端部脱砂压裂研究pdf
端部脱砂
端部脱砂机理
（1）携砂液在裂缝内能够保持良好的冻胶状态，保证缝内砂浆以悬砂 状态运移，使地面泵注的各级压裂液在缝内能够呈现出一定的次序规律; （2）前置液和携砂液在压裂过程 中所处的温度条件和机械剪切条件有 较大的区别，使得前置液的破胶速度比携砂液快; （3）根据前置液和携砂液在胶体状 态、初滤失和有效滤失时间等方面 的差别，可以得出在脱砂压裂过程 中前置液的滤失速度明显大于携砂液 的滤失速度; （4）裂缝面具有 一定的硬度，可以保证脱砂砂桥的稳定性，从而控制 了裂缝的扩展。
工艺发展
第一例端部脱砂压裂是对一非常软的白垩地层实施的，该地层严重 的出砂现象使得不得不造出异常宽的裂缝。 后来有意识地使用端部脱砂压裂技术处理高渗透油气藏，却是为了 获得最大的裂缝导流能力，而不仅仅是为了减小支撑剂嵌入的影响。 进入九十年代,美国和英国在墨西哥湾、北阿拉斯加和北海等油田,以 及其它一些国家在不同油气田对高渗透层进行端部脱砂压裂,都取得了使 油气井长期增产的良好效果。 从那时起，端部脱砂压裂技术就越来越多地被应用于中高渗透地层的 生产改造中。
谢谢！
压裂填充和端部脱砂区别
一般说来，实施压裂充填的地层渗透率比端部脱砂的高，裂缝效率 比端部脱砂的低。 常规的端部脱砂只有裂缝的周边被填充，而压裂充填从缝口到缝端 都得到充填，并且铺砂浓度都等于砂堤浓度，从而很大的提高了裂缝的 导流能力。 常规的端部脱砂压裂一般用于中渗硬地层，而压裂充填多用于未胶 结的高渗软地层。成功的压裂充填的优点在于它在砂堤浓度下将所有的 动态缝宽填充起来。而常规端部脱砂压裂中支撑裂缝的宽度仅为沉降的 砂堤浓度除以泵入结束时裂缝中压裂液的浓度。
端部脱砂技术使用条件
安塞油田长6油层端部脱砂压裂试验
主 向油井 见效 后含 水上 升 快甚 至水 淹 ， 而侧 向油井难 以见效 ， 成 区块 内产量 和压 力 分 布严 重 不均 ， 响 了开 发效 造 影 果 。蜡 球 暂堵 端部 脱砂 压 裂技 术可 以最 大程 度地 增加 油 层 泄油 面积 ， 高填 砂 裂 缝 导 流能 力 ， 提 在现 场 试 验 取得 了 明显 的效 果 ， 长 ６油 藏侧 向油 井 的重 复压裂 改造 摸 索 出一条 新的 出路 。 为 关键 词 ：安塞 油 田 ；油层 ；压裂 ；暂堵 ；脱砂
由于 投 产 压 裂 及 长 期 采 油 、 水 的影 响 ， 始 地 注 原
０． ７ ａ／ 。 ０１ ０ ＭＰ ｍ
利 用 凯塞 效 应 、 地 磁 、 应 变 分析 及 压 裂 瞬 时 古 差
５ 压 裂 裂 缝 特 征 ．
收 穑 日期 ：２ 一０ ０ ３—１ ；修 回 日期 ： ０ 一０ ５ ２ ８—２ ｏ
作者 简介 ：石道 涵 （９ ８ ， １６ 一） 山西夏 县人 ，９ １ １９ 年毕业 于西 安石 油学 院采油工 程专业 ， 现从 事采 油工艺技 术研究 。地址 ：７６ ０ ） 西延安 （ １０ Ｏ 陕 市 河庄坪 ， 话 ：２ 电 ０９—６ ０ １０ ５６７。
区块 ２ ０口井 岩 心 观 察 ， １ 有 ４口有 裂 缝 显 示 。 多 数 出现 一 条 直 立 缝 ， 数 出 现 ２～３条 一 组 的 平行 直 立 少 缝 或 两 条 正 交 缝 。古 地 磁 测 试 成 果 见 表 １ 。
岩。矿物 成 份 以长 石 为 主 ， 结 物 含 量 占 １％ ～ 胶 ｌ １％ ， ４ 主要 为 薄 膜 型 次 生 绿 泥 石 ， 次 为方 解 石 和 浊 其
１ ６
１ ８
压裂新工艺新技术
1、端部脱砂压裂技术（TSO）随着油气田开采技术的发展和多种工艺技术的交叉综合运用，压裂技术应用范围已不再局限于低渗透地层，中高渗透地层也开始用该技术提高开发效果。
当压裂技术应用于中高渗透性地层时，希望形成短而宽的裂缝，并尽可能地将裂缝控制在油气层范围内。
为了适应这一特殊的要求，国外于20世纪80年代中期研制开发了端部脱砂压裂技术，并很快应用于现场，目前国内也开展了这方面的研究，并取得了很大的进展。
（1）端部脱砂压裂的基本原理端部脱砂压裂就是在水力压裂的过程中，有意识地使支撑剂在裂缝的端部脱砂，形成砂堵，阻止裂缝进一步向前延伸；继续注入高浓度的砂浆后使裂缝内的净压力增加，迫使裂缝膨胀变宽，裂缝内填砂浓度变大，从而造出一条具有较宽和较高导流能力的裂缝。
端部脱砂压裂成功的关键是裂缝的周边脱砂，裂缝的前端及上下边的任何部分不脱砂都不能完全达到预期的目的。
端部脱砂压裂分两个不同的阶段。
第一阶段是造缝到端部脱砂，这实际上是一个常规的水力压裂过程，目前的二维或三维模型都可以应用。
第二阶段是裂缝膨胀变宽和支撑剂充填阶段，这一阶段的设计是以物质平衡为基础，把第一阶段最后时刻的有关参数作为输入参数来完成的。
（2）端部脱砂压裂的技术特点在端部脱砂压裂技术中，压裂液的粘度要满足两方面的要求：一是保证液体能悬砂，二是有利于脱砂。
若压裂液的粘度过低，液体内不能保证悬砂，裂缝的上部就会出现无砂区，达不到周边脱砂的目的，在施工过程中也容易导致井筒内沉砂。
若压裂液的粘度过高，滤失就会较慢，难以适时脱砂。
所以端部脱砂压裂技术对压裂液的粘度要求比常规压裂液的要严格一些。
和常规压裂相比，端部脱砂压裂技术的泵注排量要小，这是为了减缓裂缝的延伸速度，控制缝高和便于脱砂。
前置液的用量也比常规压裂少，目的是使砂浆前缘能在停泵之前到达裂缝周边。
