水力压裂技术

水力压裂技术第1页，共65页，2023年，2月20日，星期一§5~1水力压裂增产增注的基本原理一．造缝机理（地应力及其分布）（一）地应力[σz、σH

(σx及σy)]1．作用在单元体上的垂向应力来自上覆岩层的重量其大小：

式中σz——垂向主应力，Pa；H——地层垂深，m；g——重力加速度(9．81m/s²)；

ρs——上覆层岩石密度，kg/m³。油气层中有一定的孔隙压力Pp，故有效垂向应力可表示为：作用在地下岩石某单元体上的应力为垂向主应力σz，及水平主应力σH(其中又分为互相垂直的σx及σy)。第2页，共65页，2023年，2月20日，星期一2、水平主应力来自岩石处于弹性状态（考虑构造应力由广义虎克定律推导）

式中σH——最大水平主应力，Pa；

ξ1，ξ2——水平应力构造系数，可由室内测试试验结果推算，无因次； ——泊松比，无因次；

E

——岩石弹性模量，Pa；——毕奥特(Biot)常数，无因次。第3页，共65页，2023年，2月20日，星期一（二）地质构造对应力的影响

在逆断层或褶皱地带水平应力要比垂向应力大得多，甚至可大到3倍，在正断层地带，水平应力可能只有垂向应力的三分之一。如果岩石单元体是均质的各向同性材料，岩石破裂时裂缝的方向总是垂直于最小主应力轴。当已知地层中各应力的大小时，裂缝的形态或方向即可被确定。

构造对应力的影响a—逆断层区域σH=3σz

b—正断层区域σz=3σH人工裂缝方向示意图第4页，共65页，2023年，2月20日，星期一（三）井壁上的应力1．井筒对地应力及其分布的影响在双向应力状态下，弹性力学给出了平板为固体、各向同性、弹性材料的周向应力计算式：

钻井后，井壁及其周围地应力分布受到井筒的影响，很复杂。简化起见，将地层中三维应力用二维方法来处理。用无限大平板中钻有一个圆孔的受力情况来分析。如图5—2所示。在无限大平板上钻了圆孔之后，使板内原来平衡的应力重新分布，造成圆孔附近的应力集中。式中σθ——圆孔周向应力，Pa；a——圆孔半径，m；r——距圆孔中心的距离，m；θ——任意径向与x轴的夹角；——分别为x，y方向上分布的应力。第5页，共65页，2023年，2月20日，星期一定性分析井壁上应力大小：（1）当r=a，σx>σy，θ=0°、180°时，

(σθ)min=(σθ)0º，180º=3σy－σx（2）当r=a，σx>σy，θ=90°、270°时，

(σθ)max=(σθ)90º，270º=3σx－σy说明最小周向应力发生在σx的方向上，而最大周向应力却在σy的方向上。（3）随着r的增加，周向应力迅速降低，如图4—2(b)所示。大约在几个圆孔直径之外，即降为原地应力值。

结论：这种应力分布表明，由于圆孔的存在，产生了圆孔周围的应力集中，孔壁上的应力比远处的大得多，这就是地层破裂压力大于裂缝延伸压力的重要原因。第6页，共65页，2023年，2月20日，星期一2．井眼内压所引起的井壁应力

式中Pe——厚壁筒外边界压力，Pa；（井眼内压在外边界产生的压力）re——厚壁筒外边界半径，m；ra——厚壁筒内半径，m；Pi——内压，Par——距井轴半径，cm。压裂过程中，向井筒内注入高压液体，使井内压力很快上升。井筒内压必然产生井壁上的周向应力。可以把井筒周围的岩石看作是一个具有无限壁厚的厚壁圆筒，根据弹性力学中的拉梅公式(拉应力取负号)当re=∞、Pe=0、r=ra

时，井壁上的周向应力为：

σθ=－Pi

即：由于井筒内压而导致的井壁周向应力与内压大小相等，但符号相反。（利用无穷大定理推导）第7页，共65页，2023年，2月20日，星期一

3、压裂液径向渗入地层所产生的井壁应力：由于注入井中的高压液体在地层破裂前，渗入井筒周围地层中，形成了另外一个应力区，它的作用是增大了井壁周围岩石中的应力。增加的周向应力值为：式中Cr——岩石骨架压缩系数；Cb——岩石体积压缩系数。

