水力压裂
水力压裂_精品文档
水力压裂什么是水力压裂？水力压裂（Hydraulic Fracturing，简称水压）是一种在地下岩石层中注入高压水和添加剂以制造裂缝的技术。
它被广泛用于油田和天然气开采中，旨在增加地下储层的渗透率和产量。
水力压裂是目前广泛使用的一种增产方法，可应用于各种类型的地质结构和岩石组合。
水力压裂的原理和过程压裂液的组成水力压裂过程中使用的压裂液是由水、砂和添加剂组成的混合物。
水的主要作用是传递压力，并在裂缝形成后将砂颗粒带入其中以保持裂缝的开放性。
砂颗粒的大小和形状可以根据具体的地质条件进行调整。
添加剂通常包括粘度剂、消泡剂、防菌剂和界面活性剂等，用于改善压裂效果以及保护设备。
压裂过程水力压裂通常是在千米以下的深井中进行的。
整个过程分为多个步骤：1.预处理：地下岩石的特性和地质结构分析后，会进行预处理来确定最佳注水点和压裂压力。
这一步骤通常包括孔隙度测量、浸泡实验和岩心分析等。
2.井筒注水：在进行水力压裂前，需要先在井筒中注入压裂液。
压裂液通过井筒进入地下岩石层，加压注入。
3.裂缝扩张：高压的压裂液在地下岩石层中流动，对岩石施加巨大的压力。
这个过程会导致岩石层裂缝扩张，增加油气的渗透区域。
4.砂颗粒进入：压裂液中的砂颗粒会随着液体一起进入岩石裂缝中。
这些砂颗粒的作用是防止裂缝在裂缝压力释放后重新闭合。
5.压力释放：压力释放后，压裂液从井筒中排出，油气开始从裂缝中渗出到井筒中。
水力压裂的优势和挑战优势1.提高产量：水力压裂可以显著增加地下储层的渗透率，从而提高油田和天然气田的产量。
2.提高可采储量：通过裂缝扩张和增加储层渗透性，水压可以开发以前无法利用的油气资源。
3.可针对不同地质条件：水力压裂可以适应不同类型的地质结构和岩石组合，具有一定的灵活性。
挑战1.环境影响：水力压裂过程中使用的大量水和化学添加剂可能对地下水资源和环境造成污染。
2.地震风险：水力压裂过程中产生的岩石应力释放可能导致地震活动，尤其是在地下注水压力较大的地区。
水力压裂法
或许所有的美国人都在受益于“水力压裂法”，尽管半数以上的人可能没有听说过这个名词。
在今时今日，美国各级政府、企业对页岩油产业的发展寄予了厚望。
美国页岩油资源极其丰富，在科罗拉多州、犹他州和怀俄明州，被锁在页岩之中的油存量达上万亿桶以上，而正是凭借“水力压裂法”，以前根本不可能企及的大量页岩油正在被开采。
这种技术方法，在测量时首先取一段基岩裸露的钻孔，用封隔器将上下两端密封起来；然后注入液体，加压直到孔壁破裂，随之记录压力随时间的变化，并用印模器或井下电视观测破裂方位。
根据记录的破裂压力、关泵压力和破裂方位，利用相应的公式算出原地应力的大小和方向。
该方法于20世纪50年代就被科学家在理论上进行论证，60年代加以完善，在分析了压裂液渗入的影响后，开始作出大量野外和室内实验工作。
由于水力压裂法操作简便，且无须水力压裂法知道岩石的弹性参量，而得到广泛应用。
由于页岩油在美国的战略资源地位和自身需求，美国已进行很多水力压裂法地应力测量，德国、日本和中国现在也已相继开展此项工作。
资料显示，目前利用此法已能在5000米深处进行测量。
[1]页岩气开发过程中所采用的水力压裂法要加入化学物质，在每次压裂完成后，要对水进行获取和重新利用。
水力压裂法向来存在争议，但是这种页岩气开采技术在争议中却得到迅速发展。
当越来越多水体污染案例同水力压裂法相关联时，美国众议院能源和商业委员会出手了。
2010年7月19日，能源和商业委员会主席亨利·韦克斯曼联手该机构下属的能源和环境小组组长爱德华·马基联名致信给美国10个主要页岩气开发商，要求它们提交水力压裂法应用全程中涉及到的化学物质细节。
8月6日，限期“交卷”。
这个要求出台的背景是，全球天然气需求旺盛，美国引领页岩气开发技术并努力让页岩气开采遍地开花。
