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采油工程第5章水力压裂技术

采油工程第5章水力压裂技术
第5章 水力压裂技术
5.1 造缝机理 5.2 压裂液
5.3 支撑剂
5.4 压裂设计
5.5 压裂设备及工艺方法
思考题
第5章 水力压裂技术
水力压裂是利用地面高压泵组,将高粘液体以大大超
过地层吸收能力的排量注入井中,在井底憋起高压,当此压 力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时在井底附近 地层产生裂缝。继续注入带有支撑剂的携砂液,裂缝向前延 伸并填以支撑剂,关井后裂缝闭合在支撑剂上,从而在井底 附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝, 使井达到增产增注的目的。 水力压裂增产增注的原理主要是降低了井底附近地 层中流体的渗流阻力和改变了流体的渗流状态,使原来的径 向流动改变为油层流向裂缝近似性的单向流动和裂缝与井筒 间的单向流动,消除了径向节流损失,大大降低了能量消耗。 因而油气井产量或注水井注入量就会大幅度提高。
3.泡沫压裂液 泡沫压裂液是用于低压低渗油气层改造的新型压裂液。 其最大特点是易于返排滤失少以及摩阻低等。基液多用淡水、 盐水、聚合物水溶液;气相为二氧化碳、氮气、天然气;发泡 剂用非离子型活性剂。泡沫干度为65%~85%,低于65%则粘 度太低,超过92%则不稳定。 泡沫压裂液也具有不利因素 (1)由于井筒气一液柱的压降低,压裂过程中需要较高的 注入压力,因而对深度大于2000m以上的油气层,实施泡沫压 裂是困难的。 (2)使用泡沫压裂液的砂比不能过高,在需要注入高砂比 情况下,可先用泡沫压裂液将低砂比的支撑剂带人,然后再泵 人可携带高砂比支撑剂的常规压裂液。 泡沫压裂液的粘度稳定性取决于泡沫干度(泡沫质量),即 气体体积与泡沫液总体积之比,典型值为70%~80%。
z X y z y X
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
X
图5-4 人工裂缝方向示意图

第6章 水力压裂技术(20130325)

第6章 水力压裂技术(20130325)

(2)破裂压力计算方法
裂缝方位: 水力裂缝总是沿着垂直于最小主应力方向延伸。 (1)σz=min(σx ,σy ,σz) 水平缝 垂直缝
(2)σx(σy)=min(σx ,σy ,σz) 方向:取决于最小主应力方向
4.破裂压力梯度
破裂压力梯度用下式表示:

地层破裂压力 油层中部深度
浅层:水平缝
2)粒径及其分布 3)支撑剂类型与铺砂浓度 4)其它因素 如支撑剂的质量、密度以及颗粒园球度等
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第四节
压裂设计的任务:
压裂设计
优选出经济可行的增产方案
压裂设计的原则:
最大限度发挥油层潜能和裂缝的作用 使压裂后油气井和注入井达到最佳状态
压裂井的有效期和稳产期长
压裂设计的方法:
根据油层特性和设备能力,以获取最大产量或经济效 益为目标,在优选裂缝几何参数基础上,设计合适的加砂 方案。
FRCD=Wf˙Kf=(KW)f
裂缝参数:Lf,FRCD,是最关键的因素; 最大缝宽: Wmax, Wf
4 Wmax
动态缝宽:施工过程中的裂缝宽度;~10mm 支撑缝宽:裂缝闭合后的宽度 W支;3~5mm。
一、支撑剂的要求 1.粒径均匀;
2.强度大,破碎率小; 3.圆度和球度高;
4.密度小; 5.杂质少。
(2)受地层流体压缩性控制CⅡ :
当压裂液粘度接近油藏流体粘度时,控制压 裂液滤失的是储层岩石和流体的压缩性,这是因 为储层岩石和流体受到压缩,让出一部分空间压 裂液才得以滤失进去。
C
kCf 4.3 10 P r
3
1/ 2
s 式中: μr-地层流体粘度,mPa· ;
1 C

水力压裂效果评价技术PPT课件

水力压裂效果评价技术PPT课件
第12页/共185页
第一部分 压裂压力分析
一、闭合压力确定方法 二、泵注期间的压力分析 三、压裂压力递减分析 四、微裂缝储层滤失问题
第13页/共185页
一、闭合压力(Pc)确定方法
定义: 使已存在的裂缝张开的最小缝内压力(已有
裂缝闭合时的流体压力)
理想的情况下(地层均质),pc= σmin(最小 就地主应力)
SV : 上覆应力,Pa Shi : 初始水平应力,Pa
: 毕奥特常数
pi : 地层内孔隙压力, Pa
第26页/共185页
二、泵注期间的压力分析

