压裂技术理论及应用
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
水力压裂多裂缝基础理论研究
水力压裂多裂缝基础理论研究水力压裂技术是一种广泛应用于石油、天然气等矿产资源开采中的重要方法。
在水力压裂过程中，由于地层岩性的复杂性和压力传递的特殊性，往往会产生多裂缝现象。
多裂缝的生成、扩展和相互作用对采矿工程的稳定性和安全性具有重要影响，因此针对水力压裂多裂缝的基础理论研究具有重要意义。
本文旨在深入探讨水力压裂多裂缝的基础理论，为相关工程实践提供理论支撑。
水力压裂多裂缝的基础理论主要涉及裂缝的产生原因、特征和影响等方面。
在采矿工程中，地层岩性的不均匀性和应力分布的不确定性是导致多裂缝产生的主要原因。
裂缝的产生会导致地层中的压力重新分布，进而引发裂缝的扩展和相互作用。
多裂缝的特征主要表现在裂缝的数量、形态、大小和方向等方面。
裂缝的数量和形态受地层岩性、开采规模和压力条件等因素影响，而裂缝的大小和方向则与应力分布和地层构造有关。
多裂缝的影响主要表现在以下几个方面：多裂缝会导致地层中的压力重新分布，影响采矿工程的稳定性和安全性。
多裂缝会降低采矿效率，增加采矿成本。
多裂缝还可能引发地面塌陷等地质灾害。
因此，针对水力压裂多裂缝的基础理论研究具有重要意义。
为了深入探讨水力压裂多裂缝的基础理论，本文设计了一系列实验研究。
实验过程中，我们采用了真实地层岩样和实际施工条件，通过模拟水力压裂过程，观察和记录了多裂缝的产生、扩展和相互作用情况。
同时，我们采用了岩石力学测试仪器和压力传感器等设备，对裂缝的数量、形态、大小和方向等特征进行了详细测量。
实验结果表明，地层岩性的不均匀性和应力分布的不确定性是导致多裂缝产生的主要原因。
在采矿工程中，多裂缝的产生会导致地层中的压力重新分布，引发裂缝的扩展和相互作用。
多裂缝的数量和形态受地层岩性、开采规模和压力条件等因素影响，而裂缝的大小和方向则与应力分布和地层构造有关。
为了进一步验证水力压裂多裂缝基础理论的正确性，本文采用了数值模拟方法。
我们建立了水力压裂多裂缝的数值模型，该模型基于弹塑性力学理论，并考虑了地层岩性的不均匀性和应力分布的不确定性等因素。
压裂裂缝监测技术
压裂定位控制——Frac-Hook多分支套管压裂技术，可以更好地定位 压裂位置，更精确地控制分支井筒，提供有选择性的高压压裂能力。
多级压裂能力——FracPoint EX技术，使用投球或滑套一次起下封隔 完井，在Williston油田成功完成24级裸眼封隔压裂。
IntelliFrac技术
This new service combines advanced microseismic services from Baker Hughes with pumping services from fracturing technology leader BJ Services.
导流 缝长 缝高 缝宽 方位 倾角 体积
能力 ◆◆◆○○◆◆ ◆○◆○○○◆ ◆○◆○○○◆ ○◆◆◆◆○○ ○◆○○○○○ ○○○◆◆○○ ○◆○○○○○ ○○○◆○○○ ★◆○★◆○○ ★★◆◆◆◆○ ◆◆○★★★○ ◆★★○○○○
★—可信 ◆—比裂缝监测技术
压裂裂缝监测技术
水力压裂技术是目前世界上老油田增产和非常规油气田 开发所应用最为广泛且最为有效的技术措施。油气储层裂缝 分布规律的研究分析是贯穿油田勘探开发各阶段的基础工作。
压裂裂缝监测技术
压裂监测的 主要目的是通过 采集压裂施工过 程中的一些参数 资料来分析地下 压裂的施工进展 情况和所压开裂 缝的几何参数。
要求：放射性同位素应不 发生自然扩散。
近井地带监测技术
放射性示踪剂技术
操作可参照“中华人民共和国石油天然气行业标准 SY/T 5327-2008”----《放射性核素载体法示踪测井技术规 范》执行。
爆燃压裂(高能气体压裂技术)
作用是明显的，而水力压裂产生的一条裂
缝却与天然裂缝走向一致、不会沟通。
第三节 增产机理及理论研究
（2）由于高能气体压裂形成的多条径向裂 缝(2~5条)的方向是随机的，基本上都不垂 直于最小主应力方向。根据岩石的力学规律，
岩石破裂时，裂缝的方向总是垂直于最小主
用安全，可用于耐高温(小于250℃)的射孔弹或其他爆破器材中。
③411号耐热炸药：可在2l0~220℃条件下工作2h，爆轰性能好，破甲深 度深，撞击感度和摩擦感度低，有较好的安全性能，成型性能好，机械
强度高，是一种综合性能较好的耐热炸药。
第二节 国外发展概况
一、美国 1858年，美国德凯瑞首创性地提出了改造油层从而使油井增产的概念。
作用于油层可疏通油流通道，降低毛细孔道的表面张力，使原油降粘、除垢并解 堵、清蜡防蜡，抑制地层细菌的生长和聚集，从而提高油层的泄油能力。
(4)高能气体压裂处理后2h，井底还维持有足够高的温度异常。高温场可以溶解沉
