝条件）造长缝、宽缝条件）（2 2）悬砂性强：粘度高。）悬砂性强：粘度

6、高。（3 3）摩阻低：消耗动力少，排量大。）摩阻低：消耗动力少，排量大。（4 4）稳定性：温度，抗剪切。）稳定性：温度，抗剪切。（5 5）残渣低：清洁压裂液。）残渣低：清洁压裂液。（6 6）易返排：破胶（水化）。）易返排：破胶（水化）。（7 7）货源广，价格低。）货源广，价格低。（8 8）配伍性好。）配伍性好。六、支撑剂六、支撑剂填砂裂缝的导流能力：填砂裂缝的导流能力： 在油层条件下，填砂裂缝渗透率与裂缝宽在油层条件下，填砂裂缝渗透率与裂缝宽度的乘积，常用度的乘积，常用FRCDFRCD表示，导流能力也称为导表示，导流能力也称为导流率。流率。 指用来支撑已压开的裂缝，使裂缝不再重新指用来支撑已压

7、开的裂缝，使裂缝不再重新闭合，并使裂缝具有较高导流能力的固体颗粒。闭合，并使裂缝具有较高导流能力的固体颗粒。六、支撑剂六、支撑剂支撑剂的性能要求：(1)(1)粒径均匀，密度小粒径均匀，密度小(2)(2)强度大，破碎率小强度大，破碎率小(3)(3)园度和球度高园度和球度高(4)(4)杂质含量少杂质含量少(5)(5)来源广，价廉来源广，价廉（1 1）低渗透油气藏：空气渗透率）低渗透油气藏：空气渗透率50md50md（低渗油藏）（低渗油藏）（2 2）中高渗油气藏：增产、压裂防砂）中高渗油气藏：增产、压裂防砂七、水力压裂增产适用条件：七、水力压裂增产适用条件：（3 3）油田整体压裂（开发措施）油田整体

8、压裂（开发措施）2 2、影响压裂井增产幅度的因素、影响压裂井增产幅度的因素指压裂层的渗透率、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、高和导流能力水力压裂施工现场水力压裂施工现场水力压裂施工现场水力压裂施工现场水力压裂施工现场水力压裂施工现场 油层酸化处理是利用酸液能溶解岩石中所油层酸化处理是利用酸液能溶解岩石中所含盐类物质（含盐类物质（岩石胶结物或地层孔隙岩石胶结物或地层孔隙( (裂缝裂缝) )内内堵塞物等堵塞物等）的特性，扩大近井地带油层的孔隙）的特性，扩大近井地带油

9、层的孔隙度，提高地层渗透率，改善油、气流动状况，度，提高地层渗透率，改善油、气流动状况，以增加油气产量的一种增产措施。以增加油气产量的一种增产措施。一、定义一、定义 通过酸液对岩石胶结物或地层孔隙通过酸液对岩石胶结物或地层孔隙( (裂缝裂缝) )内堵塞物等的内堵塞物等的溶解和溶蚀作用，恢复或提高地层孔隙和裂缝的渗透性。溶解和溶蚀作用，恢复或提高地层孔隙和裂缝的渗透性。按按照工艺不同分为：照工艺不同分为： 酸洗酸洗 基质酸化基质酸化 压裂酸化压裂酸化将少量酸液注入井筒内，清除井筒孔眼中酸溶性将少量酸液注入井筒内，清除井筒孔眼中酸溶性颗粒和钻屑及结垢等，并疏通射孔孔眼。颗粒和钻屑及结垢等，并疏通射

10、孔孔眼。在低于岩石破裂压力下将酸注入地层，依靠酸液在低于岩石破裂压力下将酸注入地层，依靠酸液的溶蚀作用恢复或提高井筒附近较大范围内油层的溶蚀作用恢复或提高井筒附近较大范围内油层的渗透性。的渗透性。在高于岩石破裂压力下将酸注入地层，在地层内在高于岩石破裂压力下将酸注入地层，在地层内形成裂缝，通过酸液对裂缝壁面物质的不均匀溶形成裂缝，通过酸液对裂缝壁面物质的不均匀溶蚀形成高导流能力的裂缝。蚀形成高导流能力的裂缝。二、碳酸盐岩地层盐酸处理技术二、碳酸盐岩地层盐酸处理技术碳酸盐岩地层主要成分：方解石和白云石碳酸盐岩地层主要成分：方解石和白云石1 1、目的：、目的：解除孔隙、裂缝中的堵塞物质，或扩大沟通

11、油气岩解除孔隙、裂缝中的堵塞物质，或扩大沟通油气岩层原有的孔隙和裂缝，提高油气层的渗流性。层原有的孔隙和裂缝，提高油气层的渗流性。2 2HCl+CaCOHCl+CaCO3 3CaClCaCl2 2+H+H2 2O+COO+CO2 24HCl+MgCa(CO4HCl+MgCa(CO3 3) )2 2CaClCaCl2 2+MgCl+MgCl2 2+2H+2H2 2O+2COO+2CO2 2生成物状态生成物状态：氯化钙、氯化镁全部溶于残酸中。二氧化碳氯化钙、氯化镁全部溶于残酸中。二氧化碳气体大部分呈游离状态的微小气泡，分散在残酸溶液中，有气体大部分呈游离状态的微小气泡，分散在残酸溶液中，有助于残酸