ν

——泊松比；Ps——地层压力。——毕奥特(Biot)常数，无因次。

4、井壁上的总周向应力：显然在地层破裂前，井壁上的总周向应力应为地应力、井筒内压及液体渗滤所引起的周向应力之和，即：

5—8第8页，共65页，2023年，2月20日，星期一二．造缝的条件(破裂压力p破)破裂压力：是指油层被压开的瞬间，被压层位所受的压力。（一）形成垂直裂缝的条件：

1．当存在液体渗滤时

如果岩石的破裂是纯张力破裂，当井壁上存在的周向应力达到井壁岩石的水平方向的抗拉强度σth时，岩石将在垂直于水平应力的方向上产生脆性破裂，即在与周向应力相垂直的方向上产生垂直裂缝。

此时有：=-σth，代入（5—8）式，并换为有效应力(,

,),则可得到垂直裂缝时的破裂压力，当产生垂直裂缝时，井筒内注入流体的压力Pi即为地层的破裂压力Pf，所以形成垂直裂缝的条件：

第9页，共65页，2023年，2月20日，星期一2．无液体渗滤时

地层渗滤应力等于零，井壁上岩石的空隙压力仍然为Ps，故,，将其他应力一同代入（5—8）式，则：

由于最小总周向应力发生在θ=0º，180º的对称点上，垂直裂缝也产生在与井筒相对应的两个点上。这就是为什么假定垂直裂缝以井轴为对称的两条缝的原因。实际上由于地层的非均质性和局部应力场的影响，产生的裂缝往往是不对称的。（二）形成水平裂缝的条件当产生水平裂缝时，井筒内注人流体的压力等于地层的破裂压力，经过实验修正后得到形成水平裂缝的条件：

第10页，共65页，2023年，2月20日，星期一即：破裂压力梯度β是指地层破裂压力与地层深度的比值。

（三）破裂压力梯度为了便于比较与预测各油田（油井）的破裂压力，常使用破裂梯度，用β表示，其物理意义：（MPa/m）三．地面泵压的确定(1)地层产生垂直裂缝时地面泵压的确定：（产生垂直裂缝的油藏）式中：PB—井口施工泵压，MPa；PF—地层破裂压力，MPa；Pm—井筒液柱压力，MPa；Pf—管线及管柱产生的压力损失，MPa。（2）地层产生水平裂缝时地面泵压的确定：（产生水平裂缝的油藏）第11页，共65页，2023年，2月20日，星期一四．裂缝几何模型1．卡特模型

（一维模型）

2．PKN模型

（二维设计模型）特点：（1）裂缝高度一定（油层厚度）（2）长和宽是变化的（3）缝的几何形状：长而窄的缝。

3．KGD模型

（二维设计模型）

结论：对于低渗油藏，需要压成长而窄的裂缝，对于高渗油藏，则压成一个短而宽的裂缝。

PKN模型

KGD模型从无因次裂缝导流能力来分析：

裂缝的导流能力：裂缝宽度与填砂裂缝渗透率的乘积。无因次裂缝导流能力表达式：

要想使低渗层和高渗层有同样的高导流能力，从公式中变换两个参数W和Xf。特点：（1）裂缝高度一定（油层厚度)（2）长和宽是变化的（3）缝的几何形状：短而宽的缝。

第12页，共65页，2023年，2月20日，星期一PKN模型第13页，共65页，2023年，2月20日，星期一KGD二维裂缝延伸模型KGD模型第14页，共65页，2023年，2月20日，星期一图4—7压裂前地层渗流示意图1—地层，2—井眼，3—污染带五．水力压裂增产增注原理1．压裂前流体从底层流向井底的流动形态

