壓裂基礎(chǔ)理論與實(shí)踐

壓裂基礎(chǔ)理論暨實(shí)踐酸化壓裂公司

目

錄第一章壓裂基礎(chǔ)概論

第二章

壓裂液化學(xué)和支撐劑

第三章壓裂施工

第四章壓裂技術(shù)新發(fā)展

第五章

目前我們的工藝水平

第一章壓裂基礎(chǔ)概論目錄

1.1什么是壓裂1.2為什么要壓裂1.3壓裂增產(chǎn)原理1.4壓裂分類

1.5壓裂方式1.6水力裂縫形態(tài)

1.7水力壓裂基本模型

1.1什么是壓裂

水力壓裂是油氣井增產(chǎn)、注水井增注的一項(xiàng)重要技術(shù)措施，不僅廣泛應(yīng)用于低滲透油氣藏，而且在中高滲透油氣藏的增產(chǎn)改造中也取得了很好的效果。它是利用地面高壓泵組，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(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)，便在井底附近地層產(chǎn)生裂縫；繼續(xù)注入帶有支撐劑的攜砂液，裂縫向前伸展并填以支撐劑，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高導(dǎo)流能力的填砂裂縫，使井達(dá)到增產(chǎn)增注目的。1.2為什么要壓裂

在一口井上進(jìn)行水力壓裂可能有以下三種原因：1）穿透近井地帶傷害區(qū)，使井恢復(fù)其自然產(chǎn)能；2）在地層中延伸有導(dǎo)流的通道，使產(chǎn)量超過自然水平；3）改變?cè)诘貙又械囊后w流動(dòng)；在第三種情況下，壓裂設(shè)計(jì)考慮的是與其它井相互影響的問題。這三種原因常常是重疊的。1.3壓裂增產(chǎn)原理

水力壓裂增產(chǎn)增注的原理主要是通過降低井底附近地層中流體的滲流阻力和改變流體的滲流狀態(tài)，使原來的徑向流動(dòng)改變?yōu)橛蛯优c裂縫的近視單向流動(dòng)和裂縫與井筒間的單向流動(dòng)，消除了徑向節(jié)流損失，大大降低了能量消耗，因而油氣井產(chǎn)量或注水井注入量就會(huì)大幅度提高。如果水力裂縫能連通油氣層深處的產(chǎn)層（如透鏡體）和天然裂縫，則增產(chǎn)的效果會(huì)更明顯。另外，水力壓裂對(duì)井底附近受損害的油氣層有解除堵塞的作用。1.4壓裂分類按壓裂的目的和作用可分為：1.開發(fā)壓裂2.解堵壓裂3.測試壓裂開發(fā)壓裂

通過壓裂與開發(fā)相結(jié)合開采特定油氣藏，根據(jù)壓裂在地層中形成較高導(dǎo)流能力的人工裂縫，改善油氣流通道，增加泄油面積從而提高單井產(chǎn)能、可采儲(chǔ)量的原理，在開發(fā)方案的設(shè)計(jì)中，就綜合油藏描述、油藏工程、采油工程及整體壓裂等技術(shù)，采用水力裂縫模擬、油藏模擬、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)及現(xiàn)場試驗(yàn)等手段，對(duì)進(jìn)行壓裂的必要性、可行性及經(jīng)濟(jì)效益等研究，從而為井網(wǎng)部署中，如何考慮水力裂縫方位、長度及與之匹配的井網(wǎng)類型、井排、注采井別等提供依據(jù)，對(duì)需壓裂的井從鉆井時(shí)就從井身結(jié)構(gòu)，固井質(zhì)量和管柱設(shè)計(jì)等方面提出要求，從完井方法、射孔層位、井段、孔數(shù)確定和射孔工程優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面綜合考慮，滿足開發(fā)方案和壓裂工藝的要求。解堵壓裂主要以解除近井地層堵塞為目的的小型壓裂。一般加砂量在1～7m3，施工排量不大于1.2m3/min的解堵性壓裂。測試壓裂在實(shí)際壓裂之前進(jìn)行的不加支撐劑的一種施工。其目的是對(duì)壓裂壓力進(jìn)行分析來取得裂縫有關(guān)參數(shù)，如裂縫延伸壓力、閉合壓力、閉合時(shí)間、縫長、縫寬、壓裂液濾失系數(shù)、液體效率等，為制定和修改大型壓裂設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工及效果評(píng)價(jià)提供依據(jù)。重復(fù)壓裂同層的第二次壓裂，即第一次對(duì)某層進(jìn)行壓裂后，對(duì)該層再進(jìn)行壓裂，甚至更多次壓裂。

、合層壓裂

、單層選壓

、分層壓裂油管壓裂套管壓裂油、套管環(huán)行空間壓裂油、套管同時(shí)壓裂填砂選壓單封隔器選壓雙封隔器選壓多級(jí)滑套噴砂器壓裂多級(jí)滑套封隔器壓裂封隔器橋塞分層壓裂利用堵球分層壓裂暫堵劑分層壓裂1.5壓裂方式

是大井段多層同時(shí)壓裂，只適用于各儲(chǔ)層巖性與特性（特別是滲透率）相近、差異不大的油氣井。如果各層差異大，采用合層壓裂，一般只能壓開巖性強(qiáng)度低、滲透率好的地層，起不到改造中、低滲透層的目的，甚至擴(kuò)大層間矛盾，導(dǎo)致某些小層過早見水和水淹。

合層壓裂合層壓裂1、油管壓裂

壓裂液從油管泵入欲壓裂的目的層。優(yōu)點(diǎn)：施工工藝簡單，對(duì)自噴井更為方便；油管內(nèi)截面積小，高壓壓裂液流速大，攜砂能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：液流阻力大，增加設(shè)備負(fù)荷，降低了有效功率。深井作業(yè)時(shí)，應(yīng)在油層以上卡封隔器，必要時(shí)，需帶水力錨及套管加壓平衡。合層壓裂2、套管壓裂

井內(nèi)不下油管，座好井口后從套管閘門泵入壓裂液進(jìn)行壓裂。優(yōu)點(diǎn)：施工簡單，可以最大限度的降低管道摩阻，相應(yīng)提高了泵的排量和降低了泵的工作壓力。缺點(diǎn)：攜砂能力低，一旦造成砂堵無法利用循環(huán)法解堵，并且在套管損壞或腐蝕的井中使用受到了限制。合層壓裂3、油、套管環(huán)行空間壓裂

壓裂液在油、套管環(huán)行空間，在高壓下泵入目的層。優(yōu)點(diǎn)：與油管壓裂相比較，在同樣的排量條件下其摩阻損失小。缺點(diǎn)：流速低，攜砂能力相應(yīng)減弱，只適用于抽油井的壓裂。合層壓裂4、油、套管同時(shí)壓裂

先在井內(nèi)下入油管，油管連接一部壓裂車，套管連接多部壓裂車。然后，從油管和套管同時(shí)泵入壓裂液。油管內(nèi)只泵入不含支撐劑的壓裂液，攜砂液從套管泵入。優(yōu)點(diǎn)：此法壓裂成功率較高，適合于深井壓裂。

1、填砂選壓2、單封隔器選壓3、雙封隔器選壓單層選壓根據(jù)需要，采取一定的方法和措施，對(duì)一個(gè)油氣層中的某一小層或一層段進(jìn)行壓裂。1、填砂選壓

用填砂方法將井內(nèi)非選壓層封隔開，以免壓裂時(shí)壓開非選壓層。此法一般適用于封隔下層、選壓上層的壓裂井。

管柱結(jié)構(gòu)圖2、單封隔器選壓

當(dāng)選壓層段處于油氣層組的最上部或最下部位置時(shí)，可采用封隔器將非選壓層分隔開，壓裂時(shí)只壓開欲選壓層。

管柱結(jié)構(gòu)圖選壓層選壓層3、雙封隔器選壓

使用兩級(jí)封隔器，分別卡在欲壓裂層的上夾層和下夾層。壓裂時(shí)，使壓裂液僅進(jìn)入欲壓裂層，避免壓開其它非選壓層。此種壓裂方式的技術(shù)要求是：選壓層上、下必須有足夠厚度的良好（壓不穿）夾層。夾層厚度至少能卡住封隔器，要求管柱下入深度準(zhǔn)確，封隔器密封可靠等。管柱結(jié)構(gòu)圖選壓層分層壓裂。

主要對(duì)大面積進(jìn)行壓裂。特點(diǎn)是，不管一口井內(nèi)壓裂幾個(gè)層段只需下一次壓裂管柱。這樣，既可以達(dá)到分層壓開各所需壓裂層段，又大大減少起下作業(yè)管柱的次數(shù)，縮短了施工周期，還減少了發(fā)生作業(yè)事故的機(jī)會(huì)。

1、多級(jí)滑套噴砂器壓裂2、多級(jí)滑套封隔器壓裂3、封隔器橋塞分層壓裂4、利用堵塞球分層壓裂5、暫堵劑分層壓裂

1、多級(jí)滑套噴砂器壓裂油管堵塞器封隔器多級(jí)噴砂器

此種壓裂管柱主要由封隔器、多級(jí)噴砂器組成；工作過程是按照施工設(shè)計(jì)要求將封隔器下入欲壓裂層段的夾層位置。座好施工井口，連接好管線在向井內(nèi)泵注壓裂液時(shí)，因油管底部有絲堵堵塞油管通道，各級(jí)封隔器開始工作，將各層分隔開。又由于其余各級(jí)噴砂器均有滑套堵住，迫使壓裂液從最下一級(jí)噴砂器進(jìn)入壓裂層，對(duì)該層進(jìn)行壓裂。當(dāng)最下層壓裂完后，從井口投相應(yīng)尺寸的鋼球至上一級(jí)噴砂器滑套上，將油管通道堵塞。當(dāng)壓力達(dá)到一定程度后，便將滑套打入最下一級(jí)噴砂器內(nèi)，將此噴砂器通道打開并堵住最下一級(jí)噴砂器通道。繼續(xù)打入壓裂液，便可以對(duì)第二次進(jìn)行壓裂。以此類推，直至壓完該井所有壓裂層位。絲堵管柱結(jié)構(gòu)圖2、多級(jí)滑套封隔器壓裂

