水力压裂技术（课堂PPT）

水力压裂技术

林景禹/增产部经理

1绪论第一节、水力压裂基本原理第二节、水力压裂施工设备第三节、压裂液及其质量检测第四节、支撑剂及其质量检测第五节、水力压裂工艺技术21油气井增产方法1.1油气井低产的主要原因近井地带受伤害，导致渗透率严重下降

油气层渗透性差

地层压力低，油气层剩余能量不足

地层原油粘度高绪论31.2油气井增产途径

提高或恢复地层渗透率

保持压力增加地层能量

降低井底回压

降低原油粘度绪论41.3油气井增产方法

水力压裂HydraulicFracturing

酸化Acidizing

爆炸Explosion

高能气体压裂

水力冲击波压裂

振动压裂绪论51.4油气层增产工艺砂岩储层

水力压裂、基质酸化碳酸盐岩储层酸压、基质酸化、水力压裂特低渗坚硬储层高能气体压裂、高能气体压裂+水力压裂…绪论6第7页第一节、水力压裂基本原理一、水力压裂工作原理二、水力压裂增产机理三、水力压裂造缝机理四、水力压裂施工方法7基本概念

利用地面高压泵组，以超过地层吸收能力的排量将高粘液体（压裂液）泵入井内，而在井底憋起高压，当该压力克服井壁附近地应力达到岩石抗张强度后，就在井底产生裂缝。继续将带有支撑剂的携砂液注入压裂液，裂缝继续延伸并在裂缝中充填支撑剂。停泵后，由于支撑剂对裂缝的支撑作用，可在地层中形成足够长、有一定导流能力的填砂裂缝。一、水力压裂工作原理8第9页一、水力压裂工作原理近井解堵、储层改造、地层防砂、区块开发、岩屑回注9第10页二、水力压裂增产机理10第11页二、水力压裂增产机理11第12页三、水力压裂造缝机理12第13页三、水力压裂造缝机理13第14页预测判断水力裂缝形态的方法1、地应力测试法2、深度经验法3、破裂压力梯度经验法三、水力压裂造缝机理14第15页裂缝的破裂三、水力压裂造缝机理15第16页三、水力压裂造缝机理16第17页天然裂缝对水力裂缝的延伸有很大影响白色：水力裂缝红色：流体充实的裂缝黑色：天然裂缝三、水力压裂造缝机理17第18页三、水力压裂造缝机理18第19页如何判断水力压裂裂缝的方位1、井下微地震2、测斜仪三、水力压裂造缝机理19第20页井下微地震裂缝测试与诊断检测技术三、水力压裂造缝机理20第21页测斜仪裂缝测试与诊断技术三、水力压裂造缝机理21第22页水力压裂裂缝尺寸的识别应力差值影响裂缝高度，尤其是产层和隔层间的应力差是影响裂缝高度的决定因素；一般缝宽是支撑剂粒径的4-10倍；缝长与液量、砂量、砂比、施工排量等有关，相对而言，人为设计的空间较大；岩性对裂缝尺寸的影响较大。三、水力压裂造缝机理22第23页裂缝高度的识别（井温、示踪剂）三、水力压裂造缝机理23第24页四、水力压裂的施工方法注入方式：油管注入油套环空注入油套注入套管注入24第25页水力压裂施工工艺方法常规压裂分层压裂投球法压裂限流法压裂四、水力压裂的施工方法25第26页分层压裂工艺四、水力压裂的施工方法26第27页投球法水力压裂四、水力压裂的施工方法27第28页限流法分层压裂限流法压裂是通过控制各层的孔眼数量和直径，并尽可能的提高注入排量，利用最先被压开层孔眼产生的摩阻，提高井底压力，使其他层相继被压开，从而达到一次分压几个层的目的。四、水力压裂的施工方法28第29页第二节、水力压裂施工设备一、水力压裂作业地面流程二、水力压裂施工设备29第30页一、地面作业流程30第31页二、压裂设备31第32页压裂车二、压裂设备32第33页混砂车二、压裂设备33第34页二、压裂设备34第35页仪表车二、压裂设备35第36页二、压裂设备36第37页压裂车组监测与控制流程二、压裂设备37第38页管汇车二、压裂设备38第39页二、压裂设备39第40页第三节、压裂液及其质量检测一、压裂液概述二、水基压裂液的组成和性能检测40第41页一、压裂液概述1、按材料和液体的性状分水基压裂液油基压裂液乳化压裂液泡沫压裂液酸基压裂液醇基压裂液2、按耐温性能分低温压裂液（20-60℃）中温压裂液（60-120℃）高温压裂液（120-180℃）41第42页一、压裂液概述42第43页二、水基压裂液的组成和性能检测水基压裂液的组成1、稠化剂2、交联剂3、PH调节剂4、破胶剂5、杀菌剂6、粘土稳定剂7、表面活性剂8、降滤剂9、破乳剂10、降阻剂11、温度稳定剂43第44页二、水基压裂液的组成和性能检测44第45页二、水基压裂液的组成和性能检测45第46页二、水基压裂液的组成和性能检测46第47页二、水基压裂液的组成和性能检测47第48页二、水基压裂液的组成和性能检测48第49页二、水基压裂液的组成和性能检测49第50页二、水基压裂液的组成和性能检测50第51页二、水基压裂液的组成和性能检测51第52页二、水基压裂液的组成和性能检测52二、水基压裂液的组成和性能检测53第54页二、水基压裂液的组成和性能检测54第55页

