水力压裂原理ppt课件
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 9 70
1 9 73
1 9 76
Foam F lu ids
1979
1982
1985
1988
19 9 1
19 9 4
3 000
2 500
2 000
1 500
1 000
5 00
0
Av erage Injectio n Rate and HHp
HH p
Rate
Year
H y dr a u li c H or se po w e r
1 949 1 953 1 95 7 1 96 1 1 96 5 196 9 1 97 3 1 97 7 1 981 1 98 5 1 98 9 1 99 3 199 7
In je c t io n R at e (b b l/m in )
60
50
40
30
20
10
0
F lu id V o lu m e ( 1 ,0 0 0 g a llo n s ) T o ta l P r op p a n t ( 1 , 0 0 0 lb s )
当α< 0.015～0.018 MPa/m, 形成垂直裂缝; 当α> 0.022～0.025 MPa/m, 形成水平裂缝.
降低破裂压力措施 • 酸化预处理 • 高效射孔 • 密集射孔
水力压裂商业性应用开始于 1949年
1949早期, 哈里伯顿油井固井公司获得唯一的 “水力压裂”许可证
当年进行了332口井的压裂
75% 成功
1949.3在美国俄 克拉荷马州的维 尔玛进行了第一 次商业性的压裂 施工
从第一次压裂到现在 ...
早期施工使用几百磅的手筛河砂和凝胶油 现在使用成百上千吨的砂或人造支撑剂和冻胶或泡 沫压裂液 注入排量为第一次压裂施工排量的5到50倍
基本概念
利用地面高压泵组，以超过地层吸收能力 的排量将高粘液体（压裂液）泵入井内，而在 井底憋起高压，当该压力克服井壁附近地应力 达到岩石抗张强度后，就在井底产生裂缝。继 续将带有支撑剂的携砂液注入压裂液，裂缝继 续延伸并在裂缝中充填支撑剂。停泵后，由于 支撑剂对裂缝的支撑作用，可在地层中形成足 够长、有一定导流能力的填砂裂缝。
压裂作用及增产机理
沟通油气储集区，扩大供油面积。
砂岩储层中的透镜体、裂缝性油藏的裂 缝和溶洞
改变井筒周围渗流特征，降低渗流阻力， 节约地层能量。
克服井底附近污染
在油气勘探开发中的作用
(1) 勘探阶段 增加可采储量；美国可采储量的20~30%通过压裂
获得。 (2) 开发阶段 增加油气井产量和注水井的注水量; 调整油田开发矛盾，改善吸水、出油剖面; 提高采油速度，提高油田采收率; (3) 其它方面 控制井喷;煤矿开采，工业排污，废核处理等。
A ver ag e Frac T reatm en t
P ro pp an t
Flu id
Y eYae rar
0 1 949 1 952 1 955 1 958 1 961 1 964 1 967 1 970 1 973 1 976 1 979 1 982 1 985 1 988 1 991 1 994 1 997
裂缝净压力增加
排量
支撑剂浓度
时间
一.地应力及岩石力学参数
裂缝形态及方位
裂缝方向总是垂直于最小主应力
当z最小时，形成水平裂缝。
z x
y
当z>x>y，形成垂直裂缝，裂缝面垂直于y方向；
当z>y>x，形成垂直裂缝，裂缝面垂直于x方向；
z
x y
z x
y
实际可能出现下列情况的裂缝
液体分流
裂缝上 下窜
上窜裂缝
水力压裂
Hydraulic Fracture Stimulation
“水力压裂” 是什么 ?
利用液体传递压力在地层岩石中形成人工裂缝。 液体连续注入使得人工裂缝变得更大。
液体将高强度的固体颗粒（支撑剂）带入并充填裂缝。
施工结束，液体返排，支撑剂留在裂缝中，形成高流通能 力的油气通道，并扩大油气的渗流面积。
油气井水力压裂
为什么要压裂 …
增加油气井的生产能力
低渗透储层通过压裂达到经济开采产量 中等渗透储层的伤害要消除或需要更优的回报 高渗透储层的伤害要消除或防砂
水力压裂的历史
1947-1948 : 水力压裂的发展
1947. 7 – 美国开始第一口井的压裂施工，用交联 的煤油/汽油混合油。 1948 - 获得专利， 在商业应用前压裂了 23 口井
进入 2000年……?
