水力压裂的工艺过程
采油工程第5章水力压裂技术
(1) 前置液：它的作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的 裂缝以备后面的携砂液进入。在温度较高的地层里，它还可起 一定的降温作用。有时为了提高前置液的工作效率，在前置液 中还加入一定量的细砂以堵塞地层中的微隙，减少液体的滤失 (2) 携砂液:它起到将支撑剂带入裂缝中并将支撑剂填在裂 缝内预定位置上的作用。在压裂液的总量中，这部分比例很大 携砂液和其他压裂液一样，有造缝及冷却地层的作用。携砂液 由于需要携带密度很高的支撑剂，所以必须使用交联的压裂液 (如冻胶等)。 (3) 顶替液:中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有 预防砂卡的作用；最后顶替液是注完携砂液后将井筒中全部携 砂液顶替到裂缝中，以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。
乳化压裂液适用于水敏、低压地层。 其他应用的压裂液还有聚合物乳状液、酸基压裂液和醇基 压裂液等，它们都有各自的适用条件和特点，但在矿场上应用 很少。
5.3 支撑剂
支撑剂的作用在于支撑、分隔开裂缝的两个壁面，使压裂施工结束后 裂缝能够得到有效支撑，从而消除地层中大部分径向流，使井液以线性流 方式进入裂缝。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选择支撑 剂类型、粒径和携砂液性能以及施工工序等。 支撑剂的性能好坏直接影响着压裂效果。填砂裂缝的导流能力是评价 压裂效果的重要指标。填砂裂缝的导流能力是在油层条件下，填砂裂缝渗 透率与裂缝宽度的乘积，导流能力也称为导流率。 5.3.1 支撑剂的性能要求 （1）粒径均匀，密度小。支撑剂的分选不好，小粒径的支撑剂会运 移到大粒径砂所形成的孔隙中，堵塞渗流通道，影响填砂裂缝导流能力， 所以对支撑剂的粒径大小和分选程度有一定的要求。 （2）强度大，破碎率小。支撑剂的强度是其性能的重要指标。水力 压裂结束后，裂缝的闭合压力作用于裂缝中的支撑剂上，当支撑剂强度比 缝壁面地层岩石的强度大时，支撑剂有可能嵌人地层里；缝壁面地层岩石
煤矿井下钻孔水力压裂增透抽采瓦斯工艺
技术方案
开始注水时，在前3～5分钟内必须缓慢增高水压至设计注水压力，注水泵应当设置卸压阀，调整 该阀可保证压力平缓上升和减压；注水时，高压管路的水压比确定注水压力低30％以上时，可以 结束注水；停泵时，注水泵应缓慢卸压。
改善效果
《煤矿井下钻孔水力压裂增透抽采瓦斯工艺》在不改变原有地应力状态下，通过高压水力作用， 使得煤储层裂缝进一步扩张、延伸、相互联通，达到增透提高抽采效率的目的，增强煤层透气性、 减少采掘工作面瓦斯涌出量，显著提升单孔抽采能力和抽采效果。提高抽放效率、缩短抽放时间、 最大限度消除瓦斯灾害。 井下煤层钻孔水力压裂可以增大煤层透气性，经试验表明，采用钻孔水力压裂后，煤层透气性系 数增大8～10倍。 井下煤层钻孔水力压裂后，钻孔瓦斯涌出量成倍增加，减少了掘进及回采期间的瓦斯涌出量，使 掘进及回采期间的突出危险性几率减少。 实施井下水力压裂后，煤层百米钻孔瓦斯流量成十倍级增长，减少了瓦斯抽放时间，为煤矿安全 高效回采、掘进提供了宝贵时间及安全保障。
瓦斯治理方法众多，如区域治理措施中的保护层开采、地面采动区抽采等，但局限性大，效果差 异悬殊。瓦斯治理主要手段为抽采，最常用的是把煤层作为抽采对象。但是，对于原生结构和碎 裂煤而言，自身裂隙的连通性较差，且钻进过程中井田附近存在污染，如果不采取增透措施，抽 采效果有限。突出煤层往往为渗透性极差、强度极低的碎粒煤和糜棱煤，直接从其中抽采瓦斯不 仅钻进困难，而且抽采效果差，钻孔抽采半径非常小、封孔困难致使抽采瓦斯浓度难以长期稳定。 往往以密集布孔、高工程投入为代价进行抽采。各种水力化措施，特别是水力挤出在煤巷掘进消 突中起到了一定作用，但也存在不尽人意的方面。