二、水基压裂液的组成和性能检测55第56页二、水基压裂液的组成和性能检测56第57页二、水基压裂液的组成和性能检测57第58页第四节、支撑剂及其质量检测一、支撑剂类型二、支撑剂物理性能及其评价方法三、支撑剂裂缝导流能力及其影响因素四、支撑剂的选择58第59页一、支撑剂类型59第60页二、水基压裂液的组成和性能检测60第61页二、水基压裂液的组成和性能检测61第62页二、水基压裂液的组成和性能检测62第63页二、支撑剂的物理性能及评价63第64页支撑剂物理性能评价内容二、支撑剂的物理性能及评价64第65页三、充填支撑剂导流能力及其影响因素65第66页三、充填支撑剂导流能力及其影响因素66第67页四、支撑剂的选择67第68页四、支撑剂的选择68第69页四、支撑剂的选择69第70页四、支撑剂的选择70第71页第五节、水力压裂工艺技术一、高温高压深井压裂技术二、多层分段压裂技术

直井多层压裂技术水平井分段压裂技术三、非常规气藏压裂技术71

第六节、压裂方案设计概述一、压前地层评估二、压裂材料优化选择三、优化压裂设计四、压裂诊断及压后评估72一、压前地层评估地层潜力评价（物质基础）、地层能量分析、工艺措施原则及思路综合地质研究（包括沉积环境、沉积相、构造、岩性、物性以及地层流体性质等）、测井分析、岩石力学试验、不稳定试井，并使用油藏模拟进行综合性的历史拟合分析。在整体压裂时，应充分研究油藏的非均质性与各向异性，对上述研究的结果列出特性参数的数组，达到能覆盖油藏整体特性。73压裂液类型及优化选择

压裂液的类型：

水基压裂液、油基压裂液、乳状及泡沫压裂液等。水基冻胶压裂液，它具有粘度高、摩阻低及悬砂能力好等优点，已成为矿场主要使用的压裂液，总用量超过2/3。二、压裂材料优化选择74压裂液优化：基本准则是平衡压裂液的流变性、滤失性与压裂液伤害等诸因素的关系，达到能按设计安全施工和最大限度地减少对支撑裂缝与初集层的伤害，使压后获得最大净现值。压裂液优化考虑的因素

①储集层温度。适于27～67℃低温地层压裂液的难点在于如何快速彻底地破胶水化以便返排，超过125℃的高温地层压裂液应重点考察其粘温稳定性，介于二者之间的中温压裂液则需要解决维持粘度与快速彻底破胶的矛盾。二、压裂材料优化选择75

②储集层压力。对低压油气藏应采用密度相对低的如泡沫、油基和乳化压裂液，并配以强制闭合快速返排措施减少伤害。

③敏感性分析。包括水、碱、酸、盐和速度敏感性分析，其实验结果将为压裂液选择提供依据。

④地下原油特性。原油性能差异往往会很明显地影响压裂液的助排和破乳性能，因此最好使用本区块的原油进行助排和破乳实验，必要时可以使用互溶剂。

⑤地层水类型及矿化度。进入地层的处理液含盐量等于或大于粘土周围共生水的矿化度有利于粘土稳定。压裂液必须与地层水配伍且不产生二次沉定。二、压裂材料优化选择76

压裂过程的温度场计算对压裂液的优化设计非常重要，由于压裂液的冷却，压裂液实际遇到的温度低于油藏温度。在标准做法中，往往以油藏温度的80％～90％来评价压裂液。实际上，压裂液进入裂缝并在裂缝中流动时，会在地层中被加热，温度逐渐上升。最先进入地层的前置液遇到的总是地层静态温度，随后的液体则因作用时间短，来不及热交换而温度逐渐降低。这样同一口井，在压裂施工不同阶段，压裂液的性能有所不同，这就是压裂液优化设计的根据。二、压裂材料优化选择77

图2-2-1130℃地层温度下施工过程中压裂液遇到的温度（以B252为例）二、压裂材料优化选择78支撑剂类型：

脆性支撑剂，如石英砂、玻璃球等，特点是硬度大，变形小，在高闭合压力下易破碎；韧性支撑剂，如核桃壳、铝球等，特点是变形大，承压面积随之加大，在高闭合压力下不易破碎。

