第6章 水力壓裂技術(120405)

1、 用壓力將地層壓開一條或幾條水平的或垂直的裂縫，并用支撐劑將裂縫支撐起來，減小油、氣、水的流動阻力，溝通油、氣、水的流動通道，從而達到增產增注的效果。利用100%的液體二氧化碳和石英砂進行壓裂，無水無任何添加劑，壓后壓裂液幾乎完全排出地層，可避免地層傷害。其關鍵技術是混合砂子進入液體二氧化碳中的二氧化碳混合器。適用于對驅替液、凍膠或表面活性劑的傷害敏感的地層，適合的儲層包括滲水層、低壓層及有微粒運移的儲層以及水敏性儲層。水力壓裂水力壓裂高能氣體壓裂高能氣體壓裂干法壓裂干法壓裂利用特定的發(fā)射藥或推進劑在油氣井的目的層段高速燃燒，產生高溫高壓氣體，壓裂地層形成多條自井眼呈放射狀的徑向裂縫，清除油氣

2、層污染及堵塞物，有效地降低表皮系數(shù)，從而達到油氣井增產的目的的一種工藝技術。 利用地面高壓泵組，將高粘液體以大大超過地利用地面高壓泵組，將高粘液體以大大超過地層吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高壓；當層吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高壓；當此壓力大于井壁附近的地應力和地層巖石抗張強度此壓力大于井壁附近的地應力和地層巖石抗張強度時，在井底附近地層產生裂縫；繼續(xù)注入帶有支撐時，在井底附近地層產生裂縫；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，關井后劑的攜砂液，裂縫向前延伸并填以支撐劑，關井后裂縫閉合在支撐劑上，從而在井底附近地層裂縫閉合在支撐劑上，從而在井底附近地層內形成內形成具

3、有一定幾何尺寸和導流能力的填砂裂縫，使井達具有一定幾何尺寸和導流能力的填砂裂縫，使井達到增產增注目的工藝措施。到增產增注目的工藝措施。（1 1）降低井底附近地層滲流阻力降低井底附近地層滲流阻力。 （2 2）改變了流動形態(tài)，由徑向流）改變了流動形態(tài)，由徑向流雙線性流（地雙線性流（地層線性流向裂縫，裂縫內流體線性流入井筒）。層線性流向裂縫，裂縫內流體線性流入井筒）。裂縫形成條件裂縫形成條件：井底壓力大于巖石的抗張強度（斷：井底壓力大于巖石的抗張強度（斷裂韌性）裂韌性）注入高壓前置液注入高壓前置液起裂起裂擴展擴展注入攜砂液注入攜砂液（石英砂，陶粒）（石英砂，陶粒）壓裂液返排壓裂液返排裂縫閉合裂縫閉合

4、高導流的人工裂縫高導流的人工裂縫（1 1）低滲透油氣藏：空氣滲透率）低滲透油氣藏：空氣滲透率50md10MPa10MPa濾失是不可避免的，只可以減緩，不可以根除。濾失是不可避免的，只可以減緩，不可以根除。濾失面積：濾失面積：HL4Sf LfH返回時間時間壓力壓力P P破裂破裂P延伸延伸井筒摩阻井筒摩阻瞬時停泵壓力瞬時停泵壓力返回式中：式中：f f裂縫內壓裂液粘度，裂縫內壓裂液粘度，mPamPas s；P P裂縫內外壓力差，裂縫內外壓力差，kPakPa； k k垂直裂縫壁面的滲透率，垂直裂縫壁面的滲透率，m m2 2； 地層孔隙度，小數(shù)。地層孔隙度，小數(shù)。當壓裂液粘度大大超過油藏流體的粘度時，壓

5、當壓裂液粘度大大超過油藏流體的粘度時，壓裂液的濾失速度主要取決于壓裂液的粘度。裂液的濾失速度主要取決于壓裂液的粘度。返回當壓裂液粘度接近油藏流體粘度時，控制壓當壓裂液粘度接近油藏流體粘度時，控制壓裂液濾失的是儲層巖石和流體的壓縮性，這是因裂液濾失的是儲層巖石和流體的壓縮性，這是因為儲層巖石和流體受到壓縮，讓出一部分空間壓為儲層巖石和流體受到壓縮，讓出一部分空間壓裂液才得以濾失進去。裂液才得以濾失進去。min/ t濾失量濾失量mlmltan = mVsptmVVsp Vsp初濾失量初濾失量返回具有固相顆粒及添加有防濾失劑的壓裂液，施工過程具有固相顆粒及添加有防濾失劑的壓裂液，施工過程中將會在裂縫