技术方案
所述的本煤层穿层钻孔水力压裂为在煤层底板向煤层施工穿层的仰角水力压裂钻孔，当煤层厚度 大于等于2米时，仰角水力压裂钻孔打至穿煤层1米，当煤层厚度小于2米时，仰角水力压裂钻孔 打至刚揭露煤层时；在煤层顶板向煤层施工穿层的俯角水力压裂钻孔，俯角水力压裂钻孔贯穿煤 层至煤层底板5米～10米处。 所述的顶底板穿层钻孔水力压裂为在煤层顶底板巷中向煤层施工放射状的穿层钻孔至接近煤层30 毫米～50毫米。 所述的顶底板顺层钻孔水力压裂为在距煤层30毫米～50毫米的顶底板中与煤层平行施工顺层钻孔。 所述的本煤层穿层钻孔水力压裂应在煤体应力集中集中带以离3米～5米处进行封孔，确保封孔器 与钻孔紧密接触。
水力压裂施工工艺曲线解析
水力压裂是油气井增产的一项重要措施， 当地面高压泵组将高粘度液体以超过地层吸 收能力的排量注入井中，在井底产生的力， 超过井壁附近地应力和岩石抗张强度后，即 在地层中形成裂缝，随着带支撑剂的液体注 入地层中，裂缝逐渐向前延伸形成具有一定 长度、宽度、高度的填砂裂缝。这些裂缝具 有较高的导流能力，改变了油气渗流流态， 由原来的径向流改变为从地层单向流入裂缝， 再由裂缝单向流入井筒，使油气井产量大幅 度提高。
携砂液曲线形态认识分析
• ②加砂曲线形态与地层性质有关：地层物性较好， 且均质，曲线多为下降型。 地层物性差异大，渗透率大小变化，携砂液在裂 缝中通过时受阻，使泵压上、下波动，曲线多为 波动型。
• 下降、下降稳定型:是现场施工比较理想的类型，施工成
功率、有效率较高，但应注意井浅、断裂破碎带、薄夹层
2、携砂液阶段曲线类型
下降型:
特点是当排量稳定
时，随着压开裂缝
的延伸和扩展，砂 比逐渐加大，泵压 连续下降。
下降稳定型:
特点为排量相对稳定
时，随着裂缝延伸和
扩展，砂比逐步增加，
泵压下降至一定程度
后相对稳定。
曲线原因分析
下降、下降稳定型: 在P-t双对数坐标系 中，曲线斜率为负 值(IV)，说明裂缝穿 过低应力层，裂缝
前置液阶段曲线认识分析
（1）前置液阶段曲线的类型与压裂液性质关系不大。
（2）无明显破裂显示可能与地层的原生裂缝有关。
从理论上讲，一次破裂显示产生一条裂缝，多次破
裂可能显示多条裂缝。 无明显破裂显示，并不是地层没有形成裂缝，而只能 说明地层产生裂缝时所引起的泵压或排量变化在地面反映 不明显。 无明显破裂显示的层一般是：地层位于断层附近、地 层微裂缝发育、重复压裂层等。
煤层气井水力压裂技术
适用于低渗透煤层，能够提高煤 层的渗透性，增加天然气产量， 是煤层气开发中的关键技术之一 。
技术原理
01
02
03
高压水流注入
通过高压水泵将高压水流 注入煤层，利用水压将煤 层压裂。
支撑剂填充
在压裂过程中，向裂缝中 填充支撑剂，如砂石等， 以保持裂缝处于开启状态。
气体流动
压裂后，煤层中的天然气 通过裂缝和孔隙流动，被 开采出来。
智能化发展
利用人工智能、大数据和物联网技术，实现水力压裂过程 的实时监测、智能分析和自动控制，提高压裂效率和安全 性。
绿色环保
研发低污染或无污染的压裂液和支撑剂，降低压裂过程对 环境的影响，同时加强废弃物的处理和回收利用。
多层压裂和水平井压裂
发展多层压裂和水平井压裂技术，提高煤层气开采效率， 满足市场需求。
煤层孔隙度
孔隙度决定了煤层的储存空间和吸附能力，孔隙度高的煤层有利于 气体的吸附和扩散。
压裂液性能
பைடு நூலகம்
粘度