而端部脱砂压裂的加砂比通常高于常规压裂，以提高裂缝的支撑效率。
（3）端部脱砂压裂的适用范围端部脱砂压裂技术的突出特点是靠裂缝周边脱砂憋压造成短宽缝，因此只能在一定的条件下使用。
水力压裂端部防砂技术
双重效果。
五 、压裂防砂技术关键
2、 端部脱砂压裂工艺
中高渗透油层压裂成功的关键是形成具有高导 流能力的“短宽裂缝”。因此，必须采用不同于 常规压裂的新工艺——端部脱砂压裂。
二、压裂防砂技术形成的背景
1、传统的防砂方法的缺陷
二十世纪以来，伴随石油工业的高速发展， 各类防砂方法/技术应运而生，日趋成熟，在 疏松砂岩油气藏的开发过程中发挥了巨大的 作用。不管是机械防砂或是化学防砂方法， 在一定时期内都能控制地层出砂，但总是以 牺牲油（气）井部分产能为代价。
二、压裂防砂技术形成的背景
4、当K =（10～100）×10-3μm2，且E =3500MPa～35000MPa,
或当K =（100～500）×10-3μm2，且E >3500MPa，或K = （100～300）×10-3μm2，且E =700MPa～3500MPa时，可采用防 砂压裂方法而不用固结剂（Opti Frac）。 5、 当K <10×10-3μm2或K =(10～100) ×10-3μm2，井底严 重伤害且E >35000MPa时，采用常规压裂解堵增产措施 (Fracture).
四 、压裂防砂工艺的选井原则
选择原则： 1、若地层未被伤害，渗透率很高（大于1000×103μm2）,地层十分松软（E
<700MPa），出砂很少或投
产时间短，可采用常砾石充填方法（Gravel Pack）。
2、若近井地带存在伤害，地层渗透率较高（ K = （500～1000）×10-3μm2），而出砂历史较短，应采 用压裂充填方法（frac pac）。对于特高渗透地层（K >1000×10-3μm2），但地层尚有一定硬度(E >700 MPa)
压裂防砂技术
压裂防砂技术研究张静(大庆油田井下作业二大队)摘要压裂防砂技术是一项新技术,具有防砂和增产的双重作用。
详细介绍了胶液充填压裂防砂和盐水充填压裂防砂2种压裂防砂技术,其中着重论述盐水充填压裂防砂技术。
通过表皮因子统计分析比较2种技术的现场应用效果,并从导流能力、油层特征及施工限制角度确定选井条件,最后阐明2种压裂防砂技术具有同样良好的生产效果,一般来说胶液充填压裂防砂适用于低渗透率油层和射孔段大于15 m的薄砂页岩层序油层;盐水充填压裂防砂适用于油层接近油水、油气界面,大斜度长井段和高温油藏。
因此,科学选井是其施工成功的关键之一。
主题词压裂防砂胶液充填盐水充填表皮因子导流能力最早将压裂与防砂2种工艺结合起来应用于中、高渗透疏松砂岩的想法出现在20世纪60年代的委内瑞拉,但由于常规压裂技术在应用于中、高渗透性油藏时受到限制,直到1984年才首次出现了以充填宽缝为主要目的的端部脱砂压裂技术,使中、高渗油藏的压裂防砂进入一个新时期,近10年来得到不断完善和发展。
从发展趋势看,今后中高渗透层压裂防砂作业量比低渗油层增长要快。
1 技术原理1.1 防砂机理均质未压裂地层井底流体的流入模式为标准径向流,不同等压线为以井底为圆心的大小不等的同心圆。
油井压裂以后,地层中形成具有高导流能力的裂缝,地层流体流入井底不再是径向流动,而是简化为垂直于裂缝的直线流和沿裂缝直线流入井底的直线流,又称为双线性流动模式。
流体沿着具有高导流能力裂缝的方向流动,流动阻力非常小。
压裂防砂目的是形成裂缝,穿透污染带并加砂,在形成挡砂屏障的同时,增加泄油面积,降低流速,控制出砂并提高油井产能。
而管内砾石充填尽管是最广泛的应用方法,但油井产量低,无法减少炮眼以外的地层伤害。
1.2 施工工艺该技术利用压裂车组将压裂液高泵压大排量正挤入地层中,在地层中形成人工裂缝。
然后携砂液将砾石携带进入人工裂缝,在裂缝内形成高渗透率的人工砂桥,防治油层细粉砂。
压裂防砂技术机理研究
压裂防砂技术机理研究摘要：管外充填防砂和端部脱砂压裂一体化技术就是所谓的压裂防砂技术，这种技术能够实现一次性的管外充填防砂和层脱砂压裂，形成一个具有多级分选过滤的人工井壁通过裂缝支撑带和管外砾石层的作用。
对于压裂防砂的技术来说，它对地层起到压裂解堵和改造的效果的同时，还能够实现防砂的功用，且地层水敏的难题可以通过采用以水锁剂为携砂液的方法来得以实现。
关键词：压裂防砂解堵改造油层一、油井出砂原因1.砂岩油层的地质条件储层岩石的性质：从客观上来讲，油井出砂的主要原由是储层岩石的应力分布及其性质。
岩石的胶结含量、类型及胶结方式就是所谓的储层岩石的性质，它影响着岩石结构的完整性。
出砂的难易程度与接触式胶结的强度有关。
应力分布：在钻井的作业过程中由于应力的释放，砂层产生膨胀，造成颗粒坍塌，重排，砂层失去原有的稳定性；通过实验可知，将较高的应力加载给砂岩，出砂前就能承受比较高的流体流动速率。
对于采油的过程来说，由于流体压力在孔隙中的减小，在负荷实现流体向粒间结构上转移到的过程中，增加了粒间的轴向负荷，岩石受到应力的挤压作用也随之增了，压实了砂层，颗粒间的胶结被扰乱了，砂层失去原有的稳定性，进一步损坏了套管。
2.开采因素油层出砂的主要原因是流体的流动作用在石油开采的过程中对颗粒的拖动力和对地层的冲刷。
为了提高开采量，通过注水开发的方式实现油层见水后，流体的渗流速度也增大了，增大了生产压差，出砂程度也加剧了。
地层水敏性的矿物会由于注水开发的缘故而膨胀松软、解体，进而消弱地层的强度，使出砂严重。