6、壁面上形成濾餅，它會有效地降低濾失速度，中將會在裂縫壁面上形成濾餅，它會有效地降低濾失速度，此時壓裂液的濾失速度將受造壁性控制。此時壓裂液的濾失速度將受造壁性控制。 C C 是由實驗方是由實驗方法測定的。法測定的。C C= =Am005. 0C C= C C2/ 1PP 實實C 返回返回裂縫閉合后，裂縫內滲透率與平均縫寬的乘積；裂縫閉合后，裂縫內滲透率與平均縫寬的乘積；maxfW4W 1.1.粒徑均勻；粒徑均勻；2.2.強度大，破碎率?。粡姸却?，破碎率??；3.3.圓度和球度高；圓度和球度高；4.4.密度?。幻芏刃?；5.5.雜質少。雜質少。目前現(xiàn)場常用的支撐劑可分為兩大類：一是天然砂，目前現(xiàn)場常

7、用的支撐劑可分為兩大類：一是天然砂，一是人造支撐劑。一是人造支撐劑。 天然砂就是石英砂，高質量的石英砂往往都是古代的天然砂就是石英砂，高質量的石英砂往往都是古代的風成砂丘，在風力的搬運和篩選下沉砂而成，主要礦物成風成砂丘，在風力的搬運和篩選下沉砂而成，主要礦物成分是粗晶石英。分是粗晶石英。特點：特點：強度低；強度低；適用條件：適用條件：中淺層，深度小于中淺層，深度小于2000m2000m。返回 陶粒即燒結鋁釩土，礦物成分是氧化鋁、硅酸鹽和鐵陶粒即燒結鋁釩土，礦物成分是氧化鋁、硅酸鹽和鐵- -鈦鈦氧化物。氧化物。低密度：低密度：1800kg/m1800kg/m3 3中密度：中密度：2000200

8、03000kg/m3000kg/m3 3高密度：高密度：3000kg/m3000kg/m3 3特點：特點：強度高（強度高（5656105MPa105MPa），密度大；），密度大；適用條件：適用條件：較深井。較深井。返回 是用樹脂把砂子包起來，樹脂薄膜的厚度約為是用樹脂把砂子包起來，樹脂薄膜的厚度約為0.0010.001英英寸，約占總重量的寸，約占總重量的5 5以下。中等強度，適用于低強度天然以下。中等強度，適用于低強度天然砂和高強度陶粒之間的強度要求。在地層溫度和壓力作用下，砂和高強度陶粒之間的強度要求。在地層溫度和壓力作用下，樹脂可以粘結起來。樹脂可以粘結起來。增加了砂粒接觸面積，提高了抵抗

9、閉合壓力的能力；增加了砂粒接觸面積，提高了抵抗閉合壓力的能力；樹脂薄膜將壓碎的砂粒小塊、粉砂包裹起來，減少了樹脂薄膜將壓碎的砂粒小塊、粉砂包裹起來，減少了微粒間的運移和堵塞孔道的機會，改善了導流能力；微粒間的運移和堵塞孔道的機會，改善了導流能力；密度低，便于懸??；密度低，便于懸??；具有可變形的特點，使其接觸面積有所增加，防止了具有可變形的特點，使其接觸面積有所增加，防止了支撐劑在軟地層的嵌入。支撐劑在軟地層的嵌入。樹脂砂有如下優(yōu)樹脂砂有如下優(yōu)點點返回 支撐劑在裂縫內的分布規(guī)律隨支撐劑在裂縫內的分布規(guī)律隨裂縫類型裂縫類型( (水平、水平、垂直縫垂直縫) )和和攜砂液性能攜砂液性能而異。而異。 壓

10、裂液粘度足以把支撐劑完全懸浮起來，在整個施壓裂液粘度足以把支撐劑完全懸浮起來，在整個施工過程中沒有支撐劑的沉降，停泵后支撐劑充滿整個裂工過程中沒有支撐劑的沉降，停泵后支撐劑充滿整個裂縫內，因而攜砂液到達的位置就是支撐裂縫的位置?？p內，因而攜砂液到達的位置就是支撐裂縫的位置。是指單位體積裂縫內所含支撐劑的質量。是指單位體積裂縫內所含支撐劑的質量。指單位裂縫面積上所鋪的支撐劑的質量。指單位裂縫面積上所鋪的支撐劑的質量。支撐劑體積與壓裂液體積之比。支撐劑體積與壓裂液體積之比。 在忽略裂縫內流動阻力的情況下，可以認為裂縫內的在忽略裂縫內流動阻力的情況下，可以認為裂縫內的FRCDFRCD從縫端到井底是線

11、性增加的，因而要求砂濃度呈線性從縫端到井底是線性增加的，因而要求砂濃度呈線性增加。增加。 適合于低滲透率地層，不需要很高的填砂裂縫導流能適合于低滲透率地層，不需要很高的填砂裂縫導流能力就能有很好的增產效果；力就能有很好的增產效果；支撐面積很大，能最大限度地支撐面積很大，能最大限度地將壓開的面積全部支撐起來。將壓開的面積全部支撐起來。 由于剪切和溫度等降解作用由于剪切和溫度等降解作用, ,攜砂性能并不能達到全攜砂性能并不能達到全懸浮，部分支撐劑隨攜砂液一起向縫端運動，部分可能沉懸浮，部分支撐劑隨攜砂液一起向縫端運動，部分可能沉降下來。降下來。支撐劑沉降速度、砂堤堆起高度等都與裂縫參數(shù)有關。支撐劑

