水力壓裂在石油工程中的應(yīng)用

1、(北京)CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM（Times New Roman四號(hào)居中）畢 業(yè) 論 文(黑體一號(hào)居中)題 目（黑體小二號(hào)居中）院系名稱：_ 專業(yè)名稱：_學(xué)生姓名：_學(xué) 號(hào)：_指導(dǎo)教師：_（黑體四號(hào)，2倍行間距）完成日期 年 月 日摘 要通過(guò)對(duì)經(jīng)典水力壓裂技術(shù)在油氣田勘探開(kāi)發(fā)中的現(xiàn)狀分析；通過(guò)對(duì)水力壓裂技術(shù)施工過(guò)程及施工材料的簡(jiǎn)要概述；通過(guò)對(duì)幾種經(jīng)典水力壓裂技術(shù)的簡(jiǎn)要介紹；通過(guò)對(duì)水力壓裂在不同條件下的壓裂設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)選的簡(jiǎn)介；通過(guò)對(duì)經(jīng)典水力壓裂數(shù)值模擬技術(shù)的重點(diǎn)剖析；通過(guò)對(duì)幾個(gè)實(shí)例的分析與解答，集中展示了水力壓裂技術(shù)在油氣田勘探與開(kāi)發(fā)中的地位與作用，展示了水力

2、壓裂是一種為了使油氣井增產(chǎn)而使用的一種常規(guī)油氣井作業(yè)增產(chǎn)技術(shù)。關(guān)鍵詞：水力壓裂；增產(chǎn)技術(shù)；裂縫；壓裂液；支撐劑ABSTRACTThrough the analysis of the classic hydraulic fracturing technology in oil exploration and development under the existing condition; Through the brief illustration of the hydraulic fracturing technology in the construction process and co

3、nstruction materials; Through the brief introduction of several classic hydraulic fracturing technology; Through the introduction of the fracturing design and parameter optimization under different conditions; Through empirically analyzing numerical simulation of classic hydraulic fracturing technol

4、ogy ; Through the analysis of several examples with solutions, showcase that the hydraulic fracturing technology play an important role in oil exploration and development, demonstrating that the hydraulic fracturing is a kind of conventional method which increase production.Keywords: hydraulic fract

5、uring; technology of increasing production; fracture; fracturing fluid; proppant目 錄第1章 前 言51.1總體優(yōu)化壓裂技術(shù)51.2開(kāi)發(fā)壓裂技術(shù)及按地應(yīng)力方位布井的優(yōu)化壓裂技術(shù)51.3重復(fù)壓裂技術(shù)61.4大型壓裂技術(shù)61.5高砂液比和端部脫砂壓裂技術(shù)61.6特殊井壓裂技術(shù)71.7CO2泡沫壓裂技術(shù)71.8小井眼壓裂技術(shù)71.9其它壓裂技術(shù)98第2章 水力壓裂的施工過(guò)程及入井材料概述92.1壓裂施工時(shí)流體的流動(dòng)過(guò)程92.2完成壓裂施工的幾個(gè)要素92.3壓裂液102.4支撐劑13第3章 水力壓裂的影響因素153.1地層

6、傷害153.2支撐劑的導(dǎo)流能力153.3壓裂設(shè)計(jì)163.4壓裂后放噴及生產(chǎn)管理16第4章 水力壓裂的典型施工工藝174.1 定向井壓裂工藝174.1.1 優(yōu)化射孔工藝技術(shù)174.1.2 前置液加段塞技術(shù)184.1.3線性加砂工藝技術(shù)184.1.4變排量壓裂工藝技術(shù)194.1.5變粘壓裂液194.1.6增加前置液量、增大加砂規(guī)模194.2 氣井重復(fù)壓裂194.2.1 壓裂氣井失效原因分析204.2.2 氣井重復(fù)壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)204.3 煤層壓裂工藝224.3.1射孔工藝224.3.2合理壓裂施工參數(shù)確定224.3.3裂縫長(zhǎng)度和高度選擇224.3.4壓裂液體系234.3.5酸化預(yù)處理244.3.6裂

7、縫監(jiān)測(cè)及壓裂施工分析244.4 水力噴射壓裂技術(shù)244.4.1 水力噴射壓裂技術(shù)原理244.4.2 水力噴射技術(shù)特點(diǎn)254.4.3 壓裂參數(shù)的計(jì)算與優(yōu)選254.5 清水壓裂技術(shù)264.5.1清水壓裂工藝264.5.2 混合清水壓裂294.6 壓裂工藝技術(shù)發(fā)展方向30第5章 壓裂數(shù)模理論與模型325.1 造縫及增產(chǎn)機(jī)理325.1.1 造縫機(jī)理325.1.2 增產(chǎn)機(jī)理355.2 壓裂數(shù)值理論與模型365.2.1 裂縫幾何參數(shù)模型365.2.2 幾種常用經(jīng)典模型375.3 壓裂支撐劑選擇與計(jì)算405.3.1 支撐劑的選擇方法405.3.2 導(dǎo)流能力的確定40第6章 壓裂實(shí)例編寫(xiě)程序模擬426.1 實(shí)

8、例一426.2 實(shí)例二446.3 實(shí)例三48第7章 結(jié) 論51第8章 致 謝52參考文獻(xiàn)53附 錄55第一實(shí)例程序代碼55第二實(shí)例程序代碼57第三實(shí)例代碼59第1章 前 言水力壓裂是油氣田勘探、開(kāi)發(fā)過(guò)程中一項(xiàng)十分重要的技術(shù)措施，它是通過(guò)地面高壓泵組將粘度前置液以大大超過(guò)地層吸收能力的排量注入目的儲(chǔ)層，在井底附近憋起超過(guò)井壁附近地應(yīng)力及巖石抗張強(qiáng)度的壓力后，在地層中形成裂縫并延展，而后泵注混有支撐劑的攜砂液，攜砂液可繼續(xù)延展裂縫，同時(shí)攜帶支撐劑深入裂縫，然后使壓裂液破膠降解為低粘度流體流向井底返排而出，在地層中留下一條具有足夠長(zhǎng)度、寬度、高度和導(dǎo)流能力的填砂裂縫通道，以利于油氣從遠(yuǎn)井地層流向井底

9、。水力壓裂主要通過(guò)改變流體滲流方式、溝通油氣儲(chǔ)集層、克服近井污染、增加泄油面積、提高驅(qū)油效率來(lái)最終提高油氣井產(chǎn)量和采收率，達(dá)到有效的增產(chǎn)目標(biāo)。1.1總體優(yōu)化壓裂技術(shù)該技術(shù)的指導(dǎo)思想得益于國(guó)外單井壓裂經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的概念，但總體優(yōu)化壓裂技術(shù)觀念的形成則是國(guó)內(nèi)在上個(gè)世紀(jì)80年代末和90年代初首先提出的，并在吉林的乾安、青海的尕斯庫(kù)勒、吐哈的鄯善和江蘇的楊家壩等油田逐步獲得推廣應(yīng)用9。研究的總體目標(biāo)是使整個(gè)油氣田獲得最佳的開(kāi)發(fā)效果;研究的思路是把整個(gè)油氣藏作為一個(gè)研究單元，并對(duì)油氣藏的各參數(shù)進(jìn)行覆蓋研究，在此基礎(chǔ)上，考慮在既定井網(wǎng)條件下，不同的裂縫長(zhǎng)度和導(dǎo)流能力下的產(chǎn)量和掃油效率等動(dòng)態(tài)指標(biāo)的變化，從中優(yōu)選

