6水力压裂精品PPT课件

➢ 水力压裂力学 ➢ 水力压裂材料性能与评价 ➢ 水力压裂裂缝延伸模拟 ➢ 支撑剂在裂缝中运移分布 ➢ 水力压裂效果分析 ➢ 水力压裂工艺技术 ➢ 水力压裂诊断评估技术
水力压裂概念
水力压裂作用
(1) 勘探阶段 增加工业可采储量
(2) 开发阶段 油气井增产 水井增注 调整层间矛盾改善吸水剖面 提高采收率
发展 活性水压裂液稠化水压裂液水基冻胶压裂液 水基冻胶压裂液组成
水＋稠化剂（成胶剂） ＋添加剂 成胶液 水＋添加剂＋交联剂 交联液 水基压裂液添加剂
(1) 稠化剂
植物胶及衍生物 — 胍胶 — 田箐
纤维素衍生物 — 羧甲基纤维素钠盐（CMC） — 羟乙基纤维素（HEC） — 羧甲基羟乙基纤维素（CMHEC）
＝地应力+井筒内压+渗滤引起的周向应力
(3 y
x ) Pi
(Pi
Ps )
1 2 1
根据最小主应力原理
—当z最小时，形成水平裂缝; — 当Y或x最小时，形成垂直裂缝。
z
z
x
x
y y
2 水力压裂造缝条件
(1) 形成垂直缝
岩石破坏条件
h t
－压为正，拉为负 －最大有效周向应力大于水平方向抗拉强度
有液体渗滤
y y Ps
x x Ps
Pi
3 y
x
2(Pi
Ps ) (Pi
Ps
)
1 2 1
h t
当破裂时，Pi=PF
PF
3
y
x
h t
2 1 2
Ps
1
无液体渗滤
Ps
3 y
x
(Pi
Ps )
h t
当破裂时，Pi=PF
PF
3 y
x
h t
Ps
(2) 形成水平缝
三、 地应力的测量及计算
（1） 矿场测量 — 水力压裂法 — 井眼椭圆法
（2）实验室分析 —滞弹性应变恢复 （ASR） —微差应变分析 （DSCA）
（3） 有限元计算
第二节 压裂液
压裂液及其性能要求 压裂液添加剂 压裂液的流动性 压裂液的滤失性 压裂液对储层的伤害 压裂液选择
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
[ x
(
y
z )]
由于泊松效应，垂向负荷产生的侧向压力
x y 0
x
y
1
z
(2) 构造应力
定义与来源 特点
—构造应力属于水平的平面应力状态 —挤压构造力引起挤压构造应力 —张性构造力引起拉张构造应力 —构造运动的边界影响使其在传播过程中逐渐衰减。 在断层和裂缝发育区是应力释放区。 — 正断层，水平应力x可能只有垂向应力z的1/3， — 逆断层或褶皱带的水平应力可大到 z的3倍。
第一节 水力压裂造缝机理
破裂 压
加砂
力
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 H 升高反映了正常的裂缝延伸
E
a—致密岩石 b—微缝高渗岩石
管内摩阻 裂缝延伸压力（静)
净裂缝延伸压力
C
裂缝闭合压力（静）
S 地层压力（静）
时间
图6-1 压裂施工曲线
PF—破裂压力 PS —地层压力
岩石破坏条件
z
v t
－最大有效周向应力大于垂直方向抗拉强度
有液体渗滤
z
z
( Pi
Ps
)
1 2 1
有效总垂向应力为：
z z －Pi
z
Pi
( Pi
Ps
)
1 2 1
z
(Pi
Ps ) (Pi
Ps
)
1 2 1
v t
当破裂时，Pi
Ps
1
1.94
无液体渗滤
z z Ps
生物聚多糖 工业合成聚合物
— 聚丙烯酰胺（PAM） — 部分水解聚丙酰胺（PHPAM） — 甲叉基聚丙烯酰胺（MPAM）
(2) 交联剂
两性金属（非金属）含氧酸盐 —硼酸盐、铝酸盐、锑酸盐和钛酸盐等
弱酸强碱盐 无机盐类两性金属盐
—如硫酸铝、氯化铬、硫酸铜、氯化锆 等强酸弱碱盐 无机酸脂
—如钛酸脂、锆酸脂 醛类
(3) 热应力
产生原因 特点 计算方法
x
y
T TET 1
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，把微裂缝串成显裂缝。
二、 水力压裂造缝机理
1 井壁最终应力分布
y
y
r
x
rw r
x
（1）井筒处应力分布
• PF > PE
（2）向井筒注液产生的应力分布
弹性力学拉梅公式(拉应力为负)
re 2 re 2
/ r2 / rw2
1 1
pi
1 1
rw 2 rw 2
/ /
r2 re 2
pe
当 re， Pe =0 于是 r= rw时，＝ - Pi
(3) 压裂液渗入地层引起的井壁应力
( Pi
Ps
)
1 2 1
(4) 井壁上的总周向应力(应力迭加原理)
PE —延伸压力 P井底>= PF时
一、地应力分析
1 地应力场
应力状态： 主应力: x ， y， z ; 应变: x， y， z
(1) 重力应力
z 106
H 0
r (h)gdh
z z Ps
—孔隙弹性常数
注意： 的物理意义
由广义虎克定律计算总应变
x x1 x2 x3
1 E
有效总垂向应力为：
z z－Pi
z
( Pi
Ps
)
v t
当破裂时，Pi=PF
PF
z
v t
1
Ps
0.94
3 破裂压力梯度
定义
PF
H
理论计算
F
pF H
2v z
1v H
1 3v 1v
ps H
矿场统计
当αF < 0.015～0.018 MPa/m, 形成垂直裂缝 当αF > 0.022～0.025 MPa/m, 形成水平裂缝
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。
一、 压裂液类型
水基压裂液 油基压裂液
泡沫压裂液 酸基压裂液
1 水基压裂液
x
y
2
(1
rw2 r2
)
x
y
2
(1
3rw4 r4
)
cos
2
当r =rw，＝0及180时，＝ 3y－ x 当r =rw，＝90及270时，＝ 3x－ y
当 x = y ＝ 2y=2 x
说明周向应力相等，与无关 当 x > y
()0,180= ()min ()90，270= ()max 分析
• 随r增加， 迅速降低(平方次) • 应力集中
—甲醛、乙醛、乙二醛等
(3) 破胶剂
生物酶体系 适用温度21—54℃,pH值范围pH=3—8,最佳pH=5
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。