破裂
加砂

F 前置液
携砂液
停泵 裂缝闭合
a b
排量不变,提高砂比,压力升高 E 反映了正常的裂缝延伸
a—致密岩石 b—微缝高渗岩石
管内摩阻
裂缝延伸压力(静)
1、施工压力与时间的关系
三个方程: ➢ 裂缝宽度方程 ➢ 裂缝内压力方程 ➢ 连续性方程 三维模型多一个方程: 缝高方程
第32页/共185页
裂缝宽度方程
第33页/共185页
压力方程
缝内压力梯度取决于压裂液的流变性、液体流速、缝宽 沿缝长的压力梯度:
n
dp dx
K w 12 n
q i
h f
牛顿液(n 1, K ,压裂液粘度) :
第29页/共185页
Cater模型假设
(1)在缝长和缝高方向,缝宽度相等且不随时间变化 (2)压裂液从裂缝壁面线性地渗入地层 (3)裂缝内某点的滤失速度取决于该点接触液体的时间:
v(x,t)
C (x,t) t
t (x)
(4)裂缝内各点压力相同,且等于井底延伸压力
第30页/共185页

水力压裂力学PPT课件

水力压裂力学PPT课件

w(r) 8 pR(1 2 ) 1 (r R)2 E
▪ 椭圆裂缝的体积为:
பைடு நூலகம்
(6.1)
V
1(6 1 2)R3
3E
pnet
▪ 半径为R的裂缝扩展的压力:
(6.2)
pnet
F E 2 1 2 R
第3页/共94页
(6.3)
▪ 对于缝高hf不变和无限大(即平面应变)裂 缝其最大宽度为:
w 2 pnethf 1 2 E
▪ KGD模型假设缝高远大于缝长,包括了缝端动态过程
控制裂缝延伸的假设
第19页/共94页
6.3 三维和拟三维模型
前面简单模型的局限性: 需要给定缝高或假设产生的是径向缝
原因: 不能断定裂缝是否被限制在某一特定的地层中 由井筒(压力最高处)至缝端的过程中缝高是 变化的
解决办法: 利用平面三维3D和拟三维(P3D)模型来弥补
▪ 在缝长远大于缝高的条件下成立 ▪ 没有考虑断裂力学和缝端的影响,而主要考虑了缝内
流体的流动以及相应的压力梯度的影响
第6页/共94页
KGD模型
▪ 假设每一水平截面独立作用,即假设裂缝面任一点处裂
缝宽度沿垂向变化远比水平方向的变化慢。
▪ 在缝高远大于缝长或者储积层边界产生完全滑移的条件
下成立
▪ 缝端区域起着很重要的作用,而缝内压力可以估算
(6.35) (6.36) (6.37) (6.38)
6F 水力压裂中的动量守恒
方程(6.34)实矢量方程,其分量形式可以写为:
dui dt
p xi
xi
x
yi
y
zi
z
gi
(6F.1)
上式的左边为物质导数,它可与偏导数建立关系:

第06章水力压裂分析PPT课件

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1 Cr
Cb
4.井壁上的最小总周向应力
在地层破裂前,井壁上的最小总周向应力 应为地应力、井筒内压及液体渗滤所引起的
周向应力 之 和3 :y x . P i P i P s1 1 2 25
二、造缝条件
(一)形成垂直裂缝的条件
当井壁上存在的周向应力超过井壁岩 石的水平方向的抗拉强度时,岩石将在 垂直于水平应力的方向上产生脆性破裂, 即在与周向应力相垂直的方向上产生垂 直裂缝。造缝条件为:
th
.
26
1)当有滤失时:
x x ps x x ps
y y ps y y ps
当产生裂 缝时,井 筒内注入 流体的压 力等于地 层的破裂 压力:
pi pi
3 y x P i P i P s1 1 2
3 y x(p ip s) 2 1 1 2
h t
PF
.
PS
伸并填以支撑剂,关井后裂缝闭
合在支撑剂上,从而在井底附近
地层内形成具有一定几何尺寸和
导流能力的填砂裂缝,使井达到
增产增注目的工艺措施。 .
2
压裂材料