10、出最佳的裂縫尺寸和導(dǎo)流能力9。并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施與評(píng)估研究，以不斷完善總體優(yōu)化壓裂方案;研究的手段包括:實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、裂縫模擬、油藏?cái)?shù)值模擬、試井分析、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、質(zhì)量控制和監(jiān)測(cè)等9。1.2開(kāi)發(fā)壓裂技術(shù)及按地應(yīng)力方位布井的優(yōu)化壓裂技術(shù)開(kāi)發(fā)壓裂的思路與總體優(yōu)化壓裂技術(shù)思路相近，研究手段也相差不多。主要區(qū)別是在部署開(kāi)發(fā)井網(wǎng)前，就考慮到就地應(yīng)力方位和水力裂縫的匹配關(guān)系，并最大限度發(fā)揮水力長(zhǎng)縫的潛力，從而實(shí)現(xiàn)稀井網(wǎng)有效開(kāi)采的目標(biāo)。在研究?jī)?nèi)容上，比總體優(yōu)化壓裂多了一項(xiàng)重要的研究?jī)?nèi)容，即儲(chǔ)層就地應(yīng)力場(chǎng)的研究，主要是最大主應(yīng)力方位的研究。針對(duì)低滲非常規(guī)油氣藏裂縫方位變化較大的情況，中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院壓裂

11、酸化技術(shù)服務(wù)中心又提出了按地應(yīng)力方位布井的優(yōu)化壓裂技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)井網(wǎng)與水力裂縫系統(tǒng)的最佳匹配9。1.3重復(fù)壓裂技術(shù)國(guó)外主要在以下方面取得了重要進(jìn)展9：(1)選井選層技術(shù)。綜合應(yīng)用專家經(jīng)驗(yàn)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和模糊邏輯等技術(shù)，開(kāi)發(fā)了重復(fù)壓裂選井選層的模型。(2)重復(fù)壓裂前儲(chǔ)層就地應(yīng)力場(chǎng)變化的預(yù)測(cè)技術(shù)。國(guó)外已研制成模型，可預(yù)測(cè)在多井(包括油井和水井)和變產(chǎn)量條件下就地應(yīng)力場(chǎng)的變化。研究結(jié)果表明，就地應(yīng)力場(chǎng)的變化主要取決于距油水井的距離、整個(gè)油氣田投入開(kāi)發(fā)的時(shí)間、注采井別、原始水平主應(yīng)力差、滲透率的各向異性和產(chǎn)注量等。距井的距離越小、投產(chǎn)投注的時(shí)間越長(zhǎng)、原始水平主應(yīng)力差越小、滲透率各向異性程度越小、產(chǎn)注

12、量越大，則越容易發(fā)生就地應(yīng)力方位的變化。而最佳重復(fù)壓裂時(shí)機(jī)，即是就地應(yīng)力方向發(fā)生變化的時(shí)機(jī)，且變化越大，時(shí)機(jī)越好，可提高波及系數(shù)或減少死油區(qū)。(3)改變相滲的壓裂液技術(shù)(RPM)。通過(guò)加一種改變潤(rùn)濕和吸附特性的化學(xué)藥劑，達(dá)到增加產(chǎn)烴量和減少含水的目的。國(guó)外已有該壓裂液成功應(yīng)用的報(bào)道。這對(duì)中高含水期的重復(fù)壓裂而言，尤具吸引力。1.4大型壓裂技術(shù)國(guó)外主要用該技術(shù)提高致密砂巖氣藏的經(jīng)濟(jì)開(kāi)采價(jià)值。國(guó)內(nèi)也曾在四川的八角場(chǎng)氣田進(jìn)行過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，2口井的施工排量達(dá)到6.07.95 m3/min，壓裂液量為834863 m3，支撐劑量達(dá)到244351 t，支撐半長(zhǎng)達(dá)到187347 m，壓后產(chǎn)量平均在20

13、5;104m3/d以上9。其技術(shù)要點(diǎn)主要有:(1)通過(guò)小型測(cè)試壓裂獲得準(zhǔn)確的濾失系數(shù);(2)壓裂液具有很強(qiáng)的耐溫耐剪切性能;(3)縫高控制技術(shù);(4)大排量技術(shù);(5)壓裂液破膠返排技術(shù)9。1.5高砂液比和端部脫砂壓裂技術(shù)該技術(shù)仍停留在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用階段，沒(méi)有理論上的進(jìn)一步創(chuàng)新。主要優(yōu)點(diǎn)是:(1)導(dǎo)流能力高;(2)有效期長(zhǎng);(3)濾失傷害小;(4)克服非達(dá)西流影響;(5)有效控制縫高等9。其技術(shù)要點(diǎn)有:(1)小型測(cè)試壓裂獲取準(zhǔn)確的濾失系數(shù);(2)斜坡式加砂程序設(shè)計(jì);(3)優(yōu)化射孔技術(shù);(4)前置液優(yōu)化技術(shù);(5)楔形追加破膠劑技術(shù);(6)裂縫強(qiáng)制閉合技術(shù)9。1.6特殊井壓裂技術(shù)(1)斜井、水平井壓裂

14、技術(shù)。斜井壓裂的主要問(wèn)9題是裂縫起裂、近井筒裂縫扭曲(tortuosity)、多裂縫起裂和產(chǎn)量模擬等。解決近井筒裂縫扭曲(早期砂堵的主要原因)的主要措施是:優(yōu)化射孔技術(shù)、40/70目小粒徑支撐劑、優(yōu)化排量、優(yōu)化多段加砂技術(shù)等。水平井壓裂的主要問(wèn)題是多裂縫的模擬、產(chǎn)量預(yù)測(cè)及分段壓裂施工管柱或技術(shù)等。(2)深井、超深井壓裂技術(shù)。主要集中在:耐高溫并具有延遲交聯(lián)作用的壓裂液體系;中密高強(qiáng)度陶粒支撐劑優(yōu)選;應(yīng)力敏感性研究;排量?jī)?yōu)選;濾失性研究;平均砂液比優(yōu)選及加砂程序研究。1.7CO2泡沫壓裂技術(shù)國(guó)外CO2壓裂技術(shù)分為CO2增能壓裂、CO2泡沫壓裂、純CO2壓裂3種。CO2增能壓裂泡沫質(zhì)量一般為30%

15、52%，優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)便，CO2主要用于提高返排能力，適用于較大規(guī)模的壓裂。CO2泡沫壓裂和CO2增能壓裂的區(qū)別是CO2比例即泡沫質(zhì)量有高低，因此可統(tǒng)稱為CO2泡沫壓裂。CO2泡沫壓裂的泡沫質(zhì)量一般為60%85%，優(yōu)點(diǎn)是水基壓裂液用量少，對(duì)地層和裂縫傷害小，泡沫質(zhì)量高，氣泡呈連續(xù)相，黏度高，攜砂性能好，返排率高。但由于水基壓裂液用量少，常規(guī)壓裂施工中提高砂比有一定難度，且施工壓力偏高。純CO2壓裂采用液態(tài)CO2為壓裂液，即100%CO2壓裂，優(yōu)點(diǎn)是對(duì)地層無(wú)傷害，返排迅速、徹底，但由于液態(tài)CO2壓裂受施工規(guī)模和井深限制，且需專門(mén)的密閉混砂車，因此不適合中、大規(guī)模的壓裂改造。目前，人們采用內(nèi)相恒定技