造成地层出砂的因素还有可能是：射孔密度过大、固井质量差，部分胶结物在油层含水后被溶解，突然变化的工作制度，岩石胶结强度降低。
二、压裂防砂技术实现管外充填防砂与端部脱砂压裂的合二为一的技术被称作是压裂防砂技术。
地层实现端部的脱砂压裂和管外充填，形成一个具有多级过滤的人工井壁，利用裂缝支撑带和管外砾石层的作用，最终实现油井的产量的提升、防砂时间增长的功效。
压裂防砂机理与工艺选择研究
过程 中，尖端脱砂压裂要求缝 内砂浆前缘必须提前到达裂缝周边 ，以 限制裂缝 长度的进一步 增长 ，而增加缝 隙的宽度 （ ）。压裂充填 图３ 技术的实施与缝端脱砂压裂 、 选井选层 、压裂液 、支撑剂的选择及作 业 的优化设计与施工紧密相关 。因此在进行技术实施前要充分考虑施 工的经济效益 、近井地层的伤害程度 、地层 出砂历史以及储层的物理
状态等相关参数 。
，］ ａ 常规压敷
图２ 缝 内砂 浆状 态 示 意 图
潮 胶盼
敷 缝
危填裂缝
拉 石油技术人 员提 出了将压裂 与防砂 工艺 ０ ０ 结合起来应用于 中 、高渗透疏松砂岩 油藏 的想法 ， 由于常规压 裂技 但 术应 用于 中 、高渗透性油藏 的限制和不 利影响 ，直￣ １ ８ 年Ｓ ｉ 等 ． １９ ４ ｍ ｔ ］ ｈ 人首次发表 了以充填 宽裂缝为主要 目的的 “ 端部脱砂压裂 ”技术 ，才 使中、 高渗透油藏 的压裂 防砂进入一个新 时期 ，近 十几年来得到不断 完善和发展 。压裂防砂技术适用于 中低渗透 、出砂严重 、 地层污染严 重 、产量低及粉细砂 、 特稠油井防砂施工 。在高压下使地层产生微裂 缝 ，并挤入 涂料砂 或砾石 ，增大 井的充填 半径 ，解 除近井 地带污 由 染 ，改善近井地带流入状态 ，提高渗流能力 。该项防砂技术不仅大大 提高了防砂效果 ，同时使油井产液量大幅度提高 。 （ ）防砂机理 。地层 出砂的岩石破坏 机理与 四种 因素有关 ，即 １ 拉伸破坏 、剪切破坏 、粘结破坏和孔 隙坍塌 。ＦＳ ｎ ｌ ｐ 等 ，通过岩 ． ｆｉ ｏ ａｉ ｐ 心实验对地层 出砂的过程和机理进行了研究 ，认为地层 出砂首先是 由 于地层受到剪切作用在井底周 围发生剪切破坏 ，造成地层岩石变 的疏 松 ，流体的拖拽作用使得岩石颗粒从岩石表面脱落下来 ，在这个过程 中流体 的冲蚀 作用起到了主导作 用 。压裂防砂技 术 通过 利用压裂在 地层 中造缝 ，形成高导流能力的支撑带 ，流体 由原来的径 向流变为双 线性流 （ ），降低了生产压 差和原油的流 动阻力 ，从而达 到增产 图１ 目的 ；同时由于具有较大面积裂缝 的产生 ，增大了原油的渗流面积 ， 对流体 起到了一定程度上的分流作用 ，因此大大降低了流速 ，降低了 流体对地 层颗粒 的冲蚀携带作用 ，从而稳定了地层砂 ；压裂支撑带对 地 层砂 的桥堵 作用。该作用与井底砾石充填相似 ，通过压裂砂粒径的 选 择 、以及涂料砂与石英砂充填选 择 ， 而实现裂缝 内充填砂对地层 从 砂 的桥堵 ， 起到油井防砂效果 。
(完整版)水力压裂影响因素研究
中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）水力压裂影响因素研究水力压裂影响因素研究摘要水力压裂一直以来就是低渗透率油气藏增产的主要措施之一。
为了提高压裂措施的增产效果，以尽可能小的投资获得最大的回报，本文在调研了国内外大量水力压裂资料，总结了水力压裂的基本理论知识与基础原理，在此基础上，对影响水力压裂效果的因素进行了分析与优化。
分析认为影响水力压裂的因素主要可分为四大类：一是改造油层选择不当 ;二是压裂参数设计不合理 ;三是压裂液体系选择不合理 ;四是压后油层处理方法不正确。
最后，针对因素分析结果提出了水力压裂优化措施，实践表明，这些措施使得水力压裂效果得到了很好的改善与提高。
关键词：水力压裂；影响；因素；研究i中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）目录第一章引言 .............................................1 1 11.1问题 的提出 ............................................. 1.2研究概况 ...............................................第二章 水力压裂基本原理 (3)2.1地应力及其分布 ......................................... 2.2井壁应力 ............................................... 2.3造缝条件 ............................................... 2.4裂缝形态判别 ........................................... 2.5水力压裂二维几何模型 ...................................3 4 6 6 7第三章 水力压裂影响因素分析及优化 .....................................................10 3.1油层选择不当 .......................................... 