壓裂基礎培訓

壓裂基礎培訓第一頁，共七十頁，2022年，8月28日第一節(jié)壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀第二節(jié)壓裂工藝壓裂基礎培訓第二頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀概述最小地應力巖石抗張強度斷裂韌性水力壓裂示意圖第三頁，共七十頁，2022年，8月28日準東油田開發(fā)井的壓裂設計模式

資料搜集1、井的開發(fā)曲線2、井的測井曲線3、出液剖面資料4、沉積相帶圖5、壓力保持程度圖6、剩余可采儲量圖7、歷年壓裂施工參數(shù)

壓裂設計思路形成

壓裂優(yōu)化設計

達到壓裂設計要求壓裂配套工藝技術監(jiān)督

裂縫半長裂縫導導流能力

前置液加砂強度平均砂比核心:油藏研究與工藝研究結合關鍵:工藝技術與規(guī)模優(yōu)化結合結合概述一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀第四頁，共七十頁，2022年，8月28日油氣井參數(shù)如：井筒套管、井下工具、射孔位置、射孔數(shù)、固井質量等。油氣層參數(shù)如：儲層巖石力學性質，如泊松比、楊氏模量、抗壓強度；儲層地應力的垂向分布及最小水平主應力的方位;遮擋層的巖性、厚度與地應力值等。壓裂參數(shù)裂縫延伸壓力和裂縫閉合壓力;壓裂液視粘度、流態(tài)指數(shù)和稠度系數(shù);壓裂液初濾失和綜合濾失系數(shù);壓裂液流經(jīng)井下管柱與射孔孔眼的摩阻損失等。一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀第五頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀(1)巖石的泊松比當巖石受抗壓應力時，在彈性范圍內(nèi)，巖石的側向應變與軸向應變的比值，稱為巖石的泊松比。即力學參數(shù)第六頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀

一般，泊松比是一個0<v<0.5的值，大多數(shù)情況下約等于o.25(只有在最疏松的巖石中才有可能達到0.5)。泊松比是確定地層水平主應力值及其垂向分布的重要參數(shù)。由于地應力值與地層破裂壓力、裂縫延伸壓力、裂縫閉合壓力以及裂縫高度有關，所以，泊松比在壓裂設計中起著重要作用。第七頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀(2)巖石的彈性模量巖石受拉應力或壓應力時，當負荷增加到一定程度后，應力與應變曲線變成線性關系(從A至B)。比例常數(shù)E稱為巖石的彈性模量。即彈性模量主要影響裂縫的寬度和高度第八頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀砂巖的靜態(tài)彈性性質(取自Howard和Fast著，油層水力壓裂，石油工業(yè)出版社，1984)結論：彈性模量值越大，泊松比越小，說明儲層巖石越致密堅硬，造縫寬度變窄，而施工的凈壓力將有所提高。第九頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀力學參數(shù)目前國內(nèi)外對碳酸巖層壓裂尚未有成功典范，準東采油廠先后對火南6、北32、B402等碳酸巖層進行壓裂，均造成砂堵，在火南6還在加砂前，采用了段塞加砂技術，兩次壓裂均造成砂堵，其主要原因是裂縫的寬度W和彈性模量E成反比，而碳酸巖彈性模量是砂巖彈性模量的好幾倍，所以造成碳酸巖儲層裂縫的寬度非常小，所以加砂必然會造成砂堵。因此碳酸巖儲層應進行酸壓。第十頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀

楊氏彈性模量與裂縫高度關系曲線

力學參數(shù)第十一頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀力學參數(shù)

（3）地應力

存在于地殼內(nèi)部的應力，是由于地殼內(nèi)部的垂直運動和水平運動及其它因素綜合作用引起介質內(nèi)部單位面積上的作用力。地下巖石應力狀態(tài)：為三向不等壓壓縮狀態(tài)。x（x）y(y)z(z)

主應力:x，y，z;

應變:x，y，z第十二頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀人工裂縫方位原理：裂縫面垂直于最小主應力方向當x>Y>z