积在处理层段井筒及地层渗滤面上的蜡质、胶质和沥青质沉积物，疏通渗流通道， 降低渗流阻力。温度升高后，原油粘度降低，流度也相应提高了。
二、火工材料
（1）火药
是在无外界供氧条件下，可由火花、火焰等外界能源正常引燃，迅 速进行有规律的燃烧，同时生成大量热和气体产物的混合物，通常由
氧化剂、粘结剂、可燃剂及附加剂等组成。
（2）炸药 是在一定的外界能量作用下，能发生高速的化学反应、放出大量的
热，生成气体产物并对外界做功的化合物或混合物。广义的炸药包含起
生。形成高温、高压、高频的冲击气流波，它能够将油层原生孔隙中产生堵
塞作用的机械杂质或各种盐类微粒、油层岩石剥落的微粒、胶结物中因膨胀 而堵塞孔道的松散物质绝大部分冲刷、清扫干净，基本恢复孔隙结构的 增产机理及理论研究
限流法压裂技术
限流法压裂技术限流法压裂技术１.原理通过严格限制炮眼的数量和直径，并以尽可能⼤的注⼊排量进⾏施⼯，利⽤压裂液流经孔眼时产⽣的炮眼摩阻，⼤幅度提⾼井底压⼒，并迫使压裂液分流，使破裂压⼒接近的地层相继被压开，达到⼀次加砂能够同时处理⼏个层的⽬的。
如果地⾯能够提供⾜够⼤的注⼊排量，就能⼀次加砂同时处理更多⽬的层。
２.布孔⽅案编制的原则在限流法完井压裂设计中，制定合理的射孔⽅案是决定⼯艺效果的核⼼，根据限流法⼯艺特点，结合油层和井⽹的实际情况确定射孔⽅案。
（１）保证⾜够的炮眼摩阻值，在此条件下充分利⽤设备能⼒提⾼排量，以套管能承受的最⾼压⼒为限，尽可能压开破裂压⼒⾼的⽬的层。
（２）对已见⽔或平⾯上容易⽔窜的层，处理强度应严格控制。
厚层与薄层划为⼀个层段处理时，强度应有所区别。
（３）当隔层厚度⼩于规定的界限时，要特别注意应减少孔数，防⽌窜槽现象的发⽣。
（４）考虑裂缝破碎带的影响，当处理层段内层数多，其炮眼总数因受限制⽽少于待处理层数的情况下，可在相邻的⼏个⼩层的中间位置布孔。
（５）由于⽬前射孔技术⽔平有限，个别炮眼的堵塞难以避免，因⽽允许实际的布孔数量⽐理论计算的稍多⼀些，以利于顺利完成施⼯。
（６）⼀般常⽤10mm或⼩于10mm的炮眼直径进⾏限流，因⼩直径孔眼有利于增加炮眼摩阻，可减少施⼯设备。
（７）为提⾼限流法压裂施⼯成功率，各⼩层的破裂压⼒必须相近，即对破裂压⼒低的层段要减少布孔数和孔径，对于破裂压⼒⾼的层段要做相反的处理。
３.适⽤地质条件主要适⽤于纵向及平⾯上含⽔分布情况都较复杂，且渗透率⽐较低的多层薄油层的完井改造。
４.应⽤效果在⼤庆油⽥应⽤限流法压裂3131⼝井，平均单井⽇产油14.6t，累计产油408.68×104t。
５.主要施⼯步骤（１）下替喷管柱：下⼊φ62mm油管，φ118mm刮蜡器，实探⼈⼯井底，上提2m替喷，⾄出⼝见清⽔，上提油管⾄射孔底界以下10m，替⼊油层保护液10m3。
位移不连续法,压裂,诱导应力
位移不连续法,压裂,诱导应力
位移不连续法（DDA）是一种用于模拟岩石断裂和地质构造发育过程的数值方法。
它基于岩石力学原理，通过将岩石体划分为许多小块，并考虑它们之间的位移不连续性来模拟岩石断裂的过程。
这种方法能够较好地模拟岩石体内部的应力和位移分布，对于地质构造演化和岩石断裂机制的研究具有重要意义。
压裂是一种常见的油气田开发技术，通过将高压液体（通常是水和脉动剂）注入到油气层中，使岩石发生裂缝并增加渗透性，从而促进油气的产出。
压裂技术可以有效提高油气田的产能，是目前油气开发中不可或缺的重要技术手段之一。
诱导应力是指在岩石体内部或地质构造中，由于外部作用力或构造运动等因素而引起的应力状态变化。
诱导应力可以是地质构造演化的结果，也可以是外部力学作用的影响，对于岩石的变形和断裂具有重要影响。
诱导应力的研究对于理解地质构造演化和预测地震等具有重要意义。
综上所述，位移不连续法、压裂和诱导应力是地质学和岩石力学领域中重要的概念和技术，它们在研究地质构造演化、岩石断裂
机制和油气田开发等方面具有重要的理论和应用价值。
通过深入研究和理解这些概念和技术，可以更好地指导地质资源开发和地质灾害防治工作。
水力压裂微地震裂缝监测技术及其应用
水力压裂微地震裂缝监测技术及其应用发布时间：2022-07-20T06:00:18.770Z 来源：《科学与技术》2022年30卷第5期第3月作者：杨慧慧[导读] 微震监测技术是一种通过观测微震事件来监测生产活动的地球物理技术。
该技术通过分析计算裂缝网络杨慧慧宁夏回族自治区地震局宁夏银川市 750001摘要：微震监测技术是一种通过观测微震事件来监测生产活动的地球物理技术。
该技术通过分析计算裂缝网络的几何特征，即方位、长度、高度等信息，实时评价压裂效果，了解压裂增产过程中的人工压裂情况，从而指导下一步压裂方案的优化，达到提高采收率的目的。
该技术的理论基础是声发射、莫尔-库仑理论和断裂力学准则。
与常规地震勘探技术相比，微地震监测技术的不同之处在于它要求震源的位置、时间和震级。
关键词：水力压裂；渗透率；裂缝监测：微地震；低渗透油藏；一、原理及数据处理1．原理。