粘度是压裂液的重要参数，它决 定了压裂液在煤层中的流动阻力， 粘度越高，流动阻力越大。
稳定性
压裂液的稳定性决定了其在高压 和高剪切条件下保持稳定的能力， 稳定性好的压裂液能够保持较好 的流动性和携砂能力。
解决方案
为了降低水力压裂技术的成本，研究 人员和工程师们正在探索新型的压裂 液和支撑剂，以提高其性能并降低成 本。同时，优化压裂施工方案、提高 施工效率也是降低成本的有效途径。 此外，加强设备的维护和保养、提高 设备的利用率也是降低水力压裂成本 的重要措施之一。
06
水力压裂技术的前景展 望
技术发展方向
能力和导流能力。
裂缝网络设计
裂缝走向
水力压裂工艺技术
水力压裂工艺技术汇报人：目录•水力压裂工艺技术概述•水力压裂工艺技术流程•水力压裂工艺技术要点与注意事项•水力压裂工艺技术案例与实践•水力压裂工艺技术前景与展望01水力压裂工艺技术概述定义及工作原理水力压裂工艺技术是一种利用高压水流将岩石层压裂，以释放天然气或石油等资源的开采技术。
工作原理通过在地表钻井，将高压水流注入地下岩层，使岩层产生裂缝。
随后，将砂子或其他支撑剂注入裂缝，防止裂缝闭合，从而提高岩层渗透性，便于油气资源流向井口，实现开采。
技术革新随着技术的不断发展，20世纪中后期，水力压裂工艺技术逐渐成熟，并引入了水平钻井技术，提高了开采效率。
初始阶段水力压裂工艺技术在20世纪初开始应用于石油工业，当时技术尚未成熟，应用范围有限。
现代化阶段进入21世纪，水力压裂工艺技术进一步完善，开始采用更精确的定向钻井技术和高性能支撑剂，降低了环境污染，并提高了资源开采率。
技术发展历程水力压裂工艺技术是石油工业中最重要的开采技术之一，尤其适用于低渗透油藏的开采。
石油工业水力压裂工艺技术也广泛应用于天然气领域，通过压裂岩层提高天然气产能。
天然气工业随着非常规油气资源（如页岩气、致密油等）的开采价值日益凸显，水力压裂工艺技术成为实现这些资源商业化开采的关键技术。
非常规资源开采技术应用领域02水力压裂工艺技术流程在施工前，需要对目标地层进行详细的地质评估，包括地层厚度、岩性、孔隙度、渗透率等参数，以确定最佳的水力压裂方案。
地质评估准备水力压裂所需的设备，包括压裂泵、高压管线、喷嘴、砂子输送系统等，确保设备完好、可靠。
设备准备对井口进行清理，确保井口无杂物、无阻碍，为水力压裂施工提供安全的作业环境。
井口准备施工前准备通过压裂泵将大量清水注入地层，使地层压力升高，为后续的压裂创造条件。
注水当地层压力达到一定程度时，通过喷嘴将携带有砂子的高压水射入地层，使地层产生裂缝。
压裂随着高压水的不断注入，砂子被携带进入裂缝，支撑裂缝保持开启状态，提高地层的渗透性。
第6章 水力压裂技术(20130325)
①预测不同裂缝长度和导流能力下的产量，并 绘制产量与缝长和无因次导流能力关系曲线
②根据产量要求，优选裂缝参数 ③选择支撑剂类型 ④确定尾随支撑剂体积和尾随比 ⑤根据地层条件选择压裂液
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水力压裂施工现场
水力压裂施工现场
水力压裂施工现场
水力压裂施工现场
地面砂比：
支撑剂体积与压裂液体积之比。
在忽略裂缝内流动阻力的情况下，可以认为裂缝内的 FRCD从缝端到井底是线性增加的，因而要求砂浓度呈线性 增加。
全悬浮型支撑剂分布特点：
适合于低渗透率地层，不需要很高的填砂裂缝导流能 力就能有很好的增产效果；支撑面积很大，能最大限度地 将压开的面积全部支撑起来。
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。
(一)全悬浮型支撑剂分布 高粘压裂液：
