水力压裂幻灯片.ppt

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1、水力压裂第1页，共17页，编辑于2022年，星期六1压裂的定义：压裂的定义：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。的流动通道，从而达到增产增注的效果。第五章第五章 水力压裂技术水力压裂技术第2页，共17页，编辑于2022年，星期六2利用特定的利用特定的发射药或推进剂发射药或推进剂在油气井的目的层在油气井的目的层段高速燃烧，产生高温高压气体，压裂地层段高速燃烧，产生高温高压气体

2、，压裂地层形成多条自井眼呈放射状的径向裂缝，清除形成多条自井眼呈放射状的径向裂缝，清除油气层污染及堵塞物，有效地降低表皮系数，油气层污染及堵塞物，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。从而达到油气井增产的目的的一种工艺技术。压裂的种类：压裂的种类：(根据造缝介质不同根据造缝介质不同)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第六章第六章 水力压裂技术水力压裂技术利用利用100%100%的液体二氧化碳的液体二氧化碳和石英砂进行压裂，无水无和石英砂进行压裂，无水无任何添加剂，压后压裂液几乎完全排出地层，可避免地任何添加剂，压后压裂液几乎完全排出地层，可避免地层伤

3、害。其关键技术是混合砂子进入液体二氧化碳中的层伤害。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。有微粒运移的储层以及水敏性储层。利用利用压裂液压裂液造缝。造缝。发射药或推进剂发射药或推进剂100%100%的液体二氧化碳的液体二氧化碳压裂液压裂液第3页，共17页，编辑于2022年，星期六3 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，利用地面高压泵组，将高粘

4、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；当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在在井底憋起高压；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，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成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。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。水力压裂：水力压裂：水力压裂的工艺

5、过程：水力压裂的工艺过程：水力压裂的工艺过程：水力压裂的工艺过程：憋压憋压造逢造逢裂缝延伸裂缝延伸充填支撑剂充填支撑剂裂缝闭合裂缝闭合第六章第六章 水力压裂技术水力压裂技术第4页，共17页，编辑于2022年，星期六4(2)(2)降低了井底附近地层中流体的渗流阻力：降低了井底附近地层中流体的渗流阻力：裂缝内流体流动阻力小。裂缝内流体流动阻力小。水力压裂增产增注的原理水力压裂增产增注的原理水力压裂增产增注的原理水力压裂增产增注的原理:(1)(1)改变流体的渗流状态：改变流体的渗流状态：使原来径向流动改变为油层与裂缝近似的单向使原来径向流动改变为油层与裂缝近似的单向流动和裂缝与井筒间的单向流动，消除

6、了径向节流损失，降低了能量消耗。流动和裂缝与井筒间的单向流动，消除了径向节流损失，降低了能量消耗。第六章第六章 水力压裂水力压裂技术技术l 裂缝影响，使得近井地带平均渗透率增加。裂缝影响，使得近井地带平均渗透率增加。l 径向流动改变单向流动，流体流动阻力减小。径向流动改变单向流动，流体流动阻力减小。（a a）浅穿透裂缝渗流模式图）浅穿透裂缝渗流模式图 （b b）深穿透裂缝渗流模式图）深穿透裂缝渗流模式图压裂井渗流模型图压裂井渗流模型图 第5页，共17页，编辑于2022年，星期六5第一节第一节 造缝机理造缝机理裂缝形成条件裂缝形成条件裂缝的形态裂缝的形态裂缝的方位裂缝的方位井网部署井网部署提高采

7、油速度提高采油速度提高原油采收率提高原油采收率 所以，有利的裂缝状态及参数能够充分发挥其在增产、所以，有利的裂缝状态及参数能够充分发挥其在增产、增注方面的作用。增注方面的作用。第6页，共17页，编辑于2022年，星期六6 造缝条件及裂缝的形态、方位等与井底附近地层的造缝条件及裂缝的形态、方位等与井底附近地层的地应力及地应力及其分布、岩石的力学性质、压裂液的渗滤性质及注入方式其分布、岩石的力学性质、压裂液的渗滤性质及注入方式有密切有密切关系。关系。压裂过程井底压力变化曲线压裂过程井底压力变化曲线aa致密岩石致密岩石 bb微缝高渗岩石微缝高渗岩石破裂压力破裂压力延伸压力延伸压力地层压力地层压力第一