此種壓裂管柱主要由多級(jí)滑套封隔器和噴砂器組成，下入級(jí)數(shù)依據(jù)所要壓裂的層段數(shù)目確定，下入順序從下至上滑套尺寸逐漸增大，并配備相應(yīng)尺寸的鋼球。每壓裂一層后，投入相應(yīng)尺寸的鋼球?qū)⑸弦患?jí)滑套打入下一級(jí)滑套座上，起到相對(duì)于底部絲堵的作用。由于上一層封隔器及噴砂器進(jìn)入工作狀態(tài)，便可以對(duì)第二次進(jìn)行壓裂了，其它則未進(jìn)入工作狀態(tài)。第二層壓裂之后，再投入與第三層封隔器滑套相適應(yīng)的鋼球，對(duì)第三層進(jìn)行壓裂。依次類推，便可以分別壓裂完所有層段。管柱結(jié)構(gòu)圖3、封隔器橋塞分層壓裂

最初是使用可鉆式橋塞，自下而上封隔一層壓裂一層，全部層段壓完之后鉆掉可鉆式橋塞。因鉆橋塞增加了工作量，目前均采用活動(dòng)式橋塞與封隔器配合。壓裂時(shí)，事先將橋塞坐封在射孔井段下部，然后上提把封隔器坐封在射孔井段上部進(jìn)行壓裂。封隔器與橋塞之間連接一個(gè)控制閥?？刂崎y的作用是：在進(jìn)行壓裂時(shí)，使壓裂液由控制閥進(jìn)入壓裂層。當(dāng)壓完一層上提壓裂管柱移動(dòng)橋塞和封隔器時(shí)，控制閥關(guān)閉，封隔住油管通道。油、套管環(huán)行空間由井口放噴器密封，不必壓井即可進(jìn)行起下壓裂管柱作業(yè)。4、利用堵塞球分層壓裂

這種方法是對(duì)所有壓裂層都射開相同數(shù)量的孔眼，然后使用堵塞球逐層壓裂，每次只允許壓裂液進(jìn)入一個(gè)或兩個(gè)層位。井內(nèi)各層的破裂壓裂不同，而且地層破裂壓力較之已壓開裂縫后所需的裂縫延伸壓力要大。當(dāng)主裂縫生成并擴(kuò)展后就投入封堵球封堵井壁孔眼，使井底壓力增高。當(dāng)此壓力達(dá)到或超過另外某一地層的破裂壓力時(shí)，便對(duì)該層進(jìn)行壓裂。如此重復(fù)。技術(shù)要求是：堵塞球的材質(zhì)可以是橡皮包裹的尼龍球或鋁球，但要具備合適的尺寸、密度和一定的強(qiáng)度。同時(shí)，要求堵塞球在壓裂時(shí)能夠?qū)⑸淇着谘鄯庾?，壓裂完后又能從炮眼脫出，以便開啟儲(chǔ)層至井眼的通道。此種壓裂方式一次可以壓開數(shù)個(gè)油氣層，同時(shí)可使各個(gè)層段都得到比較充分的處理，壓裂成功率高，效果好。5、暫堵劑分層壓裂。

暫堵劑是一種具有臨時(shí)性堵塞作用的物質(zhì)。它主要有兩個(gè)方面的作用：一是堵塞已壓裂的層段，實(shí)現(xiàn)分壓多層的目的；二是保護(hù)（或隔離開）非壓裂層，實(shí)現(xiàn)選擇性壓裂的目的。

分層壓裂施工時(shí)，將封隔器卡在欲壓裂層頂部，泵入壓裂液。當(dāng)壓開第一條裂縫后就往壓裂液內(nèi)加入暫堵球，封堵住壓開的裂縫后使泵壓升高。當(dāng)泵壓升至高于第一層的破裂壓力后，便壓裂第二層。

選擇性壓裂在施工時(shí)，當(dāng)?shù)孛嫜h(huán)、試壓兩道工序完成后，在試擠時(shí)將暫堵球隨同壓裂液一起泵入井內(nèi)。由于高滲透層（非壓裂層）吸水能力強(qiáng)，暫堵球便跟隨壓裂液進(jìn)入高滲透部位，將射孔炮眼堵塞，迫使壓裂液進(jìn)入另外油層（選擇壓裂層位）。1.6水力裂縫形態(tài)

水力壓裂是油田開發(fā)不可缺少的重要環(huán)節(jié)之一?？陀^存在于地層的地應(yīng)力對(duì)水力壓裂裂縫形態(tài)和裂縫走向具有決定作用。特別是進(jìn)入八十年代以來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，整體壓裂工藝技術(shù)應(yīng)用于油田開發(fā)之中，有關(guān)裂縫形態(tài)和裂縫走向的研究成為開展整體壓裂工藝技術(shù)不可缺少的一項(xiàng)工作。目前，開發(fā)壓裂技術(shù)的逐步成熟，使地應(yīng)力、裂縫方位的研究倍受關(guān)注。。裂縫形態(tài)1．

一般情況下，垂向應(yīng)力σV>水平最大主應(yīng)力σHmax>水平最小主應(yīng)力σHmin此時(shí)，形成垂直裂縫。（不是絕對(duì)垂直）當(dāng)井深變淺，上覆巖層壓力減小，地層垂向應(yīng)力隨著變小，地層三向應(yīng)力發(fā)生變化：水平最大主應(yīng)力σHmax>水平最小主應(yīng)力σHmin>垂向應(yīng)力σV此時(shí)，形成水平裂縫。（不是絕對(duì)水平）

一般地，認(rèn)為當(dāng)井深在600-650m時(shí)形成水平裂縫。但要具體驗(yàn)證，不能一概而論，因地層構(gòu)造等也對(duì)裂形態(tài)有影響。1.7水力壓裂基本模型水力壓裂描述裂縫延伸常用模型有二維模型和三維模型。1．二維模型經(jīng)典二維模型有：PKN模型和KGD模型。它們的共同點(diǎn)是假定裂縫在延伸過程裂縫高度保持不變。該模型在很長一段歷史時(shí)期內(nèi)是應(yīng)用最為廣泛的壓裂模型，具有計(jì)算簡單、計(jì)算省時(shí)、對(duì)計(jì)算分析工具性能要求不高的特點(diǎn)。PKN和KGD模型不同之處在于：PKN模型垂直于裂縫長軸的平面內(nèi)，裂縫剖面為橢圓形，計(jì)算結(jié)果為長縫、小縫寬。KGD模型裂縫形狀在垂直面上為矩形，平面上為橢圓形。

(1)在裂縫長度和高度方向上，裂縫寬度相等且不隨時(shí)間變化(2)壓裂液從裂縫壁面線性地滲入地層(3)地層中某點(diǎn)的濾失速度取決于此點(diǎn)暴露于液體的時(shí)間：

(4)裂縫中各點(diǎn)壓力相同且等于井底延伸壓力

Cater模型的某些假設(shè)條件與實(shí)際情況差距較大，用它作出的壓裂設(shè)計(jì)精度較差，現(xiàn)已很少單獨(dú)使用。但Cater提出的濾失速度的表達(dá)式至今仍在廣泛采用

Cater模型假設(shè)KGD模型KGD二維裂縫延伸模型(1)巖石為均質(zhì)各向同性(2)巖石變形服從線彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系(3)裂縫高度和施工排量恒定，裂縫垂直剖面為矩形(4)流體在縫內(nèi)作一維層流流動(dòng)，縫長方向壓降由摩阻產(chǎn)生，不考慮動(dòng)能和勢能的影響。

PKN模型(1)裂縫高度恒定，與縫長無關(guān)(2)與裂縫擴(kuò)展方向垂直的橫截面中液體壓力為常數(shù)(3)裂縫垂直剖面為橢圓形，最大縫寬滿足Sneddon方程：(4)縫內(nèi)流體壓降服從Lamb橢圓管中流動(dòng)的壓降方程；(5)裂縫尖端液體壓力等于地層最小水平主應(yīng)力KGD與PKN模型的比較(1)平面應(yīng)變：

KGD:平面應(yīng)變發(fā)生在水平剖面上，壓裂層與上、下遮擋層之間要產(chǎn)生滑移PKN:平面應(yīng)變發(fā)生在垂直剖面上，壓裂層與蓋、底層之間沒有滑動(dòng)效應(yīng);(2)裂縫形狀：

KGD:垂直剖面為矩形;PKN:垂直剖面為橢圓形(3)凈壓力變化：

KGD:隨時(shí)間降低;PKN:隨時(shí)間是增加的(4)適用范圍：

KGD:淺層或塊狀厚油氣層;PKN:目的層較薄且上下有致密頁巖、泥巖等作為遮擋層或油層較深、層間的摩擦力較大不易產(chǎn)生滑動(dòng)的情況實(shí)際觀察表明：KGD:長高比較小PKN:長高比較大;前面簡單模型的局限性：

需要給定縫高或假設(shè)產(chǎn)生的是徑向縫原因：

不能斷定裂縫是否被限制在某一特定的地層中

由井筒（壓力最高處）至縫端的過程中縫高是變化的解決辦法：

利用平面三維3D和擬三維（P3D）模型來彌補(bǔ)三維和擬三維模型三維模型

裂縫延伸模型認(rèn)為裂縫在延伸過程中X、Y、Z三個(gè)方向均在變化，更接近實(shí)際裂縫延伸狀況。三維模型壓裂模擬計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜，對(duì)計(jì)算分析工具有較高的要求，且費(fèi)時(shí)。目前，一般以研究為主的工作常采用此模型計(jì)算。因三維模型應(yīng)用推廣有一定局限性，研究人員繼而推出各類擬三維壓裂分析軟件。目前應(yīng)用的水力壓裂軟件主要為擬三維軟件。第二章壓裂液化學(xué)與支撐劑

目錄3.1概述3.2水基液3.3油基液3.4酸基液3.5多相液3.6添加劑3.7支撐劑3.1概述壓裂液主要功能--造縫、輸送支撐劑。還得有要求的粘度、能迅速返排，能較好控制液體濾失、泵送摩阻低，同時(shí)還要經(jīng)濟(jì)可行。本章論述常用壓裂液和添加劑的化學(xué)性質(zhì)。壓裂液發(fā)展動(dòng)向