16、術(shù)，以期提高砂液比，提高壓裂效果9。1.8小井眼壓裂技術(shù)小井眼是指小于127 mm的井眼或環(huán)空尺寸小于25.4 mm的井眼。鉆小井眼可使鉆井費(fèi)用降低35%75%，平均降低50%左右;泥漿用量及排放鉆屑量減少75%，井場(chǎng)占地減少75%，施工鉆具用量也大幅度下降，對(duì)環(huán)保有利;還可減少邊遠(yuǎn)地區(qū)的勘探費(fèi)用，縮短勘探的評(píng)價(jià)時(shí)間9。小井眼的適用范圍包括:探井和開(kāi)發(fā)井;直井、定向井、水平井;新井、老井加深及側(cè)鉆;淺井、深井; 油井、氣井。值得指出的是，小井眼不適合高產(chǎn)井。就壓裂而言，小井眼壓裂與常規(guī)井眼壓裂的不同點(diǎn)在于:(1)需與小井眼配套的井下工具和抗高壓的井口裝置;(2)壓裂液在降摩阻、抗剪切上的要求較

17、高;(3)壓裂前后的產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法要考慮到小井眼帶來(lái)的特殊性，其經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的縫長(zhǎng)可能與常規(guī)井眼也有顯著不同。1.9其它壓裂技術(shù)9(1)清潔壓裂液技術(shù)。該壓裂液不加稠化劑，只加黏彈性表面活性劑(VES)及防膨劑等。其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)殘?jiān)鼈Γ茵ざ炔皇芗羟兴俾实挠绊?。但在成本控制及高溫地層的?yīng)用中，還需進(jìn)一步改進(jìn)。(2)清水加砂壓裂技術(shù)。清水壓裂的優(yōu)點(diǎn)有無(wú)殘?jiān)鼈坝行Э刂瓶p高(由很低黏度決定的)等。但一般要加入0.12%降阻劑(稠化劑)、4070目小粒徑支撐劑，砂濃度一般為17.5%，較高排量，有的高達(dá)12m3/min。目前，美國(guó)如UT等大學(xué)正在對(duì)清水輸砂剖面進(jìn)行試驗(yàn)研究和理論模型研究。(3)壓裂充填防砂

18、技術(shù)。核心技術(shù)是端部脫砂壓裂技術(shù)(TSO)，起始于1987年，20世紀(jì)90年代主要應(yīng)用于印尼的海上油田。取得重大進(jìn)展是在墨西哥灣。該技術(shù)主要包括壓裂充填與繞絲篩管完井(TSO+礫石充填)、壓裂充填無(wú)繞絲篩管(TSO+樹(shù)脂支撐劑)2種。(4)裂縫性碳酸鹽巖壓裂技術(shù)。核心技術(shù)就是早期砂堵的預(yù)防。主要技術(shù)有:地層濾失性的精細(xì)評(píng)估;與裂縫方位匹配的優(yōu)化射孔技術(shù);防止近井筒砂堵的支撐劑段塞技術(shù)和凍膠的段塞技術(shù);排量的優(yōu)化;加砂程序的優(yōu)化。(5)煤層氣壓裂技術(shù)。目前的研究主要集中在煤層的吸附和解析機(jī)理研究、壓裂液的傷害機(jī)理研究、工藝參數(shù)及施工管柱的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究及煤層裂縫的動(dòng)態(tài)及測(cè)井診斷技術(shù)等。在煤層的塑性

19、地層裂縫擴(kuò)展模型及復(fù)雜裂縫形態(tài)(如T形縫)的產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型方面，還有許多工作要做。第2章 水力壓裂的施工過(guò)程及入井材料概述利用地面高壓泵組，將高粘液體以大大超過(guò)地層吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高壓；當(dāng)此壓力大于井壁附近的地應(yīng)力和地層巖石抗張強(qiáng)度時(shí)，在井底附近地層產(chǎn)生裂縫；繼續(xù)注入帶有支撐劑的攜砂液，裂縫向前延伸并填以支撐劑，關(guān)井后裂縫閉合在支撐劑上，從而在井底附近地層內(nèi)形成具有一定幾何尺寸和導(dǎo)流能力的填砂裂縫，使井達(dá)到增產(chǎn)增注目的工藝措施。2.1壓裂施工時(shí)流體的流動(dòng)過(guò)程圖2-1 壓裂施工時(shí)流體的流動(dòng)過(guò)程2.2完成壓裂施工的幾個(gè)要素要素1：施工設(shè)備包括地面設(shè)備和壓裂車組兩部分要素2：施工管柱

20、施工管柱由油管和下井工具(封隔器、噴砂器)組成，其作用：一是為傳送施工壓力提供通道；二是實(shí)現(xiàn)分層。目前應(yīng)用的施工管柱有普通滑套式分層壓裂管柱、高砂比管柱、55MPa壓裂管柱等。要素3：下井原材料包括壓裂液和支撐劑兩部分。壓裂液的主要作用一是造縫，二是攜砂。支撐劑的作用是支撐裂縫,增加裂縫的導(dǎo)流能力。要素4：施工設(shè)計(jì)是指導(dǎo)壓裂施工的綱領(lǐng)性文件。其核心內(nèi)容是根據(jù)井層參數(shù)、下井原材料參數(shù)來(lái)優(yōu)化壓裂施工參數(shù)（壓力、排量、砂比、砂量、液量），最終給出合理的施工工序表。要素5：施工工藝施工工藝是針對(duì)井層條件，為達(dá)到改造目的而采取的合理施工方法。根據(jù)不同施工井的改造要求，先后研究開(kāi)發(fā)了普壓、多裂縫、選壓、限

21、流法等十八項(xiàng)壓裂工藝。要素6：施工評(píng)價(jià)圖2-2 施工評(píng)價(jià)圖水力壓裂入井材料壓裂液、支撐劑。2.3壓裂液壓裂液的定義：是壓裂施工的工作液，其主要功能是傳遞能量，使油層張開(kāi)裂縫，并沿裂縫輸送支撐劑，從而在油層中條形成一高導(dǎo)流能力通道，以利油、氣由地層遠(yuǎn)處流向井底，達(dá)到增產(chǎn)目的。(1) 壓裂液的功能：1. 前置液(Pad Fluid)：造縫、降溫2. 攜砂液(Carrying Fluid)：攜帶支撐劑進(jìn)入裂縫，形成一定導(dǎo)流能力的填砂裂縫。3. 頂替液(Displacing Fluid)：用來(lái)頂替井筒里的攜砂液，將攜砂液送到預(yù)定位置。水基壓裂液(Water-based Fracturing Fluid

22、)油基壓裂液(Oil-based Fracturing Fluid)包括：乳化壓裂液(Emulsion-based Fracturing Fluid)泡沫壓裂液(Foamed Fracturing Fluid)醇基壓裂液(Alcohol-based Fracturing Fluid)酸基壓裂液(Acid-based Fracturing Fluid)(2) 壓裂液的性能要求：1. 濾失量少。2. 懸砂性強(qiáng)：粘度高。3. 摩阻低：消耗動(dòng)力少，排量大。4. 穩(wěn)定性好：溫度，抗剪切。5. 殘?jiān)停呵鍧崏毫岩骸?. 易返排：破膠（水化）。7. 貨源廣，價(jià)格低。8. 配伍性好。(3) 壓裂液的流變性：1

23、. 牛頓壓裂液：=D （2-1）2. 冪律液體：=Dn （2-2）a=Dn-1 （2-3）lg=lg+nlgD （2-4）(4) 壓裂液的濾失性：在一定的壓差條件下，壓裂液以線性流垂直濾失進(jìn)入多孔介質(zhì)的速度。經(jīng)典濾失理論：1. 受壓裂液粘度控制的濾失系數(shù)CI：C=5.4*10-3(kp)12 （2-5）式中： 裂縫內(nèi)壓裂液粘度，mPa·s；P裂縫內(nèi)外壓力差，kPa；k壓裂液在地層的滲透率，m2；地層孔隙度，小數(shù)2. 受地層流體壓縮性控制C ：C=4.3*10-3*p(krCfr)12 （2-6）式中： r地層流體粘度，mPa·s ；Cf地層壓縮系數(shù)，（kPa）-1。3. 具