（1）流体流动过程复杂

（2）污染带和井底周围应力集中，近井地带渗透率低，井筒附近渗流阻力大结论：水力压裂前，由于各种阻力的影响，近井地带的渗透能力较差。第15页，共65页，2023年，2月20日，星期一3．水力压裂增产、增注的基本原理

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量注入井筒，憋起高压，在地层中形成裂缝并向前延伸。利用携砂液将支撑剂带入裂缝中，形成高导流能力的支撑裂缝；由于改变了井底附近流体的渗流状态，提高了油层的渗流能力，从而达到增产、增注的目的。

2．压裂后流体从地层流向井底的流动形态

1）拟径向流动阶段2）地层线性流动阶段3）双线性流动阶段4）裂缝线性流动阶段结论：水力压裂结果，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。第16页，共65页，2023年，2月20日，星期一§5~2压裂设计

一．压裂设计

压裂施工设计

裂缝几何参数优选及设计；压裂液类型和配方的选择；支撑剂选择及加砂方案设计；效果预测和经济效益分析。

内容压裂地质设计二压裂施工设计1．优化设计程序（按系统软件要求输入参数）压裂设计过程中，除利用计算机模拟计算外，还有一重要环节是在正式压裂施工前，现场进行小型压裂测试（破裂压力、闭合压力、压裂液滤失特性等）。第17页，共65页，2023年，2月20日，星期一2．压裂施工泵注程序设计1）注入方式选择原则：在满足泵注参数前提下，在限压以下尽可能选择最简单的注入方式。

油管注入环空注入油套混注和套管注入

2）加砂程序确定（见下表）采用线性加砂程序，即砂液比是以一条直线式增加，可实现较理想的支撑剖面。采用线性加砂程序裂缝导流能力沿缝长分布更加合理。3．其他参数确定1）油层破裂压力的计算（理论计算、小型测试、经验估算）油层破裂压力是指油层被压开的瞬间被压裂层位所受的压力。

式中

—油层破裂压力，MPa；H—压裂油层中部深度，m；β—油层破裂压力梯度，MPa／m，它是由压裂工艺统计资料而得的经验常数。用经验公式估算

=β·H第18页，共65页，2023年，2月20日，星期一泵注程序（油管注入）

阶段净液量（m3）砂浓度（kg/m3）砂比%砂量（m3）砂液量（m3）加砂阶段累计砂液量（m3）排量（m3/min）阶段时间（min）备注防膨液1515

前置液25253.0-3.58.3冻胶携砂液511870.35.23.0-3.51.7冻胶携砂液6254150.96.56.53.0-3.52.2冻胶携砂液7423251.87.914.43.0-3.52.6冻胶携砂液10507303.011.626.03.0-3.53.9冻胶携砂液5676402.06.132.13.0-3.52.0冻胶小计73.08.062.320.7前置液25投蜡球90个253.0-3.58.3冻胶携砂液311870.23.13.0-3.51.0冻胶携砂液6254150.96.53.0-3.52.2冻胶携砂液8423252.09.13.0-3.53.0冻胶携砂液11507303.312.83.0-3.54.3冻胶携砂液4676401.64.93.0-3.51.6冻胶顶替液4.14.103.0-3.51.4冻胶小计61.18.065.421.8累计134.116127.742.5第19页，共65页，2023年，2月20日，星期一2）施工排量的确定（先确定地层吸液量，满足）

经验公式：

式中：ΔP——压裂前的地层压力与井底流动压力之差，MPa；

——破裂压力与压前地层压力之差，MPa。B——原油体积系数，m3(地下)／m3(地面)。

——地面原油的密度。来确定。

——地层的吸液量，m³／min；q——压裂前油井的稳定日产量，t；Δ地面排量按第20页，共65页，2023年，2月20日，星期一3）地面泵压的计算

式中：——地面泵压，MPa；——井口压力，MPa；——压裂液在管柱内流动时的摩阻压力降，MPa；——井下工具对流体的局部阻力损失，MPa；——井筒内液柱压力，MPa。目的是为了在满足裂缝需要的压力和排量的基础上，充分发挥设备的能力，减少使用设备的台数。压裂时地面泵压可由下列公式估算：第21页，共65页，2023年，2月20日，星期一4）压裂车台数的确定①压裂时所需总功率