目前矿场上常用的是人造支撑剂（陶粒）。二、压裂材料优化选择79支撑剂优选：水力压裂使用支撑剂的目的是支撑水力裂缝，在储集层中形成远远高于油层渗透率的支撑裂缝带。根据油藏的特点，应正确选择与油藏相匹配的支撑剂类型与颗粒。

选择支撑剂应主要考虑它在地层条件下裂缝闭合后所受到的挤压力。支撑剂的特性必须与它所受的力相适应，以便裂缝闭合在支撑剂上后能达到油藏所需的导流能力。二、压裂材料优化选择80三、优化压裂设计FracProPT/StimPlan/Gohfer压裂优化设计的输入参数裂缝长、宽、高及导流能力的优化压裂施工工艺参数的选择压裂施工水马力的选择81类别主要参数作用求取方法备注储集层参数渗透率，地层压力，孔隙度，有效厚度，地层原油粘度，了解产层的储液能力及地层流体流动能力，是产能预测的关键参数。通过测井、试井或实验室岩心及高压物性试验得到地应力纵向剖面岩石弹性模量、泊松比是取得对缝高、缝宽以及地层压力，裂缝延伸压力信息的关键参数长源距声波测井、小型测试或实验室岩石力学参数测试得到地应力方向大小取得对裂缝延伸方向的认识，是整体压裂设计的重要参数井筒椭圆法实验室差应变分析法等压裂施工参数压裂液的稠度系数、流态指数、虑失系数影响造缝大小、施工压力高低的主要因素，裂缝模拟的关键参数实验室评价可以调节施工参数以得到合理的支撑裂缝加砂程序决定支撑裂缝剖面是否合理的主要因素总液量与支撑剂量、排量确定施工规模的主要参数经济评价参数压裂施工费用、材料费、设备费、其它费用计算施工成本油、气价格计算压后收益压裂优化设计的输入参数82裂缝长、宽、高及导流能力的优化无量纲导流能力定义为：

Cfd=KfWf/KLf

它本质上反映了地层特性与裂缝特性之间的关系，无量纲导流能力高说明裂缝导流能力远远大于地层的供液能力，造成施工中不必要的经济损失；无量纲导流能力低说明裂缝导流能力较低，将导致产量达不到要求。

对不同的缝长，利用油藏模拟和裂缝模拟以及经济评价模型求取最优的净现值，以此来确定最优的缝长。支撑缝宽的优化与导流能力有关，支撑缝宽主要取决于加砂浓度和支撑剂密度。按目前国内施工作业中的加砂浓度，平均支撑缝宽一般在2～4mm之间。缝高的确定是压裂优化设计中很关键的部分，在比较复杂的地层条件下，如果知道应力剖面，则可以利用拟三维或全三维模型来计算缝高，这时缝高沿缝长是变化的。缝高的控制基本上取决于储集层与上下界层的应力差值。83压裂施工工艺参数的选择1注入方式的选择。

通常注入方式有油管注入、环空注入、油套混注和套管注入等。2施工排量的选择。一般在井口限压容许的条件下，应尽可能提高排量，但由于增加排量裂缝垂向延伸也将增加，故此施工排量的选择应使用裂缝模拟。确保提高排量时裂缝垂向延伸是有限的。3砂液比的选择。应根据油藏的特性及产出能力，取得优化的裂缝长度和导流能力，对低渗油气藏需造长缝，但不需要太高导流能力，因而平均砂液比在30％左右即可。对中、高渗油、气藏则需短、宽高导流裂缝，因此平均砂液比要达到50％以上。4加砂程序的确定。

一般采用线性加砂程序，以形成更好的裂缝支撑剖面，获得最佳的导流能力。84第85页阶段阶段类型时间mm:ss流体类型净液量m3支撑剂浓度1kg/m3支撑剂浓度2kg/m3阶段支撑剂量tone累计支撑剂量tone排量m3/min支撑剂类型冲洗井筒KCL24.8711前置液23:49冻胶560002.42段塞40:56冻胶4060602.42.42.4100目3前置液60:56冻胶560002.84段塞72:33冻胶3260601.94.32.830/505前置液92:33冻胶560002.86段塞104:10冻胶3260601.96.22.830/507前置液124:10冻胶560002.88段塞135:47冻胶3260601.98.12.830/509前置液150:47冻胶420002.810携砂液171:34冻胶5660604.512.62.830/5011携砂液190:34冻胶521002007.820.42.830/5012携砂液217:18冻胶7020030017.537.92.830/5013携砂液243:56冻胶6830040023.861.72.830/5014携砂液270:26冻胶6640050029.791.42.830/5015携砂液295:57冻胶6250060034.1125.52.8