一.發(fā)展歷程

—50年代初到60年代初：油基壓裂液

—60年代：瓜爾膠稠化劑問世—70年代：瓜爾膠化學(xué)改性（如羥丙基瓜爾膠HPG、羥基羧甲基瓜爾膠CMHPG），交聯(lián)體系完善（由硼、銻發(fā)展到有機(jī)鈦[2]、有機(jī)鋯[3]），水基壓裂液迅速發(fā)展?！?0年代：泡沫壓裂液大規(guī)?，F(xiàn)場應(yīng)用。

—目前：國外壓裂液體系以水基為主（占65%），泡沫（占30%）、油基、浮化壓裂液（占5%）共存。其中，在水基壓裂液中，硼交聯(lián)壓裂液占40%，鈦、鋯交聯(lián)壓裂液占10%，未交聯(lián)線性膠占15%（。

二.改進(jìn)硼交聯(lián)壓裂液體系

—有機(jī)金屬（鈦、鋯）交聯(lián)壓裂液存在破膠困難、導(dǎo)致支撐裂縫導(dǎo)流能力嚴(yán)重傷害，有時(shí)傷害率高達(dá)80%~90%。硼交聯(lián)壓裂液傷害率一般為10%~20%。

—硼酸鹽（硼砂）交聯(lián)劑具有無毒、易交聯(lián)、價(jià)低、易破等優(yōu)點(diǎn)，但存在膠聯(lián)速度快（<10s）、耐溫性能差（適用于溫度<93.3C

）等不足，限制了其的高溫深井中的應(yīng)用?！邷匮舆t硼交聯(lián)技術(shù)主要有兩種技術(shù)途徑：一種是有機(jī)硼溶液，另一種是緩溶硼酸鹽或硼礦物漿液。

三.破膠劑系列進(jìn)展

—膠囊破膠技術(shù)

減少了破膠劑對(duì)壓裂液流變性能的影響，增大破膠劑用量，改善了支撐裂縫導(dǎo)流能力，破膠劑不與濾液一起濾失，提高破膠效率，沉積于裂縫表面或支撐裂縫之中，利于消除濾餅和減少殘?jiān)奈廴尽！透邷仄颇z技術(shù)在90年代中期，Halliburton公司研究開發(fā)出了一種高溫破膠劑。它是一種在高溫條件下才釋放出具有破膠能的自由基，其適用溫度是93~150C

?！獕毫岩浩颇z機(jī)理研究

（美）天然氣研究院（GRI）CRAIGD等人研究了酶破膠劑有作用機(jī)理，酶破膠劑、氧化破膠劑、低溫氧化破膠劑體系對(duì)壓裂流變性能的影響，優(yōu)化適用于低中溫壓裂液的破膠體系，HPG交聯(lián)壓裂液僅利用熱降解的下限溫度范圍等。

四、壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害及保護(hù)A.按壓裂液作用位置

地層基質(zhì)傷害

支撐裂縫傷害B.按流體性質(zhì)

液體傷害

固體傷害

壓裂液濾餅和濃縮膠（一）壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害類型1.壓裂液在地層中滯留產(chǎn)生液堵2.地層粘土礦物水化膨脹和分散運(yùn)移產(chǎn)生的傷害3.壓裂液與原油乳化造成的地層傷害4.潤濕性發(fā)生反轉(zhuǎn)造成的傷害5.壓裂液殘?jiān)鼘?duì)地層造成的傷害6.壓裂液對(duì)地層的冷卻效應(yīng)造成地層傷害7.壓裂液濾餅和濃縮對(duì)地層的傷害（二）各類傷害及儲(chǔ)層保護(hù)—在壓裂施工中，壓裂液沿縫壁滲濾入地層，改變了地層中原始油水飽和度分布，使水的飽和度增加，并產(chǎn)生兩相流動(dòng)，流動(dòng)阻力加大。毛管力的作用致使壓裂后返排困難和流體流動(dòng)阻力增加。如果地層壓力不能克服升高的毛細(xì)管力，水被束縛在地層中，則出現(xiàn)嚴(yán)重和持久的水鎖。1.壓裂液在地層中滯留產(chǎn)生液堵

儲(chǔ)層傷害情況

壓裂液滯留的地層保護(hù)—降低壓裂流體的表面張力—注入ＣＯ２或Ｎ２幫助排液—改善壓裂液破膠性能—減少壓裂液在地層中流動(dòng)的粘滯阻力，加快壓裂液在地層中破膠—強(qiáng)制排液，減少壓裂液在地層的滯留時(shí)間2.地層粘土礦物水化膨脹和分散運(yùn)移產(chǎn)生的傷害

儲(chǔ)層傷害情況—粘土礦物與水為基液的壓裂液接觸，立即產(chǎn)生膨脹，使流動(dòng)孔隙減小。松散粘附于孔道壁面的粘土顆粒與壓裂液接觸時(shí)分散、剝落，隨壓裂液濾入地層或沿裂縫運(yùn)動(dòng)，在孔喉處被卡住，形成橋堵，降低滲透率，從而引起傷害。

粘土礦物膨脹和運(yùn)移的地層保護(hù)—在壓裂液中添加粘土穩(wěn)定劑—利用高分子材料的長鏈對(duì)粘土顆粒表面的“包被”作用，阻止水分子進(jìn)入—采用油基壓裂液3.壓裂液與原油乳化造成的地層傷害

儲(chǔ)層傷害情況—用水基壓裂液壓裂時(shí)，壓裂液與地層原油由于油水兩相互不相溶，原油中有天然乳化劑如膠質(zhì)、瀝青和蠟等，壓裂時(shí)壓裂液的流動(dòng)具有攪拌作用，因而當(dāng)油水在地層孔隙中流動(dòng)時(shí)就形成了油水乳化液。原油中的天然乳化劑附著在水滴上形成保護(hù)膜，使乳化液具有較高的穩(wěn)定性。

原油乳化的地層保護(hù)—慎用表面活性劑—使用優(yōu)質(zhì)壓裂液，徹底破膠，減少壓裂液殘?jiān)?，降低破膠液粘度以及防止地層“微?！鄙桑退缑娣€(wěn)定因素—在壓裂液中使用優(yōu)質(zhì)破乳劑，消除壓裂液進(jìn)入地層后潛在的乳化堵塞4.潤濕性發(fā)生反轉(zhuǎn)造成的傷害

儲(chǔ)層傷害情況—潤濕性是指巖石表面具有被一層液膜選擇性覆蓋的能力。對(duì)于砂巖油藏，巖石表面一般為親水性，即優(yōu)先被水潤濕。如果由于表面活性劑使用不當(dāng)，使?jié)櫇裥园l(fā)生反轉(zhuǎn)，即將親水性轉(zhuǎn)為親油性，則油相滲透率將大大降低。正常是水濕的地層變成油濕后，一般會(huì)降低油相滲透率４０％。5.壓裂液殘?jiān)鼘?duì)地層造成的損害

儲(chǔ)層傷害情況—?dú)堅(jiān)鼘?duì)壓裂效果的影響存在雙重性，一是殘?jiān)趲r石表面形成濾餅，可降低壓裂液的濾失，并且阻止大顆粒繼續(xù)流入地層內(nèi)。壓裂結(jié)束后，這些殘?jiān)盗鞫氯钌傲芽p，降低裂縫導(dǎo)流能力；另一方面較小顆粒殘?jiān)?，穿過濾餅隨壓裂液一道進(jìn)入地層深部，堵塞孔隙喉道增強(qiáng)乳化液的界面膜厚度，難于破乳，降低地層和裂縫滲透率。

壓裂液殘?jiān)牡貙颖Ｗo(hù)—加強(qiáng)現(xiàn)場質(zhì)量控制—選用低水不溶物成膠劑和易降解破膠的交鏈劑—優(yōu)選破膠體系，實(shí)現(xiàn)壓裂液徹底破膠、水化6.壓裂液對(duì)地層的冷卻效應(yīng)造成地層傷害—冷的壓裂液進(jìn)入地層，會(huì)使地層溫度降低，從而使原油中的蠟及瀝青等析出，造成地層傷害。此種傷害取決于地層原油的性質(zhì)、地層原始溫度、地層降溫幅度及地層滲透率等因素。原油含蠟量高，降溫幅度大，地層滲透率低和地層原始溫度低的油層，“冷卻效應(yīng)”引起的地層傷害就大。7.壓裂液濾餅和濃縮對(duì)地層的傷害

儲(chǔ)層傷害情況—在生產(chǎn)過程中濾餅阻礙地層流體向裂縫的流動(dòng)，并且由于裂縫閉合，支撐劑嵌入，濾餅占據(jù)了部分以至整個(gè)支撐劑顆粒之間的孔隙，導(dǎo)致裂縫導(dǎo)流能力大大降低。壓裂施工和裂縫閉合過程的壓裂液濾失要導(dǎo)致交聯(lián)聚合物在裂縫中的濃度升高即濃縮。對(duì)高度濃縮的壓裂液，常規(guī)破膠劑用量不可能實(shí)現(xiàn)破膠降解，將會(huì)形成大量殘膠，嚴(yán)重影響裂縫導(dǎo)流能力。