压裂液粘度足以把支撑剂完全悬浮起来，在整个施 工过程中没有支撑剂的沉降，停泵后支撑剂充满整个裂 缝内，因而携砂液到达的位置就是支撑裂缝的位置。
裂缝闭合后的砂浓度(铺砂浓度)：
是指单位体积裂缝内所含支撑剂的质量。 裂缝内的砂浓度(裂缝内砂比)：
指单位裂缝面积上所铺的支撑剂的质量。
3.水力压裂增产增注原理
（1）降低井底附近地层渗流阻力。
（2）改变了流动形态，由径向流→双线性流（地
层线性流向裂缝，裂缝内流体线性流入井筒）。
4.水力压裂过程
水力压裂工艺技术
降低压裂液成本方法研究
新型低成本压裂液开发
01Biblioteka 研究开发新型低成本、高性能的压裂液体系，降低压裂液成本
。
重复利用压裂液
02
通过有效的压裂液回收和再利用技术，降低压裂液成本。
优化施工参数
03
通过优化施工参数，减少压裂液的消耗量，降低压裂液成本。
新型支撑剂材料开发与应用前景展望
高强度支撑剂材料
研究开发高强度、低密度的支撑 剂材料，提高裂缝的支撑能力和
重要性及应用领域
重要性
水力压裂技术对于提高油气藏的 采收率和产能具有重要意义，是 实现油田高效开发的关键技术之 一。
应用领域
水力压裂技术广泛应用于石油、 天然气、煤层气等矿产资源的开 采领域，同时也应用于地质工程 、岩土工程等领域。
02
水力压裂工艺技术原理
裂缝产生机理
01
02
03
岩石破裂
水力压裂通过高压流体作 用在岩石上，克服岩石的 抗拉强度，使其产生破裂 。
应力集中
水力压裂过程中，流体在 岩石中形成应力集中，促 使岩石产生裂缝。
裂缝扩展
一旦岩石产生裂缝，高压 流体将裂缝进一步扩展， 形成更长的裂缝。
裂缝扩展与控制方法
裂缝扩展方向控制
裂缝网络构建
通过调整压裂液的流速、压力等参数 ，控制裂缝的扩展方向。
通过多次压裂，形成复杂的裂缝网络 ，提高储层的渗透性。
03
水力压裂工艺设备与工具
压裂车组设备组成及功能
01
压裂车
用于向地下层注入高压、大排量的 压裂液，使地层产生裂缝。
仪表车
用于监测和控制压裂过程中的各项 参数，如压力、排量等。
03
水力压裂
现场测试方法
利用长源距声波测井（LSDS）取得纵波速度和 利用长源距声波测井（LSDS） 横波速度，利用密度测井求得岩石密度， 横波速度，利用密度测井求得岩石密度，可获 得岩石力学参数的动态值。 得岩石力学参数的动态值。
E d = ρ bυ s2
2 3υ p − 4υ s2 2 υ p − υ s2
地如果破裂压力梯度小于0.0150.018 ①地如果破裂压力梯度小于0.0150.018 MPa／m 时， 多为水平裂缝； 多为水平裂缝； 如果破裂压力梯度大于0.023 ②如果破裂压力梯度大于0.023 MPa／ m 时，多为垂 直裂缝。 直裂缝。
二、地层破裂压力
采集方法 理论计算方法— 理论计算方法 Eaton法 法
IC
I
K I≥ K
IC
岩石断裂韧性的大小与施工泵压（ 岩石断裂韧性的大小与施工泵压（即破裂压力和裂缝延伸压力 的高低呈正比， ）的高低呈正比，与水力裂缝缝长的长短呈反比 。 在一定条件下， 在一定条件下，岩石断裂韧性的大小可使水力裂缝方位不再沿 水平最大主应力方位延伸而发生转向。 水平最大主应力方位延伸而发生转向。
水力压裂造缝及增产机理 压前评估（压裂选井选层） 压前评估（压裂选井选层） 压裂材料的优化选择 水力压裂设计 水力裂缝诊断 压后评估
水力压裂新技术
Flow rate Prop conc
7
6 – 停止注入后，液体不断滤失 到渗透性地层 7 – 裂缝闭合在支撑剂上，形成了 一条导流通道
一、概述
2、水力压裂的目的
提高油井的产能－－产的更多、更快。 压开了一条或多条有导流能力的裂缝通道通 过近井地带的伤害区。