24、有造壁性壓裂液濾失系數(shù)C：濾失量：V=Vsp+m.t （2-7）濾失速度：v=C't=0.005mAt （2-8）濾失系數(shù)：C'=0.005mA （2-9）若實(shí)驗(yàn)壓差與縫內(nèi)外壓差不一致，則應(yīng)進(jìn)行修正:C=C'(pfp)12 （2-10）4. 綜合濾失系數(shù)C：在實(shí)際壓裂過(guò)程中，壓裂液的濾失同時(shí)受三種機(jī)理控制，所以要用綜合濾失系數(shù)來(lái)表示：1C=1C+1C+1C （2-11）綜合濾失系數(shù)表示三種濾失機(jī)理同時(shí)存在時(shí)的濾失參數(shù)。此時(shí)的濾失速度可表示為：v=Ct （2-12）2.4支撐劑(1) 支撐劑的性能：1. 粒徑均勻(gain-size distribution)；2. 強(qiáng)度

25、(strength)大，破碎率(crush)??；3. 圓度和球度高(roundness and sphericity)；4. 密度小(density)；5. 雜質(zhì)少(quantities of fines and impurities)。(2) 兩種常見(jiàn)支撐劑：1. 天然砂：天然砂就是石英砂(silica sand)。特點(diǎn)：強(qiáng)度低；適用條件：中淺層，深度小于2000m。1) 特性：石英是分布廣，硬度大的穩(wěn)定性礦物。2) 產(chǎn)地：石英顆粒大多產(chǎn)于沙漠、河灘或沿海地帶。3) 化學(xué)成分：天然石英砂的主要化學(xué)成分是氧化硅(Si02)，同時(shí)伴生少量的氧化鋁(Al203)、氧化鐵(Fe203)等。4) 礦物

26、成分：礦物組分以石英為主。石英含量是衡量石英砂質(zhì)量的重要指標(biāo)，我國(guó)壓裂用石英砂的石英含量在80%左右。優(yōu)點(diǎn)：Ø 適用于低閉合壓力的各類儲(chǔ)層；Ø 圓球度較好的石英砂破碎后仍可保持一定的導(dǎo)流能力；Ø 相對(duì)密度低，便于施工泵送；價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：Ø 強(qiáng)度較低，不適于較高閉合壓力的儲(chǔ)層壓裂；Ø 抗壓強(qiáng)度低，破碎后將大大降低裂縫導(dǎo)流能力。2. 人造支撐劑：陶粒、核桃殼、鋁球、玻璃球、包裹砂低密度：1800kg/m3中密度：20003000kg/m3高密度：>3000kg/m3特點(diǎn)：強(qiáng)度高（56105MPa），密度大；適用條件：較深井。優(yōu)點(diǎn)：Ø

27、; 具有較高的強(qiáng)度，在相同的閉合壓力下，與石英比較，具有破碎率低、導(dǎo)流能力高的性能。Ø 陶粒具有抗鹽、耐溫性能。Ø 隨承壓時(shí)間的延長(zhǎng)，陶粒的導(dǎo)流能力的遞減速率要慢得多，因此會(huì)獲得較高的穩(wěn)定產(chǎn)量和更長(zhǎng)的有效期。缺點(diǎn)：Ø 陶粒的相對(duì)密度高，因此，對(duì)壓裂液性能及泵送條件提出更高要求。Ø 陶粒的物料選擇和生產(chǎn)工藝要求嚴(yán)格，成本較高。第3章 水力壓裂的影響因素影響低滲透氣藏壓裂效果的因素是多方面的，除了地層本身構(gòu)造及物性特征以外，導(dǎo)致壓裂效果不理想的主要原因存在于四個(gè)方面:地層傷害;支撐劑的導(dǎo)流能力;壓裂設(shè)計(jì);壓裂后氣井管理10。3.1地層傷害在壓裂過(guò)程中，地層傷

28、害主要源于壓裂液傷害和地層的機(jī)械傷害。(1)壓裂液的傷害壓裂液與地層的配伍性是壓裂液傷害的首要來(lái)源.(2).裂縫性地層的機(jī)械傷害在水力壓裂過(guò)程中，水力裂縫產(chǎn)生剪切應(yīng)力，可以引起天然裂縫剪切滑移;壓裂液濾失造成的孔隙壓力增加，降低了作用于天然裂縫上的法向應(yīng)力，天然裂縫在剪切應(yīng)力的作用下發(fā)生錯(cuò)位?；棋e(cuò)位破壞了天然裂縫的支撐結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致裂縫滲透率的下降。(3)水力裂縫支撐引起的傷害這種傷害作用發(fā)生于水力裂縫附近的對(duì)附加應(yīng)力敏感的天然裂縫系統(tǒng)。3.2支撐劑的導(dǎo)流能力支撐裂縫的導(dǎo)流能力低是導(dǎo)致壓裂效果差的直接原因之一。(1)地應(yīng)力的長(zhǎng)期作用在地應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，支撐劑顆粒被壓碎產(chǎn)生“壓實(shí)”效應(yīng)，支撐

29、劑碎屑隨流體運(yùn)動(dòng)，堵塞部分流動(dòng)通道。由此支撐劑導(dǎo)流能力的下降幅度可達(dá)40%(2)地層溫度隨著地層溫度升高，支撐劑的應(yīng)力集中破壞加劇。例如在116條件下，支撐劑導(dǎo)流能力的下降幅度可高達(dá)60%(3)濾餅由于濾餅的存在，消除了支撐縫內(nèi)沿裂縫壁面的流動(dòng)。這種效應(yīng)使得裂縫導(dǎo)流能力可以降至無(wú)濾餅影響時(shí)的20%。(4)非達(dá)西流效應(yīng)由于氣井井筒附近氣體流速相當(dāng)高，產(chǎn)生的非達(dá)西流效應(yīng)降低了有效的裂縫導(dǎo)流能力，其降低倍數(shù)可達(dá)20或更高。(5)多相流效應(yīng)如果地層產(chǎn)水，則增大了氣相的滲流阻力，從而影響裂縫的導(dǎo)流能力。3.3壓裂設(shè)計(jì)壓裂設(shè)計(jì)上發(fā)生的主要問(wèn)題往往是對(duì)影響裂縫形態(tài)的關(guān)鍵地層參數(shù)(如地應(yīng)力剖面)缺乏認(rèn)識(shí)，軟件

30、選擇不當(dāng)，設(shè)計(jì)結(jié)果與就地的實(shí)際情況相差較大，導(dǎo)致裂縫長(zhǎng)度不夠及裂縫導(dǎo)流能力太低，這將直接影響水力壓裂的效果。3.4壓裂后放噴及生產(chǎn)管理壓裂后放噴及生產(chǎn)管理影響井底流壓。作用于支撐劑上的有效閉合壓力為： pc=Sz-p1-pwf （3-1）可見(jiàn)，如果壓裂后放噴使用的油嘴過(guò)大，或者氣井重新開(kāi)井時(shí)即陡然以高速度生產(chǎn)，均會(huì)造成井底流壓過(guò)低，支撐劑承受的閉合壓力急劇增大，從而加速支撐劑的破壞。第4章 水力壓裂的典型施工工藝4.1 定向井壓裂工藝定向井壓裂工藝技術(shù)研究主要從減少近井效應(yīng)，減少或避免多裂縫的產(chǎn)生以及降低施工難度，最大限度提高壓裂效果的角度出發(fā)11。4.1.1 優(yōu)化射孔工藝技術(shù)加砂壓裂時(shí)裂縫在