壓裂液濾餅和濃縮的地層保護(hù)—提高破膠劑用量—膠囊破膠劑的研制與開發(fā)—壓裂施工結(jié)束后以小排量擠入濾餅溶解劑3.2水基液水基液特點(diǎn)—價(jià)廉、性良、易于控制。水溶聚合物粘度受溫度的影響較大。用交聯(lián)劑取而代之即可顯著增加聚合物的有效相對(duì)分子質(zhì)量，還可增加溶液的粘度。（見下圖）圖1溫度和不同交聯(lián)劑類型對(duì)胍膠溶液的影響胍膠—是最初用于稠化壓裂液的聚合物之一。它是一種有甘露糖和半乳糖組成的長鏈高分子聚合物。其分子結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖2胍膠的結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)胍膠粉的過程中，利用丙烯氧化物可得到胍膠的衍生物，即羥丙基胍膠（HPG）。如下圖：羥丙基的取代作用使HPG在高溫下比胍膠更穩(wěn)定，故HPG更適用于高溫井（大于150oC）圖3羥丙基胍膠重復(fù)單元結(jié)構(gòu)羧甲基羥丙基胍膠(CMHPG)也是一種胍膠衍生物。這種“雙重衍生”的胍膠既含有HPG的羥丙基官能團(tuán)，也含有羧酸取代基。纖維素衍生物也用于壓裂液中。如羥乙基纖維素(HEC)(見下圖)或羥丙基纖維素(HPC)。圖4羥乙基纖維素重復(fù)單元結(jié)構(gòu)黃胞膠是一種生物高聚物，它具有冪律流體特征。而HPG溶液則具有牛頓流體的特征。其結(jié)構(gòu)見下圖：圖5黃胞膠重復(fù)單元結(jié)構(gòu)不完全水解丙烯酰胺聚合物可用作降阻劑。這些聚合物可在低濃度下使用---小于10lbm/1000gal。用粘彈性表面活性劑（VES）（如下圖）與之配制可改善聚合物在高溫環(huán)境的功能。圖6粘彈性表面活性稠化劑的分子和結(jié)構(gòu)式VES的作用機(jī)理是：1.將其加入水中時(shí)，它會(huì)締合成膠束結(jié)構(gòu)。（見下圖）2.水相環(huán)境鹽度適宜，膠束成桿狀。3.水相環(huán)境有足夠的鹽度，膠束締合，運(yùn)動(dòng)受阻，使液體既有粘性又有彈性。圖7膠束締合物VES的分裂機(jī)制—與烴類接觸和由水成液體稀釋。VES的優(yōu)點(diǎn)—洗井后無殘?jiān)?、?duì)地層傷害小、滲透率增加較明顯、無需添加泡沫劑。3.3油基液發(fā)展歷程：20世紀(jì)60年代—羧酸鋁鹽；20世紀(jì)70年代—鋁磷酸酯鹽；如今--鋁磷酸酯化學(xué)劑；鋁磷酸酯聚合物稠化油的機(jī)理—“締合機(jī)理”，如下圖所示：圖8鋁磷酸酯聚合物鏈的假想結(jié)構(gòu)對(duì)于鋁磷酯凝膠：改變鋁化合物和磷酸酯的用量—可控制其粘度；增加聚合物用量—可提高其粘度；但相應(yīng)會(huì)使粘度過高，難以吸出。解決方法有2種：

1.以即泵即混的方式添加膠凝物；2.審慎的控制溶液的組分；

3.4酸基液酸壓的效果取決于酸蝕裂縫的長度。酸蝕裂縫的長度取決于酸液用量、酸反應(yīng)速度、酸液濾失量。而影響酸有效裂縫穿透的主要原因是酸液濾失量過多。3.4.1控制酸液濾失的材料和技術(shù)酸液濾失添加劑控制濾失酸處理前使用粘性前置液多級(jí)前置液控制酸液濾失雙相液體（泡沫和乳狀液）膠凝酸控制酸液濾失控制酸液濾失的材料和技術(shù)酸液濾失添加劑控制濾失

由于性能和費(fèi)用局限，未廣泛使用。酸處理前使用粘性前置液前置液造縫，同時(shí)形成濾餅作為酸液濾失的防護(hù)層；但Nierrode和Kruk(1973)、Coulter(1976)的研究表明，由前置液形成的濾餅很快便被由酸液濾失產(chǎn)生的溶蝕孔洞所穿透。多級(jí)前置液控制酸液濾失用膠凝前置液造縫，然后交替泵入酸液和聚合物前置液。以便讓其進(jìn)入并封填由此前泵入酸液和聚合物前置液。雙相液體（泡沫和乳狀液）控制酸液濾失

Nierrode和Kruk(1973)研究表明一種以油作為內(nèi)相、以膠凝酸作為外相的酸外相乳化液具有良好的控制酸液濾失性能。

Scherubel和Crowe(1978)及Ford(1981)也指出泡沫酸控制液體濾失性能極佳。膠凝酸控制酸液濾失膠凝酸的常用稠化劑有：黃原膠生物聚合物、各種丙烯酰胺共聚物和通過膠束締合而稠化的酸液的某些表面活性劑。各種稠化劑的優(yōu)點(diǎn)和局限性：溫度大于50oC時(shí)，胍膠和纖維素基稠化劑缺乏穩(wěn)定性；黃原膠生物聚合物可在溫度高達(dá)90oC時(shí)使用；更高溫度下，使用丙烯酰胺共聚物；表面活性劑用作稠化劑時(shí)在剪切作用下相當(dāng)穩(wěn)定。同時(shí)產(chǎn)生的廢酸的粘度低。其缺點(diǎn)在于會(huì)是膠束締合得到破壞，溫度的應(yīng)用范圍有限。3.4.2控制酸反應(yīng)速度的材料和技術(shù)在低溫自中溫度的井中，延緩酸反應(yīng)速度不是關(guān)鍵問題；溫度高于120oC時(shí)，延緩酸反應(yīng)速度是作業(yè)成功的關(guān)鍵；最常用的方法是在酸蝕前泵入一種粘性的非反映前置液。

機(jī)理—增加縫寬、冷卻裂縫表面。3.5多相液3.5.1泡沫液

應(yīng)用泡沫的優(yōu)點(diǎn)：能加速支撐裂縫中液體的回收率；在水敏地層中泡沫液的效果明顯；泡沫產(chǎn)生的假塑性液體在低滲地層中能夠很好控制液體濾失。評(píng)價(jià)泡沫性能用泡沫質(zhì)量：對(duì)于不同的泡沫質(zhì)量：

1.低于52%，沒有流動(dòng)阻力。2.在52%~95%之間，泡沫長變成薄霧，氣體為連續(xù)相。3.大于52%，高氣體濃度使氣泡表面接觸。若要進(jìn)一步提高氣泡的穩(wěn)定性，可用：

1.聚合物稠化液相；2.胍膠、HPG及黃原膠；3.交聯(lián)聚合物中的水相；3.5.2乳化液它是兩種不融和相的分散體系。它是高度粘稠溶液，具有良好的傳輸性。常用的乳化劑壓裂液為聚乳化液。

1.聚乳化液由67%的碳?xì)浠衔镒鲀?nèi)相，33%的稠化鹽水作外相；2.根據(jù)Roodhart(1986)的的研究，聚乳化液對(duì)地層的傷害小，可快速清洗；3.不足在于摩擦壓力較高，液體的費(fèi)用較高；4.不宜用于高溫井；3.6添加劑由于壓裂液的多物質(zhì)性，作業(yè)完成后，要使用各種添加劑來實(shí)現(xiàn)破膠，控制液體濾失，降低地層傷害，以實(shí)現(xiàn)油井的最優(yōu)產(chǎn)能。3.6.1交聯(lián)劑

很多金屬離子都可以用來交聯(lián)水溶性聚合物。硼酸鹽、鈦、鋯及鋁化合物都是常用的交聯(lián)劑。交聯(lián)機(jī)理：硼酸鹽化合物和過渡金屬復(fù)合物，通過半乳糖邊鏈上的順式-OH對(duì)胍膠和HPG反應(yīng)生成復(fù)合物，如下圖（a）所示。當(dāng)分子重疊時(shí)，如下圖（a）所示的復(fù)合物便與其它的聚合物反應(yīng)生成下圖（b）所示的交聯(lián)網(wǎng)。圖9設(shè)想的交聯(lián)機(jī)理硼酸鹽離子與胍膠和HPG反應(yīng)生成的凝膠是最簡單的交聯(lián)劑之一。硼離子B(OH)4-也是一種交聯(lián)物。

1.它要求有較高的pH值以調(diào)整平衡：

H3BO3+OH-B(OH)4-

2.從下圖可見，B(OH)4-

是pH值的函數(shù)：圖10硼酸鹽濃度隨pH值的變化高溫和/或低pH值下的過渡金屬交聯(lián)劑，因鈦鋯復(fù)合物與氧官能團(tuán)反應(yīng)具有親和性、具有+4價(jià)氧化態(tài)、低毒性而廣泛使用。

對(duì)于這類凝膠，溫度是其重要的影響因素。對(duì)于上述幾類交聯(lián)劑，無論組分和粘度如何，在剪切和加熱下都將變得稀?。?/p>

1.硼酸交聯(lián)是可逆的，形成交聯(lián)，后又破膠，然后再次交聯(lián)；2.若聚合物是非熱降解的，可逆將持續(xù)進(jìn)行以適應(yīng)剪切速率和溫度變化；3.過渡金屬-聚合物對(duì)剪切很敏感；

下圖說明了管道內(nèi)剪切作用對(duì)液體粘度的影響：圖11剪切和交聯(lián)速度對(duì)粘度的影響常用交聯(lián)劑的其他性能比較見下表表1剪切和交聯(lián)速度對(duì)粘度的影響為避免管道內(nèi)的高剪切速率的不利影響，通常減緩壓裂液的交聯(lián)速度以限制液體粘度的增長，控制交聯(lián)速度的因素有：

壓裂液溫度;

pH值;

剪切條件；

交聯(lián)劑類型；

其它可與交聯(lián)劑反應(yīng)的有機(jī)化合物；比較上頁圖曲線B和曲線C，就說明了降低交聯(lián)速度對(duì)粘度的影響?？刂平饘匐x子和聚合物反應(yīng)的方法很多：

不同的有機(jī)分子能與金屬離子反應(yīng)，強(qiáng)烈的影響了離子的性能；

聚合物和其他配位劑爭奪金屬離子，可延遲交聯(lián)時(shí)間；

圖12假想的鈦復(fù)合物用溶解速度較慢的交聯(lián)劑和激活劑也可延遲交聯(lián)；溶解緩慢的基液或酸也可用于延遲與pH值相關(guān)的交聯(lián)劑的交聯(lián)速度；在使用延遲交聯(lián)劑時(shí)，需注意：

壓裂液達(dá)到產(chǎn)層段前就應(yīng)具有一定的粘度；

交聯(lián)過早，會(huì)造成較高的摩擦壓力和剪切降解；

交聯(lián)過晚，支撐劑會(huì)發(fā)生沉降，導(dǎo)致支撐劑輸送不足，并可能出現(xiàn)脫砂現(xiàn)象；使用延遲交聯(lián)壓裂液的好處：

1.高溫下有較好的穩(wěn)定性；2.能降低聚合物的配量；3.減少摩擦壓力；4.提高注入速度并減少所需功率；使用延遲交聯(lián)壓裂液的不足之處：

1.過度延遲交聯(lián)速度會(huì)導(dǎo)致近井筒出現(xiàn)脫砂；2.在低剪切和/或淺層作業(yè)中，不提倡用延遲交聯(lián)的方法來消除剪切降解；3A確保最佳交聯(lián)劑性能