水力压裂是向储层注入高黏度的高压流体．并配以适当比例的砂子和化学物质，使储层岩石形成裂缝，从而顺利开采储层中的油气。
水力压裂时．大量高黏度、高压流体被注入储层，使孔隙流体压力迅速提高。
高孔隙压力以剪切破裂和张性破裂2种方式引起岩石破坏：当高孔隙流体压入储层时，高孔隙流体压力使有效围应力降低，导致剪切裂缝产生；当孔隙流体压力超过最小围应力和整个岩石抗张强度之和时．岩石会形成张性裂缝。
水力压裂形成裂缝可看成是声发射事件。
岩石破裂会发出地震波．储存在岩石中的能量以波的形式释放出来，即诱发微地震。
根据摩尔．库仑准则，水力压裂或高压注水时，由于地层压力升高，沿着进水边缘会发生微地震。
这种地震波能量包括纵波和横波，类似于地震勘探中的震源，但其频率相当高，在100～2 000 Hz范围内变化，能量相当于一2~_5级地震。
其波形特征与储层、地层剖面有关，也与注水和压裂的过程及参数有关。
绝大多数微地震发生在注水过程中．当地层受到的压力大于历史上承受的最高压力时．微震开始明显发生；注水压力越高，微震发生率越高，注入流体量越大，微震发震次数就越多。
煤矿井下水力压裂切顶卸压护巷技术应用研究
煤矿井下水力压裂切顶卸压护巷技术应用研究摘要:煤矿高瓦斯工作面一般采用多巷布置,部分回采巷道除供本工作面使用外,还需为下一个工作面服务,某煤矿209 工作面护巷煤柱在工作面回采动压影响下围岩变形严重问题,采取了超前工作面进行水力压裂切顶卸压来减小煤柱所受采空侧覆岩载荷。
针对该工作面工程地质条件,对水力压裂钻孔施工相关参数进行了确定并进行了工业性试验,应用效果表明,压裂后巷道顶底板及两帮围岩变形量降低,巷道围岩变形处于可控范围,实现工作面安全高效回采。
关键词:水力压裂;切顶卸压;施工随着开采深度和煤层厚度的增加,留巷压力增大,留巷底鼓和帮部变形严重,巷道维护量增大,在下一工作面使用前,需对巷道进行修复。
同时由于巷道顶板坚硬岩层存在,沿空巷道悬顶宽度增大,顶板断裂不理想,悬顶的存在使沿空巷道压力增加。
因此需采用切顶卸压技术措施降低巷道悬顶宽度,降低留巷压力。
现有切顶卸压技术主要有爆破切顶卸压、顶板钻孔放顶、端头强制切顶等。
但爆破切顶方法仍存在工程量和炸药量大、成本高、污染井下空气等不足,在高瓦斯矿井或煤层中应用时,需采取控制瓦斯或煤层爆炸的措施。
为解决问题,提出了采用水力压裂切顶卸压技术,解决工作面悬顶问题。
一、慨况某煤矿生产矿井209 工作面为矿井主采面,209 工作面回采期间超前采动影响不大,超前支护段几乎没有明显变形。
209 工作面回采进入到 100 采空区影响范围后,2092巷超前影响段变形明显,超前 180m 左右即有底板硬化层开裂,出现底鼓,超前 60m 范围内巷道变形严重,底板鼓起,两帮移近,顶板出现破碎网包,变形最严重处巷宽由 4.8m 缩至 3.5m,巷高由 3.6m 减至2.3m,起底量和超前维护量巨大。
如图。
在工作面回采动压影响下,工作面两侧所留设的区段煤柱内部应力会随着工作面推进距离的变化而发生变化。
当距离工作面相对较远时,煤柱未受回采动压影响而处于原岩应力状态;当煤柱与工作面距离较近时,在工作面超前支承压力影响下,煤柱内部应力急剧增加,处于应力增高区;当煤柱距离工作面后方较远后,煤柱内部应力逐渐减小,恢复到原岩应力状态并趋于稳定。
油田开发技术 压裂
二、压裂设计方法
常用的压裂设计软件
Shell 公司的 ENER FRAC ， Meyer & Assocs 公司 MFRAC ， Reservoir engineering system(RES) 公 司的 FRACPRO ， Schlumberger 公司的 FRAC HIT 等。 全三维压裂软件有：
压裂液类型 放喷油嘴尺寸
停泵后算起 增
大
方
向
稠化剂浓度 支撑剂粒径
破胶剂
砂液比 排量
交联比
时间
三、压裂体系
压裂液体体系
压裂液体系－不同地层温度系列压裂液（ 20°C—150°C）
?瓜尔胶压裂液系列
香豆胶压裂液系列
?泡沫压裂液
次生热及次生泡沫压裂液
?清洁压裂液
低分子环保型压裂液
?醇基压裂液
延迟胶联压裂液
测井、录井、岩心物性分析、岩石力学等 ….）
一、压裂基本原理 水力压裂概念
压裂：若液体被泵入井中的速度快于液体在地层中 的扩散速度，将不可避免地使地层压力升高 并在某些点发生破裂。
一、压裂基本原理
所谓压裂就是利用水力作用，使油层形成裂 缝的一种方法，又称油层水力压裂。油层压裂工 艺过程是用压裂车，把高压大排量具有一定粘度 的液体挤入油层，当把油层压出许多裂缝后，加 入支撑剂(如石英砂等 )充填进裂缝，提高油层的 渗透能力，以增加注水量 (注水井)或产量(油气井)。 常用的压裂液有水基压裂液、油基压裂液、乳状 压裂液、泡沫压裂液及酸基压裂液 多种基本类型。
一、压裂基本原理 压裂井场地面布置流程
1.作业机； 2.油井； 3.排污池 4.平衡车 5.消防车 6.压裂车 7.拉砂车 8.混砂车 9.大罐 10.仪表车
二氧化碳泡沫压裂技术研究及应用现状
