國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展課件

國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展2023/7/16國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展主要內(nèi)容制約低滲透油藏高效開采的關(guān)鍵因素國外水力壓裂技術(shù)的新進展國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展制約低滲透油藏高效開采的關(guān)鍵因素建立有效的注采驅(qū)動壓力體系

（井網(wǎng)類型、井網(wǎng)與裂縫方位匹配、井距、注采壓力、啟動壓力等）水力壓裂增產(chǎn)與傷害的協(xié)調(diào)國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展常規(guī)油藏注水井采油井國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展低滲油藏注水井采油井由于滲透率低和啟動壓力的作用，導(dǎo)致注采井間無法建立有效的水動力系統(tǒng)，致使注水壓力上升，采油井壓力下降－－注不進、采不出！國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展NE裂縫方向breakthroughdirection安塞油田坪橋區(qū)井位圖裂縫導(dǎo)致方向性見水國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展水力壓裂增產(chǎn)與傷害的協(xié)調(diào)壓裂過程中壓裂液的傷害：

地層天然裂縫填砂裂縫的傷害國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展烏審旗巖心水基壓裂液傷害結(jié)果水基壓裂液： 滲透率傷害率為74.8～97.6%。壓裂液進行添加劑優(yōu)化后：滲透率傷害率為63.0～88.0%。1、基質(zhì)傷害：濾液的傷害國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展破膠液殘渣粒度與孔喉直徑對比Davg=103.70umD50=101.30umDmax=116.00umDavg=11.59umD50=0.109umDmax=10~100umParticleDiameterofUnbrokenGel,um破膠液殘渣粒度大于孔喉直徑，無顆粒侵入傷害！國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展2、天然裂縫傷害：殘渣、凍膠殘渣堵塞天然裂縫，降低裂縫滲透率；破膠劑難以進入天然裂縫，凍膠破膠不徹底，增加油氣滲流阻力。3、填砂裂縫傷害：濾餅、殘渣支撐劑嵌入濾餅降低填砂裂縫導(dǎo)流能力；殘渣堵塞裂縫孔隙。國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展壓裂液殘渣傷害實驗研究

壓裂液濃度傷害對比：CarboPro20/40支撐劑國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展4.支撐劑嵌入實驗研究

10Kg/m2鋪砂濃度實驗結(jié)果貴陽林海30/60目陶粒嵌入實驗

國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展新工藝清水壓裂及其進展新材料高強度超低密度支撐劑（ULW）

主要內(nèi)容國外水力壓裂技術(shù)的新進展國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展所謂的清水壓裂，除了早期用清水不帶砂外，多數(shù)是用化學(xué)處理劑，如減阻劑、活性劑、防膨劑處理過的清水或線性膠，這種水也常常稱作滑溜水（slickwater-frac)。作業(yè)中帶有少量砂的，但也有加砂量較多的，砂比常為3.5%。用水量多，排量大是它們的共性，至于造縫導(dǎo)流能力的大小與儲層物性有關(guān)。２、新工藝－清水壓裂技術(shù)及其進展低滲透油氣藏高效開采的關(guān)鍵：

降低壓裂液對地層的傷害！降低開采成本！國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展清水壓裂技術(shù)清水壓裂技術(shù)的發(fā)展歷程兩個砂巖地層的應(yīng)用效果對比清水壓裂對致密氣藏傷害評價清水壓裂增產(chǎn)機理及適應(yīng)性壓裂液返排監(jiān)測技術(shù)國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展70年代中期，在俄克拉荷馬西北的密西西比裂縫性石灰?guī)r地層進行了有規(guī)模的清水壓裂；用大量的清水，每分鐘排量為8—12方，砂比為1.75%，由于砂量及砂比都較低，難以長期支撐形成的裂縫。

1986至1987年在吉丁斯油田（澳斯汀白堊石灰?guī)r地層）進行了清水壓裂，基質(zhì)巖石的滲透率為0.005至0.2毫達西，地層厚度為50至500英尺。壓裂后，油井從平均日產(chǎn)油0.64方增加至6.4方。壓裂規(guī)模平均2400方清水，排量平均7方，平均用濃度7.5至15%的鹽酸500方。

清水壓裂技術(shù)新進展1988年聯(lián)合太平洋能源（UPR）公司在其第一口水平井中也進行了清水壓裂，在作業(yè)中使用了蠟珠作為分流劑。95年以后，廣泛應(yīng)用于裂縫性致密砂巖氣藏；提出了凍膠與滑溜水聯(lián)合的混合清水壓裂技術(shù)。