②压裂车台数（根据总功率和每台车发动机功率求出所需压裂车台数）

Q——压裂时泵的排量，m³／s；η1

——发动机工作效率，取60％～80%；η2——泵的上水效率，取50％～95％；

η3——发动机工作时受海拔高度影响后的效率，％；

η——功率因数，%；

n——所需压裂车台数。——每台压裂车的发动机功率，W；Pp——压裂时所需的总功率，W；以上两式中第22页，共65页，2023年，2月20日，星期一5）支撑剂用量的确定根据现场经验，大约每米油层加入1.5～3m³。6）含砂比计算含砂比是指单位体积压裂液内所含支撑剂的数量(体积比)。含砂比的计算公式为：×100%就是携砂液的体积

式中：c——含砂比(体积比)，％；V砂——加砂的总体积，m³。；Q——加砂时地面泵排量，m³／s；t——加砂总时间，s。第23页，共65页，2023年，2月20日，星期一压裂液：前置液、携砂液、顶替液统称。7）压裂液用量的确定

①前置液：

②携砂液：

大约用量为：8～10m³，有时按井筒容积的1.5～2倍来计算。W——携砂液用量，m³

；V砂——预计加砂体积，m³

；c——含砂比，％。③顶替液：确定方法：一般为井筒容积的1.5～3倍，够用就行。④压裂液用量：注：取下限时加，取上限时不加。

P102页例题：自己做。式中：第24页，共65页，2023年，2月20日，星期一某井油层深度为3000m，采用63mm油管压裂（63mm油管1000m内容积为3m³）,预计压裂泵压4×10Pa，排量0.025m³/s,支撑剂15m³,平均含砂比为10%，若用400型压裂车，其引擎功率为2．57×10w，总的效率为0.6，试计算400型压裂车台数及至少准备多少压裂液用量？已知：

总功率为：

答：所需400型压裂车7台，所需压裂掖用量至少171.5m3。（2）计算压裂掖用量≈7（台）压裂掖总量：（根据题意取1.5～3m³的下限）

（根据题意取8～10m³的下限）解：（1）计算400型压裂车台数n

400型压裂车台数为：第25页，共65页，2023年，2月20日，星期一§5—3压裂设备、管柱及材料一．压裂设备、管柱（一）地面设备1．压裂井口2．压裂管汇

目前压裂管汇种类很多，承压和最大过砂能力也不同。常用的有压裂管汇车和专用的地面管会。专用的地面管汇由8个接头，压裂车可任选一个连接。高压管线外径Φ76mm，内径Φ60mm，最高压力可达到100MPa。3．投球器投球器有两种：一种是分层压裂时，压裂管柱中投钢球的投球器；一种是选择性压裂或封堵炮眼投堵球用的投球器。1）采用采油树压裂的井口:采油树型号：250、350、600、700、1050型等。250型即25MPa，用于浅井，其余用于中、深、超深井。根据压裂层深度确定采油树型号2）采用大弯管、投球器、井口球阀与井口控制器的专用压裂井口。

井口承受工作压力70MPa，最大过砂量150m3。第26页，共65页，2023年，2月20日，星期一（二）压裂车组

主要包括：压裂车、混砂车、仪表车、管汇车1．压裂车作用：是压裂的主要动力，能够产生高压、大排量；向地层注入高压大排量的压裂液，压开地层，并将支撑剂注入裂缝。是压裂施工中的关键设备。2．混砂车