為達(dá)到要求的性能，必須優(yōu)化交聯(lián)壓裂液的組分（流變性、輸送支撐劑能力、熱穩(wěn)定性、交聯(lián)速度及清洗等），因此，需注意以下問題：3A.1膠聯(lián)劑濃度

膠聯(lián)濃度太低，膠聯(lián)速度較慢，那粘度增長比預(yù)期的要慢；

膠聯(lián)濃度超出范圍，膠聯(lián)速度比預(yù)期的要快，最終粘度可能低很多；3A.2控制pH值若不能保持特定pH值，液體就不能獲得所需的交聯(lián)速度和熱穩(wěn)定性；

嚴(yán)格控制pH值是保證交聯(lián)壓裂液性能的關(guān)鍵；3A.3化學(xué)污染

大多數(shù)污染源來自于配制壓裂液的混合水；很多表面活性劑、粘土穩(wěn)定劑和起泡劑也影響交聯(lián)壓裂液性能；

3.6.2破膠劑

破膠原理：通過把聚合物分解成小分子量的碎片來降低液體的粘度。在作業(yè)期間，裂縫閉合后聚合物的濃度高于地面濃度5~7倍，粘度也同時(shí)大增，這就使得破膠劑的使用很有必要。

氧化劑常用的壓裂液破膠劑：

酶制劑

過硫酸胺常用的氧化破膠劑：過硫酸鉀過硫酸鈉鹽過硫酸鹽熱解生成極活躍的硫酸基侵蝕聚合物，導(dǎo)致聚合物分子量及增稠能力下降：過硫酸鹽分解進(jìn)而活躍與溫度有很大的關(guān)系：

溫度低于52°C以下，僅用過硫酸鹽，熱解速度非常慢；

溫度高于52°C，破膠劑就會(huì)隨著溫度的增加而變得活躍；

溫度在80°C以上，即使溶解少量的過硫酸鹽也能使粘度迅速降低；酶破膠劑94年以前，其用途僅限于較好的環(huán)境：pH值在3.5~8，溫度不超過66°C；

對(duì)溫度超過66°C的井，僅用低級(jí)過硫酸鹽；膠囊破膠劑研制成功，實(shí)現(xiàn)了不影響壓裂液粘度也可用高濃度破膠劑；新的理論突破實(shí)現(xiàn)了酶的有效范圍可高至pH值為10；最近，在溫度超過66°C的環(huán)境中，酶也能在短期保持一定的活性；

3B破膠劑的選擇其它材料的破膠劑：

活性遜色于過硫酸鹽的氧化劑；無機(jī)過氧化物；氟化物離子溶液；酸液；3.6.3降濾失劑

控制液體濾失是有效壓裂作業(yè)的關(guān)鍵。液體濾失的類型有2種：

1.液體在低或高滲透層基巖中的濾失；2.液體在微裂縫中的濾失；巖石基質(zhì)濾失期間，聚合物被過濾出來滯留在低滲透性巖石表面而形成濾餅；在高滲透地層中，聚合物和添加劑能穿透多數(shù)孔隙喉道形成內(nèi)部濾餅；常用降濾失添加劑：硅粉

Penny(1985)曾報(bào)道在5100mD的巖層中使用硅粉使初濾失量降低了10倍；

Navarrete測出硅粉的效能取決于硅粉是否能到達(dá)巖石壁上以及是否能免于從巖石面上被剪切下來；設(shè)微粒驅(qū)向巖石壁的力；微粒沿切線驅(qū)向巖石壁的力；那么微粒到達(dá)巖石壁的機(jī)會(huì)以及停留在巖石壁上的時(shí)間隨的增加而增加；

的比值隨下列變量而增加：

1.涌向巖石壁的濾失量增加；2.微粒直徑變??；3.沿巖石壁流動(dòng)的液體剪切應(yīng)力變??；淀粉

它是多糖的長鏈葡萄糖分子，含有20%~30%的線性直鏈淀粉分子和80%~70%的支鏈淀粉分子；可視為在壓力和引力作用下能發(fā)生形變的軟顆粒，特別適于形成低滲透性濾餅；但若孔隙喉道太大，淀粉變形也能產(chǎn)生不利影響；油溶性樹脂

大小合適，熱軟化點(diǎn)適中，能橋塞和封閉孔隙空間以降低濾失；它優(yōu)于硅粉和淀粉在于其具有油溶性，溶解過程對(duì)地層的傷害最??；不足在于價(jià)格昂貴；分散液液體中的油分散于水中，油濃度很低，但能有效控制濾失；低滲透性條件下，分散的微?？捎行У亩氯紫逗淼?；

Gulbis(1983)和Penny(1985)測定了5%的柴油作為降濾失劑的效果；對(duì)于大多數(shù)的降濾失劑，它和添加劑一樣，所形成的濾餅都具有長期的耐久性，難從裂縫中清除。因此在儲(chǔ)層中，液體濾失對(duì)裂縫面的傷害程度對(duì)評(píng)價(jià)作業(yè)效果就顯得非常重要。3.6.4殺菌劑加入殺菌劑主要是為了防止因聚合物細(xì)微降解而導(dǎo)致粘度下降。細(xì)菌的危害：

1.破壞凝膠性能；2.使儲(chǔ)層流體發(fā)酸發(fā)酵；3.把硫酸鹽離子還原為H2S氣體，這是一種有毒的危險(xiǎn)氣體；常用殺菌劑：戊二醛氯苯氧化物季氨化合物異噻唑林常用殺菌劑3.6.5穩(wěn)定劑

主要用于防止多糖聚合物凝膠在溫度高于200°F或112°C時(shí)發(fā)生降解。

甲醇常用的穩(wěn)定劑

硫代硫酸鈉(Na2S2O3)

對(duì)于穩(wěn)定劑的機(jī)理，目前還沒充分了解，但普遍認(rèn)為它們與除氧劑一樣，可防止由溶解的氧而引致的凝膠快速降解。3.6.6表面活性劑

它是以低濃度吸附在兩種非混相物質(zhì)界面上的一種材料，能有效降低界面膨脹所需的能量。其主要應(yīng)用在于：

1.是促成形成穩(wěn)定泡沫的主要成分；2.在復(fù)合乳化液中用它穩(wěn)定水溶油乳化劑；3.還可用作表面張力降減劑和地層調(diào)節(jié)劑，有利于清洗裂縫中壓裂液；3.6.7粘土穩(wěn)定劑

粘土是平均尺寸為2um的硅氧化物和鋁氧化物顆粒，當(dāng)正電（鋁）與負(fù)電（氧）間的電荷平衡因陽離子置換或顆粒中斷而遭到破壞，就產(chǎn)生帶負(fù)電的粒子。源于液體中的陽離子包圍了粘土顆粒并形成了帶正電荷的電子云，這樣顆粒相互排斥且易于運(yùn)移。常用粘土穩(wěn)定劑：3.7支撐劑

主要用于支撐裂縫，形成導(dǎo)流通道。影響裂縫導(dǎo)流能力的因素如下：

1.支撐劑組分2.支撐劑的物理性能3.支撐劑充填層的滲透率4.閉合后裂縫內(nèi)聚合物濃度影響5.地層中細(xì)小微粒在裂縫中的移動(dòng)6.支撐劑長期破碎性能

3.7.1支撐劑的物理性能影響支撐劑的物理性能包括：

1.支撐劑的強(qiáng)度2.支撐劑的粒徑和粒徑分布3.細(xì)小微粒和雜質(zhì)含量4.支撐劑的圓度和球度5.支撐劑的密度支撐劑的強(qiáng)度

下圖比較了各種支撐劑的強(qiáng)度：圖13各類支撐劑強(qiáng)度對(duì)比

若從強(qiáng)度和費(fèi)用來考慮，選擇支撐劑可參考如下的方案：

1.砂—閉合應(yīng)力小于6000psi；2.樹脂涂層支撐劑--閉合應(yīng)力小于8000psi；

3.中等強(qiáng)度支撐劑--閉合應(yīng)力大于5000psi，但小于10000psi；

4.高強(qiáng)度支撐劑--閉合應(yīng)力等于或大于10000psi；支撐劑的粒徑和粒徑分布

常根據(jù)經(jīng)濟(jì)效益和費(fèi)用關(guān)系來確定粒徑尺寸。

大粒徑支撐劑充填層滲透性較好，但必須評(píng)價(jià)支撐劑充填層的地層情況以及在輸送和鋪置支撐劑方面增加的難度；

含雜質(zhì)地層，不宜使用大粒徑支撐劑，常采用小粒徑支撐劑；

在深井使用大粒徑支撐劑也不很奏效；支撐劑的圓度和球度圓度是顆粒棱角相對(duì)銳利程度的量度。球度是支撐劑顆粒接近球形程度的量度。若支撐劑的圓度和球度較好，那作用在支撐劑上的應(yīng)力分布就較均勻，就能承受較高的負(fù)荷，反之亦然。支撐劑的密度

支撐劑的密度是影響支撐劑輸送和支撐劑鋪置質(zhì)量的因素之一。

改善支撐劑鋪置質(zhì)量的方法有2種：

使用高粘度液體降低支撐劑沉降速度；提高注入速度，縮短作業(yè)時(shí)間和支撐劑懸浮時(shí)間；3.7.2支撐劑分類

砂子是最常用的支撐劑，可分為以下幾類：

1.北方白砂；2.得克薩斯棕砂；3.科羅拉多硅質(zhì)砂；4.亞利桑那硅質(zhì)砂；樹脂涂層技術(shù)

樹脂涂層砂強(qiáng)度大于常規(guī)砂子，可用于閉合應(yīng)力小于8000psi的環(huán)境；若閉合應(yīng)力大于4000psi且無不利液體影響，樹脂涂層砂導(dǎo)流能力高于常規(guī)砂子；

樹脂有助于增加砂粒承受應(yīng)力的面積，降低某一點(diǎn)負(fù)荷；顆粒被壓碎時(shí)能包膠顆粒被壓碎的部分，防止其運(yùn)移并堵塞通道；有些樹脂涂層支撐劑上的樹脂可以固化，這種涂層可用于砂子或其它類型的支撐劑；

