2024水力压裂技术

水力压裂技术“水力压裂”是什么?压裂改造目的:将储层和井筒有效地沟通基本概念压裂作用及增产机理---------沟通油气储集区，扩大供油面积。砂岩储层中的透镜体、裂缝性油藏的裂缝和溶洞---------改变井筒周围渗流特征，降低渗流阻力，节约地层能量。---------克服井底附近污染在油气勘探开发中的作用20~30%增加油气井产量和注水井的注水量;;;控制井喷，煤矿开采，工业排污，废核处理等。油气井水力压裂水力压裂的历史1947-1948:水力压裂的发展194771948-23水力压裂商业性应用开始于1949年1949“水力压裂”许可证751949.3从第一次压裂到现在...胶或泡沫压裂液倍月1988年大型压裂，91MPa下加入817吨20/40陶粒在90年代......1995-98:20001997:>14,000,000磅（6356吨）.(~2,000m水平井,北海)进入2000年……?/3-D()压裂机理112312354673456水力裂缝生长过程7压裂泵注的阶段 量 ISIP降排量试验裂缝净压力增加ISIP&时间地应力及岩石力学参数裂缝形态及方位裂缝方向总是垂直于最小主应力裂缝方向总是垂直于最小主应力zzxyxxxy y实际可能出现下列情况的裂缝下窜上窜裂缝

T

弯曲裂缝缝 缝射孔方位地应力测量、解释方法地层岩石破裂机理和破裂压力应力及岩石的抗张强度。破裂压力梯度FF地层破裂压力地层深度pFHp p 2vppF1vzsspFH1v1ps1vH1v H0.015~0.025:<降低破裂压力措施裂缝设计模型2-D3-D3-D裂缝模型PKNCGD（GDK)径向拟三维集成三维全三维商业化压裂软件FracproorFracproPTM-FracStimPlanTerraFracGOHFERStimPlan水力压裂增产机理

井筒含油气的多孔储层岩石”水力裂缝水力裂缝含油气的多孔储层岩石流动变化初期，地层线性流早期，双线性流后期，拟径向流这个不好说，它取决于储层与隔层的应力分布和应力差，需要通过软件模拟才能估计。缝高控制是利用漂浮剂来控制裂缝向上延伸，对于不同构造部位的井，裂缝产生的方向有什么规律？转向压裂的原理是什么？在文南油田是否使用？重复压裂以往：延伸或者重新张开已经闭合的水力裂缝，施工规模必须大于上一次。重复压裂裂缝转向与延伸分析重复压裂转向分析主应力改变方向的机理）主应力改变方向的机理重复压裂裂缝转向与延伸分析重复压裂转向三个阶段：①.新裂缝先在应力转向区内垂直于老裂缝缝长方向稳定延伸至应力各向同性点。②.超过应力转向区后，新裂缝将逐渐转向到垂直于最小水平应力方向之前的延伸。③.新裂缝转向到垂直于最小水平应力方向上的稳定延伸。裂缝堵剂性能要求能完全进入地层裂缝中形成滤饼从而有效封堵裂缝；不渗入地层孔隙从而不会堵塞岩石孔隙。高的强度、良好的粘弹性，即具有很好的抗拉性及与岩石表面的强粘附力。堵剂强度至少要高于产层的破裂压力。有利于泵入和流动，能够有效溶（降）解。压裂设计选层决策。类别决策要考虑的参数候选井单井地质状况二、油藏模拟2、单井压裂油藏模拟储层渗透率范围:很低<0.1md<1md低<1md<5md中2-20md10-100md高>50md>200md很低<0.1md<1md低<1md<5md中2-20md10-100md高>50md>200md2、单井压裂油藏模拟最重要的参数:增产与裂缝长度低渗透储层中等渗透储层高渗透储层有效支撑缝长增产与裂缝长度低渗透地层有效支撑缝长增产与裂缝长度中等渗透地层中等渗透地层好的裂缝导流能力中等的裂缝导流能力差的裂缝导流能力有效支撑缝长增产与裂缝长度高渗透地层好的裂缝导流能力中等的裂缝导流能力差的裂缝导流能力有效支撑缝长增产与裂缝长度高渗透地层(SkinFactor=20.)好的裂缝导流能力中等的裂缝导流能力差的裂缝导流能力有效支撑缝长10(2010(20)510）5001000Tinsley’s*增产与裂缝长度105110510500）1000Tinsley’s*增产倍数裂缝参数设计优化裂缝参数设计优化三、压裂施工设计优化压裂施工设计优化对裂缝几何尺寸影响最关键的几个参数：①．滤失系数：主要取决于地层渗透率及压裂液的造造壁性。④．压裂液粘度：在软件设计中通过n’、k’值计算。⑥．产层厚度及射孔跨距：裂缝高度，多处起裂（多裂缝）。地应力数据2-D)裂缝参数….…......压开缝高11=2,500psi2=2,000psiPay3=1,800psi无因次裂缝导流能力Fcd

