压裂工艺技术2010.11.1

高强度超低密度支撑剂－ULW
ULW 1.25支撑剂－化学改性核桃壳
ULW 1.75 支撑剂－树脂涂层的多孔陶粒
5、压裂工艺
①油层混压工艺
油井中所有欲压裂的层段已经一次射开，油管完成在射开层以 上，进行压裂施工。 根据注入方式的不同可分为： 油管注入（油管多为89mm油管） 油套混进，油管与套管一同注入压裂液，井内油管多为73mm油管 光套管注入，井内不下入管柱或管柱下入很浅。常用于煤层气压 裂 油套环空注入。
增加裂缝宽度（增大裂缝渗透率）：


污染井
q
Kh Pe Pw µln re / rw
Kh Pe Pw q µln re / rw
ln re / rw K= rd re 1 1 ln + ln K d rw K o rd
裂 缝 渗 透 率 、 缝 长 、 与 油 层 阻 力 的 关 系
裂缝的渗透率越高、裂缝越长、地层等效阻力就越小
油井压裂增产应注意以下问题：
①中低渗透层压裂，效果比较明显。 ②当裂缝渗透率远远高于地层渗透率时，地层阻 力会大大降低。 ③油井压裂效果与地层压力有近似直线关系（注 采关系）。 在相同条件下地层压裂越高，增产倍数越 大，压裂效果越好。
4、水力压裂材料


油层混压工艺选井原则： 油层套管强度高，完井方式单一。 压裂层位集中，无其它已射层，常在新井应用。 压裂工艺要求的排量大。 缺点： 砂堵后不易处理。 不易判断分析压裂进程。 套管承压高。

喇叭口 人工井 底
`
②投球分选压裂工艺
由于地层或其他原因不能应用封隔器进行分层压裂。该工 艺技术利用各层间破裂压力不同，首先压开破裂压力低的层段进 行加砂，然后再注顶替液时投入堵球，将其孔眼暂时堵塞，再提 高压力压开破裂压力较高的层段，也可利用各层渗透性的差异， 在泵注的适当时机泵入堵球，改变液体进入产层的分配状况，在 渗透性较差的层段建立起压力，直至破裂， 如此反复进行，直到更多的层段被压开。 优点： 在封层压裂中，工程风险较小。 适合长井段压裂。 缺点： 用液量多。 压裂结果不易判定。
不动管柱封隔器连续分层压裂工艺 特点： 一次管柱实现多层压裂； 在作业过程中无须动管柱； 可实现反洗井，减小砂卡的影响； 合层开采； 缩短作业周期，降低作业费用。
Y241分层压裂管柱结构
9、压裂施工



配置压裂液体，控制各种添加剂浓度调配压裂液 交联性能 应用压裂设备，在地层岩石中压出裂缝 创造出设计所模拟的裂缝几何尺寸，关键指标是 排量 按设计要求把支撑剂加入地层中 铺设导流能力所要求的支撑剂浓度
2、压裂增产机理
研究方法：电模拟 未污染井压裂增产机理研究：分为无裂缝和有裂缝 两种情况。
无缝井流型
电位分布图
有裂缝油井的流型图
特征：

等位线间隔较大，表示压降坡度小。 间隔均匀，表示压力呈线性递减。 流线趋于平行，表示流动趋于单向流。 电位椭圆变得十分扁平。 电位线间隔变大，表示压降减小。 间隔更加均匀，表示压力呈线性降低。 流线更接近平行线，表示表示流动接近单向流。
10000 jxyp Eta = f (t) T = f (t) 120
100
80
Eta [mPas]
1000 60
40
100 0
14
28 t
42 [min]
56
20 70
Thermo Electron (Karlsruhe) RheoWin Pro 2.97
T [癈]
高温压裂液体系 利用有机锆交联剂和硼交联剂复合可进行二次交 联, 耐温能力180℃。 0.6%HPG+0.5%gx+0.3%抗氧剂) 基液粘度105mPa·s 交联时间60s, pH=10.5 冻胶弹性、挑挂性能很好

压裂前期工作



井筒准备 射孔 压井 起出井内管柱 下压裂管住，坐封隔器 井口安装、固定
压裂车组准备



装载（工具、化工料/水） 水质分析，确定配方 配液 质量检测 设备捆绑固定、工具检查
BZ25-1井设备摆放规划
45m3不 锈钢罐
仪表车
放置在压裂 罐上的指挥 房和实验室
①压裂液
要求：安全、易配制、稳定性好、与地层岩石和地下 流体配伍、悬浮好、粘度高、滤失少 、低摩阻、低残 渣、易返排 、成本低。 分类：水基压裂液、油基压裂液、乳化压裂液、泡沫 压裂液、酸基压裂液、增能压裂液。
压裂液优化中需要把握的关键点：

根据储层敏感性确定压裂液种类； 根据地层伤害要因优化添加剂； 根据工艺参数设计液体性能指标； 其它如抗剪切能力、延迟交联时间、耐温性能、 携砂能力、低摩阻及返排能力等也是优化配方要考虑 的。 最重要的是满足工艺条件下的低伤害原则

