壓裂基礎(chǔ)知識(shí)

1、表表皮系數(shù)皮系數(shù)描描述井筒周圍地層傷害程度的參數(shù)述井筒周圍地層傷害程度的參數(shù)地層傷害及表皮系數(shù)地層傷害及表皮系數(shù)地地層傷害通常由鉆井過程造成，層傷害通常由鉆井過程造成，但之后的各種作業(yè)也都可能造成地層傷害但之后的各種作業(yè)也都可能造成地層傷害表皮系數(shù)表皮系數(shù)滲滲透率透率高高低低傷傷害帶害帶井井筒筒它它會(huì)在井筒周圍造成附加壓降會(huì)在井筒周圍造成附加壓降表表皮系數(shù)皮系數(shù)k h d dpskin =141.2 q m ms式式中中s為表皮系數(shù)為表皮系數(shù)滲滲透率降低透率降低pd dpskin表表皮系數(shù)皮系數(shù)表表皮系數(shù)皮系數(shù)p1hr - pwfmkfmfmctrw2- log10+ 3.23s = 1.15

2、1式式中：中： m = 162.6 qm mkhapi 表表皮系數(shù)計(jì)算公式皮系數(shù)計(jì)算公式:-根根據(jù)測試數(shù)據(jù)計(jì)算據(jù)測試數(shù)據(jù)計(jì)算表表皮系數(shù)皮系數(shù)s = 0理理想井想井s 0真真實(shí)實(shí) (被被傷害的傷害的) 井井s 1 fracture more conductivefcd 20 “infinite conductivity”dimensionless fracture conductivityfcd = = fcxf kw kpxf kadvanced conceptswherexf = fracture half lengthk = formation permeabilityadvanced c

3、onceptsdimensionless fracture conductivityin order to increase production, fcdmust be greater than onethis does not account for the effectsof bypassing skin damagein high permeability formations,the fracture must be designed forminimum length and maximum width流流體濾失體濾失當(dāng)當(dāng)壓裂液泵注進(jìn)裂縫時(shí)，壓裂液泵注進(jìn)裂縫時(shí)，其中一部分會(huì)通過裂縫

4、面濾失進(jìn)地層其中一部分會(huì)通過裂縫面濾失進(jìn)地層裂裂縫體積等于泵入流體總體積縫體積等于泵入流體總體積減去濾失流體體積減去濾失流體體積流流體濾失體濾失與與壓力無關(guān)壓力無關(guān)vl = p p ceff a t與與壓力相關(guān)壓力相關(guān)用用3個(gè)系數(shù)描述個(gè)系數(shù)描述:-ci粘粘度控制度控制cii壓壓縮系數(shù)控制縮系數(shù)控制ciii造造壁性控制壁性控制流流體濾失體濾失與壓力相關(guān)與壓力相關(guān)ci = 0.0469k f df dp2m mcii = 0.0374 d dpk cf f fm mciii =0.0164 maf流流體濾失體濾失與與壓力相關(guān)壓力相關(guān)ci21+ciii211 + 4cii21 +2 ciiceff

5、=可可用壓裂模擬軟件計(jì)算用壓裂模擬軟件計(jì)算圖圖8 816 16 垂縫擴(kuò)展及其有關(guān)的壓力、應(yīng)力和巖石性質(zhì)垂縫擴(kuò)展及其有關(guān)的壓力、應(yīng)力和巖石性質(zhì)縫縫高高縫長縫長縫縫寬寬裂縫基本參數(shù)裂縫基本參數(shù)聚合物水基溶液 天然胍膠(guar)a,羥丙基胍膠(hpg)a,羥乙基纖維素(hec) 羧甲基羥乙基纖維素(cmhec)a 油包水聚合物乳化液 2/3 碳水化合物b+1/3 水基聚合物溶液c 稠化碳水化合物 石油餾分,柴油,煤油,原油 稠化乙醇(甲醇) 稠化 co2 稠化酸(hcl) 水基泡沫 水相:guar,hpg 氣相:氮?dú)? co2 a 可以交聯(lián)增粘 b 石油餾份、柴油、煤油、原油。 c 常用胍膠或羥丙

6、基胍膠 水水基壓裂液體系基壓裂液體系線性膠線性膠（基液）（基液）-將將各種聚合物水化后，各種聚合物水化后， 獲得一定粘度的膠體獲得一定粘度的膠體交交聯(lián)凍膠聯(lián)凍膠-將將線性膠交聯(lián)，以獲得線性膠交聯(lián)，以獲得 可在較高溫度下應(yīng)用的可在較高溫度下應(yīng)用的 高粘度膠體高粘度膠體水水基壓裂液體系基壓裂液體系線線性膠性膠guar-瓜瓜膠膠hpg-羥羥丙基瓜膠丙基瓜膠cmhpg-羧羧甲基羥丙基瓜膠甲基羥丙基瓜膠水水基壓裂液體系基壓裂液體系線線性膠性膠纖纖維素維素 -羥羥乙基纖維素乙基纖維素 (hec)黃黃原膠原膠 - 羧羧甲基羥乙基纖維素甲基羥乙基纖維素(cmhec)水水基壓裂液體系基壓裂液體系線線性膠性膠gu