/a4_50_59_01300000955595129844599646376_jpg.html?prd=zhengwenye_ left_neirong_tupian美国宾夕法尼亚州一页岩气开采现场取水处当前，美国页岩气开采的热门地点是纽约州和宾夕法尼亚州，这两个地方也是美国马塞卢斯页岩（Marcellus shale）的集中区域。
第06章水力压裂
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
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：
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
⑧货源广、便于配制、价钱便宜。
一、压裂液类型
◆水基压裂液：
用水溶胀性聚合物(称为成胶剂)经交链剂 交链后形成的冻胶。施工结束后，为了使 冻胶破胶还需要加入破胶剂。不适用于水 敏性地层。
◆油基压裂液：
多用稠化油，遇地层水后自动破胶。缺点 是悬砂能力差、性能达不到要求、价格昂 贵、施工困难和易燃等。 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。特点是易于返排、滤失 少以及摩阻低等。缺点是砂比不能过高、 井深不能过大。
第1章-水力压裂
作用: Ø传递压力； Ø起裂和延伸裂缝； Ø携砂。
前置液
起缝、延伸裂缝、冷却
按
作
携砂液
延伸裂缝、悬砂
用
分
顶替液
顶替砂浆
对压裂液的要求: Ø与地层配伍； Ø有效悬浮和输送支撑剂； Ø滤失少； Ø摩阻低； Ø低残渣； Ø易返排； Ø热稳定性； Ø抗剪切稳定性。
一、压裂液类型
各种压裂液所占的比例
增能气 体, 25%
第一章 水力压裂
内容提要
Ø水力压裂造缝机理 Ø压裂液 Ø支撑剂 Ø水力压裂延伸模拟 Ø支撑剂输送 Ø水力压裂评价与设计 Ø压裂工艺技术
压裂:
hydraulic
分类: fracturing
水力压裂:利用地面高压泵组，以超过地层吸收能力 的排量将高粘压裂泵入井内而在井底产生高压，当 压力克服井壁附近地应力并达到岩石抗张强度时， 就在地层产生裂缝。继续泵注带有支撑剂的压裂液， 使裂缝继续延伸并在其中充填支撑剂。停泵后，由 于支撑剂对裂缝的支撑作用，在地层中形成足够长 的、有一定导流能力的填砂裂缝，从而实现油气井 增产和水井增注。
' w
0.5m A
修正：
cw
cw'
p f pa
1 2
用途:静态滤失系数 用于筛选评价压裂液
用途:动态滤 失系数为压裂 设计提供参数
2.受压裂液粘度控制的滤失系数
假设条件: Ø侵入符合达西定律； Ø活塞驱动
压裂液的实际滤失速度：
va
dL0.058Kp
dt
f L
积分求L，回代达西定律
12
v0.05K 8 f Lp0.17K ftp
牛顿型：
圆管稠度系数：
Kp
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
水力压裂概念与基本过程
水力压裂概念与基本过程水力压裂概念与基本过程水力压裂是油气并增产、水井增注的一项重要技术措施。
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，随即在井底附近造成高压。
此压力超过井壁附近地应力及岩石的抗张强度后，在地层中形成裂缝。
继续将带有支撑剂的压裂液注入缝中，此缝向前延伸，井在缝中填以支撑剂。
这样，停泵后即可在地层中形成足够长度、一定宽度及高度的填砂裂缝。
它具有很高的渗流能力，可大大地改善油气层的渗透性，使油气畅流入并，起到增产、增注的作用。
水力压裂的基本过程如下：(1)选井选层：根据油层特性、油井开采情况选择压裂的井层。
(2)压裂设计：根据油层的基本情况进行压裂参数设计，并结合并和地面设备等情况作出施工设计书。
(3)施工前推备：主要包括油井测试、井场的平整、压裂液的配制、井口设备的更换与安全保护等。