3.2压裂参数设计不合理 .................................... 3.3压裂液体系选择不合理 .................................. 3.4压后油层处理方法不当 .................................. 3.5水力压裂优化 ..........................................10 12 13 14 14 第四章 总结 ..............................................................................................17 参考文献 .. (18)第一章引言1.1问题的提出近年来，低渗透油气田的开发已经越来越引起人们的关注。
压裂砂可行性研究报告
压裂砂可行性研究报告一、研究背景随着石油勘探领域的不断发展，压裂技术逐渐成为开采页岩气、致密气、致密油等非常规油气资源中的重要手段。
而在压裂技术中，压裂砂作为一种重要的物料，在确保压裂效果的同时也面临着许多挑战。
因此，对压裂砂的可行性进行深入研究具有重要意义。
本报告旨在对压裂砂的可行性进行系统分析，为石油勘探领域提供科学依据，促进压裂技术的发展，为非常规油气资源的高效开采提供支持。
二、研究内容1. 压裂砂的基本介绍2. 压裂砂的主要作用3. 压裂砂的物理性质4. 压裂砂的化学性质5. 压裂砂在压裂施工中的应用6. 压裂砂的市场前景7. 压裂砂的可行性分析8. 压裂砂相关技术的发展趋势三、压裂砂的基本介绍压裂砂，也称为支撑剂，是一种用于提高岩石断裂面上的渗透性和孔隙度的颗粒材料。
在压裂作业中，压裂砂通过高压液体的力量，填充在裂缝中，增加裂缝的稳固性，从而提高了油气在岩石中的渗透性和产能。
四、压裂砂的主要作用1. 提高岩石的渗透性2. 稳定裂缝3. 支撑地层五、压裂砂的物理性质1. 颗粒分布2. 比表面积3. 密度4. 孔隙度六、压裂砂的化学性质1. 化学成分2. 抗腐蚀性3. pH值4. 溶解度七、压裂砂在压裂施工中的应用1. 选砂标准2. 砂掺配3. 砂测定4. 压裂砂加注八、压裂砂的市场前景1. 压裂砂的需求趋势2. 压裂砂的市场占有率3. 压裂砂的价格趋势九、压裂砂的可行性分析1. 技术可行性2. 经济可行性3. 社会可行性4. 环境可行性十、压裂砂相关技术的发展趋势1. 新型压裂砂材料的研发2. 高效压裂砂的应用3. 绿色压裂砂技术的发展十一、结论与展望本报告通过对压裂砂的性质、应用、市场前景和可行性进行了全面分析和研究。
压裂砂作为一种重要的支撑剂，在非常规油气资源开采中具有重要作用。
未来，随着技术的不断发展和创新，压裂砂相关技术将不断完善，为非常规油气资源的高效开采提供更多支持。
十二、参考文献1. Raghu K. Nandan. (2019) 'Experimental investigation of Indian proppant in the hydraulic fracturing process' Fuel 253, 1026-1032.2. 黄露，吕振华. (2017) '压裂支撑剂在页岩气水平井中的应用研究' 石油天然气学报 59(9), 114-120.以上为压裂砂可行性研究报告内容，全文共6000字。
水力压裂端部防砂技术
二、压裂防砂技术形成的背景
2、压裂技术由低渗向中高渗层的延伸/转变 高渗透地层，特别是胶结疏松的砂岩地层， 传统的观念认为：地层的渗透率已经很高 （数百到数千毫达西），没有必要进行压裂 改造，即使改造也收效甚微。
二、压裂防砂技术形成的背景
3、针对疏松地层的特殊压裂工艺 ——端部脱砂压裂
多年来的防砂实践证明：为了获得最佳的防砂效果，对 已经大量出砂严重亏空的地层（后来这一条件也被取 消），必须进行地层预充填，即向油井周围地层内大量 挤入高渗透的石英砂（砾石）或树脂涂层砂，在井筒周 围建立起可靠的高渗透挡砂屏障，改善近井流动阻力， 并延长防砂有效期。这一措施已经作为各服务公司的防 砂指南，确是一项弥补产量损失的有效措施。但是，专 家却提醒施工者：进行地层预充填时，最高泵压不允许 超过地层破裂压力。理由是一旦超过破裂压力，将使岩 石骨架破坏，导致出砂加剧，影响防砂效果。
压裂防砂工艺技术
一、压裂防砂技术的概念
采用端部脱砂技术，利用千型压裂车组将
高粘压裂液通过大大高于疏松砂岩地层吸收
能力的排量注入地层，将地层压开短宽裂缝,
并充填以大量的支撑剂，形成端部脱砂，然 后进行管内环空砾石循环充填的一项具有增 产防砂综合效果的集成技术。
二、压裂防砂技术形成的背景
压裂作为一项增产工艺早已在低渗油气藏得到广 泛应用，技术十分成熟。而将压裂工艺大规模应用于 高渗透胶结疏松的软地层作为防砂完井措施却是九十 年代的事，并且发展迅猛，很快为石油工业界广泛接 受，有的石油公司已经作为首选的防砂完井技术。目 前，在全世界范围内，压裂充填（frac-pack）防砂 施工井数与日俱增（每年递增数百口井），而且，施 工井数已占其它各类防砂井总数的50%，可见在防砂 领域中地位举足轻重，显示出广阔的发展前景。
压裂技术发展历史回顾与发展状况-
规限流压裂完井，很多层在操作上与经济上受到限制，为暂放置层
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• 压裂工艺技术发展的特点