樹脂涂層支撐劑的不足之處：

1.影響常用壓裂液添加劑的性能；2.影響支撐劑充填層的交聯(lián)劑的交聯(lián)，導(dǎo)致滲透率降低；3.增加支撐劑破碎率，導(dǎo)致支撐劑返排；3C降低樹脂涂層支撐劑的影響

為減少樹脂涂層的負(fù)面影響，可采取如下辦法：

1.用纖維增強(qiáng)；2.盡可能減少樹脂涂層支撐劑的用量；3.用預(yù)固化樹脂涂層支撐劑;4.氧化破膠劑濃度較高時(shí)，避免使用可固化樹脂涂層支撐劑;5.作業(yè)前，確定壓裂液與樹脂涂層支撐劑配伍性；6.不能把樹脂涂層支撐劑與壓裂液批量混配；1.裂縫導(dǎo)流能力確定原則(1)McGuire&Sikora

圖版法—圖版說明—導(dǎo)流能力確定思路

在給定閉合壓力下，從現(xiàn)有支撐劑的導(dǎo)流能力入手，得到不同穿透比時(shí)期望獲得的增產(chǎn)倍數(shù)(壓后產(chǎn)量)。

從預(yù)期的產(chǎn)量出發(fā)，按照不同穿透比時(shí)所需要的導(dǎo)流能力選擇支撐劑。(2)辛科準(zhǔn)則(Cinco,1978)—辛科準(zhǔn)數(shù)—辛科準(zhǔn)則

Cinco認(rèn)為：準(zhǔn)數(shù)反映了支撐縫長在選擇支撐劑中的使用，雖然縫越長，所需裂縫導(dǎo)流能力越大，只要cr>10，則壓裂必然有效?！獙?shí)際應(yīng)用垂直裂縫水平裂縫2.支撐劑類型選擇—當(dāng)閉合壓力小于40MPa，可選用石英砂作支撐劑?！?dāng)閉合壓力高于70MPa，一般選用高強(qiáng)度陶粒?！?dāng)閉合壓力在40~70Ma之間可選用中強(qiáng)度陶粒?！ǔＮ覈?000m以上深井選用陶粒?！猩罹畨毫盐沧诽樟?。3.支撐劑粒徑選擇—基于閉合壓力：在閉合壓力不太高時(shí)，大顆粒能提供更高導(dǎo)流能力，而在高閉合壓力下，各種尺寸支撐劑導(dǎo)流能力基本相同，甚至小顆粒支撐劑提供的導(dǎo)流能力更高?！谠试S支撐劑填充的裂縫寬度：支撐劑在裂縫中自由運(yùn)移的最小寬度為最大顆粒的2.5~3倍?！谳斔椭蝿┑囊螅毫皆酱?，攜帶支撐劑越困難。在許多情況下，支撐劑輸送條件(主要是壓裂液表觀粘度)控制了可選擇的支撐劑尺寸。通常是按粒徑大小分批泵入，第一批粒徑小，向裂縫深部運(yùn)移，最后一批粒徑最大，沉降于井筒附近裂縫中，以提高關(guān)鍵地區(qū)滲透率。4.支撐劑鋪置濃度選擇—支撐劑濃度選擇非常重要?！罁?jù)裂縫導(dǎo)流能力和給定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果選擇?！獕毫言O(shè)計(jì)計(jì)算優(yōu)化砂比。本章內(nèi)容結(jié)束，謝謝！第三章壓裂施工4.1作業(yè)施工原則4.2壓裂施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)4.3壓裂施工程序4.4壓裂施工檢查4.5施工中特殊情況分析4.1作業(yè)施工的原則

1、施工必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，資料齊全、準(zhǔn)確；2、施工過程不能損害油氣層，有利于油氣田穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)；3、施工后井下情況清楚，管柱清潔，深度規(guī)范符合要求；4、完井后井口井場設(shè)備齊全、完好、規(guī)格，符合按時(shí)投產(chǎn)要求。4.2壓裂施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

1、油氣水井壓裂層位必須按地質(zhì)方案進(jìn)行，壓裂管柱下入深度必須準(zhǔn)確，一律使用普通油管；2、壓裂砂經(jīng)過清洗、分選，同級(jí)壓裂砂粒徑差不允許大于0.5mm，石英含量在95％以上；3、油水井壓裂要保持清潔，不許污染、堵塞壓裂層；4、不同油田，不同區(qū)塊油氣水井加砂量不一樣；5、油氣水井壓裂加砂后替擠量要嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)要求；6、油氣水井壓裂前后一律要探砂面若砂面在射孔底界以下10m不沖砂，若在10m以上要沖至人工井底；

7、水井壓裂前必須洗井合格，壓裂后用施工管柱立即轉(zhuǎn)注3～5d，然后再起出壓裂管柱，下入配注管柱；8、油水井壓裂后要注意擴(kuò)散壓力，在活動(dòng)管柱和起下作業(yè)中，不許放噴，以防吐砂；9、壓裂之后，按施工設(shè)計(jì)要求下入完井管柱，具體要求是：（1）油井下測試管柱，喇叭口深度下至射孔頂界以上5～10m；（2）油井下配產(chǎn)管柱，按配產(chǎn)設(shè)計(jì)要求下入管柱，封隔器要全部密封方可交井；（3）水井完井管柱按配注要求下入。10、施工完井，井口設(shè)備完好，不刺不漏，井場清潔，具備投產(chǎn)條件，文明施工，方可交井。4.3壓裂施工工序一個(gè)完整的壓裂工作程序如下：準(zhǔn)備→接井→井控→動(dòng)井口→安裝井口放噴器→下壓裂管柱→施工措施→替噴→試生產(chǎn)→驗(yàn)收→交井其中施工措施一般分為七個(gè)步驟：擺車→循環(huán)→試壓→試擠→壓裂（預(yù)壓）→加砂→替擠（頂替）4.4施工檢查1施工監(jiān)測一切壓裂施工都需要良好的質(zhì)量控制和有效的監(jiān)測。1.1壓裂液施工排量的監(jiān)測大型的水力壓裂施工需要大量的液體（通常多于760m3），泵入時(shí)間，一次施工需6～12h是常見的；施工期間，液體和砂子的排量即使相對(duì)很小的變化也會(huì)帶來很明顯的后果。將會(huì)導(dǎo)致很大的誤差。這種誤差會(huì)給壓裂施工帶來重大損失，很可能在最后泵入的支撐劑濃度達(dá)到最高點(diǎn)以獲得最大的效果以前，膠液已經(jīng)用完。用來監(jiān)測液體和砂子排量的大多數(shù)儀器的精度僅為±5％，需要進(jìn)行定期的檢驗(yàn)和適當(dāng)調(diào)整，使他們給施工帶來的誤差降到最低程度

1.2加砂量的監(jiān)測加砂量的測量同樣是困難的工作，整個(gè)施工過程中測量誤差很小也可能導(dǎo)致施工結(jié)論本質(zhì)上的差別。加砂量可用幾種方法進(jìn)行驗(yàn)證，所有的方法應(yīng)互相配合使用以使誤差最小。

2壓力波動(dòng)在壓裂施工過程中進(jìn)行估算時(shí)，最關(guān)鍵的問題之一是施工時(shí)的壓力波動(dòng)。為了有效的采取補(bǔ)救措施，必須正確地找出壓力變化的原因。有四種引起壓力波動(dòng)的原因，即力學(xué)問題、膠體性能變化、支撐劑濃度的改變和地層響應(yīng)。

（1）引起施工壓力異常高的最通常的力學(xué)問題是壓裂流體通過射孔孔眼時(shí)受到限制，當(dāng)流體通過孔眼時(shí)要產(chǎn)生用量降落。當(dāng)某些孔眼不能通過流體時(shí)，則其余的孔眼的流量就會(huì)增加，因而造成更高的壓力降落，這將會(huì)導(dǎo)致地面的施工壓力比預(yù)料的要高，還可能會(huì)不得不改變施工程序。如果地面的施工壓力比預(yù)料的要高，可用瞬時(shí)停泵壓力來檢測井底壓力，以便確定預(yù)計(jì)的井底壓力是否正確。已知泵入排量和施工管路的摩擦阻力，就可以計(jì)算出暢道的孔眼數(shù)，當(dāng)某些孔眼被堵塞，或者是孔眼沒有同裂縫相連通，或是孔眼直徑比預(yù)計(jì)的要小時(shí)，則計(jì)算出的暢道孔眼數(shù)就可能低于實(shí)際射孔數(shù)，套管上實(shí)際的孔眼直徑可能比射孔作業(yè)單上的數(shù)據(jù)要小，在繼續(xù)進(jìn)行壓裂施工謳歌施工前，可能需要重新進(jìn)行酸化處理或重新射孔通常在進(jìn)行正式壓裂施工以前的測試壓裂或疏通孔眼時(shí)，就應(yīng)該注意這些問題。

（2）當(dāng)壓力升高或降低時(shí)，很難確定是由于地層的裂縫性能所引起的還是由于膠液的性能所引起的，關(guān)鍵因素是發(fā)生變化的時(shí)間。如果這段時(shí)間于液體通過油管或套管所需要的時(shí)間相一致，則他可能反應(yīng)了施工液體性能的變化，其它的壓力變化通常是和裂縫幾何動(dòng)態(tài)特性的改變有關(guān)。如果確定了壓力變化是與液體性能改變有關(guān)，則應(yīng)考慮以下原因。由于難以使支撐劑濃度保持穩(wěn)定，就會(huì)因?yàn)殪o水柱壓力的升高或降低而引起壓力波動(dòng)。集合物（膠液）濃度的變化也會(huì)引起壓力的變化。聚合物混合不均勻會(huì)在壓裂液儲(chǔ)罐內(nèi)形成不同濃度的分層，這樣，有時(shí)會(huì)造成在一罐液體將要用完時(shí)引起壓力升高，而在開始使用另一罐液體時(shí)引起壓力降低，均勻的混合將會(huì)減少這種影響。倒換不同密度的支撐劑將同樣影響壓力變化。