.
3
水力压裂的工艺过程:
憋压 造逢
裂缝延伸 充填支撑剂
裂缝闭合
压力/砂比/(MPa/%) 排量/(方/分)
80
4
70
3.5
60
3
50
2.5
1.裂缝形成条件
2.裂缝形态(垂直、水平缝)
3.裂缝方位
造缝条件及裂缝形态、方位等与井底附近地
层的地应力及其分布、岩石的力学性质、压裂
液的渗滤性质及注入方式. 有密切关系。

《水力压裂技术》PPT课件

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h
24
➢腐蚀 ➢破碎 ➢镶嵌
➢支撑挤下沉
➢破胶不彻底,胶质残余物堵塞
h
5
水力压裂的现场实施 压裂施工设备
h
6
水力压裂的现场实施 压裂施工设备
h
7
HQ2000型压裂车
外型尺寸: 11.78m×2.5m×3.97m 总 重:31.9t
前后桥距:8.7m
转弯半径:18m 离地间隙:260mm 离 去 角:24° 最高工作压力:103.4MPa 最高工作压力下排量:
h
15
几种压裂工艺
分层压裂工艺技术
油田开发进入中后期以后,层间矛盾加剧,水窜严重, 有针对性的分层压裂技术是挖潜的重要手段。
h
16
压裂防砂技术
A、树脂防砂机理
Байду номын сангаас
覆膜砂是在筛选好的石
英砂表面,涂敷一层能够耐
高温的树脂粘合剂,制成常
温下呈分散粒状的树脂覆膜
砂,施工时在泵入石英砂后
期将树脂覆膜砂尾追泵入油
层,在油层温度和压力下,
树脂粘合剂交联固化,在井
底附近形成一个渗透率较好
且具有一定强度的挡砂屏障
以达到防止地层出砂的目的

h
17
压裂防砂技术
树脂砂提高导流能力的机理主要体现在两方面: 1、树脂砂外层的树脂薄膜可以防止破碎砂粒的运动。 2、树脂砂达到一定温度后,将会胶结,使裂缝内的支撑 剂固结,这样可以进一步防止碎屑运移。
h
9
施工准备
井场准备 压裂液准备 支撑挤准备 应急方案
压裂施工
设备运转情况检查 施工监测
h
压裂液 支撑挤 管汇泵车 采油树 采油树保护器 安全会议 施工会议

水力压裂课件

水力压裂课件

2 地层流体压缩性影响的滤失系数Cc
– 地层流体可压缩,其压缩系数为CR – ΔPC=PC-PR为常数; – 渗滤前缘的位置不随时间变化。
3 造壁性影响的滤失系数Cw
– 滤饼的沉积厚度ΔLw与通过缝壁的滤失量 成比例关系,即α=Vw/ΔLw,α为累积
– 滤饼对压裂液的渗透率Kw与其厚度的大 小无关,亦即Kw
– 滤饼内压裂液的渗滤流动服从达西定律。
方法:静态法 动态法
4 动态滤失与静态滤失的比较
4 综合滤失系数
P Pw PV PC
Pw PV PV Pc PC Ps
Pw Pv
Pc
Ps
通常,用P代替PW,PV,PC
综合滤失系数
(1)调和平均法
1 1 1 1 C C1 C2 C3
(2) 压力平衡法:
压裂液的组成
• 前置液 • 携砂液 • 顶替液 (完整的压裂泵注程序中还可以有清孔液、前
垫液、预前置液)
对压裂液的性能要求
(1) 与地层岩石和地下流体的配伍性; (2) 有效地悬浮和输送支撑剂到裂缝深部; (3) 滤失少 ; (4) 低摩阻 ; (5) 低残渣、易返排 ; (6) 热稳定性和抗剪切稳定性 。
氧化破胶剂 适用于pH=3~14。普通氧化破胶剂适用温度54~93℃,延迟 活化氧化破胶剂适用温度83~116℃。常用氧化破胶剂是过 硫酸盐(过硫酸氨)、过氧化物(H202)
有机弱酸 很少用作水基压裂液的破胶剂 适用温度大于93。
油基压裂液中典型的破胶剂是碳酸铵盐、液
(3) 热应力
2 人工裂缝方位
裂缝方向总是垂直于最小主应力
• 显裂缝地层很难出现人工裂缝。 • 微裂缝地层 —垂直于最小主应力方向; —基本上沿微裂缝的方向发展,把微裂缝串成显裂