管汇
连接2个压力传感 手动高压阀 3寸单流阀 2寸排空阀
整体 高压 管线 连接
3寸软管线
测试压裂

注满井筒、注入2%kcl 停泵


记录压降
注入压裂液 记录压降 分析地层参数和压裂液滤失 修改调整主压裂程序
压力反应曲线 ①油层破裂；②延伸； ③瞬时停泵；④闭合压 力降；⑤再破裂；⑥返 排时闭合压力；⑦近似 油层压力；⑧回弹闭合 压力 测试压裂必须得到下列精确测试值：裂缝闭合压力、 裂缝闭合时间、压裂液效率压裂液初虑失体积、虑失 系数。
支撑剂两大类型，前者以石英砂为代表（强度2135MPa），后者则以陶粒（强度可达105MPa）为代
表。
石英砂


圆球度：一般在0.7左右。 表面光滑度：中等。 密 度 ： 体 积 密 度 为 1.60×103kg/m3 ， 颗 粒 密 度 为 2.66×103kg/m3。 适用于浅层和中深 层（1500m）。

Байду номын сангаас
强度高、硬度适中 粒径均匀，圆球度好通常使用的是砂粒直径（0.4250.85mm） 化学温度稳定性好 质量高，杂质含量少

密度适中
货源广、价格低
⑥常用支撑剂的类型 石英砂、人造陶粒、玻璃球、胡桃壳、塑料珠、 铝丸在内的许多材料都可以用于支撑水力裂缝。
目前压裂用支撑剂大致可分为天然支撑剂与人造
④支撑剂

水力压裂的目标是在油气层内形成足够长度的高导流能力填砂裂 缝，所以，水力压裂工程中的各个环节都是围绕这一目标，并以 此选择支撑剂类型、粒径、和携砂液性能，以及施工工序。 影响裂缝导流能力的因素： 支撑剂的组分 支撑剂的物理性能 支撑剂充填层的渗透率

闭和后裂缝内聚合物浓度影响
地层中细小微粒在裂缝中的移动 支撑剂长期破碎性能
包膜过硫酸盐 高温氧化剂
20-50
50-93 93-160
适应于低温和高PH值
快速破胶时可应用高浓度 含有过硫酸盐时破胶快
胶囊破胶技术
胶囊最高应用温度 - 177ºC
(双层) 胶囊技术
裂缝闭合
胶囊破胶剂不会滤失到 地层, 因此能够更有效 的清除裂缝内部的残胶 低伤害 高伤害
③压裂液测试

在评价任何一种压裂液时要求进行大量的实验室评价 和测试主要包括： 流变性、摩擦力、粘度降低能力（破胶）滤失性、配 伍性、稳定性（混合、温度与时间）、携砂特性、残 渣特性、伤害特性等。
石英砂


优点： 适用于低闭合压力的各类储层。 相对密度较低，便于施工泵送。 价格便宜。 缺点： 强度较低，不适于在中、高闭合压力的压裂层中使用。 抗压强度低，破碎后将大大降低裂缝的导流能力。
陶粒

类型：中强度支撑剂(ISP) 、高强度陶粒支撑剂 特点 强度很高。 长期导流能力高。 密度较高(2700~3600kg/m3)，泵送困难。 加工工艺困难，价格昂贵。
③封隔器分层压裂工艺
在压裂管柱上连接封隔器，隔开不同层段进行分层压 裂。 单封隔器分层压裂：对封隔器下面层进行压裂。 多封隔器分层压裂 ：在射开多层的油井中，对其中任意 一层进行压裂。 封隔器分层压裂优点： 压裂目的层明确，针对性强，有效率高 可满足复杂井身结构的井，地层适应性较强 封隔器分层压裂缺点： 油管摩阻较高 工程风险高，投资较大
施工步骤-1


准备 装化工料及支撑剂 设备检查测试 运至目的地 过滤水、配液
常规原胶液配制顺序
清水→杀菌剂→氯化钾→稠化剂（胍胶）→粘稳剂→助排剂→ PH调节剂
施工步骤-2
配液 安装砂囤 连接设备 压力测试 停泵 测试压裂 修改设计 压裂施工 拆除设备及管线，清洁井场
④水力压裂的其他作用 调整生产剖面 沟通地层含油透镜体 沟通地层内部微裂缝
压裂施工过程：设计、准备、施工、测试、分析、 返排。 压裂工艺技术：井位优选、设计技术、施工技术、 材料。 相关学科：断裂力学、岩石力学、化学、材料力学、 流体力学等。
在应用增产措施技术之前，必须准确掌握油蔵地 质、采油工程、材料工程等知识的内容，只有这样才 能找到最佳的造缝方式。
水力压裂工艺技术
酸化压裂作业部
1、 水力压裂基础
①水力压裂：水力压裂就是利用压裂车组将一定 粘度的液体以足够高的排量沿井筒注入油气层，由于 注入速度远远大于油气层的吸液速度，所以多余的液 体在井底憋起高压，当此压力和进入油气层的液体使 井壁上某处的岩石所受的应力超过岩石强度后，油气 层就会在此处开始破裂形成裂缝。
支撑剂影响裂缝导流能力的物理性能 支撑剂的强度 支撑剂的粒径和粒径分布 细小微粒和杂质含量 支撑剂的圆度和球度 支撑剂的密度 提高裂缝导流能力的方式 增加支撑剂浓度以产生较宽的裂缝 用较大尺寸的支撑剂以产生一个渗透率更高的缝 改变支撑剂类型以获得更高强度

⑤压裂对支撑剂特性要求