力 长(m)*.andCinco-Ley(1978))RadiusVs.Dim.FractureCond.AtFcd=10;Rw’=43%ofXfAtFcd=1.0;Rw’=19%ofXf1.000AtFcd=10;Rw’=43%ofXfAtFcd=1.0;Rw’=19%ofXf'/Xf0.0100.100

1.000

Fcd

10.000

100.000压裂液优选：要考虑压裂液的耐温、配伍、破胶、返排、伤害、减阻性能，通过实验室试验确定配方及材料。支撑剂优选：施工功率（水马力）设备按整台计算，留有备用设备（指主压车）压裂设计优化）、砂量、砂比（砂浓度）、压力压裂施工现场及施工设备中原井下压裂施工现场（鄂北）国外压裂施工现场中原油田CO2压裂现场2000水马力压裂车组H-2000型仪表车技术参数：遥控泵车台数：10H-2000型仪表车技术参数：遥控泵车台数：10数据采集系统一个压裂设计系统一个混砂车遥控系统两套H-2000型主压车技术参数：额定输出功率：2024HP最高工作压力：103MPa最高工作压力下排量：0.48m³/min最大排量：2.48m³/min最大排量下压力：36MPa2000水马力压裂车组H-2000型混砂车技术参数：额定排出压力H-2000型混砂车技术参数：额定排出压力额定排量：15m³/min最大输砂能力10000Kg/minH-2000型管汇车技术参数：液压起重机负荷：180KN：<32800KN高压管汇内径：76mm高压管汇耐压连接泵车台数：10台CO2压裂设备增压泵车主要技术参数：增压泵车主要技术参数：最大额定压力：2.41MPa最大排量：4.65m³/min二氧化碳罐的容积：20m³国内压裂施工设备以进口为主，有哈里伯顿、双S、皇冠、西方公司产机组，为当时的国际水平；部分单位为国产2000型。在机组数量及配套方面与国外有差距。

哈里伯顿2000型压裂车皇冠2000型压裂车压裂施工设备②.泵注设备

哈里伯顿HT-3000增压泵

压裂施工设备③.液体混合压裂液一、压裂液的作用传递能量、压开地层、输送支撑剂阶段不同分为：%ofTotalJobs20304050607080%ofTotalJobs20304050607080压裂液技术9010090100HistoricalFracidTrendsWaterBaseOilBaseFoamFluidsYear0101949195219551979198219851988HistoricalFracidTrendsWaterBaseOilBaseFoamFluidsYear0101949195219551979198219851988