形成水平裂縫；z

>x>Y形成垂直裂縫。yxzxyz力學參數(shù)第十三頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀xyz垂向主應力：作用在巖石單元體上的垂向主應力來自上覆巖層重力。一般，該值可估計為:力學參數(shù)第十四頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀力學參數(shù)第十五頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀微型水力壓裂壓力記錄prpipfst力學參數(shù)第十六頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀(4)地層破裂壓力和破裂壓力梯度定義:為使地層產(chǎn)生水力裂縫或張開原有裂縫時的井底流體壓力。地層破裂壓力與深度的比值稱之為破裂壓力梯度?，F(xiàn)場施工參數(shù)計算當αF<0.015～0.018MPa/m,形成垂直裂縫當αF>0.022～0.025MPa/m,形成水平裂縫力學參數(shù)第十七頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀力學參數(shù)第十八頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀(5)裂縫延伸壓力定義:水力裂縫在長、寬、高三個方向擴展所需要的縫內(nèi)流體壓力。一般，它比閉合壓力大，且與裂縫大小及壓裂施工有關。第十九頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀1、縫高控制，長度延伸。2、垂向增長慢，長度繼續(xù)延伸，可能預示著注人量等于濾失量。3、反映了縫內(nèi)發(fā)生堵塞，裂縫在長度上已停止延伸，注入的液體只能增加裂縫的寬度，容易脫砂造成砂堵。4、說明裂縫在高度上已失去控制，延伸到非壓裂目的層段，或又壓開了新的裂縫，或裂縫在延伸過程中遇到了規(guī)模較大的天然微裂隙體系。力學參數(shù)第二十頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀(6)裂縫閉合壓力1)開始張開一條已存在的裂縫所必須的流體壓力;2)使裂縫恰好保持不致于閉合所需要的流體壓力。作用：裂縫閉合壓力是選擇支撐劑類型、粒徑、鋪置濃度和確定導流能力的主要依據(jù)。力學參數(shù)第二十一頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀作用在支撐劑上的力

以0.45－0.90mm的蘭州砂進行的長期（支撐劑至少承壓30d為一檢驗周期或至120d）導流能力試驗結果說明：1）支撐劑產(chǎn)生的導流能力是支撐劑承壓時間的函數(shù)，且呈雙對數(shù)的直線關系下降；2）承壓后的第1d與短期試驗比較導流能力遞減最快，可達20％左右，第7和第15d各再有快速遞減拐點，至承壓30d導流能力已遞到62％；3）此后遞減急于平緩；力學參數(shù)第二十二頁，共七十頁，2022年，8月28日P閉-P流=P支P生=P地-P流儲層應控制壓差生產(chǎn)初期米采油指數(shù)1.67噸/米吉25一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀第二十三頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀力學參數(shù)第二十四頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀儲層巖石彈性模量、閉合壓力和儲層有效滲透率這些反映儲層特征的參數(shù)是優(yōu)選支撐劑的地質依據(jù)。1）儲層巖石彈性模量如大于28000MPa，裂中支撐劑以破碎為主。反之則為嵌入；2）由于我國石英砂的使用上限僅為20MPa。當儲層埋藏埋深且閉合壓力大時，顯然應以陶粒支撐劑予以替代。力學參數(shù)第二十五頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀力學參數(shù)第二十六頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀力學參數(shù)(7)凈壓力裂縫內(nèi)的流體壓力減去閉合壓力;Ｐnet＝Ｐf-Ｐc高度由凈壓力和應力差的比率控制h1/h2第二十七頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀力學參數(shù)Ｗ凈壓力與裂縫寬度關系第二十八頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀力學參數(shù)粘性部分裂縫端部效應第二十九頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀力學參數(shù)第三十頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀700型水泥車排量表Ⅰ檔Ⅱ檔Ⅲ檔Ⅳ檔Ⅴ檔轉速排量轉速排量轉速排量轉速排量轉速排量rPmL/minM3/hrPmL/minM3/hrPmL/minM3/hrPmL/minM3/hrPmL/minM3/h1800245.014.71800363.021.81800485.029.11800725.043.51800980.058.81700231.413.91700342.820.61700458.127.51700684.741.11700925.655.51600217.813.11600322.719.41600431.125.91600644.438.71600871.152.31500204.212.31500302.518.21500404.224.31500604.236.31500816.749.01400190.611.41400282.316.91400377.222.61400563.933.81400762.245.71300176.910.61300262.215.71300350.321.01300523.631.41300707.842.51200163.39.81200242.014.51200323.319.41200483.329.01200653.339.21100149.79.01100221.813.31100296.417.81100443.126.61100598.935.91000136.18.21000201.712.11000269.416.21000402.824.21000544.432.71050142.98.61050211.812.71050282.917.01050422.925.41050571.734.3950129.37.8950191.611.5950256.015.4950382.623.0950517.231.0900122.57.4900181.510.9900242.514.6900362.521.8900490.029.4850115.76.9850171.410.3850229.013.7850342.420.5850462.827.8800108.96.5800161.39.7800215.612.9800322.219.3800435.626.1750102.16.1750151.39.1750202.112.1750302.118.1750408.324.570095.35.7700141.28.5700188.611.3700281.916.9700381.122.965088.55.3650131.17.9650175.110.5650261.815.7650353.921.2注：柱塞直徑--100mm；柴油機轉速：1800rPm第三十一頁，共七十頁，2022年，8月28日一、壓裂設計參數(shù)及裂縫幾何形狀力學參數(shù)慮失與高度關系第三十二頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝高砂比技術二次加砂技術線性加砂技術端部脫砂技術高導流能力的短而寬裂縫壓裂優(yōu)化設計壓裂施工工藝變組份施工工藝快速排液工藝達到保護油層的目的