《水力压裂设计》PPT课件

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当破裂时,Pi=PF
P F3yxthP s
<2> 形成水平缝
岩石破坏条件
tv
最大有效周向应力大于垂直方向抗拉强度
有液体渗滤
zz(Pi Ps)11 2
有效总垂向应力为:
z z-Pi
z
Pi
( Pi
Ps
)
1 2 1
z
(Pi
Ps
)
1 2 1
tv
当破裂时,Pi=PF
PF
z 1
tv 1 2
Ps
1
应变
压力 行为
PKN模型与GDK模型特征比较
PKN模型
GDK模型
垂直剖面为椭园形
垂直剖面为矩形
水平剖面为(2n+2)次抛物线形
水平剖面为椭园形
裂缝长而窄
裂缝短而宽
平面应变发生于垂直剖面,层间无滑动 平面应变主要发生于水平剖面,层间有滑动
裂缝张开在垂直剖面求解
裂缝张开在水平剖面求解
井底压力随时间增加而升高,随缝长增加 井底压力随施工时间逐渐降低,随缝长增加而
Daneshy
2 假设条件
<1>岩石为均质各向同性. <2>岩石变形服从线弹性应力应变关系. <3>流体在缝内作一维层流流动, 缝高方向裂缝呈
矩形. <4>缝中X方向压降由摩阻产生, 不考虑动能和势
能影响. <5>裂缝高度和施工排量恒定.
3 理论基础
• 运用了体积平衡方程; • 压降与宽度关系由泊稷叶理论导出; • 用England和Green公式求缝宽时, 还运用了裂缝
逆断层
<3> 热应力
✓原因:地层温度变化引起的内应力增量. ✓计算方法
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层,在油层温度和压力下,
树脂粘合剂交联固化,在井
底附近形成一个渗透率较好
且具有一定强度的挡砂屏障
以达到防止地层出砂的目的