延伸了裂缝的通道，使其有足够的深度进入
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 6-1 6-2 6-3 6-4 6-5 6-6 6-7 5- 5- 5- 5- 5- 5- 5- 5- 5- 5- 5-
二、水力压裂工艺技术
重复转向压裂技术（新技术）
4.现场实施及效果分析
增产情况： 新杨11－2井 该井于2002年1月投产，初期日产油1.0t，含水55%；2002年3月压裂改造， 初期日产油6.1t，含水32.5%。后来日产油1.3t，含水84.7%。为了提高单井
二、水力压裂工艺技术
重复转向压裂技术（新技术）
4.现场实施及效果分析
2005年江苏油田选择了两口井实施重复转向压裂，转向和增产效果都 很明显：
转向情况：
沙19－14井小型压裂测得人工裂缝方位为 北东向105.8度，加转向剂后，主压裂测得裂缝
方向为北东向54.9度，裂缝转向50.9゜
新杨11－2井小型压裂测得人工裂缝方位 为北东向79.5度，加转向剂后，主压裂测得裂
二、水力压裂工艺技术
2、压裂材料
（1）压裂液
1）作用：
压裂液的基本作用为：压开裂缝并使之延伸、降低地层温度、 输送并铺置支撑剂、压裂后液体能最大限度的破胶与返排，减少 对裂缝及油层的伤害。 2）分类： 前置液（压开油层、降温）、携砂液（携带砂子）、顶替液（ 将井筒中的砂浆顶入地层）
水力压裂工艺技术
调整方案制定
根据评估结果，制定调整 方案，包括重新注入支撑 剂、增加裂缝长度或改变 压裂液类型等。
04
水力压裂技术的关键技术及创新 发展
支撑剂的选择与性能评价
支撑剂的材质与性能
针对不同地层条件，选择合适的支撑剂材质，如陶粒、石英砂等 ，并评估其性能，如硬度、粒径分布等。
支撑剂的表面改性
通过物理或化学方法对支撑剂表面进行改性，提高其润湿性、渗透 性和抗破碎能力。
报, 2016, 37(3): 1-10.
[2] 李四. 水力压裂设计优化 及效果评价[J]. 岩石力学与工 程学报, 2018, 37(6): 1-15.
[3] 王五. 水力压裂技术在*油 田的应用研究[J]. 地球物理学
报, 2020, 63(7): 1-12.
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井筒准备
清洗并准备井筒，包括通井、洗井等 操作，确保井筒内无杂质，为压裂作 业做好准备。
压裂液的配制与注入
01
02
03
压裂液选择
根据地质条件和目标需求 ，选择合适的压裂液，如 瓜胶、羟丙基瓜胶、石英 砂等。
压裂液配制
按照一定的比例和顺序将 压裂液的各成分混合在一 起，确保压裂液的各项性 能指标达到要求。
03
水力压裂技术的工艺流程
压裂前的准备
目标确定
明确压裂的目的和目标，如提高石油 或天然气的产量，改善井筒周围的应 力场等。
地质评估
收集并评估与目标区域相关的地质数 据，如岩石类型、地层厚度、地层破 裂压力等。
设备检查
确保压裂设备（如压裂车、混砂车等 ）处于良好的工作状态，并准备好所 需的物资和器材。
02
水力压裂技术的基本原理
水力压裂工艺培训----第二部分
水力压裂工艺培训讲义上接第一部分为赚积分不得已为之，望见谅1、四、压裂工艺2、1、普通压裂工艺利用不压井、不放喷井口装置，将压裂管柱及其配套工具下入井内预定位置，实现不压井、不放喷作业。
当压完第一层（最下一层）后，通过投球器和井口球阀分别投入不同直径的钢球，逐次将滑套憋到已用喷砂器内堵死水眼，打开上部喷砂器通道，然后依次再进行压裂。
当最后一层替挤完后，立即活动管柱，并投入堵塞器，从而实现不压井、不放喷起出油管。
适用于普通射孔完井，一个压裂卡段压裂加砂只形成一个支撑裂缝，是我厂主要采用压裂工艺。