31、射孔孔眼起裂，若射孔孔眼不在最大主應(yīng)力方向，裂縫起裂后發(fā)生轉(zhuǎn)向，最終轉(zhuǎn)到最大主應(yīng)力方向;裂縫轉(zhuǎn)向發(fā)生的彎曲裂縫會(huì)導(dǎo)致裂縫寬度減小，壓裂液的流動(dòng)阻力增加，在加砂過(guò)程中易產(chǎn)生砂堵;若射孔孔眼在最大主應(yīng)力方向，起裂時(shí)易產(chǎn)生平整寬裂縫，減少多條裂縫產(chǎn)生，而且起裂壓力最低。為減少近井效應(yīng)的影響對(duì)定向井射孔時(shí)采取的技術(shù)措施是優(yōu)化射孔技術(shù)。（1） 優(yōu)化射孔段由斜井壓裂裂縫規(guī)律分析，斜井壓裂易產(chǎn)生多裂縫，為解決壓裂多裂縫的問(wèn)題，射孔時(shí)集中射孔段，增加射孔數(shù)，集中壓裂液的進(jìn)入量，以獲得寬縫和長(zhǎng)縫。（2） 定向射孔技術(shù)斜井壓裂時(shí)裂縫方向與地層最大主應(yīng)力方向不一致，在近井地帶產(chǎn)生較大的彎曲摩阻，裂縫寬度變窄，易發(fā)生

32、砂堵，射孔時(shí)進(jìn)行射孔優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定地層最大主應(yīng)力方向，采用定向射孔技術(shù)，減小彎曲摩阻。在地應(yīng)力大小和分布確定的情況下，破裂壓力隨著射孔角度的增大而升高，射孔角度為0°時(shí)，破裂壓力最小，因此，射孔方位應(yīng)選擇0°方向。單排射孔形成裂縫形態(tài)較為簡(jiǎn)單，多排射孔形成裂縫形態(tài)較為復(fù)雜，裂縫條數(shù)增加且形態(tài)各異。射孔角度小于30°，沿最大水平應(yīng)力方向形成平整大裂縫;射孔角度30°75°，多產(chǎn)生轉(zhuǎn)向裂縫和多條裂縫，裂縫壁面粗糙不平;射孔角度75°90°，有時(shí)沿最大水平應(yīng)力方向產(chǎn)生裂縫，炮孔不起作用，有時(shí)沿射孔方向及其他方向同時(shí)產(chǎn)生多條裂縫。因

33、此，為了提高水力壓裂效果，形成單條平整大裂縫，射孔方位也應(yīng)選擇0°方位。（3）優(yōu)化孔密和孔徑在地應(yīng)力的大小和分布確定的情況下，破裂壓力隨著射孔排數(shù)的增加而降低，射孔排數(shù)越多(射孔密度越大)，破裂壓力越小，因此，射孔密度在套管強(qiáng)度容許的前提下越大越好;為減少孔眼摩阻，可以增大射孔孔徑，那么在斜井壓裂時(shí)，需要對(duì)射孔孔密和孔徑進(jìn)行優(yōu)化。4.1.2 前置液加段塞技術(shù)斜井壓裂近井效應(yīng)突出，易產(chǎn)生彎曲裂縫和多裂縫，近井效應(yīng)是斜井壓裂施工成敗的主要問(wèn)題。彎曲裂縫意味著高的近井摩阻，多裂縫意味著短而窄的裂縫和更高的凈壓力，增加砂堵的風(fēng)險(xiǎn)。定向井壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)降低近井彎曲摩阻，減少或避免多裂縫的產(chǎn)生。

34、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明:對(duì)斜井進(jìn)行壓裂施工時(shí)，最經(jīng)濟(jì)有效地克服近井效應(yīng)的方法是使用支撐劑段塞技術(shù)。前置液加段塞技術(shù)就是在泵注前置液中泵注一段或幾段少量低濃度粉陶或支撐劑的混砂液，從而解決以下斜井壓裂問(wèn)題:(1)減小孔眼摩阻，提高液體效率。(2)優(yōu)化近井筒附近裂縫壁面。段塞加入增大了近井裂縫的寬度，減小了支撐劑在近井筒砂堵的可能性。支撐劑段塞技術(shù)的成功與否可以通過(guò)近井摩阻的降低值來(lái)衡量?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究表明:支撐劑段塞中支撐劑的濃度一般選用50220 kg/m3為宜。如果支撐劑段塞中的支撐劑尺寸太小，它有可能影響支撐裂縫的導(dǎo)流能力，同時(shí)還有可能在壓裂液返排時(shí)被排出裂縫，降低裂縫的滲透率，甚至堵塞縫口;支撐劑尺

35、寸太大，則其在裂縫中隨壓裂液運(yùn)移時(shí)的沉降速率增大，可能出現(xiàn)過(guò)早脫砂，造成砂堵。根據(jù)其他油田現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐12結(jié)合川西區(qū)塊的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，下表中推薦了支撐劑段塞中支撐劑的質(zhì)量濃度、支撐劑尺寸和支撐劑段塞液量的參考值。表4-1 支撐劑段塞參數(shù)的選擇4.1.3線性加砂工藝技術(shù)線性加砂工藝技術(shù)可以避免常規(guī)臺(tái)階式加砂施工壓力波動(dòng)大的缺點(diǎn)，施工泵壓穩(wěn)定性較好，能有效降低施工難度。同時(shí)線性加砂有利于裂縫內(nèi)形成均勻的支撐劑沉降剖面，可以獲得更好的支撐裂縫導(dǎo)流能力。由圖可見(jiàn)，線性加砂較臺(tái)階式加砂有利于裂縫內(nèi)形成均勻的支撐劑沉降剖面，獲得更好的支撐裂縫導(dǎo)流能力。圖4-1 線性和臺(tái)階式加砂導(dǎo)流能力與裂縫長(zhǎng)度曲線4.1.4變排

36、量壓裂工藝技術(shù)為減少定向井壓裂時(shí)多裂縫的產(chǎn)生，壓裂施工采用較小的排量起裂，減小近井帶由于初始大排量起裂易產(chǎn)生多裂縫的影響，在地層破裂后逐級(jí)加大施工排量，擴(kuò)張主裂縫寬度，形成多級(jí)排量注入施工，確保施工順利完成。4.1.5變粘壓裂液為確保壓裂施工成功和壓后效果，在壓裂液體系方面，可采用變粘壓裂液體系，前置液采用高粘壓裂液造縫，攜砂液采用黏度較低的壓裂液，滿足攜砂能力要求，盡可能減少液體對(duì)儲(chǔ)層的傷害。4.1.6增加前置液量、增大加砂規(guī)模定向井因多裂縫的存在，致使裂縫較窄，因此除了使用優(yōu)化射孔技術(shù)、支撐劑段塞、線性加砂和優(yōu)選壓裂材料外，還可以通過(guò)增加前置液量和適當(dāng)增大加砂規(guī)模來(lái)提高裂縫的寬度和長(zhǎng)度，提