二氧化碳泡沫压裂技术研究及应用现状本文总结了二氧化碳泡沫压裂技术相对于常规水力压裂技术的优点，介绍了二氧化碳泡沫压裂室内研究及现场应用现状。
就目前国内的应用效果来说，二氧化碳泡沫压裂与普通水力压裂相比具有更好的压后投产效果，对于储层渗透率损害相对较低。
最后给出了二氧化碳泡沫压裂技术的认识与研究方向，将适合二氧化碳泡沫压裂技术的压裂液和解决压裂后产能递减率过高两点作为今后主要研究方向。
标签：二氧化碳；泡沫压裂；应用现状自从吉林油田在1997年引进国外石油公司的二氧化碳泡沫压裂设备后，国内相关高校及石油公司开始对二氧化碳泡沫压裂进行研究。
而二氧化碳泡沫压裂工艺以其相对于常规水力压裂较少的用水，对国内水敏地层的适应性，以及在低压地层中优异的返排能力，赢得了广泛关注，成为非常规油气储层的新型压裂方法。
二氧化碳泡沫压裂是将液态二氧化碳和压裂液同时注入井筒，使井筒中充满二氧化碳泡沫，以二氧化碳泡沫作为压裂介质进行造缝的压裂方法。
1 二氧化碳泡沫压裂优点相对于常规水力压裂，二氧化碳泡沫压裂具有许多常规压裂所无法企及的优点。
二氧化碳泡沫压裂水相含量低，能够有效降低储层中粘土膨胀运移，避免造成过高的储层渗透率降低，减少对储层的伤害。
而且二氧化碳水溶液pH值小于7，呈现弱酸性，也能够在一定程度上一直粘土膨胀。
对于地层能量不足，地层压力系数小于1的低压油气层，采用二氧化碳泡沫压裂能够有效降低井筒液柱压力，使地层有足够能量将压裂液快速返排，加之二氧化碳泡沫压裂液在储层中滤失量较低，进一步降低了进入地层的压裂液对储层造成的二次损伤。
在注入的液態二氧化碳中加入增粘减阻剂，注入井筒中形成的高质量二氧化碳泡沫具有较高粘度，相对于常规水力压裂携砂能力大大增强，同时能够有效降低了压裂管柱摩阻，为大排量压裂施工提供可能。
2 二氧化碳泡沫压裂室内研究与现场应用现状二氧化碳泡沫压裂室内研究主要集中在相应的压裂液的研制上。
国内研究人员参考国外使用的增稠剂，采用羟丙基胍胶作为增稠剂，测得液态二氧化碳与基液混合起泡年度达到了248mPa·s。
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
页岩气储层脉冲水力压裂机理
汇报人：2023-11-28•页岩气储层概述•脉冲水力压裂技术原理•页岩气储层脉冲水力压裂实验研究•页岩气储层脉冲水力压裂数值模拟研究目•页岩气储层脉冲水力压裂优化设计•研究展望与未来发展趋势录01页岩气储层概述页岩气储层具有很低的孔隙度和渗透率，导致气体流动性差。
低孔低渗页岩气储层内部存在不均匀性，包括层内、层间和纵向上的非均质性。
非均质性强页岩气储层中的有机质和粘土矿物具有很强的吸附能力，能够大量吸附气体。
吸附能力强页岩气储层的特点1 2 3页岩气储层主要在湖泊、河流等沉积环境中形成，这些环境提供了丰富的有机质来源。
沉积环境埋藏深度对页岩气储层的成熟度和压力有重要影响，通常需要达到一定的深度才能形成可供开采的页岩气。
埋藏深度页岩气储层在高温高压条件下形成，这些条件有利于有机质的转化和储层物性的改善。
高温高压页岩气储层的形成与演化01页岩气是一种清洁、高效的能源，对满足全球能源需求具有重要意义。
能源需求02页岩气储层具有巨大的资源潜力，开发利用有助于推动经济发展。
资源开发03对页岩气储层的研究有助于推动地质理论、油气勘探和开发技术的发展。
科技进步页岩气储层的研究意义02脉冲水力压裂技术原理脉冲水力压裂技术概述脉冲水力压裂技术是一种新型的水力压裂技术，通过产生高压脉冲，利用压力波对岩石的冲击作用，使岩石产生微裂缝，从而达到提高油气储层渗透性的目的。
脉冲水力压裂技术的特点与传统的水力压裂技术相比，脉冲水力压裂技术具有更高的渗透性提高效果，同时对储层的伤害更小，具有更好的储层保护效果。
岩石的力学性质页岩等岩石具有较高的抗压强度和抗拉强度，但在受到周期性冲击载荷时，其力学性质会发生变化，产生疲劳损伤。
脉冲水力压裂的力学机制通过产生高压脉冲，对岩石产生周期性的冲击载荷，使岩石产生疲劳损伤，从而在岩石内部形成微裂缝。
脉冲水力压裂的力学过程在脉冲水力压裂过程中，需要使用高压流体来产生高压脉冲，因此需要对流体的动力学性质进行了解。
浅谈煤矿井下的水力压裂技术
浅谈煤矿井下的水力压裂技术随着我国煤矿开采深度逐步增加，瓦斯灾害日益突出，为保证煤矿安全生产，人们越来越重视瓦斯灾害的治理研究。
目前瓦斯抽放是瓦斯治理最有效的措施，但由于国内煤层具有低渗透率的特点，瓦斯抽放效果有限，如何提高煤层的渗透率，增大透气性系数，成为目前瓦斯治理工作研究的重点。
当前常用的方法主要有深孔松动爆破和煤层高压注水压裂两种，前者虽然能够提高煤层的渗透率，但在应用过程中易产生哑炮而留有安全隐患。
目前淮南矿业集团正大力推广水力压裂增透技术，提高钻孔抽采效果，减少钻孔施工数量，实现技术经济一体化。