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压裂防砂技术
树脂砂提高导流能力的机理主要体现在两方面: 1、树脂砂外层的树脂薄膜可以防止破碎砂粒的运动。 2、树脂砂达到一定温度后,将会胶结,使裂缝内的支撑 剂固结,这样可以进一步防止碎屑运移。
可编辑课件
几种压裂工艺 分层压裂工艺技术
油田开发进入中后期以后,层间矛盾加剧,水窜严重, 有针对性的分层压裂技术是挖潜的重要手段。
可编辑课件
压裂防砂技术
A、树脂防砂机理
覆膜砂是在筛选好的石
英砂表面,涂敷一层能够耐
高温的树脂粘合剂,制成常
温下呈分散粒状的树脂覆膜
砂,施工时在泵入石英砂后
期将树脂覆膜砂尾追泵入油
0.803m3/min 最大排量: 1.813m3/min 最大工作水马力:2000HHP
吸入压力:36psi
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BL-1600型压裂车
外型尺寸: 11.05m×2.54m×3.96m 总 重:31.35t 转弯半径:18m 最高工作压力:103.4MPa 最高工作压力下排量:
0.688m3/min 最大排量: 1.515m3/min 最大工作水马力:1600HHP 吸入压力:36psi
➢闭合压力的增大 ➢腐蚀 ➢破碎 ➢镶嵌 ➢支撑挤下沉 ➢破胶不彻底,胶质残余物堵塞
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水力压裂的现场实施 压裂施工设备
可编辑课件
水力压裂的现场实施 压裂施工设备
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HQ2000型压裂车
外型尺寸: 11.78m×2.5m×3.97m 总 重:31.9t
前后桥距:8.7m
转弯半径:18m 离地间隙:260mm 离 去 角:24° 最高工作压力:103.4MPa 最高工作压力下排量:
水力压裂技术
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储层改造的目的
➢提高产量(更快、更多) ➢沟通储层中的天然裂缝 ➢多层地层使其生产趋于一致 ➢增加有效的泄油面积和增加可开采储量 ➢减少地层出砂、增加井筒的稳定性 ➢消除钻井液以及固井时对地层造成的伤害
可编辑课件
水力压裂 水力压裂时裂缝的形成过程
可编辑课件
压裂液的选择以及压裂液类型
即胶联液+凝胶酸+胶联液+凝胶酸(乳化酸)+顶替 液酸压工艺。该工艺的特点是交替注入胶联液和凝胶酸, 一般交替注入级数为二极,一般最高达到三级。该工艺可 以达到较大的酸蚀距离。
控高酸压工艺技术
该工艺是在前置液压开地层后注入转向剂(控底剂、 控顶剂),控制逢高的延伸。此外该转向剂还是良好的降 滤剂,可以有效降低酸液的滤失,促使酸液向地层深部穿 透。
前置液
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几种压裂技术
端部脱砂技术
在水力压裂的过程中有意识地使支撑剂在裂缝的端部脱砂,形成砂堵,阻 止裂缝进一步向前延伸。继续注入高浓度的砂浆后使裂缝内的净压力增加, 迫使裂缝膨胀变宽,裂缝内填砂浓度变大,从而造出一条具有较宽和较高导 流能力的裂缝。端部脱砂压裂成功的关键是裂缝的周边脱砂,裂缝的前端及 上下边的任何部分不脱砂都不能完全达到预期的目的。
压压前前图图片 片
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压压后后图图片片
6、转向压裂技术
目前国内外的重复压裂主要有三种方式: (1)继续延伸原有裂缝 (2)补层压出新裂缝 (3)改向重复压裂
封堵原有裂缝后,采用定向射孔技术重新射孔以保证在不同于原有裂 缝的方位 。 在压裂时用封堵剂封堵原有裂缝,改变地层水平应力大小,从而使裂 缝转向。
而变得比原来的最大主应力还大时,在一
暂堵剂
定的水平两向应力差条件下,就会产生二
次破裂进而改变裂缝起裂方位以产生新缝。
旋塞阀 水泥泵
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压裂井口管汇
砂岩酸化常用酸液体系
砂岩油层结构复杂,矿物成分多,应选择与 其储集层特征和岩石物性匹配的酸液体系。
1、常规土酸体系 2、氟硼酸缓速体系 3、自生土酸缓速体系 4、乳化酸液体系 5、缓速酸化体系 6、胶束酸体系 7、复合酸体系可编辑课件
可编辑课件
转向压裂的技术原理
暂堵剂为粘弹性的固体小颗粒,遵循 压裂井 流体向阻力最小方向流动的原则,转向剂
颗粒进入原有裂缝或高渗透层连通的井筒
的炮眼,部分进入地层中的裂缝端部或高
渗透层,在炮眼处和高渗透带产生滤饼桥
堵,使后续工作液不能向裂缝和高渗透带
进入,造成地层水平诱变应力的变化,当
原来的最小主应力有由于诱变应力的变化
高砂比技术 二次加砂技术 线性加砂技术 端部脱加砂技术 低伤害压裂液体系方面
变组份压裂施工技术
快速排液技术
压裂工艺技术方面
投球压裂技术 分层压裂技术 多层压裂技术
选择性压 裂技术
转向压裂技术
控高压裂技术
低伤害
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控水压裂技术
循环、试压、试挤、压裂、加砂、替挤
携砂液 3 携砂液 2 携砂液 1
碳酸盐岩酸化常用酸液体系
碳酸盐岩中多使用盐酸体系作为工作液,根据储集层条件、 矿物成分以及流体性质不同,对酸液配方及其物理化学性 质有不同的要求,出现了不同的盐酸体系。
1、常规盐酸体系 2、稠化酸体系 3、胶束酸酸化体系 4、乳化酸体系 5、泡沫酸体系
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酸化酸压施工程序
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交替注入工艺
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➢水基压裂液
压裂液的类型
—线性压裂液 —成胶压裂液
➢泡沫或者增能压裂液
--N2、CO2或者二者的混合
➢油基压裂液 ➢酸基压裂液
—稠化酸 —泡沫酸 —胶联酸
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支撑挤以及影响裂缝导流能力的因素
支撑挤类型
➢砂类
—新疆砂、兰州砂
➢陶瓷类 宜兴、洛阳(中等强度、高强度、比重小) ➢树脂砂
裂缝导流能力 降低的因素
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施工准备
井场准备 压裂液准备 支撑挤准备 应急方案
压裂施工设备运转情况检查 施工测可编辑课件压裂液 支撑挤 管汇泵车 采油树 采油树保护器 安全会议 施工会议
20/40 兰州砂的整个球粒视图(放大55倍)
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20/40的整个球粒视图 (放大55倍)
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压裂配套工艺技术
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