37、高裂縫的導(dǎo)流能力。4.2 氣井重復(fù)壓裂通過(guò)對(duì)氣井重復(fù)壓裂機(jī)理的研究，分析了儲(chǔ)層產(chǎn)生裂縫的形態(tài)，從而改善氣體的流動(dòng)空間，增加了氣井的控制儲(chǔ)量。針對(duì)氣井重復(fù)壓裂技術(shù)與油井的差別，在重復(fù)壓裂選材方面進(jìn)行了優(yōu)化，減輕在重復(fù)壓裂增產(chǎn)措施過(guò)程中對(duì)儲(chǔ)層的傷害12。4.2.1 壓裂氣井失效原因分析氣井在壓后生產(chǎn)一段時(shí)間后，由于低滲透氣藏儲(chǔ)層的地質(zhì)特征、初次壓裂規(guī)模和壓裂材料的影響，產(chǎn)量急劇下降，最終導(dǎo)致初次增產(chǎn)措施失效。采用試井分析方法評(píng)價(jià)低滲透氣藏壓裂效果，估算裂縫長(zhǎng)度和裂縫導(dǎo)流能力，結(jié)合氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)進(jìn)行了分析，得到氣井增產(chǎn)失效原因有:(1)首次壓裂施工規(guī)模受當(dāng)時(shí)壓裂條件的影響，在儲(chǔ)層中形成的有效支撐縫長(zhǎng)和

38、裂縫導(dǎo)流能力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，或者壓裂較成功，但隨著氣井生產(chǎn)，裂縫控制范圍內(nèi)地層能量明顯下降(雖然裂縫控制范圍外有可觀的未動(dòng)用儲(chǔ)量)。(2)壓裂液選擇不合適，由此造成壓裂液的大量濾失，直接或間接地?fù)p害儲(chǔ)層流體流動(dòng)通道，增加低滲透氣藏天然氣的流動(dòng)阻力。此外，壓裂液大量濾失會(huì)造成早期脫砂，影響裂縫的延伸。(3)支撐劑強(qiáng)度不夠，在裂縫閉合的時(shí)候被壓碎;支撐劑濃度低且鋪置不合理，導(dǎo)致有效支撐作用差。4.2.2 氣井重復(fù)壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)（1）重復(fù)壓裂方式選擇氣井重復(fù)壓裂的方式有延伸原有裂縫、層內(nèi)壓出新裂縫和改向重復(fù)壓裂三種。影響這幾種壓裂方式的主要因素在于儲(chǔ)層的層位和該層位的應(yīng)力分布。根據(jù)上述機(jī)理研究，可以通

39、過(guò)兩次壓裂前儲(chǔ)層的最大最小主應(yīng)力的差值來(lái)確定最終是否造新縫。（2）壓裂材料優(yōu)選a.壓裂液優(yōu)選氣井重復(fù)壓裂過(guò)程中控制好壓裂液的濾失是壓裂成敗的關(guān)鍵，因?yàn)槌醮螇毫押髢?chǔ)層存在人工裂縫會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層的濾失面積增大，從而造成氣藏儲(chǔ)層的水敏性傷害，極有可能造成水鎖現(xiàn)象。對(duì)于低滲透氣藏，水鎖現(xiàn)象導(dǎo)致儲(chǔ)層的含水率升高，最終導(dǎo)致氣相對(duì)滲透率降低，影響儲(chǔ)層的增產(chǎn)效果。針對(duì)低滲透氣藏的工程地質(zhì)特征進(jìn)行壓裂液優(yōu)選:濾失小;具備好的流變性，壓裂施工后方可迅速降粘與返排;選擇無(wú)殘?jiān)驓堅(jiān)俚膲毫岩?壓裂液與儲(chǔ)層配伍性好，不會(huì)在儲(chǔ)層中形成固相沉淀。b.支撐劑優(yōu)選選擇恰當(dāng)?shù)闹蝿┦谦@得更長(zhǎng)的有效支撐裂縫的基礎(chǔ)，從而保證壓裂效果，

40、提高生產(chǎn)效果。支撐劑的粒徑、密度、濃度等因素都會(huì)影響其在壓裂過(guò)程中沉降。單個(gè)支撐劑粒子在靜態(tài)液體中的沉降速度如下式所示:CD=3(s-f)gdpfvt2 (4-1)式中:CD沉滑系數(shù);g重力加速度;dp粒子直徑;vt粒子最終沉降速度;s支撐劑密度;f流體密度。從上式可得，滑降系數(shù)隨支撐劑密度、粒徑的增大而增大。此外支撐劑的粒徑越大，分選越好，破碎率越低，其形成的裂縫的導(dǎo)流能力越好。在壓裂施工工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)中，為使支撐劑輸送得更遠(yuǎn)，擴(kuò)大壓裂有效半徑，使用低密度、小顆粒支撐劑。同時(shí)為改善壓裂氣井近井地帶的導(dǎo)流能力而采取尾部追加較大顆粒的支撐劑。(3) 施工參數(shù)優(yōu)化裂縫長(zhǎng)度受控于儲(chǔ)層中天然裂縫狀態(tài)、有

41、效滲透率、地應(yīng)力狀態(tài)與井的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這些因素都是不可控制的因素，壓裂過(guò)程中通過(guò)壓裂規(guī)模、注液量、加砂量等可控因素能夠控制形成裂縫的長(zhǎng)度。優(yōu)化裂縫長(zhǎng)度的技術(shù)思路是通過(guò)研究裂縫長(zhǎng)度與經(jīng)濟(jì)收益、費(fèi)用和凈現(xiàn)值的變化關(guān)系，以此來(lái)進(jìn)行最佳裂縫長(zhǎng)度的選擇。通過(guò)氣藏模擬、裂縫模擬和經(jīng)濟(jì)模型進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得到壓裂費(fèi)用和壓后產(chǎn)量與支撐縫長(zhǎng)的關(guān)系。根據(jù)以上關(guān)系，再結(jié)合經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的方法得到支撐縫長(zhǎng)與凈現(xiàn)值的關(guān)系，即可以得到最大凈現(xiàn)值時(shí)最優(yōu)的支撐縫長(zhǎng)。最優(yōu)縫長(zhǎng)的確定如圖:圖4-2 最優(yōu)化支撐縫長(zhǎng)確定方法確定壓裂裂縫長(zhǎng)度后，就可以對(duì)施工排量、砂比等施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而獲得理想的壓裂效果。1)通過(guò)對(duì)施工排量與裂縫高度關(guān)系的

42、研究后，確定施工排量的上限，通過(guò)地層的最大吸液量，確定施工排量的下限?？紤]摩阻和地面施工設(shè)備最終確定合理的施工排量參數(shù)。2)加砂的比例關(guān)系到形成最終支撐裂縫帶的形狀，形成斜坡式的支撐帶需要采用逐漸增加的加砂程序。最終的砂比和壓裂液用量通過(guò)裂縫延伸模擬確定。4.3 煤層壓裂工藝根據(jù)煤層物性的基本特點(diǎn)，應(yīng)用油氣井水力壓裂原理和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在國(guó)內(nèi)進(jìn)行了14口煤層氣井的成功改造，總結(jié)和完善了一套適合于煤層壓裂改造的工藝技術(shù)13。4.3.1射孔工藝煤層一般埋藏在1000m以內(nèi)，在鉆井過(guò)程中井壁易坍蹋，因此固井水泥環(huán)比較厚，一般的射孔彈難以射開(kāi)，我們采用了低壓高聚能射孔彈，其直徑為1215mm，有效穿透距離

43、在400mm以上。為了防止排采過(guò)程中支撐劑和煤粉返吐，造成孔眼堵塞影響排采，采取了加密布孔，從8孔/m增大到32孔/m，取得了較好的效果。4.3.2合理壓裂施工參數(shù)確定針對(duì)煤層裂隙發(fā)育、硬度低、易碎裂以及與上下圍巖物性差別大等特性，研究確定了煤層壓裂施工參數(shù)。壓裂液在煤層中的濾失量較砂巖中大，容易造成脫砂，形成“砂丘”，導(dǎo)致泵壓急劇增加，壓裂施工失敗，因此必須確定合理的壓裂施工參數(shù)。包括使用大泵注排量，相對(duì)減少壓裂液的濾失;加大前置液液量，活性水壓裂液，前置液量平均為加砂量的十倍以上;控制砂比，提高泵效，使裂縫達(dá)到預(yù)期的長(zhǎng)度和期望的最大縫高;分階段提高砂比，使裂縫呈階段性延伸，預(yù)防脫砂;對(duì)于層