1 水力压裂增透技术基本原理煤矿井下水力压裂是一种使低渗煤层增透的技术，其基本原理是借助高壓水通过钻孔以大于煤岩层滤失速率的排量向煤岩体注入，克服最小地应力和煤岩体的抗拉强度，在煤层各种原生弱面内对弱面两壁面产生的劈裂或支撑作用使弱面发生张开、扩展和延伸，从而对煤层形成内部分割，这种分割过程一方面通过原生弱面的张开和扩展，增大了裂隙等弱面的空间体积，增加了煤体孔隙率；另一方面原生孔裂隙等弱面的延伸增加了孔裂隙之间的连通，形成相互交织的多裂隙连通网络，增加了瓦斯的运移通道，正是由于这种裂隙连通网络的形成，致使煤层的渗透率大大提高，在负压抽采过程中，使得吸附瓦斯得以快速解吸，从而提高低渗煤层的抽采效果。
2 施工背景淮南潘一矿东井西一（13-1）盘区顶板回风上山揭13-1煤预计瓦斯压力达到5MPa左右，突出危险性较大，为提高揭煤消突钻孔的预抽效果，达到快速消突的目的，确保安全、高效地揭过13-1煤层。
选择对该处揭煤采取水力压裂增透技术。
3 钻孔施工3.1 水力压裂钻孔设计本次压裂试验压裂半径按30m进行设计，共设计5个压裂钻孔，分别为压1、压2、压3、压4与压5，其中压2与压5均穿过13-1煤层1m，即进入13-1煤层顶板1m。
5个压裂钻孔分两个地点进行压裂，其中压1、压2、压3孔在1252（3）底板巷施工，压4与压5在揭煤巷道施工至法距15m处施工。
水平井水力桥塞分段压裂技术
三、水力泵入式快钻桥塞分段压裂工艺设计
三、水力泵入式快钻桥塞分段压裂工艺设计
——以苏东13-65H2为例
（一）苏东13-65H2井钻完井简况 （二）关键施工环节论证与设计 （三）现场分段压裂施工介绍 （四）应急处理措施
三、水力泵入式快钻桥塞分段压裂工艺设计
n 苏东13-65H2井基本资料
u 储层：盒8 u 深度（TVD）：2880～2900m u 孔隙度：5.5～14% u 渗透率：0.03～1md u 含气饱和度：20%～60% u 储层压力：23.2MPa u 储层温度：90°C u 7″技术套管：3136m u 4½″气层套管：4506m u 水平段长度：1370m
二、水力泵入式快钻桥塞分段压裂工具简介
目前常用快钻桥塞主要有三类：
全堵塞式复合桥塞 单流阀式复合桥塞
投球式复合桥塞
二、水力泵入式快钻桥塞分段压裂工具简介
p 工具指标
二、水力泵入式快钻桥塞分段压裂工具简介
（2）复合桥塞座封配套工具
由于复合桥塞的密封系统、锚定系统以及锁紧系统的原理与常规可钻桥 塞类似，因此投送座封工具与常规电缆传送座封桥塞通用，可采用的座封工 具有：
GR 51～54 68～78 53～62 41～48 58～63 49～68 52～62 51～54 49～50 33～51 32～35 32～39 45～49 68～72
提纲
一、水力泵入式快钻桥塞分段压裂技术原理 二、水力泵入式快钻桥塞分段压裂工具简介 三、水力泵入式快钻桥塞分段压裂工艺设计 四、水力泵入式快钻桥塞分段工艺现场施工 五、结束语
n 液压油通过延时缓冲嘴流出,推动 下活塞,使下活塞连杆推动推筒下 行；
n外推筒下行,推动挤压上卡瓦,与此 同时,由于反作用力使得外推筒与芯 轴之间发生相对运动；
压裂防砂技术(讲课)
二、技术原理
• 1、技术原理 、 利用高压车组产生的压力和携砂液具有的 携砂能力，将树脂预包砂及支撑砂， 携砂能力，将树脂预包砂及支撑砂，充填携带 到地层及地层微裂缝中。 到地层及地层微裂缝中。树脂预包砂进入地层 微裂缝和亏空井段后，在地层温度下交联固化、 微裂缝和亏空井段后，在地层温度下交联固化、 胶结固化成具有一定强度和渗透率的人工井壁， 胶结固化成具有一定强度和渗透率的人工井壁， 形成一定厚度的防砂屏障。 形成一定厚度的防砂屏障。胶结的树脂预包砂 起到人工井壁的作用，发挥防砂效果， 起到人工井壁的作用，发挥防砂效果，从而保 证油井的正常生产。 证油井的正常生产。
三、压裂防砂中携砂液分类
• • • • • • • 1、按配液材料和液体性质分类 、 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 醇基压裂液
三、压裂防砂中携砂液概述
• • • • 2、按耐温性能分类 、 低温压裂液(20-60℃) 低温压裂液 ℃ 中温压裂液(60-120℃) 中温压裂液 ℃ 高温压裂液(120-180℃) 高温压裂液 ℃
九、现场施工常见问题及处理方法 现场施工常见问题及处理方法
1、压不开裂缝 主要表现为压力随注入量的增加急速上升， 主要表现为压力随注入量的增加急速上升，并且很快达到施工压力 上限，这时应立即停车，分析原因后再行施工。 上限，这时应立即停车，分析原因后再行施工。 • 岩性异常致密，渗透率极低，吸水能力极小，应采取其它措施后再试 岩性异常致密，渗透率极低，吸水能力极小， 压裂； 压、压裂； • 井筒与地层连通性不好。如射孔不完善或未射孔，应补孔后压裂； 井筒与地层连通性不好。如射孔不完善或未射孔，应补孔后压裂； • 管柱下井有误，尾管过油层； 管柱下井有误，尾管过油层； • 封隔器类型错误； 封隔器类型错误； • 管柱有异常节流(死油、蜡、杂物等) 管柱有异常节流(死油、 杂物等)