國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展1995年UPR公司－東得克薩斯盆地棉花谷致密、低滲砂巖地層施工概況：泰勒段砂巖，對150口井進行了250次的清水壓裂儲層情況：滲透率0.001至0.05毫達西無論縱向上和橫向上都非常不均質(zhì)，縱向上砂－頁巖交替，砂層總厚為1000到1500英尺清水壓裂技術(shù)應(yīng)用實例1壓裂工藝：采用大量清水與少量的化學(xué)劑（降阻劑、活性劑、防膨劑等）20/40目的Ottawa砂子，總砂用量在2273公斤到136噸之間砂比3.5%，少數(shù)作業(yè)中使用砂比達到15%的尾隨支撐劑排量為1.6方到13方，用水量約為64方到3180方，前置液占40%到50%國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展棉花谷泰勒砂層A氣田大型清水壓裂與常規(guī)壓裂的比較新工藝－清水壓裂與凍膠壓裂效果比較國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展泰勒砂層Ｂ氣藏清水壓裂與常規(guī)壓裂產(chǎn)量對比新工藝－清水壓裂與凍膠壓裂效果比較國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展泰勒砂層C氣田清水壓裂與常規(guī)壓裂產(chǎn)量的比較造縫后導(dǎo)流能力不足！所以要根據(jù)地層物性設(shè)計合理的導(dǎo)流能力、選擇施工工藝新工藝－清水壓裂與凍膠壓裂效果比較國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展90年代中期安納達柯石油公司－東得克薩斯棉花谷上侏羅紀博西爾砂層儲層情況：博西爾砂層位于棉花谷砂巖之下，是黑灰色頁巖間夾有細砂、粉細泥質(zhì)砂巖的大厚層粘土的主要成分是綠泥石與伊利石平均孔隙度與滲透率分別為6~10%及0.005~0.05毫達西低滲儲層的含水飽和度為50%，高滲透率儲層為5%

清水壓裂技術(shù)應(yīng)用實例2－混合清水壓裂工藝技術(shù)－混合清水壓裂法：在工藝實踐中發(fā)現(xiàn)，對某些儲層清水壓裂導(dǎo)流能力得不到保證，采用了混合清水壓裂工藝：用清水造一定的縫長及縫寬后，繼以硼交鏈的3.6—4.2公斤/方的胍膠壓裂液，帶有20/40、40/70目砂子，從而產(chǎn)生較高導(dǎo)流能力的水力裂縫。國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展EXT-4氣井清水壓裂加少量砂子壓后采氣曲線國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展EXT-9氣井清水壓裂加大量砂子壓后采氣曲線國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展EXT-15氣井混合清水壓裂壓后采氣曲線國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展研究的目的在上侏羅系砂巖的博西爾地層進行了清水壓裂，施工中泵入大量清水并在裂縫擴展過程中又毫無防濾措施，在這樣致密的砂層內(nèi)毛管力自吸現(xiàn)象又嚴重地存在；同時考慮到泵入水在裂縫擴展過程中，也會受到應(yīng)力依賴的滲透率的影響。所以采用數(shù)值模擬方法研究這些因素對氣井產(chǎn)能的影響。清水壓裂對致密砂巖地層傷害評價國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展壓裂施工及監(jiān)測情況滑溜水1590方40/70目涂層砂（RCS）50方

平均排量12方

井口平均作業(yè)壓力53MPa微地震成象監(jiān)測

有效厚度：169ft孔隙度：8.89%水平滲透率：0.0297md垂向滲透率：0.00297md新工藝－清水壓裂中水鎖及巖石物性應(yīng)力依賴性的影響國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展采用油藏—地質(zhì)力學(xué)—壓裂模擬的綜合模型進行擬合，擬合時的限制條件如下：壓裂壓力約在81~84.5MPa之間;裂縫微震成像的半長約為106—137米，垂直于縫的寬度很大（每邊可達15米－－地層變形的范圍?。?返排期間水產(chǎn)量遞減很快，到生產(chǎn)晚期基本為常數(shù);不穩(wěn)定試井得出的縫長較短，縫導(dǎo)流能力約為1.52~3dc.cm。

研究方法－數(shù)值模擬方法（地層－裂縫模型，單相與氣水兩相）國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展擬合時的計算參數(shù)1滲透率：0.03－0.0107md2導(dǎo)流能力：1.52dc.cm3填砂縫長：67m壓裂作業(yè)擬合結(jié)果國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展QgQw排液與生產(chǎn)時間的擬合國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展停泵時，濾失區(qū)達到了15英尺停泵時刻裂縫壁面附近地層含水飽和度分布國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展平均進水深度5-10英尺停泵時井筒附近地層含水飽和度分布國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展水侵入?yún)^(qū)域在井底周圍已大大減少，但在縫端部的含水飽和度仍然很高，此處的排液程度較低，排液的初速度與井底周圍的水飽和度、濾失區(qū)的厚度有關(guān)，并受控于隨應(yīng)力而變化的滲透率。生產(chǎn)10天后裂縫附近地層含水飽和度的分布國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展水鎖和水相滲透率對產(chǎn)量影響單相氣與氣水兩相流對產(chǎn)量影響不大！因此，水鎖影響并不大！國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展?jié)B透率傷害（粘土膨脹、堵塞等）對產(chǎn)量影響裂縫附近地層滲透率降低2％，產(chǎn)量降低10～15％！因此，清水壓裂也應(yīng)針對性地選擇添加劑，以減少對儲層的傷害！國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展巖石中的天然裂縫多半是表面粗糙，閉合后仍能保持一定的縫隙，這樣形成的導(dǎo)流能力，對低滲儲層來說已經(jīng)足夠了。這種情況已在實驗室中觀察到。

