压裂模拟实验报告

中国石油大学采油工程实验报告

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压裂模拟实验2016

1. 实验目的(每空1分，共12分)

(1) 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，此压力大于井壁附近的地应力和岩石抗张强度，便在井底附近产生裂缝；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高导流能力的填砂裂缝。

(2) 压裂液是一个总称，根据压裂过程中注入井内的压裂液在不同施工阶段的任务可分为前置液、携砂液、顶替液三种。

(3) 当井壁上存在的周向应力达到井壁岩石水平方向的抗拉强度，岩石将产生垂直裂缝。

(4) 裂缝内的砂浓度是指单位体积裂缝内所含支撑剂的质量；裂缝闭合的砂浓度是指单位面积裂缝上所含支撑剂的质量。

2. 实验内容(每题4分，共20分)

(1) 破裂压力梯度：地层破裂压力与地层深度的比值。

(2) 裂缝导流能力：油层条件下填砂裂缝渗透率与裂缝宽度的乘积。

(3) 全悬浮压裂液：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剂的位置。

(4) 地面砂比：单位体积混砂液中所含的支撑剂质量；支撑剂体积与压裂液体积之比。

(5) 增产倍数：在相同的生产压差下，压裂作业后的产量与压裂作业前产量的比值。

3. 实验流程与步骤(每空1分，共12)

(1) 压裂施工设备由地面设备和压裂车组两部分组成。

地面设备主要包括 压裂管汇 、 蜡球管汇 、 压裂井口装置 ； 压裂车组包括 泵车、 混砂车、 罐车 、 仪表车 、 水泥车 。 (2) 泵车的作用：一是 泵送液体 ；二是 使液体升压；混砂车的作用：一是 把支撑剂与压裂液充分混合 ；二是 为泵车提供充足的液体 。 4. 数据处理（写出算例）（30分）

(1) 计算闭合压力(计算一组数据即可)

以100KN 载荷为例计算：

(2) 用达西公式计算裂缝导流能力(计算一组数据即可)

以单层入口压力2.39atm ，出口压力1atm ，流量0.94m ³/d=261.1cm ³/s 为例计算：

W=1cm

同理可求出其他测点的闭合压力和裂缝导流能力，如表1

表1不同载荷下的闭合压力和裂缝导流能力

载荷（kN ）

P 闭（kg/cm 2

）

K f W （μm 2

⋅cm ） 单层

双层

50 76.78 1.006 0.9984 100 153.56 1.006 0.9984 120 184.28 1.006 0.9984 150 230.34 1.006 0.9984 200 307.13 1.006 0.9984 250

383.91 1.006 0.9984

(3) 用二项式公式计算120KN 载荷的导流能力(画图注意横纵坐标名称与单位)

注：

)4

3

r r (ln w πaK 2μA o e f g -∙=，{a =86.4，Q (m 3/d)；g μ(mPa ·s)；P (MPa)}，入口压力，出口压力为绝对压力。

计算数据如表2：

表2 120kN 载荷下（Pi 2

-Po 2

）/Q 与Q 的值 单层

双层

（Pi 2

-Po 2

)/Q （MPa ²·d/m ³）

Q(m ³/d)

（Pi 2

-Po 2

)/Q

Q

0.002089 22.56 0.00211 22.56

0.002047 22.32 0.002047 22.32

0.001985 22.08 0.001985 22.08

0.001881 21.36 0.001881 21.36

0.001839 20.88 0.001839 20.88 以为纵坐标，Q为横坐标作图如下，其中Q (m3/d) P(MPa)

图1 单层铺砂（Pi2-Po2）/Q与Q图

由图知单层铺砂A=0.0013

图2双层铺砂（Pi2-Po2）/Q与Q图

由图知双层铺砂A=0.0013

(4) 画出裂缝导流能力与闭合压力之间的关系曲线，并分析(画图注意横纵坐标名称与单位)。

绘制导流能力与闭合压力的曲线：

图3 导流能力与闭合压力的曲线

根据导流能力与闭合压力的曲线可以得出，不论单层铺砂还是双层铺砂其导流能力不随闭合压力的变化而变化；表明在实验采用的闭合压力时，支撑剂没有被压碎，所以导流能力不随闭合压力减小；同时，双层铺砂的导流能力略小于单层铺砂的导流能力，表明两者无较大区别，也表明支撑剂没有压碎。

5. 问题（26分）

(1) 简述水力压裂增产增注原理。(8分)

答：水力压裂增产增注的原理主要是通过降低井底附近地层中流体的渗流阻力和改变流体的渗流状态，使原来的径向流动改变为油层与裂缝的近似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，大大降低了能量损耗，因而油气井产量或注水井注入量就会大幅度提高。

(2) 请画出压裂过程井底压力变化曲线，并指出破裂压力，裂缝延伸压力。(8分)

答：压裂过程井底压力变化曲线如下

对于致密地层，破裂压力为F P ，裂缝延伸压力E P ；

对于微裂缝、高渗岩石，破裂压力与延伸压力相近，都为E P 。

(3) 简述常规压裂对压裂液和支撑剂的性能要求。(10分) 答：常规压裂对压裂液和支撑剂的性能要求： 1）

滤失少，悬砂能力强，悬砂能力强，摩阻低，稳定性，配伍性，低

残，易返排，货源广、便于配制、价钱便宜

附数据表：