7、arhpgcmhpgheccmhecxanthan殘殘?jiān)亢砍沙杀颈舅鶋毫岩夯鶋毫岩簆h值調(diào)節(jié)劑值調(diào)節(jié)劑所所有稠化劑的水化過程都只在一定的有稠化劑的水化過程都只在一定的ph值值范圍內(nèi)進(jìn)行，超出此范圍則水化很緩慢范圍內(nèi)進(jìn)行，超出此范圍則水化很緩慢ph值調(diào)節(jié)劑用于調(diào)節(jié)水的值調(diào)節(jié)劑用于調(diào)節(jié)水的ph值值(一般為一般為6.58.0），以滿足膠體的需），以滿足膠體的需要要ph值調(diào)節(jié)一般在稠化劑在水中分散均值調(diào)節(jié)一般在稠化劑在水中分散均勻后進(jìn)行，以避免產(chǎn)生勻后進(jìn)行，以避免產(chǎn)生“魚眼魚眼”水水基壓裂液基壓裂液ph值調(diào)節(jié)劑值調(diào)節(jié)劑高高 ph-bf-7, -7l, bf-9, bf-1bf-3, 燒燒堿

8、堿低低 ph-醋醋酸酸 (bf-10l),bf-2水水基壓裂液基壓裂液聚聚合物濃度合物濃度聚聚合物濃度取決于膠體的用途合物濃度取決于膠體的用途:1.5 %降降低摩阻低摩阻至至8.0%壓壓裂液，防砂液裂液，防砂液水水基壓裂液基壓裂液交交聯(lián)凍膠聯(lián)凍膠在線性膠中加入交聯(lián)劑，在線性膠中加入交聯(lián)劑，使其分子間使其分子間產(chǎn)生化學(xué)鏈接，從而粘度大大提高產(chǎn)生化學(xué)鏈接，從而粘度大大提高水水基壓裂液基壓裂液交交聯(lián)凍膠聯(lián)凍膠線線性膠性膠凍凍膠膠水水基壓裂液基壓裂液ph值調(diào)節(jié)劑值調(diào)節(jié)劑大大多數(shù)交聯(lián)劑都只在一定多數(shù)交聯(lián)劑都只在一定ph值范圍內(nèi)值范圍內(nèi)起作用，所以需要用起作用，所以需要用ph值調(diào)節(jié)劑值調(diào)節(jié)劑通常膠體需要調(diào)

9、節(jié)兩次通常膠體需要調(diào)節(jié)兩次ph值，值，分別在稠化劑水化和交聯(lián)時(shí)進(jìn)行分別在稠化劑水化和交聯(lián)時(shí)進(jìn)行水水基壓裂液基壓裂液破破膠劑膠劑氧氧化劑：化劑：可可用于任一種聚合物用于任一種聚合物-過過硫酸銨硫酸銨 -過過硫酸銨膠囊硫酸銨膠囊- 其其他他水水基壓裂液基壓裂液破破膠劑膠劑酶酶類：類： 用于特用于特定的聚合物定的聚合物-比氧化劑更比氧化劑更“清清潔潔”-應(yīng)應(yīng)用溫度和用溫度和ph值范圍有限值范圍有限油基壓裂液體系油基壓裂液體系基基液液-柴柴油、煤油、原油或油、煤油、原油或 其他其他“壓裂用油壓裂用油”總需要試驗(yàn)，特別是原油總需要試驗(yàn)，特別是原油油油基壓裂液體系基壓裂液體系-所所有組分都可現(xiàn)場添加有組分

10、都可現(xiàn)場添加-使使用方便用方便-缺缺點(diǎn)點(diǎn) 費(fèi)費(fèi)用和用和hse問題問題油油基壓裂液體系基壓裂液體系聚聚合物乳化液合物乳化液- 兩兩份油（一般為柴油）加一份水基膠體份油（一般為柴油）加一份水基膠體- 水水基膠體用標(biāo)準(zhǔn)稠化劑和破膠劑配制基膠體用標(biāo)準(zhǔn)稠化劑和破膠劑配制-乳乳化劑加在水相中化劑加在水相中油油基壓裂液體系基壓裂液體系聚聚合物乳化液合物乳化液-油油、水相在現(xiàn)場施工時(shí)混配、水相在現(xiàn)場施工時(shí)混配-乳乳化液與地層接觸后破乳化液與地層接觸后破乳-需需要進(jìn)一步進(jìn)行應(yīng)用研究要進(jìn)一步進(jìn)行應(yīng)用研究支支撐劑撐劑1.支支撐劑基本要求撐劑基本要求 能能承受閉合應(yīng)力的作用承受閉合應(yīng)力的作用 不不能破碎能破碎 不不能