理解 / 控制多裂缝 新方法新技术用在大斜度井或水平井的裸眼段压裂中 3-D 实时裂缝几何尺寸测绘(微地震波监测,井下测斜)
第一节 压裂机理
1
水力裂缝生长过程
2
1
2
3
3
5
4
4
6
7
5
6 7
压裂泵注的阶段
小型压裂 闭合 & 滤失
降排量试验
实际井底压力
前置液 ISIP
最终 ISIP
地层岩石破裂，井底压力大于地层有效 应力及岩石的抗张强度。
破裂压力梯度
1.定义
F
地层破裂压p力 F 地层深度 H
2.理论计算
pF12vvzpsps
pF12vv13vps
H 1v H 1vH
3.统计值 油田使用的破裂压力梯度通常是根据大量的压裂
实践统计出来的。一般范围在0.015~0.025 MPa/m之间. 根据破裂压力梯度可以大致估算压裂裂缝形态:
% o f T ota l Jo b s
0 1949
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
H istorical Frac Flu id Tren d s
W a ter B a se
1952
1955
19 5 8
19 6 1
19 6 4
Oil B ase
1 96 7
Y e ar
理想裂T型缝裂缝
弯曲裂缝
水平裂缝
倾斜多裂缝
射孔方位
1.射孔方位与最大水平主应力方位平行，最有利； 2.射孔方位与最小水平主应力方位平行，最不利； 3.射孔方位与最大水平主应力方位成一定角度平行 ，有一定影响。
二、地应力测量、解释方法 1.地应力方位测量； 2.地应力大小测量。
三、地层岩石破裂机理和破裂压力
2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 01 4 0
第一次百万磅（454吨）支撑剂的压裂 1974年5月
1988年大型压裂， 91MPa下加入817吨20/40 陶粒
在90年代......
1995-98: 平均每月压裂2000口井 1997: 一口井7层压裂施工加入支撑剂
>14,000,000 磅（6356吨）. (~2,000 m 水平井, 北海)
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Foam F lu ids
1979
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H y dr a u li c H or se po w e r
1 949 1 953 1 95 7 1 96 1 1 96 5 196 9 1 97 3 1 97 7 1 981 1 98 5 1 98 9 1 99 3 199 7
In je c t io n R at e (b b l/m in )
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F lu id V o lu m e ( 1 ,0 0 0 g a llo n s ) T o ta l P r op p a n t ( 1 , 0 0 0 lb s )
当α< 0.015～0.018 MPa/m, 形成垂直裂缝; 当α> 0.022～0.025 MPa/m, 形成水平裂缝.
降低破裂压力措施 • 酸化预处理 • 高效射孔 • 密集射孔
水力压裂商业性应用开始于 1949年
1949早期, 哈里伯顿油井固井公司获得唯一的 “水力压裂”许可证
当年进行了332口井的压裂
75% 成功
1949.3在美国俄 克拉荷马州的维 尔玛进行了第一 次商业性的压裂 施工
从第一次压裂到现在 ...