▲ 工程与地质的组合 ▲ 压裂与油藏工程组合 ▲ 技术概念+专用设备+井下工具+材料+实验室支持+软件支持
→→压裂实施工艺 →技术整合→技术系统 ▲ 压裂技术近期发展特点
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• 进一步提高低渗储量动用程度与发展压裂技术
❖ 对类似上述已获得开发的储层条件，可应用成熟技术对未动用储量实施开发
❖ 对未开发或未充分开发的难采低渗储量——压裂实施面临的难度： ▲ 低孔渗、特低孔渗油层物性，复杂岩性，复杂就地应力场与异常高净压力 ▲ 多、薄低孔渗储层、含不同程度发育的天然裂缝、储层透镜状岩体、严重 非均质与各向异性等
❖ 面对未开发或未充分开发难采低渗储量，必须发展（直井、水平井）完井压 裂、重复压裂等增产（注）工艺技术，实施低成本开发与进一步提高储量动 用程度
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多、薄低渗层——连续油管分层压裂工艺技术
• 概况 • 连续油管压裂设计原则与方法 • 应用实例
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多、薄低渗层——连续油管分层压裂工艺技术 （续）
• 连续油管作业应用 —— 现已形成一个热点，于短暂时间内：一种单项的修井
服务工具， 发展成为多种井下业务的组成部份
• 早期应用：诱喷、排液、酸化
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• 均匀介质
• 单一裂缝 13
西部致密气砂层研究计划
• 单层 • 储层物性:例如 Φh=0.9m
k=0.05~0.005 md kh =0.45~0.045 md.m • 储层介质类型：均匀介质 • 压裂：单一裂缝形态 • 席状砂岩 • 大型水力压裂
压裂防砂技术项目总结
压裂防砂技术项目总结-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN项目名称：压裂防砂技术研究与实验负责单位：吐哈油田分公司开发事业部承担单位：吐哈油田分公司吐鲁番采油厂吐哈石油勘探开发指挥部钻采工艺研究院2003年9月负责单位负责人：金志鹏承担单位负责人：周自武刘建伟承担单位具体负责人：王宇宾刘兆江目录一、问题的提出.......................................错误!未定义书签。
二、油井出砂状况机理分析与评价.........错误!未定义书签。
三、压裂防砂技术原理及特点 ................错误!未定义书签。
四、国内外技术状况 ...............................错误!未定义书签。
五、压裂防砂工艺技术研究 ....................错误!未定义书签。
六、适合压裂防砂的支撑剂优选.............错误!未定义书签。
七、低伤害压裂液的研究与优选.............错误!未定义书签。
八、前期压裂防砂现场试验总结分析 .....错误!未定义书签。
九、压裂防砂试验下部工作安排.............错误!未定义书签。
一、问题的提出吐哈油田雁木西油田和鲁克沁稠油油田都存在一个共同的问题，即油井出砂严重，影响了正常生产。
雁木西油田储层中孔低渗，岩性以细砂岩为主，中孔细喉道，平均孔径，孔吼直径均值，胶结疏松。
投产初期油井自喷产能低，出砂较严重，储层出砂造成了严重的地层伤害。
采用烧结防砂筛管防砂后，见到了较好的防砂效果，但不能完全满足防砂稳产要求。
同时，采用防砂管防砂其有效期一般都不长，粉细砂在井筒中逐渐堆积，使油井产量越来越低。
鲁克沁稠油油田表现更加突出，由于地层出砂的影响，油井采油时率低，检泵周期很短，采用TBS防砂管有效期短，地层产能下降快。
以鲁2井为例，鲁2井是鲁克沁区块的一口探井，试油时曾大量出砂，其中目前生产层（2341～2377m）共出砂，日产稠油d。
端部脱砂工艺优化设计(1)
不断增长的，而且裂缝一般都很狭窄；而在端部脱 砂压裂施工时，前置液几乎完全滤失于地层，形成 难以流动的砂堆，随即发生砂堵，继续泵人不同支 撑剂浓度的携砂液，由于缝端被堵没有出路，迫使 裂缝加宽、膨胀，而缝长不再增长，形成高导流能力
的支撑带。
鑫１ ０２０忙受亟亘］堕匦亘）妥巫工互亘墅［厂
中图法分类号ＴＥ３５７．１３；
文献标志码Ｂ
油层出砂是砂岩开采过程中的常见问题之一， 对于疏松砂岩油藏，出砂是提高采油速度的主要障 碍。出砂的危害极大¨Ｊ。主要表现为：砂埋油层或 井筒砂堵造成油井停产；地面和井下设备磨损、砂 卡；冲砂检泵、地面清罐等维修工作量剧增；出砂严 重时还会引起井壁坍塌而损坏套管。这些危害既 增加了原油生产成本，又增加了油田的开采难度。 压裂充填防砂技术是在疏松砂岩油气层中通过水 力压裂产生短而宽的裂缝，形成高导流能力的人工 裂缝。技术关键是采用端部脱砂技术使携砂液在 裂缝端部脱砂，加强裂缝在宽度方向上的增长，达
ａｃｃｕｒａｔｅ
ｗａｓ ｔｏ
ｍａｄｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ
Ｓｕｃｃｅｓｓ
ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｗｉｔｈ
ｒｅｓｕｌｔｓ，ｈａｖｉｎｇ ｓｏｍｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ＴＳＯ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ
ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ
ｒａｔｅ
ｆｌｕｉｄ ｖｉｓｃｏｓｉｔｖ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．
Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
ｔｏ
ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｅｘａｍｐｌｅｓ，ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｌａｎ
ｗａｓ
ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ
周边脱砂压裂特点及影响因素探讨Word版
周边脱砂压裂特点及影响因素探讨•• 摘要：为了更有效率地实现周边脱砂压裂，本论文分析周边脱砂压裂裂缝的扩展特点，总结了滤失系数、地应力梯度、盖底层与产层压力差等地层参数对裂缝扩展趋势的影响，探讨了粘度、排量、脱砂时刻选定等作业参数对压裂的影响，最后对提出周边脱砂压裂的优化设计方向。
• 关键词：压裂、优化、模型、拟三维模型、周边脱砂压裂EXTENSION THAIT AND OPTIMIZATION DESIGN OF PERIPHERY SCREENOUT FRACTURINGAbstract : base on the simulation software which adapt periphery screenout fracturing propagation; analysed the extension trait of periphery screenout fracturing and the effect of operational parameter and reservoir parameter on fracture; finally, optimized the fracrure ’s parameters after detailed results analysis.Key word : fracturing optimization model pseudo-three-dimensional-fracturing periphery screenout fracturing无论是低渗透油田还是中高渗透油田，压裂增产、压裂增注或压裂防砂的最基本原理都是建立在裂缝附近流体的双线性流动理论基础上的[1]。
根据前人的物理实验和数值模拟可以发现，代表裂缝实际导流能力和地层自然渗透能力的差异大小的物理量“无因次裂缝导流能力[2]”的大小决定了压后地层中流体的流动模式。
因此要减小流动阻力、增大裂缝的导流能力，充分发挥裂缝的作用，就要使由式1中的fDC 达到较大的值以产生明显的双线性流动模式[3]。
端部脱砂压裂研究pdf
第 2 章 端部脱砂压裂机理
在致密储层中,建立长的高导流裂缝能够极大地提高产量,这是传统的水力压 裂的主要优势。但是,当地层渗透率达到一定程度后,缝长的增加,对产量的影响不 明显,相反,建立短而宽的高导流裂缝才可能解除损害、防止近井地带坍塌和实现产 量的大幅度提高。原因是油气井压裂后，流体沿着具有高导流能力的裂缝进行流动 时，流动阻力非常小，因此地层流体流入井底不再遵循径向流动模式，而是形成双 线性流动模式。图 2－1 是压裂前后井筒附近流体流动方式示意图。
亦即增加缝内支撑剂的浓度(kg/m 2 )，这将是保证高渗透率的有效措施，但此时必
然会导致加大缝宽。因此提高填砂裂缝导流能力必然是缝宽与填砂裂缝渗透率同时
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提高的结果。 1. 研究常规压裂发现造缝宽度（动宽度）的有利应用程度并不是很高。 有人做了一些计算，地面砂比为 90% 时，支撑宽度为动宽度的 47%，即使提高
第一例端部脱砂压裂是对一非常软的白垩地层实施的，该地层严重的出砂现象 使得不得不造出异常宽的裂缝。后来有意识地使用端部脱砂压裂技术处理高渗透油 气藏，却是为了获得最大的裂缝导流能力，而不仅仅是为了减小支撑剂嵌入的影响。 进入九十年代,美国和英国在墨西哥湾、北阿拉斯加和北海等油田,以及其它一些国 家在不同油气田对高渗透层进行端部脱砂压裂,都取得了使油气井长期增产的良好 效果。从那时起，端部脱砂压裂技术就越来越多地被应用于中高渗透地层的生产改 造中。
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子，提高产量。 ③建立短而宽的高导流裂缝,有效地增大了井筒泄油半径。因此,降低近井地带
的生产压差和径向流动速度,可防止或减少地层出砂和井壁坍塌,实现在较低的生 产压差下获得较高的产量,还可提高了储层能量利用率。
④对于层状油藏,控制恰当的裂缝高度,还可使层间互相连通,扩大增产效果。