8、节第一节 造缝机理造缝机理第7页，共17页，编辑于2022年，星期六7二、造缝条件二、造缝条件（一）形成垂直裂缝的条件（一）形成垂直裂缝的条件 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时，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。直的方向上产生垂直裂缝。造缝条件为：造缝条件为：当产生裂缝时，井筒内注入流体的压力即为地层的破裂压力：当产生裂缝时，井筒内注入流体的压力即为地层的破裂压力：第8页，共17页，编辑于2022年，

9、星期六8(二二二二)形成水平裂缝的条件形成水平裂缝的条件 当井壁上存在的垂向应力达到井壁岩石的垂向的抗张强度当井壁上存在的垂向应力达到井壁岩石的垂向的抗张强度时，岩石将在垂直于垂向应力的方向上产生脆性破裂，即在与时，岩石将在垂直于垂向应力的方向上产生脆性破裂，即在与垂向应力相垂直的方向上产生水平裂缝垂向应力相垂直的方向上产生水平裂缝。造缝条件为：。造缝条件为：当当产产生生水水平平裂裂缝缝时时，井井筒筒内内注注入入流流体体的的压压力力等等于于地地层层的的破破裂裂压压力：力：实验修正：实验修正：二、造缝条件二、造缝条件第9页，共17页，编辑于2022年，星期六9(三三三三)破裂压力梯度破裂压力梯度

10、(破裂梯度破裂梯度破裂梯度破裂梯度)破裂梯度：破裂梯度：地层破裂压力与地层深度的比值。地层破裂压力与地层深度的比值。MPa/kmMPa/km 各油田根据大量压裂施工资料统计出来的破裂梯度值为：各油田根据大量压裂施工资料统计出来的破裂梯度值为：(15(1518)18)(22(2225)25)深地层深地层垂直裂缝垂直裂缝 浅地层浅地层水平裂缝水平裂缝根据破裂梯度的大小估计根据破裂梯度的大小估计裂缝的形态裂缝的形态：u 小于小于15151818时形成垂直裂缝时形成垂直裂缝u 大于大于2323时形成水平裂缝时形成水平裂缝二、造缝条件二、造缝条件第10页，共17页，编辑于2022年，星期六10第二节第二

11、节 压裂液压裂液压裂液任务：压裂液任务：破裂地层、造缝、降温作用破裂地层、造缝、降温作用。一般用未交联的。一般用未交联的溶胶。溶胶。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、造缝及冷却地层作用。必必须使用交联的压裂液须使用交联的压裂液(如冻胶等如冻胶等)。末尾顶替液：末尾顶替液：替液入缝，提高携砂液效率和替液入缝，提高携砂液效率和 防止井筒沉砂。防止井筒沉砂。前置液前置液前置液前置液携砂液携砂液携砂液携砂液顶替液顶替液顶替液顶替液中间顶替液：中间顶替液：送送携送砂液、防砂卡；携送砂液、防砂卡；第11页，共17页，编辑于2022年，星期六11一、压裂液的性能要求一、压裂液的

12、性能要求滤失少：滤失少：悬砂能力强：悬砂能力强：摩阻低：摩阻低：稳定性好：稳定性好：配伍性好：配伍性好：低残渣：低残渣：易返排：易返排：货源广、便于配制、价钱便宜。货源广、便于配制、价钱便宜。造长缝、宽缝造长缝、宽缝取决于它的粘度与造壁性取决于它的粘度与造壁性取决于粘度取决于粘度摩阻愈小，用于造缝的有效功率愈大摩阻愈小，用于造缝的有效功率愈大热稳定性和抗机械剪切稳定性热稳定性和抗机械剪切稳定性不应引起粘土膨胀或产生沉淀而堵塞油层不应引起粘土膨胀或产生沉淀而堵塞油层以免降低油气层和填砂裂缝的渗透率以免降低油气层和填砂裂缝的渗透率减少压裂液对地层的伤害减少压裂液对地层的伤害大！大！第12页，共17