壓裂工藝技術多層壓裂技術轉向壓裂技術控高壓裂技術控水壓裂技術實現(xiàn)封堵出水層,達到有針對性壓裂高含水井第三十三頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝1、二次加砂壓裂技術二次加砂壓裂是在壓裂中利用多段塞、中途停泵等措施，分二次或者二次以上的加砂程序，提高單井加砂量，可大幅度提高縫內(nèi)鋪砂濃度和裂縫導流能力。與常規(guī)壓裂相比，二次加砂壓裂具有以下優(yōu)點：1、對于距離注水前緣較近的儲層壓裂，在有效控制裂縫長度的條件下，可大幅度提高縫內(nèi)鋪砂濃度和裂縫導流能力。2、對于薄層和隔層較差的層壓裂，可在有效控制裂縫高度增長的前提下，提高有效鋪砂濃度，提高施工成功率和延長了有效期。3、對于合層壓裂，特別對于層間地應力有一定差異的油水井合層壓裂時，利用二次加砂壓裂技術，可使每個小層均得到有效改造，改善小層流動條件,克服一次加砂壓裂小層改造不均的問題。4、二次加砂避免了一次加砂中過高追求高砂比而帶來的施工危險。第三十四頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝二次加砂施工第三十五頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝在水力壓裂的過程中有意識地使支撐劑在裂縫的端部脫砂，形成砂堵，阻止裂縫進一步向前延伸。繼續(xù)注入高濃度的砂漿后使裂縫內(nèi)的凈壓力增加，迫使裂縫膨脹變寬，裂縫內(nèi)填砂濃度變大，從而造出一條具有較寬和較高導流能力的裂縫。端部脫砂壓裂成功的關鍵是裂縫的周邊脫砂，裂縫的前端及上下邊的任何部分不脫砂都不能完全達到預期的目的。2、端部脫砂技術第三十六頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝第三十七頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝臺28井裂縫形態(tài)剖面第三十八頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝第三十九頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝第四十頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝

通常壓裂采用的是梯型加砂技術，砂比均勻遞增，砂比呈臺階式逐步提高，這種加砂技術優(yōu)點是裂縫延伸狀況容易判斷，施工平穩(wěn)，但加砂速度慢，鋪砂濃度較低，不能實現(xiàn)高導流能力寬短裂縫要求。線性加砂工藝技術是指加砂過程中，提高了加砂速度，砂比呈斜線上升，使支撐剖面更趨合理。3、線性加砂工藝技術第四十一頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝第四十二頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝這種加砂技術優(yōu)點是：1、壓裂縫填充更多的支撐劑，能夠實現(xiàn)高導流能力寬短裂縫要求；2、支撐劑壓碎率小，對由細粒造成導流能力下降的抵抗力強，裂縫初期及穩(wěn)態(tài)導流能力更高；3、可形成橋塞而抑制裂縫向上、向下延伸，達到控制縫高的目；加砂技術難點是：1、由于低滲特征、井斜及射孔孔眼與裂縫方位不一致，近井裂縫可能發(fā)生彎曲，增加摩阻，易造成早期砂堵，施工風險大。設計時應采用低砂比段塞技術，以消除近井裂縫彎曲摩阻。2、要滿足高砂比能進入地層，必須提高施工排量或提高壓裂液粘度造寬縫，由于砂比提升速度快，施工壓力變化快，裂縫延伸狀況判斷難度大，易發(fā)生砂堵,施工難度大。3、壓裂液攜砂性能應滿足高砂比施工要求，提高壓裂液粘度，可能造成壓后快速破膠困難。3、線性加砂工藝技術第四十三頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝現(xiàn)場應用第四十四頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝4、分層壓裂工藝技術

油田開發(fā)進入中后期以后，層間矛盾加劇，水竄嚴重，有針對性的分層壓裂技術是挖潛的重要手段。

第四十五頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝A、樹脂防砂機理

覆膜砂是在篩選好的石英砂表面，涂敷一層能夠耐高溫的樹脂粘合劑，制成常溫下呈分散粒狀的樹脂覆膜砂，施工時在泵入石英砂后期將樹脂覆膜砂尾追泵入油層，在油層溫度和壓力下，樹脂粘合劑交聯(lián)固化，在井底附近形成一個滲透率較好且具有一定強度的擋砂屏障以達到防止地層出砂的目的。5、壓裂防砂技術第四十六頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝

樹脂砂提高導流能力的機理主要體現(xiàn)在兩方面：

1、樹脂砂外層的樹脂薄膜可以防止破碎砂粒的運動。

2、樹脂砂達到一定溫度后，將會膠結，使裂縫內(nèi)的支撐劑固結，這樣可以進一步防止碎屑運移。壓前圖片壓后圖片第四十七頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝不同溫度下樹脂砂固結情況(實驗介質：水)第四十八頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝B、石英砂、樹脂砂組合室內(nèi)研究

樹脂砂占的比例越大，導流能力相對要大，而且下降的速度要慢，表明要獲得較高的導流能力，可以在經(jīng)濟范圍內(nèi)適當增加樹脂砂的比例。第四十九頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝石英砂尾隨樹脂砂導流能力評價結果

石英砂尾隨樹脂砂組合，不能用在較大的閉合壓力下，在40MPa閉合壓力下，應該使用石英砂尾隨樹脂砂組合（80％：20%）組合，這樣可以獲得較為理想的導流能力。第五十頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝5、壓裂防砂技術第五十一頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝6、轉向壓裂技術

目前國內(nèi)外的重復壓裂主要有三種方式:(1)繼續(xù)延伸原有裂縫

(2)補層壓出新裂縫

(3)改向重復壓裂封堵原有裂縫后，采用定向射孔技術重新射孔在壓裂時用封堵劑封堵原有裂縫，改變地層水

以保證在不同于原有裂縫的方位。平應力大小，從而使裂縫轉向。第五十二頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝1.1、轉向壓裂的技術原理壓裂井壓裂井口管匯水泥泵旋塞閥暫堵劑

暫堵劑為粘彈性的固體小顆粒，遵循流體向阻力最小方向流動的原則，轉向劑顆粒進入原有裂縫或高滲透層連通的井筒的炮眼，部分進入地層中的裂縫端部或高滲透層，在炮眼處和高滲透帶產(chǎn)生濾餅橋堵，使后續(xù)工作液不能向裂縫和高滲透帶進入，造成地層水平誘變應力的變化，當原來的最小主應力有由于誘變應力的變化而變得比原來的最大主應力還大時，在一定的水平兩向應力差條件下，就會產(chǎn)生二次破裂進而改變裂縫起裂方位以產(chǎn)生新縫。

第五十三頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝1.2、轉向壓裂的分類層內(nèi)轉向層間轉向第五十四頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝1.3、轉向壓裂的造新縫條件當σxmin+σx誘導>σymax+σy誘導，可以形成新裂縫第五十五頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝

裂縫方向不能改向，裂縫沿原裂縫方向延伸，說明轉向重復壓裂所產(chǎn)生誘導應力對總水平應力影響較小。轉向裂縫不回到原方向，說明轉向重復壓裂所產(chǎn)生誘導應力對總水平應力影響很大，新裂縫到150m后才能回到原裂縫方向。

第五十六頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝

裂縫改向，但很快回到原來方向，說明轉向重復壓裂所產(chǎn)生誘導應力對總水平應力在井口有一定影響，在橢圓型壓降區(qū)內(nèi)由于孔隙壓力下降較少，所以總水平應力較初期變化不大。轉向裂縫與原裂縫距離較大，說明轉向重復壓裂所產(chǎn)生誘導應力對總水平應力影響較大，新裂縫到30m后才能回到原裂縫方向。

第五十七頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝1.4、轉向壓裂產(chǎn)生新縫模擬實驗2號、3號巖樣最大水平應力與最小水平應力分別相差3.25Mpa和6.55Mpa,重復壓裂后壓開仍為老縫,第二次的破裂壓力較第一次低。第五十八頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝

對4、5、6、號巖樣進行了重復壓裂。從實驗數(shù)據(jù)中可以看出4號、5號、6號巖樣最大水平應力與最小水平應力分別相差0Mpa、3.25Mpa和6.55Mpa,重復壓裂后壓開仍為老縫,只是第二次的破裂壓力較第一次高第五十九頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝

當最小水平總應力大于最大水平總應力6.7Mpa可產(chǎn)生新縫。

第六十頁，共七十頁，2022年，8月28日二、壓裂工藝1.5、現(xiàn)場產(chǎn)生新縫判斷準則火燒山H3層誘導應力大于5Mpa可產(chǎn)生新縫。第六十一頁，共七十頁，2022年，8月28日二