5.压裂设计依据详解

水力压裂优化设计2006年 11月 26日

1 压裂设计依据

1.1 井概况

1.2测试解释结果

1.3 岩石学特征

对整个区块进行系统的岩石学研究。

1.4 粘土矿物特征与储层敏感性

粘土矿物成分及其分布方式研究，开展储层敏感性评价试验。

1.5 储层参数评估

压裂设计前，必须了解压裂侯选井的储层地质及构造情况、进行地层测试与评价、结合所在区块位置和井对应关系，以便设计出合理的、可靠的压裂施工参数。

1.5.1 地应力

地应力包括地应力的大小和方向，地应力在水力压裂设计中十分重要的位置。剖面上的地应力影响水力裂缝高度，平面上的地应力场影响施工压力和与井网的最优裂缝几何尺寸匹配关系。

目前，所涉及到的区块并没有对地应力分布进行研究，依据我国地应力特点从整体估计地应力状况。中国大陆板块受到外部两大板块的推挤，即印度板块每年以5cm的速度推挤和太平洋板块每年以数厘米的速度推挤，同时受到西伯利亚和菲律宾板块的约束。在这样的边界条件下，板块发生变形。据陈宗基预测，其最大水平主应力迹线将沿图示曲线延伸。

图1-1 我国地应力分布概图

据李方全研究，按行政区域划分：(1)中等构造应力区包括河北、山西、吉林延吉地区、辽宁南部、山东等；(2) 低构造应力区包括：江苏、浙江、黑龙江、吉林及内蒙古大部分地区。

水力压裂设计中，没有地应力资料和其它测试资料以判定人工裂缝方位，并结合水平主应力方向与井网部署确定压裂改造规模。但作为探井压裂，必须考虑到存在的附加风险，应将地应力适当高估。

1.5.2 岩石力学性质

岩石力学性质主要指储层、盖层和底层的杨氏模量、泊松比和断裂韧性值，它们对裂缝几何尺寸有很大的影响, 它可能决定了压裂的成功或失败。岩石力学性质可通过取心在实验室测试，由于储层岩石的非均质性、地面与储层条件的差异，测试结果与实际情况有一定出入。现场常用长源

距声波测井结合密度测井计算岩石弹性模量和泊松比。但长源距声波测井得到的是动态值，而在压裂作业中使用静态值更合理。

1.5.3 孔渗饱参数

这是最基本的参数要求，可采用岩心常规分析技术或岩心特殊分析技术确定，后者可模拟就地条件，因而分析结果更可靠。试井分析可以进一步评价地层，确定储层的渗透率、表皮系数、地层压力及其它性质。1.6 压裂设计主要参数

1.6.1 地层压力

预测本井压力系数和压力。

1.6.2 地层温度

1.6.3 孔渗饱参数

1.6.4射孔参数

1.6.5 地应力与破裂压力估计

取上覆岩石密度，结合该地区地层压力和构造分析，估计井的主应力为：垂向应力，最小水平主应力，最大水平主应力。水力压裂裂缝为垂直裂缝/水平缝。

Eaton法估计地层破裂压力只适于地层沉积较新、受构造影响较小的连续沉积。对于地层年代较老、构造影响大的地层不适用。

1.6.6 闭合压力

按上覆岩压计算：则Pc = 33MPa；

按破裂压力估计作用于水力裂缝中的闭合压力：Pc = 22MPa；

按最小水平主应力考虑，Pc = 25Mpa；

综合考虑，取闭合压力Pc = 25Mpa。

1.6.7 套管强度

采用φ139.7、壁厚9.17mm、N-80套管，抗内压64MPa，能够满足强度要求，考虑采用光油管压裂、且有利于进行压裂压力监测。

1.7 小结

水力压裂的核心在于围绕降低对储层的伤害以充分发挥地层潜力。

2 压裂液性能

压裂液是水力压裂改造油气层过程中的工作液，起着传递压力、形成和延伸裂缝、携带支撑剂的作用，压裂液性能的好坏直接影响到压裂作业的成败。因此，压裂液必须满足：(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) 良好的热稳定性和抗剪切稳定性。

压裂液选择的基本依据是(1) 与油气藏的适应性；(2) 满足压裂工艺要求，减少油层伤害。

2.1 压裂液类型选择

由于压裂地层的温度、渗透率、岩石成分和孔隙压力千差万别以及压裂工艺的不同要求，必须开发研究与之相适应的压裂液体系。目前，约有70%的压裂采用胍胶和羟丙基胍胶为主的水基压裂液，5%为油基压裂液，25%采用增能气体。

水基压裂液水基压裂液成本低、水头高、风险小、易使用，是国内外目前使用最广泛的压裂液。除少数低压、油湿、强水敏地层外，它适用于多数油气层和不同规模的压裂改造。主要问题是在水敏地层引起粘土膨胀和迁移，在井眼附近引起油水乳化、未破胶聚合物、不相容残渣和添加剂引起支撑裂缝带渗透率损失。

油基压裂液矿场原油或炼厂粘性成品油均可用于配制油基压裂液，但性能较差，故多用稠化油，其基液为原油、汽油、柴油、煤油及凝析油。目前主要采用的稠化剂是铝磷酸脂与碱的反应产物。如铝酸钠、脂和碱的反应是一种络合反应，依次生成某种溶液，增加了柴油或中高比重原油体

系的粘度，并提高了温度稳定性，可用于井底温度达127℃的油井。

油基压裂液的最大特点是避免水敏性地层由于水敏引起的水基压裂液伤害，而且稠化油压裂液遇地层水自动破乳。但是油基压裂液易燃且成本高；流动摩阻一般高于延迟交联水基压裂液体系；而且高温条件下温度稳定性不及延迟交联水基体系；技术和质量控制要求高。因此，油基压裂液主要用于不太深的水敏性油气藏改造。

乳化压裂液乳化压裂液是用表面活性剂稳定的两种非混相的高粘分散体系。水相有水或盐水、聚合物稠化水、水冻胶和酸类及醇类，油相有现场原油、成品油和凝析油。

最常用的是聚乳状液，为水相连续，油相分散的单相体系。水相加入聚合物(标准水基液1/3—1/6)稠化可降低摩阻，提高其稳定性。典型组成是：1/3稠化盐水(外相)+2/3油(内相)+成胶剂、表面活性剂。内相百分比越大，粘度越高，内相浓度低于50%则粘度太低，高于80%则乳化液不稳定或粘度太高。

乳化压裂液的主要特点是：乳化剂被岩石吸附而破乳，故排液快，对地层污染小；摩阻特性介于线性胶和交联液之间；温度增加，聚状乳化压裂液变稀，限制了在高温井的应用；而且成本高（除非油相能有效回收）。

泡沫压裂液泡沫压裂液是气体分散于液体的分散体系，典型组成是：水相(稠化水、水冻胶、酸液、醇或油)+气相(CO2、N2、空气) + 起泡剂(多为非离子型表面活性剂)。泡沫压裂液的粘度稳定性取决于泡沫干度(泡沫质量)，典型值为70—80%。

泡沫压裂液的主要特点是：泡沫液滤失系数低，液体滤失量小，浸入