(4)压裂施工：包括将压裂施工设备按设计要求在井场摆放，试压，打前置液、携砂液、顶替液，关井等施工，不同井有不同的设计要求。
(5)返排：返排是压裂的一项重要步骤，其主要目的是减少压裂液对油层的伤害。
水力压裂施工工程项目大，需要投入资金多，应用设备多，其主要设备包括：(1)储罐：用来制备和储存压裂液。
(2)压裂泵车：其作用是将压裂液升压并送人井中(3)混砂车：其作用是将压裂液与支撑剂混合。
(4)运砂车：其作用是将压裂施工所需的支撑剂运到井场。
(5)管汇车：用于压裂作业时多台联机作业车辆之间的高压、低压管线连接，并可吊装运输各种配套的高压、低压管汇及连接管线，车上装有液压吊臂，吊装简单方便。
(6)仪表车(压裂指挥车)：它是压裂机组的指挥中心和数据采集、分析中心，可以同时操纵6—8台压裂车联机作业。
该车数据采集、显示、记录、分析功能齐全，配有工控微机及专业压裂数据采集分析软件，接口与压裂车、混砂车等匹配，操作安全可靠，自动化程度高。
(7)其他车辆：为了防止施工中出现意外，通常需要消防车、救护车；为了保证深井压裂的成功实施而不损坏油井，在采用油管压裂时井下装有封隔器，通常需要水泥车平衡油套环空的压力。
《井下作业》第四章水力压裂技术
货源广、便于配制、价钱便宜。大型压裂中，压裂液是压裂施工费用中的主要组
成部分。速溶连续配制工艺大大方便了施工，减少了对液罐及场地的要求。
二、压裂液的类型
目前常用的压裂液有水基压裂液、酸基压裂液、油基压裂液、乳状压裂液及泡沫压裂液
等。具有粘度高、摩阻低及悬砂能力好等优点的水基冻胶压裂液，已成为矿场主要使用的压
裂液
81
（ 一 ）水 基 压 裂 液
水基压裂液是用水溶胀性聚合物经交联剂交联后形成的冻胶。常用的成胶剂有植物胶、
纤维素衍生物以及合成聚合物；交联剂有硼酸盐、钛、锆等有机金属盐等。在施工结束后，
为了使冻胶破胶还需要加入破胶剂，常用破胶剂有过硫酸铵、高锰酸钾和酶等。
活性水压裂液
在水溶液中加入表面活性剂的低粘压裂液称为活性水压裂液。这种压裂液配制简单、成
第 四 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。
施工资料统计出来的，破裂压力梯度值为：
。可以用各地区的破裂压力梯度的
大小估计裂缝的形态，一般认为 小于
时形成垂直裂缝，而大于
时
则是水平裂缝。因此深地层出现的多为垂直裂缝，浅地层出现水平裂缝的几率大。这是由于
浅地层的垂向应力相对比较小，近地表地层中构造运动也较多，水平应力大于垂应力的几率
也大。有时会碰到破裂压力梯度特高的地层，这可能是由于构造关系或岩石抗张强度特别大
水力压裂名词解释
水力压裂名词解释
水力压裂（Hydraulic Fracturing）是一种地质勘探和开采技术，它通过在地层中钻孔，并在孔壁周围液压压裂地层以加大孔径，从而使原本封闭的砂岩层或者火山岩层有利于油气的运行，从而使油气主动的流向钻孔。
它是一种压裂技术，通过高压水液，将地层钻孔的墙壁压裂开，以提高水流量，从而有效地提高从地层内抽取的油气量。
一般来说，压裂阶段使用超高压水，使地层压碎，改变油气的运行方向，从而实现钻井抽取原油的目的。
水力压裂的优点是可以有效地改变孔隙形状和孔的大小，还可以有效地提高油气的产量，还可以节省很多的时间和费用，只需要在探钻之前完成，即可获得较高的产量，当然，这也增加了潜在的环境风险。
- 1 -。
第五章水力压裂技术
第五章 水力压裂技术§5—1 水力压裂力学地层中形成水力裂缝的过程与液体流动特性及岩石的力学性质有关。
水力造缝的本质是岩石在液体压力作用下的破裂与变形问题，因此造缝特性与岩石的受力及力学性质有关。
一．地应力场1．地应力场概念：地应力是由于岩石变形引起的介质内部单位面积上的作用力。
地应力场：是指地应力大小和方向在地层空间位置的分布。
2．地应力剖面概念地应力剖面是指研究地应力大小在纵向上的变化。
二．地应力的类型（1）原地应力：开发之前地应力原始大小。