非常规储层压裂改造技术进展及应用
非常规储层压裂改造技术进展及应用一、本文概述随着全球能源需求的持续增长，非常规储层资源的开发利用越来越受到重视。
非常规储层，如页岩、致密砂岩等，由于其低孔低渗特性，压裂改造技术成为了提高其开采效率的关键。
本文旨在综述非常规储层压裂改造技术的最新进展，包括压裂液体系、压裂工艺、裂缝监测与控制等方面，并探讨这些技术在国内外油气田的实际应用情况。
通过对相关文献的梳理和案例分析，本文旨在为非常规储层压裂改造技术的发展提供理论支持和实践指导，推动该领域的技术创新和产业升级。
二、非常规储层压裂改造技术的发展历程非常规储层压裂改造技术的发展，经历了从传统水力压裂到现代复杂储层压裂技术的转变。
在过去的几十年里，随着全球能源需求的不断增长，以及对传统油气资源的日益开采，非常规储层如页岩、致密砂岩等逐渐成为油气勘探开发的重要领域。
这些储层具有低孔、低渗、非均质性强等特点，使得常规的压裂技术难以满足开发需求，推动了非常规储层压裂改造技术的不断创新与发展。
初期，非常规储层压裂主要依赖于传统的水力压裂技术，通过高压泵注大量液体来形成裂缝，从而提高储层的渗透性。
然而，这种方法在非常规储层中往往效果不佳，因为这些储层的岩石性质复杂，裂缝扩展困难。
随着技术的进步，科研人员开始尝试使用多种压裂液体系，如泡沫压裂液、稠化压裂液等，以提高压裂效果和降低对储层的伤害。
同时，为了更精确地控制裂缝的扩展方向和长度，研究人员开始引入地质导向、数值模拟等先进技术，为压裂施工提供更为准确的指导。
近年来，随着水平井技术的广泛应用，非常规储层压裂改造技术迎来了新的突破。
水平井技术能够使得井筒与储层接触面积更大，有利于裂缝的扩展和油气的流动。
在此基础上，研究人员又进一步开发出了分段压裂、多级压裂等复杂压裂技术，以适应不同储层条件和开发需求。
随着环保要求的日益严格，非常规储层压裂改造技术也在不断探索环保型压裂液和减少水资源消耗的新方法。
例如，利用二氧化碳等环保介质作为压裂液，既能够满足压裂需求，又能减少对环境的影响。
油井压裂工艺原理及工艺解析
油井压裂工艺原理及工艺解析摘要：油井压裂改造工艺是现代油田在进行实际勘测、开采、开发中广泛应用的、关键的增产措施，通常在油田的实际生产中，因为地质条件、油层等方面的特点，这项工艺也会随之出现变化。
现代对压裂工艺进行有效的完善与普及，对于油田企业扩大产能、提高产量是非常有帮助的，更能让有效的石油资源获得更为充分的使用。
关键词：油井压裂；工艺原理；工艺方法解析；一、现代压裂工艺的阐释压裂工艺一般使用地面上的高压泵组，往油井中注入排量高于底层吸收能力的高粘度液体，让其能够在油井底端形成高雅，在形成的高雅高出底层本身破裂的压力时，就会在油井底部产生一条或者几条裂缝，在压裂液体进入到这些裂缝中以后，基于支撑剂发挥的作用，能在油井底端形成一定的裂缝空间，其在高压泵停止之后也不会出现闭合。
这样的裂缝空间有非常好的导流作用，使油井渗流的状况被有效改善，实现增产、增注的目标。
二、压裂工艺的增产原理因为地球表面的地质构造较为复杂，具有非均质性，所以油井难以让地层中的所有石油储集区实现沟通相连，也无法让油井实现最大的产能。
而是用油井压裂工艺，能在油井底端造出一个人工裂缝，这个裂缝空间能联通地层中的各个石油储集区域，其能让油井拓展供油面积，既减少了油井数量，更切实节约了成本投入，最终实现增产的目标。
另外，压裂工艺产生的裂缝空间，能切实避免由于钻井、生产等环节中引起的石油储层污染，导致石油产量被降低的情况，确保石油质量的同时更提高了石油产量。
三、压裂工艺的原理（一）压裂工艺的发展压裂工艺最早产生与美国，初期的压裂操作中充当压裂油的是原油，现在这项工艺所使用的设施、压裂液、支撑剂等有已经得到了有效的创新，工艺技术也更为多样。
现代实际操作中使用的压裂液一般是水基、油基、乳状压裂液以及泡沫等。
压裂工艺最早在我国进行实际应用是上世纪70年代，而我国现代压裂工艺已经排在国际前列。
这项技术在未来的发展中，会对压裂液、支撑剂的使用效率进行有效的提升与优化，对多项技术综合的大型化、综合化发展。
压裂裂缝监测技术
(3)间接压裂诊断技术
包括压裂模拟、不稳定试井和生产数据分析，通过对 有关物理过程的假设，根据压裂施工过程中的压力响 应以及生产过程中的流速可估算裂缝的大小、有效裂 缝的长度和裂缝的导流能力。
英国
缺点：解的不唯一性，因此需要用直接的观察结果来 进行校准。
间接裂缝诊断技术的性能特点对比
净压裂缝分析
EB Mid ... EB Low... Shale
10475
10500
裂 10525 缝 高 10550 度
10575
10600
10625
10650
Concentration of Proppant in Fracture (lb/ft?