11、產(chǎn)生粉末能產(chǎn)生粉末支支撐劑撐劑2.顆顆粒尺寸分布粒尺寸分布均均勻勻天天然然支支撐劑撐劑3.總總體顆粒尺寸體顆粒尺寸顆顆粒大滲透率高粒大滲透率高支支撐劑撐劑4.球球度和圓度度和圓度圓圓球度高則滲透率大球度高則滲透率大支支撐劑撐劑滲滲透率透率5.壓壓裂液殘?jiān)岩簹堅(jiān)?壓壓裂液破膠后有殘?jiān)岩浩颇z后有殘?jiān)?殘殘?jiān)鼤?huì)堵塞支撐劑孔道渣會(huì)堵塞支撐劑孔道 滲滲透率恢復(fù)一般為透率恢復(fù)一般為 30% to 95% 壓壓裂液質(zhì)量裂液質(zhì)量 破破膠劑效率膠劑效率支支撐劑撐劑6.閉閉合應(yīng)力合應(yīng)力閉閉合應(yīng)力越大，滲透率越低，合應(yīng)力越大，滲透率越低，通常是支撐劑產(chǎn)生的粉末造成的通常是支撐劑產(chǎn)生的粉末造成的閉閉合應(yīng)力越大，需

12、要的材料強(qiáng)度越高合應(yīng)力越大，需要的材料強(qiáng)度越高支支撐劑撐劑7.非非達(dá)西流達(dá)西流在在高流速下發(fā)現(xiàn)附加壓降高流速下發(fā)現(xiàn)附加壓降圓圓球度越低、顆粒尺寸分布越不均勻球度越低、顆粒尺寸分布越不均勻則附加壓降越大則附加壓降越大支支撐劑撐劑8.多多相流相流相相對(duì)滲透率影響對(duì)滲透率影響與與非達(dá)西流一樣，降低有效滲透率非達(dá)西流一樣，降低有效滲透率支支撐劑撐劑支支撐劑的選擇撐劑的選擇根根據(jù)井況對(duì)滲透率的要求進(jìn)行支撐劑的優(yōu)選據(jù)井況對(duì)滲透率的要求進(jìn)行支撐劑的優(yōu)選用用廠方提供的一定閉合應(yīng)力下的滲透率值廠方提供的一定閉合應(yīng)力下的滲透率值記記住閉合應(yīng)力可能增加住閉合應(yīng)力可能增加考考慮非達(dá)西流和多相流情況慮非達(dá)西流和多相流情

13、況支支撐劑撐劑支支撐劑的選擇撐劑的選擇一一般人造支撐劑的滲透率是天然壓裂砂的般人造支撐劑的滲透率是天然壓裂砂的2-3倍，倍，即使在低閉合應(yīng)力下也如此即使在低閉合應(yīng)力下也如此.支支撐劑撐劑支支撐劑的選擇撐劑的選擇典典型的粒徑范圍型的粒徑范圍:8/12, 12/20, 16/30, 20/40, 40/60 等等數(shù)數(shù)字代表篩眼孔徑字代表篩眼孔徑20/40 目目的顆?？赏ㄟ^的顆?？赏ㄟ^20目的篩子，目的篩子，但會(huì)被但會(huì)被40目的篩子擋住目的篩子擋住example treatmentsobtain well data:logs, dsts, mud logs,production history(if

14、 any), pvt data,completion diagram,previous treatmentsuse frac modelproductionsimulatorhistory matchproduction datafrac job flow chartestablish basecase productionexample treatmentsfrac job flow chartrun productionsimulation with fractureoptimumfracturegeometry?yesdesign treatment foroptimum fractur

15、e geometryusing fracture simulatornopreliminarytreatmentschedulesrt scheduleminifrac scheduleinput speculative fracturegeometry into productionsimulatorexample treatmentsfrac job flow chartrig up, mix fluids,pressure testpre-job safetymeetingpump step ratetest (step up andstep down)real timedata mod

16、ellingmobilise equipment,materials andpersonnelexample treatmentsfrac job flow chartanalyze srtdatafracture extensionpressure, nearwellbore frictionis nwfsignificant?pump minifracwith proppant slugsyespumpminifracnopressurerise due to prop.slugs?pump proppantslugs as perspe 25892yesreal timedata mod

17、ellingnoexample treatmentsfrac job flow chartpressure match simulatoroutput to minifrac datae, n, klc, cl,ll, lllpnet, pclosure, hfracre-designtreatmentfinal treatmentdesignload proppant &additives. mix fluidspre-job safetymeetingpumptreatmentreal timedata modellingexample treatmentsfrac job flow chartprematurescreenout?shut in well &bleed off pressurewait for fluidsamples to breakanalyzetreatment datapost-jobrepor