（2）扰动应力：开发引起的地应力改变。
（3）构造应力：由构造运动在岩体中引起的应力。
（4）残余应力：除去外力后尚残存在岩石中的应力。
（5）重力应力：由上覆岩层的质量引起的地应力。
（6）热应力：由于地层温度发生变化在其内部引起的内应力增量。
（7）分层地应力：按地层分层给出不同的地应力。
（8）古地应力和现今地应力：某地质时期或重要地质事件前的地应力称古地应力。
目前存在或正在活动的称现今地应力。
石油工程关心的是现今地应力。
3．地应力测试1）长源距声波与密度测井方法该方法通过测井取得剖面上变化的岩石的纵波速度P υ和横波速度S υ，然后求出岩石泊松比ν的纵向变化，利用下式求出最小水平主应力σh ，而取得地应力剖面。
σh ()1P P ννσααν=-+- 4—12222212P S P S υυνυυ-=- 4—2 式中：σv —上覆层压力，通过密度测井得到。
P —地层压力；α—孔隙弹性系数，通过实验测的。
2）测试压裂方法（现场常用）测试压裂：是将不含砂的压裂液注入地层，造缝后停泵侧压力降落曲线，待曲线上出现拐点后测试结束，出现拐点时相应的压力即裂缝闭合压力，其大小与岩层中垂直于裂缝面的应力值相等，也即就是地层最小主应力。
如图4—1 所示。
上图中，产生人工裂缝后停泵，裂缝停止扩展处于临界闭合状态，闭合压力为P s 。
图4—1 水力压裂测试典型压力曲线结论：可以认为，裂缝临界闭合时，裂缝内的流体压力等于裂缝闭合的最小地应力。
水力压裂技术
水力压裂技术
水力压裂技术是一种将深层油气藏岩石的裂缝或孔隙扩展的一种技术，用于提高储层
的孔隙度和渗透率，以提高油气产量。
水力压裂技术最初发展于 20 世纪 50 年代，其原
理是利用高压水在岩石中形成微米级岩石裂缝，从而使石油和天然气易于向外渗出和流动。
水力压裂技术通常用于地层测试或发现新的油田，也可以派生出油气勘探、开采、输送、
储存等一系列相关技术和工艺。
水力压裂技术一般包括三个基本步骤：一是在目标层位灌注高压水，从而在岩石中形
成裂缝；二是通过注入操作助剂，增大灌注压力，进而拓宽并扩大已有的裂缝；三是通过
注入填料、压裂液以及砂颗粒等助剂，保持裂缝扩大的状态，防止岩体被关闭，持续改善
储层的渗透性。
水力压裂技术具有丰富的应用前景，可以有效提高油气储层的渗透性，从而提高产量。
它相对于其他技术来说有着较高的稳定性，可以有效提高油气藏的利用率，改善储层的渗
透性。
同时，水力压裂技术安全可控，利用广泛，可作为一种全新的技术手段来提高储层
的发掘率，在现代油气开采中发挥着不可替代的作用。
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
返回
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
储层改造--水力压裂技术
5、其它压裂液 （1）、醇基压裂液
（2）、胶束压裂液
（ 3）、浓缩胶压裂液
压裂液类型
1、水基压裂液体系 以水为分散介质，添加各种处理剂，特别是水溶性聚合物，形成具有 压裂工艺所需的较强综合性能的工作液。 一般水溶性聚合物与添加剂的水溶 液称为线性胶或稠化水压裂液。加入交 联剂后会形成具有粘弹性的交联冻胶 （具有部分固体性质，但在一定排量下又能流动） 特点：安全、清洁和容易以添加剂控制其性质而得到广泛应用。除少数 水 敏地层外几乎可用到所有油气储层。是发展最快最全面的体系。 水基压裂 液主要是用水溶胀性聚合物作为成胶剂，制成能悬浮支撑剂的稠 化溶液，具 有粘度高、摩阻低及悬砂能力强的优点。 缺点：热稳定性和机械剪切稳定性较差。为了克服这一缺点，又发展了 交链压裂液和延迟交链压裂液。
泡沫半衰期：在大气压条件下，用来产生泡沫的液体有一半从泡沫中所 破裂出 所需的时间。 70%-80%干度的泡沫使用高质量起泡剂一般有3-4min半衰期，添 加聚合 物稳定剂可延长到20~30min.