压裂液类型哈里伯顿新型水基压裂液体系液体系列稠化剂交联剂最高温度(℃)备注SiroccoCMHPGZr204CMHPG为羧甲基羟丙基改性瓜胶，HPG为羟丙基改性瓜胶，G为瓜胶；Zr为锆，Ti为钛，B为硼。CMHPG可在低pH下交联与CO2配伍，可用于CO2泡沫压裂。DeepQuestHPG,CMHPGB,Zr163HyborG,HPGB163SeaQuestHPGB/Ti149Pur-GelIIICMHPGZr135pHaserFracCMHPGZr135DeltaFracG,HPGB93SilverStimLTGB82斯伦贝谢YF100EC硼交联压裂液适用温度38-177℃；BJ公司MedallionFrac适用温度27-204℃，SpectraFracG适用温度15-161℃,可用海水配制。压裂液类型②清洁压裂液（无固相、无残渣）③乳化压裂液（适用于水敏地层）21-149℃。④油基压裂液）BJ的油基压裂液适用温度27-149℃，可与CO2配伍。压裂液类型⑤泡沫压裂液适用于低压、水敏地层，常用N2泡沫(浅井)和CO2泡沫(深井)。斯伦贝谢新型CO2压裂液，稠化剂用量降低了一半，适用温度93-149℃。⑥醇基压裂液以醇类为基液配制的压裂液，适用于水敏、低压和低渗透地层。BJ公司醇基压裂液适用温度27-150℃。压裂液类型⑦速溶压裂液和浓缩压裂液在现场直接与水混合进行泵注，方便、节省、低污染。⑧新型压裂液（CMG)是一种稠化剂用量少，能有效改善裂缝导流能力的压裂液。分子量17-30万，比常规压裂液BJ公司的适用温度10-177℃。斯伦贝谢公司的在135℃时稠化剂用量可减少40%。压裂液类型⑨压裂液化学添加剂国外大服务公司有自己的专利产品。）如BJ公司的高温酶破胶剂，在21-150℃的范围都可使用。国内只有耐温70℃以内的低温酶，现场应用也不多。前 前 后压裂液性能1.:n2.3.:7.常用三种类型压裂液的优缺点油基压裂液优点常用三种类型压裂液的优缺点油基压裂液缺点常用三种类型压裂液的优缺点水基压裂液优点常用三种类型压裂液的优缺点水基压裂液缺点常用三种类型压裂液的优缺点泡沫压裂液优缺点优点：60toN2orCO2缺点：水基压裂液化学添加剂pH）））温度对压裂液粘度的影响压裂液的滤失(Sand)压裂液滤失残胶浓度增加，影响裂缝导流能力和缝壁的渗流压裂液对储层的伤害及预防措施（）（））乳化液）（）（）压裂液残胶附着于粘土表面，并堵塞孔道压裂液残胶附着于粘土表面，并堵塞孔道 破胶液残渣电镜扫描对比降滤失剂）(>20%N2压裂液可以适当降低压裂液的粘度，也有利于降低管柱摩阻压裂液返排时地层吐砂的原因有那些？中原油田低伤害压裂液（瓜胶）技术指标压裂支撑剂）支撑剂选择：根据地层闭合压力、支撑剂导流能力、成本支撑剂圆球度定义支撑剂圆球度支撑剂粒径支撑剂筛析树脂包裹并未提高单颗陶粒的强度7500psi条件下支撑剂颗粒对破碎率的影响单个支撑剂颗粒对破碎率的影响支撑剂颗粒大小对破碎率的影响裂缝宽度对破碎率的影响支撑剂对比支撑剂 石英砂支撑剂 陶粒视比重(g/cc)2.723.273.56体积密度(g/cc)1.621.842.0树脂裹石砂支撑剂 树脂包裹陶粒支撑剂支撑剂对比-成本低-用于浅井，特别是低渗储层的低产井-预固化–使应力分布均匀并防止微粒运移-可固化–用于减少支撑剂回流-价格高:井 温-支撑剂选择会影响产量!支撑剂导流能力md-ft60003.0lb/ft60003.0lb/ft2500040002.0lb/ft2300020001.0lb/ft210000.5lb/ft20020004000闭合压力,psi600080000 0 md-ft20,00012/20-mesh20,00012/20-mesh15,00010,00016/30-mesh500020/40-mesh020004000闭合压力,psi600080002.0lb/ft210,00020/40Ceramic10,00020/40Ceramic8000AllDatafor2.0lb/ft2600020/40Bauxite4000200020/40Sand00500010,00015,000,中原油田常用陶粒砂技术指标BJ0.66-1.25视密度1.05-1.75超低密度支撑剂适用范围名称LitePropTM108LitePropTM1250LitePropTM175视密度(kg/cm3)1.0541.251.501.75体积密度(kg/cm3)0.660.840.871.25适用最大温度(℃)107107121135最大闭合压力(MPa)4534.54155用途压裂压裂压裂超低密度支撑剂五大优点：斜井压裂工艺附加摩阻，避免产生多裂缝。压裂砂堵分析压裂施工过程中出现砂堵，通常由两种原因造成：这两种脱砂在压裂施工曲线上具有不同的曲线特征近井地带脱砂裂缝端部脱砂砂堵井的压力降落曲线””时间平方根“理想”裂缝min裂缝垂直于最小主应力方向裂缝方向min水力裂缝垂直于最小主应力方向弯曲裂缝min由于钻井中造成井底应力变化，裂缝初始延伸可能不垂直于地层最小主应力方向射孔方向的影响射孔方向的影响实际裂缝图片压裂后开挖（美国）降排量注入测试分析近井摩阻多裂缝示意图多裂缝斜井压裂工艺措施及方法消除弯曲裂缝造成的附加摩阻斜井压裂工艺措施及方法防止产生多裂缝，也可减少多裂缝的产生。斜井压裂工艺措施及方法保证缝宽，防止砂堵，对潜在的过早脱砂问题进行识别和采取有效补救措施。大创5井裂缝剖面图岩岩岩岩岩岩岩岩 岩岩岩大创5井裂缝剖面图岩岩岩岩岩岩岩岩 岩岩岩岩岩岩岩 岩?..岩岩岩?..0 100 0.1 0.520.2 0.5S-SlS-Sl100010251050Shally-Sand1075Sandstone1100Sandstone1125岩岩岩岩岩岩(11500 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800FracproPT模拟的多层裂缝GR20