3、2、多裂缝压裂工艺根据被压开油层的吸液启动压力低，吸液量大的特点，压开一个层后，在较低的排量向油层替入高强度水溶（或油溶）转向剂、（蜡球、树脂球）封堵已压开层的射孔炮眼，迫使压裂液转向进入其它层，在替入泵压明显升高，启动其它泵车压裂第二层。
整个过程，压裂加砂—封堵—压裂加砂，在一个压裂卡距中，通过蜡球封堵射孔炮眼，压裂液转向，压裂加砂改造多层。
其工艺特点，在普通射孔完井，达到一井压裂多层，一段压多缝的目的。
用于常规射孔井，分层压裂管柱卡不开的多个性质相近的差油层压裂改造。
4、3、选择性压裂工艺利用油层内不同部位或各油层间吸液能力不同的特点，通过投入暂堵剂将渗透率高、吸液能力强、启动压力低的高含水部位、层或人工裂缝暂时封堵，迫便压裂液分流，从而在其它部位或层内压开新裂缝，达到选择性压裂的目的，暂堵剂是油溶性的，在一定温度条件下，可变软溶于原油中，开井即可解堵。
用于常规射孔井，针对厚油层改造采用的一种压裂工艺。
常用的暂堵剂有石蜡、高压聚乙稀、松香和重晶石粉。
5、4、限流法压裂工艺用于加密井，薄、差油层完井改造。
要求低密度、定位射孔，大排量压裂施工，其原理：当破裂压力较低的油层被压开后，吸液能力增加，其射孔炮眼产生节流压力损失，在排量增加的条件下，套管内压力继续升高，依次压开破压相近的油层，在一定压裂排量下，达到一次压裂加砂处理多个目的层。
水力压裂技术
压裂工艺技术 压裂工艺技术是影响压裂增产效果的
一个重要因素。对于不同特点的油气层，
必须采取与之相适应的工艺技术，才能
保证压裂设计的顺利执行和取得较好的增 产效果。
压裂方式选择 压裂方式选择是压裂工艺中的一个很重要的
内容。压裂方式的选择主要是根据地质条
件、井身状况、工艺技术水平而定。
目前常用的压裂方式有：合层压裂、分层压 裂、一次分压多层和深层压裂。
结合离子，从而改变其理化性质，或破坏其离子交换能力，或破坏双
电层离子云之间的斥力，从而达到防止粘土水合膨胀或分散迁移的效 果。
压裂液的主要添加剂
7、降阻剂。在进行深井压裂作业时，需用降阻剂降低压 裂液在注入管柱中的沿程摩擦阻力，以提高泵效。 8、降滤失剂。通过在压裂液中添加降滤失剂可以增强压
裂液造壁性能，降低液体滤失量，提高液体效率。
压裂液的性能
5、配伍性。压裂液要与地层条件下的各种岩石矿物及流体有 较好的配伍性，不应在进入地层后产生不利于油气渗流的物 理-化学反应。 6、低残渣。要尽量降低压裂液中水不溶物的数量（残渣）， 以免降低岩石及填砂裂缝的渗透率。 7、易返排。施工结束后大部分注入液体应能返排出井外，以 减少压裂液的损害。 8、货源广。价格便宜，便于配制。
低压管汇 储液罐
砂罐
混砂车
供液管汇
压裂泵车 监控车 高压管汇
压裂井口
压裂施工现场示意图
压裂增产增注机理
1、降低井底附近渗流阻力 2、改变井底附近渗流形态，使原来的径 向流动改变为油层流向裂缝近似性的单 向流和裂缝到井筒的单向流动，消除了 径向节流损失，大大降低了能量的消耗。
压裂液的定义和作用
压裂液是水力压裂改造油气层过程中的
水力压裂工艺
水力压裂工艺前言：水力压裂是油田增产、增注，保持油田稳产的一项重要工艺技术。
它利用液体传导压力的性能，在地面利用高压泵组，以大于地层吸收能力的排量将高粘度液体泵入井中，在井底憋起高压，此压力超过油层的地应力和岩石抗张强度，在地层产生裂缝，继续将带有支撑剂的携砂液注入裂缝，裂缝边得到延伸，边得到支撑。
停泵后就在油层形成了具有一定宽度的高渗透填砂裂缝，由于这个裂缝扩大了油气流动通道，改变了流动方式，降低了渗流阻力，可起到增产增注作用，这一施工过程就叫油层水力压裂。
水力压裂包括理论力学、材料力学、热化学、高分子化学、机械制造等多个学科。