作用：是将支撑剂、压裂液及各种添加剂按一定比例混合起来，并将混合好的携砂液供给压裂车，压入地层内。混莎车的类型：双筒机械式、风吸式、仿美新型混莎车。3．仪表车

仪表车在压裂中起着很重要的作用，记录压裂过程中各种参数，是控制其它压裂设备的中枢系统。又称压裂指挥车。4．其它设备液罐车、运砂车。第27页，共65页，2023年，2月20日，星期一压裂车发动机压裂泵传动箱运载车仪表监控系统液气控制系统第28页，共65页，2023年，2月20日，星期一混砂车运载车发动机仪表监控系统液气控制系统管汇系统输砂系统第29页，共65页，2023年，2月20日，星期一管汇车第30页，共65页，2023年，2月20日，星期一仪表车第31页，共65页，2023年，2月20日，星期一管汇车是配合压裂机组作业的一种辅助设备。整机分为底盘车、高压管汇、低压管汇、备用高压管汇、随车吊五个部分。该车车台本身不配动力系统，随车液压吊的液压油泵的动力是通过取力机构从底盘车取力的。第32页，共65页，2023年，2月20日，星期一运砂车运砂量：8、10、12、14m3砂斗采用液压缸升降，可手动或自动第33页，共65页，2023年，2月20日，星期一轻便压裂井口工作压力：70MPa通径：50/60mm重量：207kg连接扣型：Tr53/8×3.5扣/吋接压裂管线27/8UPTBG接油管挂27/8TBG按放空管线压盘尺寸可与250型采油井口大四通配套该井口既耐高压又特别轻便，重量只有207kg，搬运不需要要吊车；该井口可与现场使用的250型采油井口配套，安装特别方便，劳动强度小。第34页，共65页，2023年，2月20日，星期一千型压裂井口大规模长时间施工深井超深井施工LH50-70型井口70MPaKL65-105型井口105MPa铸造一体导流式平行闸阀爆破阀第35页，共65页，2023年，2月20日，星期一压裂井口保护器用于保护250型采油井口在压裂施工过程中不受高压和支撑剂的磨损。工作压力：100MPa通径：60mm重量：80kg连接方式：上接头为Tr53/8×3.5扣/吋，可与压裂地面管线配接。第36页，共65页，2023年，2月20日，星期一压裂投球器工作压力(MPa)100投球数量(个)200封堵球直径(mm)18-22工作方式手动/电动投球速度(个/s)2-4(可调)投球原理图第37页，共65页，2023年，2月20日，星期一1000方压裂液第38页，共65页，2023年，2月20日，星期一压裂液连续混配系统减少压裂液浪费简化配液工序保证压裂液质量节省压裂液运输费用第39页，共65页，2023年，2月20日，星期一第40页，共65页，2023年，2月20日，星期一第41页，共65页，2023年，2月20日，星期一（三）压裂管柱组成：主要由压裂油管、封隔器、喷砂器、水力锚等组成。

类型：目前井下管柱分为：笼统压裂管柱和分层压裂管柱。1．压裂油管（专用油管21/2″加厚

、3"）2．封隔器（K344型、Y442等）3．喷砂器（带滑套、不带滑套）

作用：一是节流作用，造成压裂管柱内外压差，保证封隔器座封。二是压裂液通往地层的通道口。4．压裂管柱类型（1）笼统压裂管柱：即：油管+水力锚+封隔器+喷嘴（2）分层压裂管柱①双封卡单层Φ73mm或Φ88.9mm外加厚油管+水力锚+封隔器+喷砂器+封隔器+丝堵压裂后可以用上提管柱方法压裂其它卡距相同的层段。管柱：第42页，共65页，2023年，2月20日，星期一喷砂器1带滑套喷砂器2带滑套喷砂器3不带滑套水力锚封隔器丝堵笼统压裂管柱第43页，共65页，2023年，2月20日，星期一Φ73mm或Φ88.9mm外加厚油管+水力锚+封隔器+喷砂器（甲带滑套）+封隔器+喷砂器（乙带滑套）+封隔器+喷砂器（丙不带滑套）+封隔器+丝堵③四封卡三层不动管柱压裂三层注意：在组配管柱时，要考虑油管因各种因素造成的长度变化，否则卡不准层位。②三封卡双层不动管柱压裂两层Φ73mm或Φ88.9mm外加厚油管+水力锚+封隔器+喷砂器（带滑套）+封隔器+喷砂器（不带滑套）+封隔器+丝堵第44页，共65页，2023年，2月20日，星期一多级滑套封隔器分层压裂工艺压第一层压第二层第45页，共65页，2023年，2月20日，星期一（一）压裂液作用将地面设备能量传递到油层岩石上并压开裂缝，把支撑剂输送到裂缝中。