12、溶液从油气层中排出。助于残酸溶液从油气层中排出。2 2、原理：、原理：3 3、酸、酸- -岩反应速度：岩反应速度：酸岩反应是复相反应，其特点是反应酸岩反应是复相反应，其特点是反应只在酸岩界面只在酸岩界面上进行，上进行，三个步骤：三个步骤：（1 1）酸液中的氢离子传递到碳酸盐岩表面）酸液中的氢离子传递到碳酸盐岩表面（2 2）氢离子在岩面和碳酸盐进行反应）氢离子在岩面和碳酸盐进行反应（3 3）反应生成物钙离子、镁离子和）反应生成物钙离子、镁离子和COCO2 2气泡离开岩面气泡离开岩面4 4、酸、酸- -岩反应过程：岩反应过程：(1)(1)面容比面容比面容比越大，单位体积酸液中的面容比越大，单位体积

13、酸液中的H+H+传递到岩石表面的数量就越多，反传递到岩石表面的数量就越多，反应速度也越快。应速度也越快。(2)(2)酸液的流速酸液的流速酸液流动增加，流体的渗流作用加强，酸液穿透深度增加。酸液流动增加，流体的渗流作用加强，酸液穿透深度增加。5 5、影响酸岩反应速度的因素、影响酸岩反应速度的因素 盐酸在微小孔道中的流动，一般仅几十秒，最多不超过盐酸在微小孔道中的流动，一般仅几十秒，最多不超过1 12 2分钟，酸分钟，酸的活性就基本耗尽，活性酸的穿入深度仅为几十厘米。因此，如何延缓盐的活性就基本耗尽，活性酸的穿入深度仅为几十厘米。因此，如何延缓盐酸在地层中的反应速度，是酸化工作中的重要课题；为此，

14、需要研究影响酸在地层中的反应速度，是酸化工作中的重要课题；为此，需要研究影响盐酸与碳酸盐岩反应速度的因素。盐酸与碳酸盐岩反应速度的因素。(5)(5)温度温度 温度升高，温度升高，H H+ +热运动加剧，传质速度加快，酸岩反应速度加快。热运动加剧，传质速度加快，酸岩反应速度加快。(6)(6)压力压力压力增加，反应速度减慢。压力增加，反应速度减慢。(7)(7)其它因素其它因素 岩石的化学组分岩石的化学组分物理化学性质物理化学性质酸液粘度等酸液粘度等(3)(3)酸液的类型酸液的类型强酸反应速度快，弱酸反应速度慢。强酸反应速度快，弱酸反应速度慢。(4)(4)盐酸的质量分数盐酸的质量分数高浓度有利于延长

15、作用距离。高浓度有利于延长作用距离。6 6、提高酸化效果的措施：、提高酸化效果的措施：降低面容比降低面容比提高酸液流速提高酸液流速使用稠化盐酸、高浓度盐酸和多组分酸使用稠化盐酸、高浓度盐酸和多组分酸降低井底温度等降低井底温度等面容比越大，反应速度也越快面容比越大，反应速度也越快酸液流动增加，流体的渗流作用加强，酸液穿透深度增加酸液流动增加，流体的渗流作用加强，酸液穿透深度增加强酸反应速度快，弱酸反应速度慢；高浓度有利于延长作用距离强酸反应速度快，弱酸反应速度慢；高浓度有利于延长作用距离 温度升高，温度升高，H H+ +热运动加剧，传质速度加快，酸岩反应速度加快热运动加剧，传质速度加快，酸岩反应

16、速度加快三、三、 酸化压裂技术酸化压裂技术1 1、定义：、定义：用酸液作为压裂液，不加支撑剂的压裂称为酸化压裂用酸液作为压裂液，不加支撑剂的压裂称为酸化压裂（简称酸压）。（简称酸压）。2 2、作用原理、作用原理：(1) (1) 靠水力作用形成裂缝；靠水力作用形成裂缝；(2) (2) 靠酸液的溶蚀作用把裂缝的壁面溶蚀成凹凸不平的表面，靠酸液的溶蚀作用把裂缝的壁面溶蚀成凹凸不平的表面，停泵卸压后，裂缝壁面不能完全闭合，具有较高的导流能停泵卸压后，裂缝壁面不能完全闭合，具有较高的导流能力，可达到提高地层渗透性的目的。力，可达到提高地层渗透性的目的。三、三、 酸化压裂技术酸化压裂技术3 3、酸压与水力压裂相比：、酸压与水力压裂相比：相同点相同点：（基本原理和目的均相同）（基本原理和目的均相同）不同点不同点：实现其导流性的方式不同实现其导流性的方式不同目标均是为了产生有足够长度和导流能力的裂缝，减目标均是为了产生有足够长度和导流能力的裂缝，减少油气水渗流阻力。少油气水渗流阻力。水力压裂：水力压裂：裂缝内的支撑剂阻止停泵后裂缝闭合；裂缝内的支撑剂阻止停泵后裂缝闭合；酸压：酸压：一般不适用支撑剂，而是依靠酸液对裂缝壁面的不均一般不适用支撑剂，而是依靠酸液对裂缝壁面的不均匀溶蚀产生一定的导流能力。匀溶蚀产生一定的导流能力。复习提要复习提要一、水力压裂技