Width Profile (in)
裂缝长度
Proppant Concentration (lb/f t?
【精品文档】 压裂裂缝监（检）测技术与应用
汇报内容
一、裂缝检测技术概述 二、常用裂缝检测技术与应用 三、认识与建议
一、裂缝检测技术概述
压裂是低渗透油藏增产的重要手段和必须手段。 压裂后产能如何以及是否能达到预期产量是工程人员 最为关心的问题。 影响压后产能的因素有很多： 包括地下地质条件 压裂设计、压裂工艺、设备配套、人的素质等
(1)远离裂缝的直接压裂诊断技术
包括两种新型的压裂诊断方法：
测斜仪裂缝成像 微地震裂缝成像。
它们均在压裂施工过程中，利用井口偏移距与 地面保角投影定位，并且提供井场以外区域上 裂缝发育情形的“大图片”信息。
缺点：这些技术虽然均能对水力压裂延伸的总 范围成像，但不能提供有效支撑裂缝的长度或 导流能力，并且分辨率随距压裂井的距离的增 大而减小。
压裂后形成的裂缝形态(裂缝长度、宽度和高度) 以及支撑裂缝的渗流能力（裂缝渗透率和导流能力） 是影响压后效果最直接和最重要的因素。 因此检验和评估压后裂缝的状态常常是工程上必须 开展的一项工作。
- 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)。
0.10
0.20 50
0.30 75
0.40
0.50
0.60 125
0.70 150
0.80
0.90
1.0 200
100
175
7
压裂工艺是一个复杂的系统工程，要设计
一次压裂施工并达到预期的效果，与地质分析
（控制着区块的含油分布）、岩石力学（控制
着裂缝几何形态）、流体力学（控制着液体流 动与支撑剂在裂缝中的铺置）、化学（控制着 施工的材料性能）以及机械、材料力学等多学 科有着密切的联系。
清洁压裂液
常规聚合物压裂液（植物胶）由于存在较多的残渣，仅有
30%~45%瓜尔胶聚合物返排。聚合物残留在岩石裂缝表面和支撑 裂缝内，将明显影响支撑裂缝的导流能力，阻碍流体流动，从而降 低压裂改造效果。 理想的压裂液是在满足压裂造缝和携砂能力的同时，要求压裂 液实现快速彻底破胶，降低对储层的伤害，减少储层污染。在20世 纪90年代后期，新一代的压裂液体系被开发成功，在一定程度上，
• 10 > k > 0.001 md (Gas)
• 100 > k > 0.1 md (Oil) • 储层厚，含油性好 • 隔层遮挡性好 • 泄油面积大
复杂的压裂储层特性
• • • • • • k ≥ 100mD或 k ≤ 0.1 mD (Oil) k ≤0.001 mD (Gas) 储层薄，含油性差 隔层遮挡性差 透镜体油气藏 敏感性储层
0099
001
002
003
设计软件处于世界领先技术水平
19
2.压裂液和支撑剂
在压裂施工中，压裂液的主要作用是：造缝和携砂。压裂液 与地层岩石和油藏流体要配伍并且对支撑剂渗透率伤害最小。 一般来说，压裂液体系主要包括：水基压裂液（羟丙基瓜尔 胶）、清洁压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液（CO2或N2）以 及相应的交联剂、破胶剂和添加剂，目前胜利油田主要使用 水基压裂液。 目前胜利油田应用的压裂液以羟丙基瓜尔胶（HPG）为主，其 水不溶物含量在6.5～8%，国外羟丙基瓜尔胶（HPG）水不溶 物含量在2～4%。支撑剂包括石英砂和陶粒，目前胜利油田主 要采用陶粒支撑剂。
在油藏内形成深穿透、高导流能力的裂缝，提
高油气井产量和增加勘探井可采储量，最终提
高油气田的采收率。
4
压 裂 机 理
水力压裂作业，是利用地面高压泵注设备将高粘度的流体， 以大大超过地层吸收能力的排量注入井筒，在射孔油层附近憋起
高压，当井底压力超过井壁附近地层最小主应力及岩石的抗张强
度后，在地层中形成裂缝并向前延伸。然后，利用高粘度的压裂 液携带支撑剂注入裂缝中，停止注入后，随着压裂液的快速破胶，
储层有效渗透率、孔隙度、含油饱和度、有效厚度、储层地层压力、静态
温度；储层油水的相渗关系、流体性质（密度、粘度、压缩系数与总矿化
度等）；岩石力学性质（弹性模量、泊松比、抗压强度等）；储层就地应 力的垂向分布及水平主应力方位；遮挡层的岩性，厚度与就地应力值、井 的试油、开发生产与生产测试等资料数据。
压 裂 参数
RG 02
)is p( s s ertS 0005 0007
)is p( s uludoM
...aemreP eroP 0 5.0
)²tf/bl( erutcarF ni tnapporP fo noitartnecnoC
)ni( eliforP htdiW
0029
0029
0029
0039
0039
0039
26
多相压裂液
泡沫压裂液
泡沫是一种稳定的气液混合物，用表面活性剂可使这种混合物
达到稳定。降低了表面张力。当液体从作业井中返排时，泡沫 中的承压气体（氮或二氧化碳）膨胀将液体从裂缝中驱出。泡 沫加速了支撑裂缝中液体的回收率，因此是一种用于低压储层 中的理想液体。
由于体积气体的泡沫含量高达95%，所以液相最小。在水基液
22
水基压裂液性能试验评价
水基压裂液以有机硼交联体系为主，压裂液耐温条件达到150170℃。
23
油基压裂液
重油最初用作油基压裂液，是因为它们比水基液