配制泡沫压裂液的液体：水、稠化水、交联冻胶等含表面活性剂。
泡沫的滤失性
滤失系数：泡沫流体施工时度量流体滤入地层的流动阻力的一 个系数。 主要影响因素： 1）岩心试样的渗透率，当其增度，其增大，滤失变小； 3）温度增加滤失量缓慢增加（随温度增加使泡沫液相稀释）；
优点：避免对水敏性产油层使水基液而引起的地 层伤害。适用低压、 偏油润湿、强水敏性地层。 缺点：易燃，摩阻高、比水基压头小导致泵压 高、添加剂用量大、成 本高、现场配制及质量控制 较困难。
4、乳化压裂液体系及添加剂 油水两相基本类型：油外相和水外相 油外相乳化液的粘性与基油十分相似，它可与油的高粘度相联系的高摩擦 阻力（对比水外相）。 乳化压裂液水相由植物胶稠化剂和含有表面活性剂的淡水或盐水配制而 成，油相可以是原油或柴油。 根据表面活性剂（乳化剂）性质 不同，可形成水包油和油包水两种类 型 压裂液。 粘度随水相聚合物浓度及油相体积比例增加而增大。
水力压裂技术 分类
水力压裂技术分类水力压裂技术，又称水力压裂法或液压压裂法，是一种用于增强油气井产能的技术。
它通过注入高压液体，使岩石裂缝扩大并连接，从而增加油气井的渗透性和产能。
本文将从水力压裂技术的原理、应用领域、优缺点以及环境影响等方面进行详细介绍。
一、水力压裂技术的原理水力压裂技术利用高压水将岩石裂缝扩大并连接起来，以增加油气井的渗透性和产能。
具体的操作步骤包括：首先，通过钻井将管道和注水设备安装到油气井中；然后，注入高压液体（通常为水和一些化学添加剂）到井中；随着注水压力的升高，岩石裂缝开始扩大，形成通道；最后，注入的液体通过这些通道进入油气层，将其中的油气释放出来。
二、水力压裂技术的应用领域水力压裂技术主要应用于以下几个领域：1. 油气开采：水力压裂技术可以提高油气井的产能，增加油气的开采量。
特别是对于低渗透性油气层，水力压裂技术可以显著改善渗透性，提高开采效率。
2. 地热能开发：水力压裂技术也可以应用于地热能开发领域。
通过在地下注入高压水，可以扩大裂缝，提高地热井的渗透性，增加地热能的采集量。
3. 存储库容增加：水力压裂技术还可以应用于水库、储气库等储存设施的建设中。
通过扩大岩石裂缝，可以增加储存设施的库容，提高储存效率。
三、水力压裂技术的优缺点水力压裂技术具有以下优点：1. 提高产能：水力压裂技术可以显著增加油气井的产能，提高油气的开采效率。
2. 适用性广泛：水力压裂技术适用于各种类型的油气层，包括低渗透性油气层和页岩气层等。
3. 可控性强：水力压裂过程中的注入压力和液体组成可以根据实际情况进行调整，以达到最佳效果。
然而，水力压裂技术也存在一些缺点：1. 环境影响：水力压裂过程中会产生大量的废水和废液，其中可能含有有害物质。
如果处理不当，可能对地下水和环境造成污染。
2. 能源消耗：水力压裂需要消耗大量的水和能源，特别是在水资源短缺的地区，会对水资源和能源供应造成压力。
3. 地震风险：一些研究表明，水力压裂过程中产生的地下应力改变可能会导致地震活动的增加，增加地震风险。
rfpa水力压裂
rfpa水力压裂
RFPA水力压裂是一种新型油气勘探开发技术，其研发与应用具有重要意义。
一、RFPA水力压裂的定义和原理
RFPA水力压裂是利用RFPA数学模型对岩石固体物理力学特性进
行计算，并结合流体动力学原理，进行水力压裂。
RFPA数学模型可以
对岩石孔隙结构、裂隙分布、强度及断裂韧度等参数进行准确计算，
从而实现水力压裂操作的优化及精细管理。
二、RFPA水力压裂的应用场景
1、油气勘探开发：利用RFPA水力压裂技术可实现天然气、石油
开采中的洁净化、高效化、低成本化等多重优势，与传统压裂技术相比，RFPA水力压裂技术具有更高的采油率、更低的裂缝闭合速度以及
更好的经济效益。
2、隧道工程：RFPA水力压裂技术可以应用于隧道掘进过程中的
地面松散地质物与周围岩体间的固结与配合，从而实现隧道稳固性及
工程安全性的提升。
三、RFPA水力压裂技术的优势
1、RFPA水力压裂技术可以对岩石孔隙结构、裂隙分布、强度及
断裂韧度等参数进行计算，从而实现水力压裂操作的优化及精细管理。
2、RFPA水力压裂技术具有更高的采油率、更低的裂缝闭合速度
以及更好的经济效益。
3、RFPA水力压裂技术可以应用于隧道工程中，实现隧道稳固性
及工程安全性的提升。
综上所述，RFPA水力压裂技术的研发与应用具有重要意义，其在油气勘探开发和隧道工程中的应用，将为经济发展和社会进步做出重