常規(guī)凍膠壓裂，由于排液不完善，裂縫的導(dǎo)流能力受殘渣傷害等有所降低，清水壓裂基本上不存在不易排液的問題。

清水（線性膠）易于使砂子沉到垂直縫周邊較細的天然裂縫中，擴大了滲濾面積。壓裂過程中巖石脫落下來的碎屑（特別是在頁巖地層中）它們可能形成“自撐”式的支撐劑。清水壓裂增產(chǎn)機理－常規(guī)解釋國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展認為剪切力能使裂縫壁面從原位置上移動，從而產(chǎn)生不重合并出現(xiàn)許多粗糙泡體表面，由于存在剪切滑移，在裂縫延伸過程中也能使已存在的微隙裂開，并使斷層面及其它弱面張開，這些現(xiàn)象可以發(fā)生在水力裂縫的端部或裂縫周圍的濾失帶中。

剪切膨脹擴展裂縫－基本假設(shè)清水壓裂增產(chǎn)機理－新解釋國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展剪切膨脹擴展裂縫－物理過程當裂縫周邊的巖石在壓力超過門檻壓力后，即發(fā)生“滑移”破壞，兩個裂縫粗糙面的滑動，使垂直于縫面的縫隙膨脹。停泵后，張開了的粗糙面使它們不能再滑回到原來的位置，從而剪切膨脹的裂縫滲透率得到保持。

國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展清水壓裂在這種情況下的成功與否，取決于是否存在著有利的天然裂縫系統(tǒng)以及它們對壓力及原有的就地應(yīng)力的響應(yīng)程度。質(zhì)地強硬的巖石有許多粗糙的節(jié)理，很高的抗剪程度，很好的剪切與裂縫導(dǎo)流能力的耦合性，清水壓裂適用（裂縫性致密砂巖、灰?guī)r地層等）；強度較弱的巖石如泥質(zhì)砂巖就不適合清水壓裂；儲層的裂縫網(wǎng)狀分布及流體流動過程都可以用以評價是否應(yīng)該采用清水壓裂。清水壓裂增產(chǎn)的適應(yīng)性國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展由于清水壓裂可免去制備凍膠所消耗的化學(xué)劑量，包括成膠劑、交鏈劑與破膠劑，不含殘渣，不會堵塞地層；減少了砂（支撐劑）的用量及運砂的費用所以

清水壓裂與常規(guī)凍膠壓裂在相同規(guī)模的作業(yè)中可節(jié)省費用40%—60%。對于那些滲透率很低的邊際油氣田，清水壓裂將是開采這類油氣田的重要措施，也是降低采油成本，增加動用儲量的有效途徑。

清水壓裂技術(shù)－結(jié)論國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展

１、記錄泵入水的回采率，但是此值受地層產(chǎn)出水的影響很大。２、計量排液中的聚合物濃度，此方法操作上非常復(fù)雜，測試結(jié)果也不十分確切，由于濾失而使聚合物濃度提高，在泵入水回采率的計算方面，可能產(chǎn)生誤導(dǎo)。

３、分析注入前后的聚合物溶液以確定碳水化合物的總含量，從而計算水的回采率。此方法同樣受縫中濾失的影響。壓裂液排液或回排的監(jiān)測常規(guī)方法返排率？國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展問題獲得的水回采率都不是從作業(yè)中各個壓裂液段中得到，是籠統(tǒng)的整個作業(yè)過程中的情況。有時返排率很高，但壓后生產(chǎn)動態(tài)很差?。ㄍ亲詈笞⑷氲囊欢我后w未排出堵塞了裂縫！）？國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展特點：示蹤劑具有獨特性質(zhì)，各不相同：它們彼此不起反應(yīng)，與巖層或金屬管類也沒有化學(xué)反應(yīng)；不隨時間或溫度的變化而發(fā)生降解，示蹤劑在極低濃度（50ppt）下仍可被察覺。無論在運輸、泵入或廢棄時，都是安全的。易溶于水，濾失后也不會濃集。性質(zhì)各異的壓裂用化學(xué)示蹤劑（CFT）壓裂液排液或回排的監(jiān)測新方法方法：在泵的低壓部分注入，濃度是1ppm。壓裂后返排每隔15分鐘采樣一次一直到有天然氣突破，可以分析到樣品中1ppb的含量。由于分層分液段泵入性質(zhì)獨特的CFT，可用物質(zhì)平衡方法計算分層，分液段回排效率，從而獲得每口井的回排效率。