當(dāng)施工液體不能很好交聯(lián)時(shí)，壓力可能降低，在液體通過管柱的整個(gè)時(shí)間內(nèi)，都可能會(huì)發(fā)生壓力降落，這種情況需盡快的進(jìn)行糾正，它經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致脫砂，這是由于支撐劑輸送能力下降，裂縫寬度隨著粘度的降低而減少、液體濾失可能增加的緣故。當(dāng)膠聯(lián)劑加入太快時(shí)，會(huì)導(dǎo)致膠聯(lián)劑濃度太高，也會(huì)造成壓力升高。隨著注入排量的增加，壓力波動(dòng)會(huì)更大，主要因?yàn)樗c摩阻有關(guān)。當(dāng)注入排量較低時(shí)，可能不會(huì)發(fā)現(xiàn)與膠液性能有關(guān)的問題，但仍然有害。有地層裂縫性能引起的大的壓力變化通常會(huì)造成裂縫穿出壓裂層或脫砂。

（3）脫砂前壓力上升通?？梢钥醋魇菍⒊霈F(xiàn)脫砂的早期征兆，但并不一定出現(xiàn)。當(dāng)壓力突然增加時(shí)，脫砂通常是發(fā)生在靠近井筒的地方，其原因可能是錯(cuò)誤的泵入了非常高的砂濃度，因膠聯(lián)不好造成膠液粘度降低，或者是孔眼受到限制等，這種情況幾乎沒有什么早期征兆，所能采取的補(bǔ)救措施也很少。在施工過程中，由于液體和支撐劑混合不好等問題而造成過早的脫砂時(shí)，只能修改壓裂設(shè)計(jì)，采取折中方案，對(duì)井進(jìn)行返排，使堵塞的孔眼打開。如果可能在重新泵入。

距離井筒有一定距離的地方，會(huì)發(fā)生一些其它類型的脫砂，這種壓力上升在開始時(shí)是逐漸的，然后隨著裂縫充滿砂子，上升急劇加快，地面施工壓力有明顯上升趨勢。此時(shí)，可能會(huì)有一個(gè)或幾個(gè)壓力上升尖峰，這種現(xiàn)象通常出現(xiàn)在壓力陡增之前，這肯定會(huì)導(dǎo)致脫砂，在一個(gè)區(qū)域里多次施工的經(jīng)驗(yàn)可為是否出現(xiàn)脫砂現(xiàn)象提供參考，當(dāng)出現(xiàn)上述現(xiàn)象時(shí)，足以確定會(huì)出現(xiàn)脫砂，需及時(shí)從管柱內(nèi)將支撐劑沖洗出來。

最后的沖洗大多數(shù)的攪拌器都有“清潔/含砂”的旁通管線。重要的是將最后的最大的支撐劑濃度的液體干凈地替換為清潔液體，并泵入適量頂替液，從地面管線到射孔段頂部以上的油管（考慮到管徑變化和流量誤差，最好在射孔段頂部以上約15～30m）中的砂子被頂替。井底要有足夠長的口袋，以便在液柱停止以后，井筒中的剩余支撐劑能夠落在底部射孔以下的位置。如果攪拌器無（或不能）旁通，應(yīng)使用密度計(jì)來控制最后的頂替或沖洗。當(dāng)停止向攪拌器輸送支撐劑時(shí)，攪拌器內(nèi)的含砂濃度將會(huì)逐漸降低。當(dāng)井口的砂密度計(jì)讀數(shù)開始下降，就開始使用頂替液，這樣就可保證不會(huì)將最后的高含砂濃度過渡沖洗。在地面管線內(nèi)，沖洗液可能會(huì)有些損耗或同其它液體有些混合，所以，在井口的密度計(jì)應(yīng)該總是被用來監(jiān)測最后的濃度，以確保最終含砂濃度達(dá)到設(shè)計(jì)要求并將最后階段的砂子運(yùn)送到靠近井筒的裂縫中。

裂縫閉合和液體返排關(guān)井時(shí)間取決于最后泵入膠液的破膠時(shí)間和裂縫閉合時(shí)間，在進(jìn)行返排以前，需滿足這兩個(gè)時(shí)間。應(yīng)在近似于井下溫度剖面的情況下井下破膠試驗(yàn)，這個(gè)溫度刨面是由裂縫溫度模型確定的。壓裂液樣品可以放在現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)室的熱浴中，當(dāng)壓裂液樣品在地層溫度下破膠時(shí)，井下返排才安全。過早的將沒破膠的膠液井下返排可能會(huì)將井筒附近裂縫中的支撐劑帶出來，從而造成井筒附近的導(dǎo)流能力降低，而在井筒附近最需要高導(dǎo)流能力。在此過程中，給定地層、井深和油田區(qū)塊內(nèi)有關(guān)膠液系統(tǒng)和壓裂施工后返排工作的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)會(huì)提供有意義的指導(dǎo)。需按預(yù)先確定的排量進(jìn)行返排，以防止從裂縫中排出油氣。在井口安裝雙油嘴和雙閘門，可以允許在一個(gè)油嘴照常控制油氣流的同時(shí)關(guān)閉另一個(gè)油嘴并進(jìn)行更換，如果破膠不好的膠液從井筒帶出支撐劑，將會(huì)造成嚴(yán)重的磨損。在返排期間，所有通向廢液坑的管線必須用兩個(gè)鐵樁固定，以防止其抖動(dòng)：井口上的油管/套管環(huán)空閥門應(yīng)稍微打開，這樣當(dāng)返排液體加熱環(huán)空中的液體時(shí)，這閥門可以泄壓。如果環(huán)空閥門關(guān)閉，由于溫度上升，會(huì)造成環(huán)空的壓力上升，這樣可能會(huì)造成套管破裂或油管擠扁。壓不開的原因分析壓竄的原因分析砂堵的原因分析壓裂管柱活動(dòng)困難的原因分析沉砂的原因分析4.5施工中常見問題分析目的層無注入量

低排量持續(xù)高壓不降壓不開的原因分析地質(zhì)因素管柱因素井身因素地層物性較差，吸液困難，在地面設(shè)備及井下工具所承受的壓力范圍內(nèi)無法把地層壓開，形成裂縫。射開厚度小，中區(qū)高臺(tái)子油層，外圍扶楊油層。

、處理措施

地質(zhì)因素地層壓不開的主要原因在不超壓的基礎(chǔ)上瞬間起停泵憋放擠酸管柱因素噴砂器被砂埋組配或下井壓裂管柱有誤壓裂管柱不通由于作業(yè)隊(duì)技術(shù)員疏忽或是小班工人下管柱時(shí)大意，將卡距卡在了未射井段上，造成壓不開。壓裂人員要熟知管柱結(jié)構(gòu)，及時(shí)做出準(zhǔn)確地判斷，提出合理的處理措施。

我們可根據(jù)泵入壓裂液的數(shù)量大致推斷出不通的位置。目的層壓不開的主觀原因壓裂施工中替擠量不足上提管柱過程中地層吐砂井身因素堵塞炮眼常常出現(xiàn)在水井中，由于注入水中的金屬離子和雜質(zhì)，對(duì)炮眼造成的污染，導(dǎo)致在管柱限壓內(nèi)壓不開。多發(fā)生在壓裂第二層以上的層位。處理辦法通常是將卡在壓不開井段的卡距下放至已壓開井段或上提到其它高滲透油層上，然后小排量起泵推注，酸到位后再將管柱調(diào)整到原位置。

如果是深井底部下有導(dǎo)壓噴砂器的，可通過正、反洗井，將臟物循環(huán)洗出。對(duì)待這類壓不開井，一是采用瞬間起停泵憋放，二是采取迅速大幅度上下活動(dòng)管柱的措施。通過封隔器活塞式的抽吸作用，將堵塞物排出。

、射孔炮眼污染嚴(yán)重

、壓前擠酸不到位

、油套環(huán)形空間有泥漿或死油

、射孔質(zhì)量問題

造成炮眼數(shù)量少或無炮眼。解決的方法只有重新射孔。

、油井結(jié)蠟嚴(yán)重

下壓裂管柱時(shí)把死蠟推到目的層，導(dǎo)致炮眼堵塞壓不開，處理措施：壓前用熱水清洗油層或刮蠟。常出現(xiàn)在過渡帶井中。

壓竄的原因分析1、壓裂過程中地層竄槽引起的套噴

地層竄分上竄、下竄兩種，上竄比較容易判斷，因?yàn)樯细Z會(huì)引起套噴。導(dǎo)致上竄的主要原因是由于被壓層位的上夾層比較?。?～4m）。如果上面的地層也是預(yù)壓層位，那么采取的折中辦法就是兩層合壓。如果上面有射孔井段，但不是預(yù)壓層位（沒封隔器）那么就只能停止施工，與廠家聯(lián)系擴(kuò)層。固井質(zhì)量差也會(huì)導(dǎo)致壓竄。壓竄的原因分析2、壓裂過程中由于封隔器壞引起的套噴

封隔器是用來封隔油套環(huán)形空間的一種工具，如果封隔器損壞，其膠筒不能膨脹，無法封隔油套環(huán)形空間時(shí)，則形成套噴。上封隔器損壞形成的套噴現(xiàn)象非常明顯，因?yàn)橛吞淄耆幱谶B通狀態(tài)。我們可以通過上提驗(yàn)封的辦法來判斷。壓竄的原因分析3、壓裂過程中由于油管打洞、斷裂引起的套噴

油管打洞、斷裂形成的套噴與上封隔器損壞形成的套噴同屬油套連通的一種，現(xiàn)象比較明顯。如果是在卡距以上斷裂，那么油套連通就會(huì)形成套噴，如果斷裂處是在卡距內(nèi)，此時(shí)上級(jí)封隔器還在工作，不會(huì)有套噴現(xiàn)象，但油管此時(shí)會(huì)上頂，壓力也會(huì)有明顯的下降。壓竄的原因分析4、配錯(cuò)或下錯(cuò)管柱引起的套噴

1）單層壓裂:單層壓裂都是一封一噴或兩封一噴，一封一噴多為探井。如果油管下錯(cuò)，使封隔器卡在被壓層的炮眼上，壓裂時(shí)攜砂液就會(huì)通過上封隔器上面的炮眼進(jìn)入套管形成套噴。處理措施：正確調(diào)整管柱深度。

2）多層壓裂:（普通型管柱）多層壓裂時(shí)管柱配錯(cuò)，對(duì)壓裂施工是極其危險(xiǎn)的，出現(xiàn)的情況，也很復(fù)雜，包括：壓不開、套噴、油管打洞、損壞封隔器、卡管柱等一系列嚴(yán)重問題，一旦起車有套噴現(xiàn)象，要堅(jiān)決終止施工，核對(duì)井上管柱記錄或上磁測查找原因。