要贡献。
第6章水力压裂
KC f φ −3 C ΙΙ = 4 . 3 × 10 ∆ P µ f
1/ 2
Cf—油藏综合压缩系数
图6-3 滤失后 地层中 压力分 布示意 图
压缩并使油藏流 体流动的压差 使压裂液滤失于 储层内的压差 裂缝壁面滤 饼的压力差
（三）具有造壁性压裂液滤失系数CⅢ
具有固相颗粒及添加有防滤失剂的压裂液，滤失速度受造壁性控制
三、压裂液流变性
(一)各类压裂液的流变曲线 1.牛顿压裂液(A曲线) . 压裂液( 曲线)
Cr α = 1− Cb
在地层破裂前，井壁上的最小总周向应力应为地应 地应 力、井筒内压及液体渗滤所引起的周向应力之和： 井筒内压及液体渗滤所引起的周向应力
1 − 2ν σ θ = (3σ y − σ x ) − Pi + (Pi − Ps )α 1 −ν
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达到井壁岩石的水平方向的抗 水平方向的抗 垂直于水平应力的方向上产生脆性破裂， 拉强度时，岩石将在垂直于水平应力 拉强度 垂直于水平应力 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：
3.压裂液径向渗入地层所引的井壁应力 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：
1 − 2ν σ θ = (Pi − Ps )α 1 −ν
4.井壁上的最小总周向应力
滤失系数CⅢ是由实验方法测定
加压口
滤 失 量 ml
α
V sp
tg α = m
筛座 （含滤纸或岩心片） 出液口 图6-4 静滤失仪示意图
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
水力压裂技术
第六章水力压裂技术一、名词解释1、水力压裂：常简称为压裂，指利用水力作用使油层形成裂缝的方法，是油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施，不仅广泛用于低渗透油气藏，而且在中、高渗油气藏的增产改造中也取得了很好的效果。
2、地应力：指赋存于地壳岩石中的内应力。
3、地应力场：地应力在空间的分布。
4、破裂压力梯度：地层破裂压力与地层深度的比值。
5、闭合压力（应力）：使裂缝闭合的压力，理论上等于最小主应力。
6、分层压裂：分压或单独压开预定的层位，多用于射孔完成的井。
7、裂缝的方位：裂缝的延伸（扩展）方向。
8、压裂液：压裂过程中，向井内注入的全部液体。
9、水基压裂液：以水为基础介质，与各种添加剂配制而成的压裂工作液。
10、交联剂：能将溶于水中的高分子链上的活性基团以化学链连接成三维网状型的结构，使聚合物水溶液形成水基交联冻胶压裂液。
11、闭合压力：使裂缝闭合的压力，理论上等于最小主应力。
二、叙述题1、简述岩石的破坏及破坏准则。
答案要点：脆性与塑性岩石：在外力作用下破坏前总应变小于3%的岩石叫脆性岩石，总应变大于5%的岩石叫塑性岩石，总应变介于3～5%的岩石叫半脆性岩石。
岩石的破坏类型：拉伸破坏；剪切破坏；塑性流动。
其中拉伸破坏与剪切破坏主要发生在脆性岩石。
塑性流动主要发生在塑性岩石。
2、简述压裂液的作用。
答案要点：按泵注顺序和作用，压裂液可分前置液、携砂液和顶替液。
其中，携砂液是压裂液的主体液。
○1前置液的作用：造缝、降温；○2携砂液的作用：携带支撑剂、延伸造缝、冷却地层；○3顶替液的作用：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；注完携砂液后要用顶替液将井筒中全部携砂液替入裂缝中，以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。
3、简述压裂液的性能及要求。
答案要点：滤失少；悬砂能力强；摩阻低；稳定性；配伍性；低残渣；易返排；货源广、便于配制、价钱便宜。
4、压裂液有哪几种类型？答案要点：水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液、乳化压裂液、醇基压裂液、胶束压裂液。
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.