NEUT0.5

RocktypeSand9200SandSand

(Stressi5000 7000

(Modulus(psi

Permea0 0.5

9200

(ConcentrationofProppantin

9200

(Width

92009300SandSand

9300

9300

9300Sand9400Sand

9400

9400

9400Sand9500

9500

9500

9500ShaleSand29600

9600

9600

96009700Sand2

9700

9700

97009800

Shale

9800

(PropptContration(lb/ft²

9800

98009900Sand

990000.150.300.450.600.750.901.11.21.41.5100 200 300

9900

0.5

0.5

9900FracproPT模拟的裂缝剖面裂缝一般在离井筒多远处形成一条主缝？在FracproPT中多裂缝多裂缝的近似模拟3313223133裂缝宽度等价数量(MO)滤失等价数量(ML)裂缝情况前置液加粉砂的作用是什么，哪些井需要在前置液中加粉砂？低滤失，其次可以降低裂缝弯曲摩阻，但效果不如支撑剂段塞。小型压裂试验小型压裂试验计算压裂液效率： T

1.5cccc

T T 1 Tc

pT

pT

或 ccT Tcc

Tc+Tp p p式中:F.E.---压裂液效率（小数）压裂液效率试验确定前置液百分比%前置液=(1F.E.)2+0.05%前置液=(1-F.E.)2=(1-F.E.)/(1F.E.))/(1-%前置液)非线性压力的原因G-函数压降剖面后续流动裂缝延伸高度缩小在关井后裂缝长度延伸500450400

4950dP/dG叠加导数特有形状：dP/dG叠加导数特有形状：PGdP/dG4850,,480030047502504700200465015010050

4600455000 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 GFunction = )

4500在裂缝闭合期间端部后退正常的滤失特性1000 4900900800700

48004700600500400300200100

PdP/dGGdP/dG

460044004300420000 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 G函数(=1.0)

4100取决于滤失的压力曲线1000900800700600500

4700特征曲线:特征曲线:Pfo，叠加导数曲线在直线段之上。PfodP/dGGdP/dG4400P400P300

43004200200100

410000 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 G－函数(=1.0)

4000取决于滤失的压力曲线实例缝高从高应力层中后退高度后退的实例多加前置液有什么利弊？周期加长，有可能造成不必要的裂缝尺寸，成本增加。砂堵的主要原因是什么？100mPa.s），才会因支撑剂沉降而形成砂堵。压前酸处理降低压裂施工难度的机理是什么？是否有必要对不同的井层采用不同的液量及配方？目的：管柱、封隔器密封不严时，在什么情况下可以继续施工？要视封隔器隔离的目标和施工压力和套管承压而定线性加砂的原理是什么，对设备有什么要求，有哪些优、缺点？2000HHP机组的混砂车具备线性加砂功能裂缝监测技术①.间接监测技术②.直接近井筒监测剂 井 视井 F.）③.直接远场监测裂缝监测技术井下微地震法Fiber-opticWirelinetoLoggingTruckforDataHandling