44、較多的煤層氣井進(jìn)行壓裂改造，很難在多層中同時(shí)壓開(kāi)理想的裂縫長(zhǎng)度和高度，因此適宜采用分層壓裂。4.3.3裂縫長(zhǎng)度和高度選擇裂縫長(zhǎng)度取決于煤層的滲透率和含氣量，一般認(rèn)為裂縫的橫向長(zhǎng)度應(yīng)在井距的1/31/2之間，裂縫高度受上下圍巖影響，應(yīng)都控制在煤層之內(nèi)。4.3.4壓裂液體系(1)，活性水壓裂液活性水壓裂液具有低表面張力、低傷害等特點(diǎn)。但它濾失量大，攜砂能力差，管路摩阻大，施工難度較大。我們用活性水作壓裂液，共壓裂10口井19層(部分參數(shù)見(jiàn)表)，其效果明顯。表4-2 活性水壓裂液壓裂井施工參數(shù)表 (2)，水基凍膠壓裂液水基凍膠壓裂液具有粘度高，攜砂和造縫能力強(qiáng)等特點(diǎn)。針對(duì)煤層特點(diǎn)，篩選出一種適合煤層

45、改造的水基凍膠壓裂液，常溫6h破膠后，水化液粘度接近清水，在沁水盆地潘莊礦區(qū)進(jìn)行了4口井(n層)壓裂，成功率100%，壓后排采效果良好(見(jiàn)表)。表4-3 水基凍膠壓裂液壓裂井施工參數(shù)表(3)，人井添加劑為使壓裂液滿足施工要求，物性達(dá)到或接近煤層物性，篩選出了適合煤層物性的添加劑，為降低施工摩阻，加人B型降阻劑，降阻率為50%;為防止煤層中的粘土礦物和煤粉，在水力作用下發(fā)生膨脹和運(yùn)移，加人煤體穩(wěn)定劑NY一01;為保證凍膠在煤層破膠后有較低的表面張力利于排液，加人表面活性劑NP一11等。(4)，支撐劑的篩選支撐劑的性能是影響支撐裂縫導(dǎo)流能力的重要因素之一，支撐劑粒徑越大，則強(qiáng)度降低，施工中支撐劑的

46、沉降速度增大，攜帶困難;支撐劑粒徑均勻分布比較大，細(xì)砂容易引起局部堵塞降低裂縫的滲透率;如果粒徑分布較窄，泥質(zhì)和粉煤容易運(yùn)移堵塞。根據(jù)煤層閉合壓力較低的特點(diǎn)，分別選用粒徑為0.40.8mm及0.81.2rnm石英砂。4.3.5酸化預(yù)處理鉆井和射孔過(guò)程中，井筒周圍受泥鉆井和射孔過(guò)程中，井筒周圍受泥漿和碎屑污染比較嚴(yán)重，為了減少排采過(guò)程中煤粉對(duì)炮眼的堵塞，煤層在壓前進(jìn)行酸化處理措施。4.3.6裂縫監(jiān)測(cè)及壓裂施工分析先后應(yīng)用了大地電位法及微地震法裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)煤層壓裂進(jìn)行裂縫監(jiān)測(cè)，得知煤層裂縫幾何形狀是多樣的，一口井的煤層有的呈水平縫;有的呈垂直縫;有的呈水平與垂直裂縫共存，一般近井筒為水平縫，遠(yuǎn)井

47、筒為垂直縫且形成“T”，“爪”字型縫。通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)壓裂施工曲線，認(rèn)識(shí)了煤層氣壓裂規(guī)律是:無(wú)論是活性水壓裂液還是水基凍膠壓裂液，開(kāi)始?jí)毫驯米⑶爸靡簳r(shí)曲線呈小的正斜率，說(shuō)明裂縫長(zhǎng)度在增加，注攜砂液時(shí)壓力在穩(wěn)定之后，大多數(shù)是緩慢地上升，到壓力平穩(wěn)后，降低砂比或穩(wěn)定砂比，完成設(shè)計(jì);也有少數(shù)層在注攜砂液時(shí)曲線呈急居陡的正斜率，產(chǎn)生“脫砂”現(xiàn)象，應(yīng)采用停砂注液或降低砂比，待壓力上升到一定泵壓后再停砂或采用降低砂比與停砂交替進(jìn)行以完成設(shè)計(jì)加砂。4.4 水力噴射壓裂技術(shù)篩管完井水平井實(shí)施壓裂前需要進(jìn)行射孔，作業(yè)工序多、費(fèi)用高;而常規(guī)壓裂會(huì)帶來(lái)多余的多重壓裂裂縫，獲得的裂縫常常僅出現(xiàn)在水平段兩端;常規(guī)壓裂需要下

48、入封隔器等井下工具，水平井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大大增加。對(duì)此，應(yīng)用了水力噴射壓裂技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水平井自動(dòng)封隔、定點(diǎn)壓裂14。4.4.1 水力噴射壓裂技術(shù)原理水力噴射壓裂技術(shù)是水力噴砂射孔和水力壓裂相結(jié)合的新型增產(chǎn)工藝，由水力噴砂射孔、水力壓裂及環(huán)空擠壓三個(gè)過(guò)程共同完成。該技術(shù)原理基于伯努力方程:流體束的速度變化引起壓力反向變化，噴嘴出口處速度最高壓力最低，隨著流體不斷深入孔道速度逐漸減小，壓力不斷升高，到孔道端處速度達(dá)到最低而壓力最高，如圖。圖4-3 水力噴射原理圖安裝在施工管柱上的水力噴射工具，產(chǎn)生高速射流沖擊(或切割)套管和巖石，在地層形成一個(gè)(或多個(gè))噴射孔道，完成水力射孔;同時(shí)噴射流體在孔道內(nèi)動(dòng)能

49、轉(zhuǎn)換為壓能，利用噴射滯止壓力破巖，在孔道端部產(chǎn)生微裂縫;射流繼續(xù)作用在噴射通道中形成增壓，同時(shí)向環(huán)空中泵入流體增加環(huán)空壓力，環(huán)空流體在高速射流的帶動(dòng)下進(jìn)入射孔通道和裂縫中，使裂縫得以充分?jǐn)U展，能夠得到較大的裂縫。噴嘴出口周圍流體速度最高、壓力最低，流體會(huì)自動(dòng)泵入裂縫而不會(huì)流到其它地方，環(huán)空的流體也會(huì)在壓差作用下進(jìn)入射流區(qū)被吸入地層。因此水力噴射壓裂技術(shù)實(shí)現(xiàn)了水平井裂縫的定位控制，達(dá)到水平井定點(diǎn)壓裂的目的。4.4.2 水力噴射技術(shù)特點(diǎn)水力噴射壓裂技術(shù)具有如下特點(diǎn):無(wú)需封隔器或橋塞等隔離工具，實(shí)現(xiàn)井段的自動(dòng)封隔與定點(diǎn)壓裂，水平井施工風(fēng)險(xiǎn)小且操作簡(jiǎn)便;無(wú)需單獨(dú)射孔作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了射孔、壓裂一次完成，比常