THANK S感谢观看
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
水力压裂法
水力压裂法
水力压裂法，又称“水力破裂法”，是能改善油气钻井工程体系性能的一种重要技术
和手段。
水力压裂是指以水为媒介，结合压裂剂，利用压力使岩石发生微裂纹，从而提高油气
井吸积能力和作用机理的工程技术。
压裂介质水由压裂头中以特殊形式喷涌出，将岩石破裂，建立裂缝系统存在，从而改善油气井产出条件，从而达到增产改造的目的。
压裂液的
流动、压裂的面积大小等参数，需要经过科学的计算，并且就水力压力选择合理的范围。
通过根据每个油气井油层的相对性参数，做出合理的水力压裂工程设计是实现“水力破裂法”有效作用的关键。
压裂技术在油气井工程改造中的施工形式有开敞式和帜状型两种，以及组合式和水力
颗粒增效式等几种。
油气井压裂时，应考虑压裂液压力、喷涌速度、喷涌面积、水流量等参数，以充分发
挥水、压裂剂等起壁材料和反勾结材料的作用，控制裂缝大小，实现井眼增产增收的目的。
油气钻井中水力压裂法的强大作用，不仅改变了传统的油气开采技术，而且在油气开
采中发挥了不可替代的作用。
水力压裂法在油气井开井改造中发挥了历史性的作用，大大
提高了油气采收率和经济效益，实现了油气资源的有效利用，为世界各国经济建设作出了
巨大贡献。
水力压裂技术
水力压裂技术
水力压裂技术是一种能够有效提高油气产量的地质勘探辅助技术。
一、水力压裂技术简介
1.水力压裂技术是一种通过用大量液体以高压施加压力，将储层岩石纵向、横向或斜向地分裂，使油气储层内孔、构造释放效果良好的施工技术。
2.水力压裂技术以其技术效果显著、成本低廉、对地质环境影响小等特点，已成为油气工业中比较流行的勘探技术和钻井施工技术之一。
二、水力压裂技术的原理
1.原理一：岩石的压强特性是在真空条件下的极限吸水压强；
2.原理二：液体介质的施压作用比岩石压强体积力作用大；
3.原理三：射流压力随着注液速率的改变和液面的变化而改变。
三、水力压裂技术的操作步骤
1.准备：改变井口状态，将井内的液体抽掉，并由准备顶管和裂缝钢管完成井内准备工作；
2.打液：使用高压液压器，向井内注入高压水和外加剂；
3.关停：施工完成后将井口关闭；
4.返液：经过一段时间的流体停留后，逐步抽出返液；
5.解堵：在抽出液体后，通常还需要使用特殊器材进行清堵；
6.注气：施工完毕解堵后，将井内注入低温压缩空气，催流伤油气到井口。
四、水力压裂技术的应用
1.水力压裂技术以延伸释放原有储层压力、增大渗透率和改善分布状态等，有
效提高油气产量，拓宽油气可采范围；
2.水力压裂技术可以在油藏上把缝体内的水冻结下来限流，抑制油藏的水蔓延，阻断有害水的扩散；
3.水力压裂技术应用于井盖层上可以促使井内孔隙发育，增加原有油气藏储层
底板井段压裂柱面积，提高油气密度和油气产量；
4.水力压裂技术也可以解决管网供水受污染的问题，把被污染的水更新后用于
工业和农业生活用水等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
携砂液
防止井筒沉砂。
水力压裂技术
压裂液的性能要求： ①滤失少： ③摩阻低： 造长缝、宽缝 取决于它的粘度与造壁性
②悬砂能力强：取决于粘度 摩阻愈小，用于造缝的有效功率愈大
④稳定性好： 热稳定性和抗机械剪切稳定性 ⑤配伍性好： 不应引起粘土膨胀或产生沉淀而堵塞油层 ⑥低残渣： ⑦易返排： 以免降低油气层和填砂裂缝的渗透率 减少压裂液的损害
1 x1 x E
x2
E
y
x3
E
z
水力压裂技术
由于存在侧向应力的约束，则：
x x1 x 2 x 3
令： x 得：
1 x y z 0 E
y
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：
水力压裂技术
(二)井壁上的应力 1.井筒对地应力及其分布的影响
地层三维应力问题转化为二维方法处理
y H (1) 当 当 r ， ra a x (2) ， x y 时， (3) 随着 时， 2 2的增加， 3 H ， 2 x x y min 0 ,180 y
3
压缩并使油藏流 体流动的压差
使压裂液滤失于 储层内的压差 裂缝壁面滤 饼的压力差
水力压裂技术
（三）具有造壁性压裂液滤失系数CⅢ
滤失系数CⅢ是由实验方法测定
加压口
滤 失 量 ml
α
Vsp
tg m
筛座 （含滤纸或岩心片） 出液口 图4-4 静滤失仪示意图
0
1
2 3min 4 时间，
图4-5 静滤失曲线
◆泡沫压裂液：
水力压裂技术
压裂液滤失性
压裂液滤失到地层受三种机理控制： 压裂液粘度、油藏岩石和流体压缩性、压裂液造壁性 (一)受压裂液粘度控制的滤失系数CⅠ 当压裂液粘度大大超过油藏流体的粘度时，压裂液的 滤失速度主要取决于压裂液的粘度，由达西方程可以 导出滤失系数为：
3 K P C 5.4 10 f
Pe re2 Pi ra2 Pe Pi re2 ra2 2 2 2 2 2 re ra r re ra
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。
水力压裂技术
3.压裂液径向渗入地层所引的井壁应力
2 a2 x a 4 1 r 4 cos 2
水力压裂技术
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)：
当产生水平裂缝时，井筒内注入流体的压力等于地层 的破裂压力：