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根据物理实验和数值模拟可以发现，代表裂缝实际导流能力和地层自然渗透能 力差异的物理量“无因。 要发挥裂缝的作用，就要使CfD达到较大的值以产生明显的双线性流动形式。无因次 导流能力的表达式为：
第一例端部脱砂压裂是对一非常软的白垩地层实施的，该地层严重的出砂现象 使得不得不造出异常宽的裂缝。后来有意识地使用端部脱砂压裂技术处理高渗透油 气藏，却是为了获得最大的裂缝导流能力，而不仅仅是为了减小支撑剂嵌入的影响。 进入九十年代,美国和英国在墨西哥湾、北阿拉斯加和北海等油田,以及其它一些国 家在不同油气田对高渗透层进行端部脱砂压裂,都取得了使油气井长期增产的良好 效果。从那时起，端部脱砂压裂技术就越来越多地被应用于中高渗透地层的生产改 造中。
1.1 端部脱砂压裂技术发展的背景及应用
水力压裂是人为地在地层中压开一条高导流能力的裂缝，降低井底附近的渗流 阻力和改善流体流动形态，以实现油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施。 常规水力压裂是从 20 世纪 40 年代后期（1947～1949）建立并发展起来的。它在低 渗透油气藏的增产改造中，获得了广泛应用和显著成效。在致密储层中,建立长的 高导流裂缝能够极大地提高产量,这是传统的水力压裂的主要优势。但是,当地层渗 透率达到一定程度后,缝长的增加对产量的影响不明显；相反,建立短而宽的高导流 裂缝才可能解除损害、防止近井地带坍塌和实现产量的大幅度提高。基于这种形式， 国外于 80 年代中期研究开发了端部脱砂压裂技术。
2.2.1 解堵 如Prudhoe Bay油田的第4产油层的渗透率已由原来的高达0.1µm2 降至0.005µm2,
试井分析表明,地层受到伤害。实施端部脱砂压裂后, 伤害严重的井, 其增产比可达 6～7。 2.2.2 增产
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Raven spurn South 砂岩气田位于北海南部,气藏深度3048m, 厚度67～91m, 渗 透率(1～2)×10－3µm2, 温度99℃,为使总井数最少,已把水力压裂作为油田开发的重 要组成部分,而规水力压裂又达不到足够的裂缝导流能力, 因此采用了端部脱砂压裂 技术。从6口开发井的应用效看,端部脱砂压裂产生的裂缝导流能力在0.3～3.0µm2•m， 而常规压裂产生的裂缝导流能力低至0.08µm2•m。试井分析表明端部脱砂压裂实际产 生的缝长和设计缝长吻合较好,而常规水力压裂后的缝长远小于设计缝长,可能是由 于加入的支撑剂量不够所致。端部脱砂压裂的平均增产比为7倍,而常规水力压裂的只 有3倍。 2.2.3 油藏管理
到 126%，也仅有 58%。从这个角度看，首先应找出常规“饱填砂”的途径，以最大 限度的利用动缝宽的好处。
2. TSO 是“超缝宽”的压裂技术。 当缝长延伸到所规定的长度时，也正是前置液完全滤失于地层的时刻。后到的 携砂液到达此地后，由于液体的迅速滤失，形成难以流动的砂堆，随即发生砂堵。 继续泵入携砂液，由于缝端被堵没有出路，致使裂缝加宽、膨胀，并在缝中填满了 支撑剂。在此过程中泵压急剧升高。图 1-1 是比较典型的 TSO 压裂过程中压力的变 化。随着地层破裂，裂缝延伸，压力不断升高之后，接着是压力下降，这是由于随 着长度的增加，造成过多的滤失所致。前置液完全滤失后在端部形成砂堵。图上出 现在施工后期压力迅速上升即描述此过程。有报道说此时形成的动缝宽可能有常规 压裂的两倍。如果“饱填砂”理解为在整个缝中形成砂堵，那么 TSO 技术正做到了 这种要求。
端部脱砂压裂，又称为高砂比压裂、短宽缝压裂，该方法是当缝长达到一定值 后，有意在裂缝的端部（周边）形成砂堵，阻止裂缝向前（沿缝长方向）延伸，同 时以一定的排量继续泵入不同支撑剂浓度的压裂液，迫使裂缝“膨胀”，获得较宽 的裂缝和较高的砂浓度(一般支撑剂在裂缝中的铺置浓度可达 40kg/m2)，达到提高 导流能力的目的。
图 1-1 TSO 压裂井底压力随时间的变化 3. TSO 技术也可用于疏松胶结有出砂倾向的井中。 常规开采的出砂井，由于井底附近径向流所引起的巨大压降，使液流作用在砂 粒上的拖曳力超过砂子之间的粘着力而进入井中，砂层被破坏。这种不稳定性会导 致一系列的问题：井底附近渗透率变差、产量减少、作业工作量加大。TSO 技术能 降低井底附近的压降梯度，也能起到砾石充填支撑砂层的作用。 4. TSO 技术的使用条件 (1)被深度污染伤害了的中高渗地层，在这种情况下酸化不可能有效的解除。 (2)有些地层不适于采用酸化处理。 (3)存在有底水、气顶或靠近注水井的地层或油气井在这种情况下，由于缝高及 缝长的限制，不可能进行大规模压裂。 (4)胶结疏松的易出砂地层，实施 TSO 的压裂充填后，砂层得以支撑。 (5)有条件的应用于重复压裂的井层。