对含油气地层的伤害小，油基液本身固有的粘度也
使其比水更具吸引力。但是油基液较贵，而且施工
操作较难处理，所以目前仅用于已知是对水极为敏 感的地层中。
24
16
3.不同类型油气藏压裂设
中渗透性油藏
需要中等长度、高的裂缝导流能力
高渗透性油藏
只需要短的裂缝，但需要超高的裂缝导流能力
17
4.压裂设计目标
wkf FCD = kL wk f = 裂缝导流能力, md-m
K = 储层渗透率, md L f = 裂缝半长, m 对于 FCD > 30 可以得到无限大的裂缝导流能力，一般
1
Frac length
2 3
7 – Formation closes on proppant and a conductive path remains in the reservoir
1 2
3
4 5
6
5 4 6
7
12
7
增产机理 —— 压裂井地层流体流动状态
井筒
13
二、压 裂 设 计 方 法
压裂设计优化程序
而言，F
CD
≥2就可以满足生产需要。
18
三、压裂工艺技术
1. 压裂设计软件 FRACPRO PT、GOFEER、STIMPLAN
002 TUEN 5.0 epytkcoR 0 0029
dna S dna S dna S dna S dna S dna S dna S 0039 d n a S dna S dna S dna S dna S
20
压裂液
压裂液是压裂工艺技术的一个重要组成部分。主要功能是 造缝并沿张开的裂缝输送支撑剂，因此液体的粘性至关重要。
成功的压裂作业要求液体除在裂缝中具有较高的粘度外，还要
能够迅速破胶；作业后能够迅速返排；能够很好地控制液体滤 失；泵送期间摩阻较低；同时还要经济可行。
最初的压裂液为油基液；20世纪50年代末，用瓜胶增稠的水基液日见普 及。1969年，首次使用了交联瓜胶液。当时仅有约10%的压裂作业使用的是 凝胶油。目前，约有85%以上的压裂施工用的是以瓜胶或羟丙基瓜胶增稠的 水基凝胶液；凝胶油作业和酸压作业各占约5%；增能气体压裂约占10%。
0049
dna S dna S dna S dna S
0049
0049
0049
0059
e lahS e lahS 2 dna S 2 dna S 0069
0059
0059
0059
0069
0069
0069
2 dna S 00792 d n a S
0079
0079
0079
0089
e lahS e lahS
0089
)²t f/ b l ( n o i t art n ecn o C t n ap p o rP
0089
0089
0099
dna S dna S
0099
0
5 1 .0 0 3 .0 5 4 .0 0 6 .0 5 7 .0 0 9 .0
1 .1
2 .1
4 .1
5 .1
0099 5.0 0 5.0
主讲人：卢云霄
中石化胜利石油管理局井下作业公司
2010.08
1
前
言
压裂酸化技术不仅仅是提高油气井产量，更是认识地层的
重要手段之一。 通过压裂酸化改造，使许多复杂区块的
地质储量得以升级和动用，在勘探试油和油气藏开发中发 挥着日益重要的作用。
近年来压裂酸化技术得到了迅速发展，在滩坝砂、砂砾岩、
21
压裂液分类
水基压裂液
由于水基液具有价廉、性良且易于控制等特 点，已成为应用最为广泛的压裂液。 用于稠化压裂液的聚合物之一是瓜胶。瓜胶 聚合物具有很强的亲水性，把瓜胶粉加入水中， 瓜胶的微粒将溶胀并与水化合，即瓜胶聚合物分 子与许多水分子缔合，在溶液中展开并延伸。从 而增加了溶液的粘度。因为瓜胶中仍有4-8%的水 不溶物，所以，在聚合物链上又引入了羟丙基， 制成羟丙基瓜胶。
8
压 裂 工 艺
压裂工艺流程 压裂裂缝扩展及增产机理 压裂设计方法 压裂工艺技术 压裂测试方法
压裂施工评估方法
9
1.压裂工艺流程
压裂液罐 压裂井口
低压管汇
高压管汇
支撑裂缝
10
11
2.压裂增产机理——水力压裂裂缝增长过程
1 - Fracture initiation as pumping of fluid is started Time during fracture treatment 2 - Fracture propagation with fluid 3 – Proppant (usually sand) enters hydraulic fracture as it is suspended in the fracturing fluid Frac width 4 - Proppant advances further into the fracture as pumping continues 5 – Proppant advances further in the fracture and may reach the tip of the hydraulic fracture as fluid continues to leak into the permeable formation 6 – Pumping of the fluid/proppant mixture is stopped and fluid continues to leak away into the permeable formation