PF Ps
z tv
1
1 2 1
实验修正：
z tv PF Ps 12 1.94 1
水力压裂技术
(三)破裂压力梯度(破裂梯度) 破裂梯度：地层破裂压力与地层深度的比值。 各油田根据大量压裂施工资料统计出来的破裂梯度值为： (15～18)～(22～25) 根据破裂梯度的大小估计裂缝的形态：
滤失速度
C 0.005 m A
v
0.005m A t
C t
造壁液体的滤失系数
则
水力压裂技术
实验压差与实际施工过程中裂缝内 外压力差不一致，则应进行修正：
Pf C C P
1/ 2
图4-7 动静滤失曲线比较图
图4-6 动滤失仪示意图
小于15～18时形成垂直裂缝
大于23时形成水平裂缝 深地层——垂直裂缝 浅地层——水平裂缝
水力压裂技术
压裂液
压裂液任务：
前置液 破裂地层、造缝、降温作用。一般用未交联 的溶胶。 携带支撑剂、充填裂缝、造缝及冷却地层作 用。必须使用交联的压裂液(如冻胶等)。 中间顶替液：携砂液、防砂卡； 顶替液 末尾顶替液：替液入缝，提高携砂液效率和
1/ 2
滤失速度为：
C v t
水力压裂技术
(二)受储层岩石和流体压缩性控制的滤失系数CⅡ 当压裂液粘度接近于油藏流体粘度时，控制压裂液滤 失的是储层岩石和流体的压缩性。根据体积平衡方程 可得到表达式： 1/ 2 Cf—油藏综合压缩系数
滤失后 地层中 压力分 布示意 图
KC f C 4.3 10 P f
水力压裂技术
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。
1 2 3 y x Pi Pi Ps 1
水力压裂技术 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达到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： h
t
当产生裂缝时，井筒内注入流体的压力即为地层的破裂压 力：
3 y x th PF PS 1 2 2 1
水力压裂技术
(二)形成水平裂缝的条件
当井壁上存在的垂向应力达到井壁岩石的垂向的抗张强 度时，岩石将在垂直于垂向应力的方向上产生脆性破裂， 即在与垂向应力相垂直的方向上产生水平裂缝。造缝条 件为： Z tv
水力压裂技术
(四)综合滤失系数 压裂液的滤失同时受三种机理控制，综合滤失系数如下：
1 1 1 1 C C C C
CⅠ由滤失带压力差控制的，CⅡ是由压缩带压力差控制 的，CⅢ由滤饼内外压力差控制的。
根据分压降公式可以得到综合滤失系数的另一表达式：
C 2CC C
2 2 2 CC C2C 4C C2 C
水力压裂技术
水力压裂技术
(1) 造缝机理
(2) 压裂液 (3) 支撑剂 (4) 压裂设计
水力压裂技术 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。
水力压裂技术
压裂的种类：(根据造缝介质不同) 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 高能气体压裂 低表皮系数，从而达到油气井增产的目的 的一种工艺技术。 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 干法压裂 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。 水力压裂
⑧货源广、便于配制、价钱便宜。
水力压裂技术
压裂液类型
◆水基压裂液：
用水溶胀性聚合物(称为成胶剂)经交链剂 交链后形成的冻胶。施工结束后，为了使 冻胶破胶还需要加入破胶剂。不适用于水 敏性地层。
◆油基压裂液：
多用稠化油，遇地层水后自动破胶。缺点 是悬砂能力差、性能达不到要求、价格昂 贵、施工困难和易燃等。 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。特点是易于返排、滤失 少以及摩阻低等。缺点是砂比不能过高、 井深不能过大。
推导过程详见王鸿勋主编的《水力压裂设计数值计算方法》(石油 工业出版社，1998.6)
水力压裂技术 压裂液流变性
(一)各类压裂液的流变曲线
剪 切 应 力
1.牛顿压裂液(A曲线) D
2.假塑型压裂液(B曲线) 假塑型流体也称为幂律流体，随 剪切速率的增加，其斜率变小。 n n 1 KD
n n
d 4n
视粘度: 2.缝流
根据多相流 比较复杂 平板之间的层 理论计算 经验公式计算 流处理 幂律液体在裂缝中流动的本构方程： 视粘度:
2n 1 6 v f K 3n w
n n 1
3n 1 8v w K 4n d简化为无限大
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
水力压裂技术 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。
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
n
n 1
w
2n 1 K 3n
n
6v W
n
(三)摩阻计算 油管内摩阻、射孔孔眼摩阻、裂缝内摩阻压力降
水力压裂技术 支撑剂
填砂裂缝的导流能力：
在油层条件下，填砂裂缝渗透率与裂缝宽度的乘积，常用
水力压裂技术 造缝机理
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。