12、沉降速度、砂堤堆起高度等都與裂縫參數(shù)有關。返回支撐劑的選擇主要是指選擇其支撐劑的選擇主要是指選擇其類型和粒徑類型和粒徑。其目標是最大限度增產。其目標是最大限度增產。對對低滲低滲地層，水力壓裂應以地層，水力壓裂應以增加裂縫長度增加裂縫長度為主。為主。對對中高滲中高滲地層，水力壓裂應以地層，水力壓裂應以增加裂縫導流能力增加裂縫導流能力為主。為主。影響支撐劑選擇的因素：影響支撐劑選擇的因素：1 1）支撐劑的強度）支撐劑的強度2 2）粒徑及其分布）粒徑及其分布3 3）支撐劑類型與鋪砂濃度）支撐劑類型與鋪砂濃度4 4）其它因素）其它因素 如支撐劑的質量、密度以及顆粒園球度等如支撐劑的質量、密度以及顆粒園

13、球度等返回優(yōu)選出經濟可行的增產方案優(yōu)選出經濟可行的增產方案最大限度發(fā)揮油層潛能和裂縫的作用最大限度發(fā)揮油層潛能和裂縫的作用使壓裂后油氣井和注入井達到最佳狀態(tài)使壓裂后油氣井和注入井達到最佳狀態(tài)壓裂井的有效期和穩(wěn)產期長壓裂井的有效期和穩(wěn)產期長 根據(jù)根據(jù)油層特性和設備能力油層特性和設備能力，以獲取，以獲取最大產量或經濟效最大產量或經濟效益益為目標，在優(yōu)選裂縫幾何參數(shù)基礎上，設計合適的加砂為目標，在優(yōu)選裂縫幾何參數(shù)基礎上，設計合適的加砂方案。方案。裂縫幾何參數(shù)優(yōu)選及設計；裂縫幾何參數(shù)優(yōu)選及設計；壓裂液類型、配方選擇及注液程序；壓裂液類型、配方選擇及注液程序；支撐劑選擇及加砂方案設計；支撐劑選擇及加砂方

14、案設計；壓裂效果預測和經濟分析等壓裂效果預測和經濟分析等采收率和開采動態(tài)分析采收率和開采動態(tài)分析區(qū)塊整體壓裂設計區(qū)塊整體壓裂設計指壓裂層的滲透率、孔隙度、流體物性、指壓裂層的滲透率、孔隙度、流體物性、油層能量、含油豐度和泄油面積等油層能量、含油豐度和泄油面積等指填砂裂縫的長、寬、高和導流能力指填砂裂縫的長、寬、高和導流能力返回低滲油藏低滲油藏 增加裂縫長度比增加裂縫導流能力對增產更有利增加裂縫長度比增加裂縫導流能力對增產更有利高滲油藏高滲油藏 應以增加導流能力為主（短、寬縫）應以增加導流能力為主（短、寬縫）真三維模型真三維模型裂縫高度裂縫高度是常數(shù)，是常數(shù)，即流體僅沿縫長即流體僅沿縫長方向流動

15、。方向流動?？p高沿縫長方向縫高沿縫長方向是變化的，在是變化的，在縫縫長、縫高長、縫高方向均方向均有流動有流動( (即存在壓即存在壓力降力降) )?？p高縫高沿縫長方向沿縫長方向是是變化變化的，但的，但裂裂縫內縫內仍是仍是一維流一維流動動( (縫長縫長) )。二維二維(PKN(PKN、KGD)KGD)擬三維擬三維(P3D)(P3D)裂縫的擴展和裂縫內的流體流動方式裂縫的擴展和裂縫內的流體流動方式效果預測有效果預測有增產倍數(shù)增產倍數(shù)和和產量預測產量預測兩種。兩種。 垂直縫垂直縫的增產倍數(shù)一般可用麥克奎爾的增產倍數(shù)一般可用麥克奎爾西西克拉增產倍數(shù)曲線確定；克拉增產倍數(shù)曲線確定； 產量、壓裂的有效期和累積增產量等的預測產量、壓裂的有效期和累積增產量等的預測可用典型曲線擬合和數(shù)值模擬方法?？捎玫湫颓€擬合和數(shù)值模擬方法。返回水平縫水平縫的增產倍數(shù)可用解析公式計算。的增產倍數(shù)可用解析公式計算。增產倍數(shù)：壓裂前、后油氣井采油指數(shù)之比增產倍數(shù)：壓裂