早期施工使用几百磅的手筛河砂和凝胶油 现在使用成百上千吨的砂或人造支撑剂和冻胶或泡 沫压裂液 注入排量为第一次压裂施工排量的5到50倍
基本概念
利用地面高压泵组，以超过地层吸收能力 的排量将高粘液体（压裂液）泵入井内，而在 井底憋起高压，当该压力克服井壁附近地应力 达到岩石抗张强度后，就在井底产生裂缝。继 续将带有支撑剂的携砂液注入压裂液，裂缝继 续延伸并在裂缝中充填支撑剂。停泵后，由于 支撑剂对裂缝的支撑作用，可在地层中形成足 够长、有一定导流能力的填砂裂缝。
压裂作用及增产机理
沟通油气储集区，扩大供油面积。
砂岩储层中的透镜体、裂缝性油藏的裂 缝和溶洞
改变井筒周围渗流特征，降低渗流阻力， 节约地层能量。
克服井底附近污染
在油气勘探开发中的作用
(1) 勘探阶段 增加可采储量；美国可采储量的20~30%通过压裂
获得。 (2) 开发阶段 增加油气井产量和注水井的注水量; 调整油田开发矛盾，改善吸水、出油剖面; 提高采油速度，提高油田采收率; (3) 其它方面 控制井喷;煤矿开采，工业排污，废核处理等。
A ver ag e Frac T reatm en t
P ro pp an t
Flu id
Y eYae rar
0 1 949 1 952 1 955 1 958 1 961 1 964 1 967 1 970 1 973 1 976 1 979 1 982 1 985 1 988 1 991 1 994 1 997
裂缝净压力增加
排量
支撑剂浓度
时间
一.地应力及岩石力学参数
裂缝形态及方位
裂缝方向总是垂直于最小主应力
当z最小时，形成水平裂缝。
z x
y
当z>x>y，形成垂直裂缝，裂缝面垂直于y方向；
当z>y>x，形成垂直裂缝，裂缝面垂直于x方向；
z
x y
z x
y
实际可能出现下列情况的裂缝
液体分流
裂缝上 下窜
上窜裂缝
水力压裂
Hydraulic Fracture Stimulation
“水力压裂” 是什么 ?
利用液体传递压力在地层岩石中形成人工裂缝。 液体连续注入使得人工裂缝变得更大。
液体将高强度的固体颗粒（支撑剂）带入并充填裂缝。
施工结束，液体返排，支撑剂留在裂缝中，形成高流通能 力的油气通道，并扩大油气的渗流面积。
油气井水力压裂
为什么要压裂 …
增加油气井的生产能力
低渗透储层通过压裂达到经济开采产量 中等渗透储层的伤害要消除或需要更优的回报 高渗透储层的伤害要消除或防砂
水力压裂的历史
1947-1948 : 水力压裂的发展
1947. 7 – 美国开始第一口井的压裂施工，用交联 的煤油/汽油混合油。 1948 - 获得专利， 在商业应用前压裂了 23 口井
进入 2000年……?
理解 / 控制多裂缝 新方法新技术用在大斜度井或水平井的裸眼段压裂中 3-D 实时裂缝几何尺寸测绘(微地震波监测,井下测斜)
第一节 压裂机理
1
水力裂缝生长过程
2
1
2
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3
5
4
4
6
7
5
6 7
压裂泵注的阶段
小型压裂 闭合 & 滤失
降排量试验
实际井底压力
前置液 ISIP
最终 ISIP
地层岩石破裂，井底压力大于地层有效 应力及岩石的抗张强度。
破裂压力梯度
1.定义
F
地层破裂压p力 F 地层深度 H
2.理论计算
pF12vvzpsps
pF12vv13vps
H 1v H 1vH
3.统计值 油田使用的破裂压力梯度通常是根据大量的压裂
实践统计出来的。一般范围在0.015~0.025 MPa/m之间. 根据破裂压力梯度可以大致估算压裂裂缝形态:
% o f T ota l Jo b s
0 1949
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H istorical Frac Flu id Tren d s
W a ter B a se
1952
1955
19 5 8
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Oil B ase
1 96 7
Y e ar
理想裂T型缝裂缝
弯曲裂缝
水平裂缝
倾斜多裂缝
射孔方位
1.射孔方位与最大水平主应力方位平行，最有利； 2.射孔方位与最小水平主应力方位平行，最不利； 3.射孔方位与最大水平主应力方位成一定角度平行 ，有一定影响。
二、地应力测量、解释方法 1.地应力方位测量； 2.地应力大小测量。
三、地层岩石破裂机理和破裂压力
2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 01 4 0
第一次百万磅（454吨）支撑剂的压裂 1974年5月
1988年大型压裂， 91MPa下加入817吨20/40 陶粒
在90年代......
1995-98: 平均每月压裂2000口井 1997: 一口井7层压裂施工加入支撑剂
>14,000,000 磅（6356吨）. (~2,000 m 水平井, 北海)