13、页，编辑于2022年，星期六12 二、压裂液类型二、压裂液类型水基压裂液：水基压裂液：油基压裂液：油基压裂液：泡沫压裂液：泡沫压裂液：用水溶胀性聚合物用水溶胀性聚合物(称为成胶剂称为成胶剂)经交链剂交链后经交链剂交链后形成的冻胶。施工结束后，为了使冻胶破胶还需要形成的冻胶。施工结束后，为了使冻胶破胶还需要加入破胶剂。不适用于水敏性地层。加入破胶剂。不适用于水敏性地层。多用稠化油，遇地层水后自动破胶。缺点是悬多用稠化油，遇地层水后自动破胶。缺点是悬砂能力差、性能达不到要求、价格昂贵、施工砂能力差、性能达不到要求、价格昂贵、施工困难和易燃等。困难和易燃等。基液多用淡水、盐水、聚合物水溶液；气相基液

14、多用淡水、盐水、聚合物水溶液；气相为二氧化碳、氮气、天然气；发泡剂用非离为二氧化碳、氮气、天然气；发泡剂用非离子型活性剂。特点是易于返排、滤失少以及子型活性剂。特点是易于返排、滤失少以及摩阻低等。缺点是砂比不能过高、井深不能摩阻低等。缺点是砂比不能过高、井深不能过大。过大。第13页，共17页，编辑于2022年，星期六13三、压裂液滤失性三、压裂液滤失性压裂液滤失到地层受三种机理控制：压裂液滤失到地层受三种机理控制：压裂液的粘度、压裂液的粘度、油藏岩石和流体的压缩性、油藏岩石和流体的压缩性、压裂液的造壁性压裂液的造壁性(一一)受压裂液粘度控制的滤失系数受压裂液粘度控制的滤失系数受压裂液粘度控制的

15、滤失系数受压裂液粘度控制的滤失系数C C C C 当当压裂液粘度大大超过油藏流体的粘度压裂液粘度大大超过油藏流体的粘度时，压裂液的滤失时，压裂液的滤失速度主要取决于压裂液的粘度，由达西方程可以导出滤失系数为：速度主要取决于压裂液的粘度，由达西方程可以导出滤失系数为：滤失速度为：滤失速度为：第14页，共17页，编辑于2022年，星期六14(二二二二)受储层岩石和流体压缩性控制的滤失系数受储层岩石和流体压缩性控制的滤失系数受储层岩石和流体压缩性控制的滤失系数受储层岩石和流体压缩性控制的滤失系数C C 当压裂液粘度接近于油藏流体粘度时，控制压裂液滤失的是储当压裂液粘度接近于油藏流体粘度时，控制压裂液

16、滤失的是储层岩石和流体的压缩性，这是因为岩石和流体受到压缩，让出一部层岩石和流体的压缩性，这是因为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。根据体积平衡方程可得到表达式：分空间压裂液才得以滤失进去。根据体积平衡方程可得到表达式：三、压裂液滤失性三、压裂液滤失性第15页，共17页，编辑于2022年，星期六15（三）具有造壁性压裂液滤失系数（三）具有造壁性压裂液滤失系数C C 造壁性造壁性是指具有固相颗粒的压裂是指具有固相颗粒的压裂液，施工过程中由于滤失性，其中自液，施工过程中由于滤失性，其中自由水滤失以后固体颗粒附着在井壁上由水滤失以后固体颗粒附着在井壁上形成泥饼。形成泥饼。它会有

17、效的降低滤失速度，防它会有效的降低滤失速度，防止进一步加剧滤失。止进一步加剧滤失。静滤失曲线静滤失曲线滤失速度滤失速度造壁液体的滤失系数造壁液体的滤失系数则则第16页，共17页，编辑于2022年，星期六16(四四四四)综合滤失系数综合滤失系数综合滤失系数综合滤失系数压裂液的滤失同时受三种机理控制，综合滤失系数如下：压裂液的滤失同时受三种机理控制，综合滤失系数如下：在研究在研究C C和和C C时，常将计算公式中的压力差取值为裂时，常将计算公式中的压力差取值为裂缝延伸压力与地层压力之差。实际上缝延伸压力与地层压力之差。实际上C C由由滤失带压力差滤失带压力差控制控制的，的，C C是由是由压缩带压力差压缩带压力差控制的，控制的，C C由由滤饼内外压力差控制滤饼内外压力差控制的的。三、压裂液滤失性三、压裂液滤失性第17页，共17页，编辑于2022年，星期六17