國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展一是井底附近

從井底附近地區(qū)回排是由于井底附近的濾失量太大，前置液階段的液體濾失于此地。當作業(yè)井回排時，井底附近濾失液先排出來。二是從裂縫端部

當井筒附近的滲透率低或沒有濾失時，前置液回流至井中并將它前面的液段推向井底，先泵入的最后排出。

壓裂液的兩種回排類型國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展常規(guī)凍膠壓裂液與滑溜水壓裂液回排區(qū)別凍膠液可以看作全懸浮液，靠粘度和排量攜砂，液段和支撐劑分布密切，最后注入的最先回排?。ㄊ芷颇z劑的影響）滑溜水靠排量攜砂，砂子沉降后液體在砂堤形成漩渦流，使先后加入的液段混合在一起，在相同的時間以相同的濃度排出！國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展博西爾砂層凍膠壓裂的回排剖面化學(xué)壓裂示蹤劑技術(shù)的應(yīng)用－凍膠國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展博西爾砂層滑溜水基清水壓裂的回排剖面化學(xué)壓裂示蹤劑技術(shù)的應(yīng)用－清水國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展高密度支撐劑材料強度的提高，密度也隨著加大，顆粒密度的增加，直接導(dǎo)致了輸砂的難度，也很難做到在水力裂縫內(nèi)均勻的布砂。沉降速度過快，也會導(dǎo)致壓裂過程中在地層中出現(xiàn)橋堵。

低密度低密度支撐劑能夠在低排量下保證支撐劑的輸送，能提供在絕大部分裂縫面積上得到支撐劑的機會，降低支撐劑密度還可以減少配制壓裂液系統(tǒng)的復(fù)雜性從而減少了對填砂裂縫的傷害。高強度超低密度支撐劑－ULW３、新材料－高強度超低密度支撐劑國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展美國BJ服務(wù)公司?2003年?兩種ULW支撐劑ULW1.25支撐劑－被樹脂浸透并涂層的化學(xué)改性核桃殼ULW1.75支撐劑－樹脂涂層的多孔陶粒新材料－高強度超低密度支撐劑ULW國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展ULW1.25支撐劑－化學(xué)改性核桃殼國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展ULW1.75支撐劑－樹脂涂層的多孔陶粒國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展新材料－ULW1.25支撐劑制作工序：

先將粒徑比較接近的核桃殼微粒（20/30目）用強樹脂浸漬，然后將浸透的核桃殼用酚醛樹脂涂層，后一步與現(xiàn)今用的涂層砂的工藝相似。主要特點：視密度為0.85克/毫升(是石英砂的一半)79攝氏度下能承受41.4MPa的閉合應(yīng)力，溫度升高則強度降低，107°Ｃ時僅為27.6MPa；可破碎到任意API（泰勒網(wǎng)目）的大小，6－100目。國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展新材料－ULW1.75支撐劑為樹脂涂層的多孔陶粒，制造過程與常規(guī)低比重的陶粒支撐劑（LWP）相似，二者性能也比較接近，密度有較大的差別。ULW的密度約在1.75到1.9克/毫升之間，與制造過程中控制顆粒的孔隙度有關(guān)。涂層的多孔陶粒，一方面增加了它的強度并封閉了顆粒外部的孔隙，防止了外部液體的入浸從而也保持了低密度的特點。國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展經(jīng)1#樹脂處理后，產(chǎn)生了共價鍵結(jié)構(gòu)，不僅增加了顆粒變形尺寸的能力，并且提高了抗壓強度。

用2#樹脂處理后，由于產(chǎn)生了巨大的共價鍵力及在核桃殼基質(zhì)內(nèi)聚合物鏈間交混的,所以顆粒的強度達到最大值。新材料－ULW支撐劑性能評價國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展天然核桃殼、超低密核桃殼支撐劑的滲透率和導(dǎo)流能力隨閉合壓力變化的曲線溫度：66攝氏度鋪砂濃度：4.88公斤/平方米砂粒徑：20/40滲透率、導(dǎo)流能力與閉合壓力的關(guān)系ULW支撐劑性能評價國外水力壓裂技術(shù)新發(fā)展溫度：135攝氏度鋪砂濃度：9.76公斤/平方米(Ottawa砂與經(jīng)濟陶粒)6.83公斤/