一、压裂液压裂液的主要功能是传递能量，使油层张开裂缝并沿裂缝输送支撑剂。
其性能好坏对于能否造出一条足够尺寸、并具有足够导流能力的填砂裂缝密切相关，因此，有必要了解压裂液的特点和性能。
（一）压裂液的作用压裂液的主要作用是将地面设备的能量传递到油层岩石上，在地层形成裂缝，并携带支撑剂填充到裂缝中。
按照在压裂施工中不同阶段的作用可以分为前置液、携砂液、替挤液三种。
1、前置液；用来在地层造成裂缝，并形成一定几何形态裂缝的液体。
在高温井层中，还具有一定的降温作用。
2、携砂液：携带支撑剂进入地层，把支撑剂充填到预定位置的液体。
和前置液一样也具有造缝及冷却地层的作用。
由于携带比重较高的支撑剂，必须使用交联压裂液。
3、替挤液：把压裂管柱、地面管汇中的携砂液全部替入裂缝，以避免压裂管柱砂卡、砂堵的液体。
组成与前置液一致。
（二）压裂液的性能为确保压裂施工顺利实施，要求压裂液具有以下性能特点1、滤失性：主要取决于压裂液自身的粘度和造壁性，粘度高则滤失少。
添加防滤失剂能改善压裂液的造壁性，大大减少滤失量。
2、携砂性：指压裂液对于支撑剂的携带能力。
主要取决于液体的粘度、密度及其在管道和裂缝中的流速，粘度越高，携带能力越强。
3、降阻性：指压裂液在管道中流动时的水力摩擦阻力特性，摩阻越小，压裂设备效率越高。
压裂流程、配套工具及工艺图
水力压裂流程、常用工具、工艺流程图
裂是针对具体井、地层条件、流体性质、井特性已经确定所提出提高产量的措施：
1、注水保持地层压力。
2、人工举升降低井底流动压力。
3、对于低渗透地层水力压裂。
水力压裂作用：
1、提高勘探含油气评价、增加可采储量。
2、油气井增产、水井曾注。
3、调整储层之间矛盾、改善产油、吸水剖面。
4、提高采收率。
5、其他工业方面的工业排污处理。
2、变径向流动为线性流动。
水力压裂施工现场设备主要有地面设备和压裂车组两部分：、材料：压裂液和支撑剂。
、参数：排量和压力。
、设备：泵车、液罐车、砂车、仪表车
管汇车（其作用是运输管汇、高压三通、四通、单流阀和控制阀等。
）
压裂: 在试挤压力和排量稳定后，同时启动全部压井车辆向井内注入压井液，使井底压力迅速提
:加入支撑剂。
压裂作业设备配套
设备人员到达现
审
图1-1压裂工艺流程图。
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水力压裂：
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 产增注目的工艺措施。
一、油井应力状况
(一)地应力
z
y
垂向应力：上覆层的岩石重量。
Z S gdz
0
H
x
Z Z Ps 有效垂向应力：
如果岩石处于弹性状态，可根据广义虎克定律建立岩石的 有效水平应力与有效垂向应力的关系： 在三向应力作用下，x轴方向上的应变分别为：
1 x1 x E
第六章 水力压裂技术
主要内容：
(1) 造缝机理 (2) 压裂液 (3) 支撑剂 (4) 压裂设计
压裂的定义：
用压力将地层压开一条或几条水平的或垂直的裂缝，并 用支撑剂将裂缝支撑起来，减小油、气、水的流动阻力，沟 通油、气、水的流动通道，从而达到增产增注的效果。
压裂的种类：(根据造缝介质不同)
水力压裂 高能气体压裂 利用特定的发射药或推进剂在油气井的目 的层段高速燃烧，产生高温高压气体，压 的液体二氧化碳和石英砂进行压裂， 干法压裂 利用100% 裂地层形成多条自井眼呈放射状的径向裂 无水无任何添加剂，压后压裂液几乎完全排出 缝，清除油气层污染及堵塞物，有效地降 地层，可避免地层伤害。其关键技术是混合砂 低表皮系数，从而达到油气井增产的目的 子进入液体二氧化碳中的二氧化碳混合器。适 的一种工艺技术。 用于对驱替液、冻胶或表面活性剂的伤害敏感 的地层，适合的储层包括渗水层、低压层及有 微粒运移的储层以及水敏性储层。