1）前置液胶连液体2）携砂液含支撑剂砂浆

3)顶替液活性水压裂液的性能压裂液类型水基压裂液、油基压裂液、乳化压裂液、泡沫压裂液、醇基压裂液、表面活性剂胶束压裂液、浓缩压裂液。水基压裂液：以水为介质，加入各种添加剂，形成具有较强综合性能的压裂液。成本低，使用安全，广泛应用。

二．压裂材料作用：压开地层并造成一定尺寸的列缝。作用：将井筒中携砂液全部替入裂缝中，防止井筒沉砂。（1）滤失少（2）悬砂能力强（3）摩阻低（4）稳定性（5）配伍性（6）低残渣（7）易返排（8）货源广、便于配制、价钱便宜作用：将支撑剂带入地层中，并将支撑剂填在裂缝内预定的位置。第46页，共65页，2023年，2月20日，星期一1．石英砂：承压：20—34MPa2．陶粒：人造陶粒主要是由铝矾土（氧化铝）烧结而成。中等强度陶粒：承压：55—80Mpa。高强度陶粒：承压：100MPa3．树脂砂：是将树脂薄膜包裹到石英砂表面上。承压：55—69MPa

（二）添加剂1．稠化剂（增稠剂）2．胶联剂：3．粘土稳定剂；4．杀菌剂；5．表面活性剂；6．抗高温稳定剂；7．降滤失剂8．破胶济；9．滤饼溶解剂；10．缓冲剂（PH值调节剂）（三）支撑剂作用：支撑剂加入压裂裂缝后，支撑裂缝使之不闭合。由此可见：按强度大小排列依次是：陶粒>树脂砂>石英砂调节增粘速度、胶联剂所需PH值范围和胶联时间，控制细菌生长。通过胶联离子（基团）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，形成三位网状冻胶的化学剂。第47页，共65页，2023年，2月20日，星期一§5—4压裂工艺及现场施工

一．压裂工艺（一）合层压裂堵球：尼龙球或包以橡胶的铝球或塑料球。适应射孔井压裂。原理：堵球随压裂液进入高渗透层部位的炮眼上，堵塞炮眼憋压，压开低渗透层部位的裂缝。施工结束后，井底压力降低，堵球在压差作用下，反排出来。堵球的大小和密度应与炮眼的大小和压裂相适应。同一层压裂。暂堵剂为：聚乙烯（石蜡）制成的小球。具体方法：在向井内挤入压裂液的同时混入暂堵剂，因为液体首先被吸入高渗层，暂堵剂随之将高渗层部位的孔眼堵住，使其减少或失去吸水能力，此后泵入不带暂堵剂的压裂液，则能在低渗层部位起缝。1．油管压裂2．套管压裂3．环形空间压裂4．油、套管同时压裂（二）分层压裂1．堵球法分层压裂2．暂堵剂选择性压裂第48页，共65页，2023年，2月20日，星期一例如：A、B、C三个油层，其相应的破裂压力为30MPa、26MPa、28MPa。按射孔方案将各层按一定孔径和孔眼数射开，当注入井底压力为26Mpa时，B层射开，然后提高排量，因为炮眼的摩阻正比于排量，当B层摩阻大到2Mpa时，注入的压力大到28Mpa，此时，C层被压开，当摩阻达到4Mpa时，A层被压开。这就是限流分层压裂法。

限流法的工艺过程

3．限流法分层压裂

限流法分层压裂适用于多层而各层之间的破裂压力有一定差别的井。

原理：通过控制各层的射孔孔眼数及孔眼直径的方法，来限制各层的吸水能力，达到逐层压开的目的。第49页，共65页，2023年，2月20日，星期一4．封隔器卡分法分层压裂适用于压裂层渗透性、厚度差异不大，上下夹层具有一定厚度，射孔层段套管完好无损的井。5．填砂法分层压裂自下而上压裂，压一层填一层砂，压完后冲砂投产。（三）一次分压多层1．投球法压裂：