50、規(guī)壓裂工藝節(jié)省了作業(yè)工序;一次管柱可進(jìn)行多段壓裂，多段壓裂施工周期短，經(jīng)濟(jì)安全，且有利于降低儲(chǔ)層傷害;可用于裸眼、套管、篩管等多種完井方式。4.4.3 壓裂參數(shù)的計(jì)算與優(yōu)選（1）裂縫參數(shù)優(yōu)化；（2）壓裂液配方優(yōu)化；（3）支撐劑的優(yōu)化；支撐劑的類型、粒度和濃度是決定水平井壓裂處理效果的重要因素。為了有利于水平井支撐劑的就位，壓裂水平井時(shí)，應(yīng)使用粒度較小、密度中等的支撐劑。為了提高導(dǎo)流能力，可以使用中密度人工陶粒支撐劑。（4）施工參數(shù)優(yōu)化依據(jù)設(shè)計(jì)裂縫長(zhǎng)度，并結(jié)合油層導(dǎo)流能力要求，結(jié)合FracPro PT軟件模擬結(jié)果，確定設(shè)計(jì)支撐裂縫半長(zhǎng)、改造規(guī)模和平均砂比。結(jié)合儲(chǔ)層物性和工藝要求，設(shè)計(jì)壓裂總排量、

51、油管排量以及套管排量。（5）施工工藝的確定用原膠液低泵速灌滿油管及環(huán)空;向油管注入低濃度含砂液體，通過(guò)噴射工具進(jìn)行射孔;關(guān)閉套管閘門(mén)，向油管注入基液、壓開(kāi)地層;通過(guò)噴射工具注入含砂壓裂液，砂比逐漸增加，同時(shí)向油套環(huán)空注入補(bǔ)償液，進(jìn)行加砂壓裂;最后泵入活性水進(jìn)行頂替。4.5 清水壓裂技術(shù)國(guó)外從上世紀(jì)70年代中期開(kāi)始進(jìn)行清水壓裂室內(nèi)研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。最初的清水壓裂是“滑溜水壓裂”，是將線性凝膠或降阻劑加入清水中，施工中不加入支撐劑，直接產(chǎn)生裂縫。后來(lái)，為了增加裂縫的導(dǎo)流能力，在施工中加入了少量支撐劑。其主要發(fā)展歷程為:清水不加支撐劑壓裂(用量800 m31600m3清水，有效縫長(zhǎng)9m18m)常規(guī)清水

52、壓裂(攜帶20/40目或40/70目支撐劑，采用前置液+攜砂液交替注入，支撐劑用量9t90t有效縫長(zhǎng)增加到20m70m)混合清水壓裂(清水前置液+交聯(lián)攜砂液，有效縫長(zhǎng)增加到80m100m)。到目前為止，在室內(nèi)與現(xiàn)場(chǎng)對(duì)清水壓裂的增產(chǎn)機(jī)理、適用性及其工藝技術(shù)已進(jìn)行了許多綜合性研究，并應(yīng)用于低滲透油氣藏的改造中取得了明顯的增產(chǎn)效果15。柏靈頓公司，在四川八角場(chǎng)的角62B進(jìn)行了清水壓裂施工，取得了明顯的增產(chǎn)效果。此外，中油西南油氣田分公司在蓬130井進(jìn)行了清水壓裂現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，施工亦取得圓滿成功。4.5.1清水壓裂工藝（1）清水壓裂特點(diǎn)所謂清水壓裂，是在低滲透油氣藏改造中，應(yīng)用在清水中加入降阻劑、活性劑、

53、防膨劑等或線性膠作為工作液進(jìn)行的壓裂作業(yè)。作業(yè)液中一般只帶有少量支撐劑(早期用清水不加支撐劑)，但也有加砂量較多的。清水壓裂主要有以下特點(diǎn):較大的施工間隔段;工作液效率低、用量大;工作液粘度低、形成的裂縫寬度較窄;攜砂能力差;要求較高的泵注排量，以補(bǔ)償工作液的高濾失;形成的裂縫幾何形狀較復(fù)雜。（2）清水壓裂的增產(chǎn)機(jī)理清水壓裂增產(chǎn)依靠以下幾種機(jī)理相互作用:1).由于巖石中天然裂縫具一定表面粗糙度，閉合后仍能保持一定的縫隙，就可以形成對(duì)低滲儲(chǔ)層來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠的導(dǎo)流能力。2).清水壓裂基本上不存在殘?jiān)鼈?wèn)題，與聚合物壓裂液相比裂縫的導(dǎo)流能力受殘?jiān)鼈τ兴档汀?).清水(線性膠)攜砂能力弱，支撐劑易

54、沉降到較細(xì)垂直天然裂縫中，使微裂縫處于張開(kāi)狀態(tài)。4).壓裂過(guò)程中，巖石脫落下來(lái)的碎屑(特別是在頁(yè)巖地層中)它們可能形成“自撐”式支撐。5).剪切力使裂縫壁面產(chǎn)生剪切滑移，在裂縫延伸過(guò)程中使已存在的微隙裂開(kāi)，并使斷層面及其它弱面張開(kāi)?？傊?，當(dāng)裂縫周邊的巖石在壓力超過(guò)“門(mén)檻”壓力后，即發(fā)生“滑移”破壞，兩個(gè)裂縫粗糙面的滑動(dòng)，使垂直于縫面的縫隙膨脹。停泵后，張開(kāi)了的粗糙面使它們不能再滑回到原來(lái)的位置，從而剪切產(chǎn)生的裂縫滲透率得到保持。(3)清水壓裂增產(chǎn)的適應(yīng)性清水壓裂由于攜砂能力差，砂濃度低，故清水壓裂施工的效果取決于是否存在著有利的天然裂縫系統(tǒng)以及它們對(duì)壓力及原有的就地應(yīng)力的響應(yīng)程度。清水壓裂一般

55、適用于以下條件的地層:a.低滲透地層研究表明:油氣藏滲透率越低，裂縫所要求的導(dǎo)流能力就越低。下面是適合清水壓裂的油藏滲透率劃分界限: 主要應(yīng)用于油氣藏滲透率<0.05mD; 在滲透率為0.05mD0.1mD的油氣藏中可以使用; 滲透率>0.1mD存在天然裂縫油氣藏。b.高強(qiáng)度巖石地層研究表明:巖石的楊氏模量越高，巖石越堅(jiān)硬，壓裂易形成粗糙的節(jié)理，越有利于保持裂縫張開(kāi)，保持裂縫的導(dǎo)流能力。清水壓裂主要應(yīng)用于楊氏模量>3.4475×104MPa的油氣藏; 在楊氏模量為6.895×103MPa3.4475×104MPa的油氣藏中可以使用。c.具低閉合應(yīng)力地層低應(yīng)力有利于使殘余的裂縫保持張開(kāi)，一般要求閉合應(yīng)力梯度<0.0176MPa/m，而且閉合應(yīng)力越低，壓差越大的地層越有利于清水壓裂。d.具天然裂縫的地層天然裂縫的儲(chǔ)層，水力壓裂可以沿天然裂縫網(wǎng)絡(luò)延伸，增強(qiáng)裂縫的導(dǎo)流能力，并有利于天然裂縫網(wǎng)絡(luò)和井筒之間的連通性。e.壓力較低的地層此種地層采用傳統(tǒng)的凍膠壓裂返排比較困難，凝膠滯留于地層對(duì)儲(chǔ)層造成傷害，而清水壓裂有助于加速返排，可以避免凝膠損害。(4)清水壓裂與凍膠壓裂的不同點(diǎn)攜砂能力低;砂濃度低，一般為30Kg/m3360Kg/m3;前置液量大，泵注排量高;支撐劑顆粒小:一般使用30/