Etive 和Rannoch是北海Gullfaks油田Brent砂岩组上下相连的两个油层, 其厚 度分别为15～16m和46～95m。Rannoch地层砂自下而上总体上由细变粗,Etive由细变 粗。Rannoch地层上部的孔隙度为34%～37%,而渗透率为1～2µm2, Etive地层下部的孔 隙度与前者相当,甚至更低些,但渗透率却高达10µm2,因此油藏纵向上表现为渗透率 和孔隙度变化的不一致。此外,油井出砂和Etive地层的严重水窜给油藏管理带来困 难。实际生产中,Rannoch地层自下而上又分为R-1、R-2和R-3三个小层,对应的渗透率 由低而高。R-1小层全部射开, 其余两小层为部分射开。从产出剖面看,水窜后R-1小 层几乎不出油,R-2 小层的产油量亦很低,整个油藏纵向上驱替效率很低。为此 Statoil公司决定采用端部脱砂压裂进行防砂并改善油藏管理。图2－2表示端部脱砂 压裂改善油藏管理的原理示意图。根据地层系数kh,主力油层不射孔,其余层段进行选 择性射孔,这样可达到几个目的: ① 限制主力油层产量； ② 提高中低渗地层的开发动用程度； ③ 放大生产压差, 提高油气井产量, 尤其是增加中低渗地层产量； ④ 如果高渗地层伴有出砂问题, 用端部脱砂压裂可以防砂； ⑤ 高渗地层水窜的可能性得到扼制。
C fd = k f W f / kL f 式中：kf－裂缝渗透率， µm2 ；
k－地层有效渗透率， µm2 ； Wf－裂缝宽度，m； Lf－充填裂缝的半长，m。 由上式可知：当地层有效渗透率k较大时，限制裂缝半长Lf并尽可能产生较高的 导流能力，kfWf，才能获得较高的CfD值。 与低渗透层压裂相比,高渗透层压裂要求产生的裂缝较短,但裂缝较宽,特别是 应当具有更高的裂缝导流能力。因为： ①高渗透层本身具有很高的导流能力,储层流体较易于流向裂缝。因此,加大裂 缝长度,不是提高高渗透层产量的关键因素。 ②泵送的压力更多地用于扩大裂缝宽度,它有利于疏通地层污染带,减小表皮因
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子，提高产量。 ③建立短而宽的高导流裂缝,有效地增大了井筒泄油半径。因此,降低近井地带
的生产压差和径向流动速度,可防止或减少地层出砂和井壁坍塌,实现在较低的生 产压差下获得较高的产量,还可提高了储层能量利用率。
④对于层状油藏,控制恰当的裂缝高度,还可使层间互相连通,扩大增产效果。
2.1 端部脱砂压裂机理[6]
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第 2 章 端部脱砂压裂机理
在致密储层中,建立长的高导流裂缝能够极大地提高产量,这是传统的水力压 裂的主要优势。但是,当地层渗透率达到一定程度后,缝长的增加,对产量的影响不 明显,相反,建立短而宽的高导流裂缝才可能解除损害、防止近井地带坍塌和实现产 量的大幅度提高。原因是油气井压裂后，流体沿着具有高导流能力的裂缝进行流动 时，流动阻力非常小，因此地层流体流入井底不再遵循径向流动模式，而是形成双 线性流动模式。图 2－1 是压裂前后井筒附近流体流动方式示意图。
脱砂机理：当压裂液靠近裂缝端部时，有两个原因会使砂堵发生。其一是裂缝 端部比较狭窄，以至于支撑剂颗粒难以通过；其二是压裂液在缝端滤失性极高，使 得携砂液严重脱水，而形成一段高粘段塞。不论哪种情况发生，继续注入的支撑剂 将形成砂堵，从而终止了裂缝的进一步延伸。
实际上, 只有当裂缝在纵向上同时也形成砂堵时才能使裂缝膨胀变宽.若想发 生完全的脱砂，必须使裂缝的所有周边处都形成砂堵。可以证明，对于存在中等或 较好的控制层的地层，如果控制层的渗透率大于几个毫达西，那么可能在支撑剂前 缘到达裂缝端部之前，就会因为很大的局部液体滤失而发生砂堵；所有的支撑剂沉 降都将促使下部形成砂堵，而延迟上部形成砂堵。即便在没有隔层的情况下，一旦 横向延伸由于脱砂而停止，液体的滤失将会下降，存液量将会上升，导致超压的增 加。如果这时候还没形成垂向砂堵的话，那么超压的上升将使得缝高进一步增大， 这将使垂向砂堵很快形成，从而使得在整个裂缝周边发生脱砂。这一点可由一个全 三维模拟结合二维支撑剂运移模型来证明。
亦即增加缝内支撑剂的浓度(kg/m 2 )，这将是保证高渗透率的有效措施，但此时必
然会导致加大缝宽。因此提高填砂裂缝导流能力必然是缝宽与填砂裂缝渗透率同时
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提高的结果。 1. 研究常规压裂发现造缝宽度（动宽度）的有利应用程度并不是很高。 有人做了一些计算，地面砂比为 90% 时，支撑宽度为动宽度的 47%，即使提高
端部脱砂压裂实际上就是在水力压裂过程中有控制的使支撑剂在裂缝的端部脱 出、架桥，形成端部砂堵，从而阻止裂缝进一步在缝长方向延伸；继续注入高砂比 混砂液，将沿缝壁形成全面砂堵，缝中储液量增加，泵压增大，促使裂缝膨胀变宽， 缝内填砂增大，从而造出一条具有高导流能力的裂缝。
压裂设计的过程就是计算脱砂发生的时间和施工持续的总时间，然后根据施工 时间设计加砂方案。选用不同的裂缝参数和施工参数，可以对设计进行优化，以达 到最好的效果。
针对中原油田气藏的特征，结合国内外端部脱砂的最新理论和研究成果，研究 了端部脱砂压裂机理及计算方法，在此基础上，用 VB6.0 编制了端部脱砂压裂设计 计算软件，对压裂方案进行了优化设计。
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第 1 章 文献综述及理论调研
在参阅了国内外一些关于端部脱砂压裂技术的文献，了解端部脱砂压裂技术的 基础上，本章主要介绍了端部脱砂压裂技术发展的背景与应用、端部脱砂压裂的基 本概念及其适用条件等。