1、壓裂液性能2、地層物性的變化3、施工操作允許壓力壓力大幅上升砂堵的原因分析砂堵的原因分析1）壓裂液性能低濾失性高攜砂性熱穩(wěn)定性抗剪切性砂堵的原因分析1）壓裂液性能

a:壓裂液濾失量過大，會(huì)大幅度降低前置液在縫中利用效率，使裂縫幾何尺寸達(dá)不到設(shè)計(jì)的規(guī)模。加砂過程中由于壓裂液大量濾失，造成裂縫端部脫砂，隨著時(shí)間的增加，砂比加大，脫砂量增加，泵壓會(huì)逐漸升高至最高允許壓力，而被迫停砂、停泵。從施工曲線上看，當(dāng)壓力曲線未直線上升以前是地層內(nèi)發(fā)生脫砂，壓力直線上升則是噴砂器和炮眼砂堵，施工中的防治措施是前置液要用交聯(lián)壓裂液，粘度要稍大于攜砂液。

b:加砂過程中，壓裂液粘度突然變低，導(dǎo)致攜砂能力變差也是發(fā)生砂堵的主要原因。施工曲線的特征是：排量曲線突然上升一個(gè)臺(tái)階，當(dāng)這一階段的攜砂液到達(dá)井底后壓力上升。粘度越低，性能越差，砂比越高，壓力上升到最高允許壓力的時(shí)間間隔也就越短，造成措手不及的砂堵。因此，在施工中，工程技術(shù)人員應(yīng)細(xì)心觀察排量曲線變化，負(fù)責(zé)加砂人員應(yīng)密切注意交聯(lián)液濃度變化，及時(shí)調(diào)整基膠比

c:壓裂液穩(wěn)定性差，抗剪切能力差，會(huì)造成攜砂液進(jìn)入地層以前已經(jīng)破膠，支撐劑在近井筒附近的地層沉積形成砂橋而堵井。施工過程中的表現(xiàn)是：交聯(lián)劑的用量比平時(shí)大許多，但是壓裂液成膠不好，經(jīng)壓裂車大泵剪切后攜砂能力降低。主要原因是壓裂液配制過程中，粘度不夠，或者是配液的水中鹽離子的作用，使交聯(lián)劑不能正常發(fā)揮作用。

a:有斷層的地層會(huì)造成砂堵。砂堵的原因分析2）地層因素

b:油層砂體的非均質(zhì)性如巖性尖滅等會(huì)導(dǎo)致裂縫的規(guī)模受限形成砂堵，在過渡帶和油田邊緣易發(fā)生此類砂堵。

c:地層天然裂縫發(fā)育良好或者壓裂時(shí)產(chǎn)生的微裂縫多，施工時(shí)易發(fā)生堵井，原因是壓裂液的濾失量過大，工作效率降低?？刹捎眠m當(dāng)增大膠聯(lián)劑量，增加壓裂液粘度的方法或是粉砂預(yù)處理的方法進(jìn)行預(yù)防。

d:水井比油井產(chǎn)生堵井的可能性大，注水層具有較高的孔隙度和連通性,導(dǎo)致施工時(shí)濾失量大。處理措施：提高排量，降低砂比。砂堵的原因分析3）施工操作不當(dāng)造成砂堵

a:前置液少，動(dòng)態(tài)縫寬不夠，容易形成砂堵。。

b:加砂過程中，由于設(shè)備損壞、儀器故障停車更換或修理，會(huì)造成沉砂堵井。這些故障有多種情況：壓裂車抽空、混砂車零部件故障、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)失靈、井口設(shè)備破裂。預(yù)防措施就是保證高壓部件在檢定周期內(nèi)使用。

c:砂比提升過快，容易形成砂堵。

壓裂管柱活動(dòng)困難的原因分析

活動(dòng)管柱是壓裂作業(yè)中的一項(xiàng)重要工序，它的快慢直接影響到作業(yè)和壓裂的進(jìn)度，同時(shí)也關(guān)系到施工的效益，所以如何預(yù)防和處理管柱活動(dòng)不開是非常關(guān)鍵的。在壓裂施工過程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生管柱活動(dòng)困難的現(xiàn)象，原因很多，但主要分為以下六種類型：封隔器質(zhì)量不好在高壓作用下膠筒不收縮，而導(dǎo)致封隔器不解封

封隔器質(zhì)量的好壞直接影響到活動(dòng)管柱的難易程度。正常情況下，在壓裂結(jié)束后，會(huì)看到套壓表的套壓明顯上升，這表明封隔器已經(jīng)解封，壓裂層位的壓力已經(jīng)傳到井口，這時(shí)候管柱就很容易活動(dòng)開。如果封隔器的質(zhì)量不好或在壓裂結(jié)束后封隔器的膠筒不收縮，這樣會(huì)給活動(dòng)管柱帶來很大的困難。出現(xiàn)這種情況，如果多次活動(dòng)不開，我們應(yīng)采取平衡套壓的方法，使封隔器膠筒上下壓力趨于相近，迫使封隔器收縮。封隔器的水嘴被堵死，導(dǎo)致封隔器不收

在施工時(shí)曾遇到過這種情況。在壓完兩層后，準(zhǔn)備上提管柱壓第三層時(shí)，上提管柱過程中遇到困難，當(dāng)時(shí)套壓也比較高，可是封隔器就是不收縮。后來，重新連接好了壓裂管柱，正向大排量向地層注入壓裂液，然后停泵，瞬間憋放，再活動(dòng)管柱，結(jié)果很快就活動(dòng)開了。

這種方法是將封隔器水嘴的堵塞物在憋放過程中排出，使膠筒內(nèi)的壓力釋放，封隔器收縮。地層竄槽導(dǎo)致管柱活動(dòng)不開

壓裂施工中由于地層竄槽或封隔器壞，攜砂液從油套環(huán)形空間上竄，使支撐劑沉落到最上級(jí)封隔器上，導(dǎo)致上封隔器被砂埋，而使管柱活動(dòng)不開。目前薄夾層井壓裂施工很多，在加砂過程中，發(fā)現(xiàn)套壓持續(xù)升高，打開套管閘門，套管溢流越來越大，此時(shí)判斷是地層竄槽，應(yīng)立刻停砂替擠，當(dāng)套管內(nèi)無壓裂砂后，活動(dòng)并上提管柱。如果地層上竄，沒能得到正確及時(shí)的處理，管柱被沉砂埋死，將給施工帶來極大的不便，嚴(yán)重的可能發(fā)生工程事故。在施工過程中一旦確認(rèn)是地層竄槽，則應(yīng)立即停砂，進(jìn)行替擠，避免出現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)損失。封隔器發(fā)生塑性變形，管柱活動(dòng)不開

普通封隔器的承受壓力一般在40MPa左右，當(dāng)壓力持續(xù)偏高或在瞬間壓力過高時(shí)，有可能使封隔器內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生塑性變形，使其活動(dòng)受阻。

為了減少這種現(xiàn)象的發(fā)生，除選用質(zhì)量好的封隔器之外，在施工過程中要控制施工壓力，在封隔器能承受的壓力范圍內(nèi)施工。作業(yè)施工過程中，油套環(huán)形空間掉下落物卡住封隔器，導(dǎo)致管柱活動(dòng)不開

因此在作業(yè)施工過程中，我們應(yīng)該嚴(yán)細(xì)認(rèn)真，文明施工，這種事故是完全可以避免。套管變形，導(dǎo)致管柱活動(dòng)不開

在下壓裂管柱施工過程中，套管無遇阻現(xiàn)象，但在起壓裂管柱時(shí)，套管變形，這種現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。

管柱活動(dòng)不開的原因有很多，只要我們提前預(yù)防，正確處理，將會(huì)減少工程事故的發(fā)生。沉砂的原因分析

沉砂就是在壓裂施工中由于機(jī)械設(shè)備故障、下井原材料、工具質(zhì)量不過關(guān)或人為操作不當(dāng)?shù)仍蛞鸬膲毫压苤鶅?nèi)或油套環(huán)形空間內(nèi)填砂。

下面我們主要通過現(xiàn)場施工來分析沉砂的形成原因，了解如何預(yù)防和避免此類事故的發(fā)生。

替擠過程中，由于替擠量不足,使管柱中壓裂砂未全部替入地層，從而形成沉砂。

此類沉砂現(xiàn)象屬于人為造成，所以減少或避免此類事故發(fā)生的根本就是在于技術(shù)操作人員本身，要求是在替擠過程中必須嚴(yán)、細(xì)、準(zhǔn)，做到不超不少。加砂過程中因井口設(shè)備或地面管匯破裂停止施工，也可能造成沉砂。

在加砂過程中如果井口設(shè)備或地面管匯破裂，必須緊急停車更換，支撐劑在管柱內(nèi)沉積，如果不及時(shí)起車就會(huì)造成沉砂。此類沉砂現(xiàn)象屬于高壓部件質(zhì)量問題引起，所以在壓前的準(zhǔn)備過程中，必須進(jìn)行嚴(yán)格的檢查、試壓，不能麻痹大意。壓裂施工過程中，由于設(shè)備原因而引起的沉砂

由于壓裂液成膠不好或排量低，支撐劑會(huì)沉在混砂車出口的管道中，重新起車時(shí)，如循環(huán)不凈，支撐劑就會(huì)被帶入管柱中，這時(shí)由于剛起車沒有壓開裂縫，支撐劑堆積在噴砂器和油套環(huán)空中，形成沉砂。因此壓前做好循環(huán)，將會(huì)避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。壓后上提時(shí)噴砂器被打壞，返排時(shí)造成沉砂。

壓裂施工后，需要關(guān)井?dāng)U散壓力，如果擴(kuò)散時(shí)間不夠，壓裂液沒有破膠，或是地層沒有閉合，在返排過程中，地層就會(huì)吐砂，如果此時(shí)噴砂器凡爾罩被打壞，所吐出的支撐劑將會(huì)從噴砂器進(jìn)入油管，當(dāng)壓力平衡后迅速沉積在壓裂管柱內(nèi)，造成沉砂。因此保證擴(kuò)散時(shí)間是減少此類事故發(fā)生的關(guān)鍵。匯報(bào)有不妥之處請(qǐng)領(lǐng)導(dǎo)批評(píng)指正！謝謝大家!

第四章