用封隔器及带滑套的喷砂器。2．滑套压裂工具：带滑套封隔器、带滑套喷嘴以及特殊接箍。优点：封隔器不同时工作，被压层位上下二个封隔器工作，延长了封隔器的使用寿命。如图所示。

原理：下井时管柱除最下一级封隔器和喷嘴不带滑套外，其它各级封隔器和喷嘴都带滑套，滑套的作用是密封封隔器和喷嘴上的水眼。压裂从下往上压。第一层压完后，从井口投球，球下落座在第二级封隔器内的滑套上(滑套上部是球座，滑套的外经各级都一样大小，内经从上往下逐级变小)，开泵后在压力作用下剪断固定滑套的销钉，滑套在液体推动下，带动喷嘴内的滑套一起下行，直到特殊接箍处才停止。这样第二级封隔器和喷嘴的水眼被打开，下部水路被封隔，开始压第二层，压完后，再投一个球，同理依次自下而上压裂。第50页，共65页，2023年，2月20日，星期一图4—13滑套封隔器压裂过程示意图(a)一压下数第一层；(b)一压下数第二层l一套管；2一油管；3一滑套封隔器(未工作状态)；4一喷砂器(未工作状态)；5一滑套封隔器(工作状态)；6一喷砂器(工作状态)；7～丝堵；8一钢球图4—12投球法压裂管柱结构示意图1一套管；2一油管；3一工作筒；4一封隔器；5一喷砂器(带滑套)；6一喷砂器(不带滑套)；7一丝堵第51页，共65页，2023年，2月20日，星期一二．现场施工（一）压裂前准备

1．配置压裂设备及辅助设施2．准备压裂所用材料（压裂液、支撑剂、各种添加剂，性能符合要求）3．组配管柱4．准备地面压裂流程（弯头、三通、油壬、管线及配套工具符合设计要求，试压）（二）压前作业1．探砂面、冲砂2．起原管柱3．压井替喷（井内有污染物的井压裂前要进行替喷）4．压裂层段预处理（清孔或排液，注意回收、不污染环境）5．下压裂管柱第52页，共65页，2023年，2月20日，星期一（三）压裂施工第53页，共65页，2023年，2月20日，星期一第54页，共65页，2023年，2月20日，星期一第55页，共65页，2023年，2月20日，星期一压裂车组监测与控制流程运砂车混砂车液罐液罐仪器车高压管汇压裂车压裂车压裂车井口第56页，共65页，2023年，2月20日，星期一（三）压裂施工1．循环：逐台启动压裂车，用清水循环地面管线，清洗管线，关井口。2．试压：地面压裂流程、井口阀门以上设备进行承高压性能试验。试验压力为预测泵压1.2—1.5倍，稳压5min。3．试挤：打开井口阀门，关闭循环防空闸门，逐台启动压裂车，按压裂施工设计规定试挤排量，将压裂液试挤入油层，压力由低到高至稳定为止。目的是检查井下管柱及井下工具情况，检查欲压裂层的吸水能力。4．压裂:

试挤正常后，启动压裂车，以高压大排量向井内持续挤入前置液，造缝延伸。注意：当泵工作压力达到管柱最高承压能力还不能压开欲压裂层位时，应停泵卸压，分析原因，制定措施。5．加砂：油层裂缝已形成，泵压及排量稳定后便可加砂。注意：加砂要均匀，中途不能停泵，操作要平稳图4一l压裂过程井底压力变化曲线PF—地层破裂压力，PE—裂缝延伸压力，PS—地层压力第57页，共65页，2023年，2月20日，星期一6．替挤：完成加砂后，打开混砂车的替挤旁通流程，向井内注入替挤液。7．关井扩散压力：压裂施工结束后，关闭井口所有出口闸门，等待压裂液破胶、滤失及裂缝闭合，防止支撑剂随高粘度压裂液返出裂缝。关井时间不小于压裂液破胶时间，压裂液破胶后用小喷嘴放喷，促进裂缝闭合。8．活动管柱：活动管柱时，上提力不能超过井内管柱悬重200KN，上提速度控制在0.5m/min以内，行程不能小于5m，达到提放自如，拉力计显示管柱重量正常。9．压后作业：按压裂设计要求探砂面，起压裂管柱，完井，投产。（四）施工中常见的问题1．压不开设计层：原因分析：井筒与地层连同不好、管柱砂堵、地层致密吸液差、设计问题等。2．压窜：分析原因：隔层较薄、固井质量差、封隔器胶筒质量问题。3．砂堵：分析原因：压裂液携砂性差、混砂比高、地层滤失性大、破胶速度快、停泵等。4．砂卡：分析原因：砂堵严重、地层吐砂严重、施工故障沉砂、冲砂不彻底等。这是压裂后发生的比较常见的而且危险的故障。5．管柱断脱：分析原因：丝扣磨损严重、丝扣没有上紧、施工超压、下井工具质量差等。

第58页，共65页，2023年，2月20日，星期一§5—5增产增注新技术介绍一．端部脱砂压裂技术

1．端部脱砂压裂原理：

主要用于中、高渗透油气藏和不稳定疏松地层的油井解堵防砂增产作业。端部脱砂压裂技术也成为一种新的完井方法。是在水力压裂过程中，有控制地使支撑剂在裂缝的端部脱出、桥架形成一个端部砂堵，从而阻止裂缝进一步延伸。再继续注人高砂比砂浆时，可沿缝壁形成全面砂堵，缝中储液量增加，泵压增大，促使裂缝膨胀变宽、缝内填砂浓度增大，从而造成一条具有很高导流能力的裂缝。2．端部脱砂压裂过程：分为两个阶段，即：造缝到出现端部脱砂阶段；裂缝膨胀变宽及支撑剂大量充填阶段。3．端部脱砂压裂的适用范围第59页，共65页，2023年，2月20日，星期一二、高能气体压裂技术4）化学作用：高能气体压裂的化学作用指的是在燃气中的CO2，HCl、H2S成分遇水形成的酸液对岩层的酸化作用。1．高能气体压裂：就是利用火药或火箭推进剂燃烧产生的高温、高压气体处理油层以取得增产效果的方法。2．高能气体压裂的作用1）机械作用：产生裂缝。2）水力振荡作用：高能气体引起液体振动，产生压力周期波动，有助于裂缝形成和清理堵塞。3）高温热作用：火药燃烧产生高温，降低原油粘度。高能气体压裂在井筒附近油层中产生和保持多条多方位的径向裂缝，从而达到增产增注目的的工艺措施。第60页，共65页，2023年，2月20日，星期一一定频率的振动波会使液体中原有的或新的气泡产生共振，在波的稀疏阶段，气泡迅速膨胀，在波的压缩阶段，气泡又很快消灭，在消灭的瞬间，气泡的内部可产生很高的温度、压力和加速度，这是“空化现象”，对油层的作用就是空化作用。在一定的频率和声强下，其能量足以粉碎一定尺寸的物质颗粒。

三、水力振荡增产增注技术1．基本原理：就是利用振动原理处理油层的技术。将水力振荡器对准油层，依靠水泥车把液体输入井下，通过振荡器产生高频脉冲式液流直接喷射油层，以清除近井地带的机械杂质、钻井液及沥青质和盐的沉积等堵塞。2．增产增注机理（1）机械作用：振动波能迫使传媒介质做剧烈的机械振动，并产生强大的单项作用力，疏通泄油通道。（2）空化作用：（3）热效应：振动波穿过介质时，介质吸收一定的能量，就会引起局部升温。频率越高，热效应越显著，对降粘、溶蜡有一定的作用。第61页，共65页，2023年，2月20日，星期一四、电脉冲井底处理技术

1．原理：

是通过井下液体中电容电极的高压放电，在油层中造成定向传播的压力脉冲和强电磁场，产生空化作用，解除油层污染，并且可对油层造成微裂缝，从而达到增产增注的目的。