裂缝形成条件
裂缝的形态 裂缝的方位
井网部署
提高采油速度 提高原油采收率
有利的裂缝状态及参数能够充分发挥其在增产、 增注的作用。
造缝条件及裂缝的形态、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。
破裂压力
延伸压力
地层压力
图6-1 压裂过程井底压力变化曲线 a—致密岩石 b—微缝高渗岩石
r
2.井眼内压所引起的井壁应力 压裂过程中，向井筒内注入高压液体，使井内压力很 快升高。井筒内压必然导致井壁上产生周向应力。根据弹 性力学中的拉梅公式(拉应力取负号)：
Pe re2 Pi ra2 Pe Pi re2 ra2 2 2 2 2 2 re ra r re ra
x2
E
y
x3
E
z
由于存在侧向应力的约束，则：
x x1 x 2 x 3
令： x
1 x y z 0 E
y 得： x y
1
z
考虑到构造应力等因素的影响，可以得到最大、最小水平 侧压系数 主应力为：
(二)井壁上的应力
(1) 当
r ， a
x y H
， y 2 H x 2 1.井筒对地应力及其分布的影响 时， 2 说明圆孔壁上各点的周向 地层三维应力问题 应力相等，且与角度无关。 转化为二维方法处理 (2) 当 r a， x y 时，
min 0 ,180
当re=∞、Pe=0及r=ra时，井壁上的周向应力为：
Pi
即由于井筒内压而导致的周向应力与内压大小相等，
方向相反。
3.压裂液径向渗入地层所引的井壁应力
由于注入井中的高压液体在地层破裂前，渗入井筒 周围地层中，形成了另外一个应力区，它的作用是增大 了井壁周围岩石中的应力。增加的周向应力值为： Cr 1 2 1 Pi Ps Cb 1 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
3 x y
max 90 ,270
图6-2 无限大平板中钻一圆孔的应力分布
。
Hale Waihona Puke 说明最小周向应力发生在 y 方向上，而最大周向应
圆孔周向应力：
力却在 的方向上。 x (3) 随着 的增加， x y a 2 x y 3a 4 1 2 1 4 cos 2 2 r 2 r 周向应力迅速降低。
H max H min
1 1 E 2 Z PS 2 E PS 2 1 1 1
1 1 E 2 Z PS 2 E PS 2 1 1 1
水力压裂的工艺过程：
裂缝延伸
憋压
造逢 充填支撑剂
裂缝闭合
水力压裂增产增注的原理:
(1) 改变流体的渗流状态：使原来径向流动改变为油层与 裂缝近似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，降低了能量消耗。
(2) 降低了井底附近地层中流体的渗流阻力：裂缝内流体 流动阻力小。
第一节 造缝机理
高能气体压裂：利用特定的发射药或推进剂在油
气井的目的层段高速燃烧，产生高温高压气体， 压裂地层形成多条自井眼呈放射状的径向裂缝， 清除油气层污染及堵塞物，有效地降低表皮系数， 从而达到油气井增产的目的的一种工艺技术。
干法压裂：利用100%的液体二氧化碳和石英砂进
行压裂，无水无任何添加剂，压后压裂液几乎完 全排出地层，可避免地层伤害。其关键技术是混 合砂子进入液体二氧化碳中的二氧化碳混合器。 适用于对驱替液、冻胶或表面活性剂的伤害敏感 的地层，适合的储层包括渗水层、低压层及有微 粒运移的储层以及水敏性储层。
1 2 3 y x Pi Pi Ps 1
二、造缝条件
（一）形成垂直裂缝的条件