水力压裂原理ppt课件
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水力压裂设计PPT课件
H
Khristianovich、
Geertsma、Deklerk
L(t)
Daneshy
2 假设条件
(1)岩石为均质各向同性。
(2)岩石变形服从线弹性应力应变关系。 (3)流体在缝内作一维层流流动, 缝高方向
裂缝呈矩形。 (4)缝中X方向压降由摩阻产生, 不考虑动
能和势能影响。 (5)裂缝高度和施工排量恒定。
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 。
压裂液对储层的伤害
✓压裂液在地层中滞留产生液堵 ✓地层粘土矿物水化膨胀和分散运移产生
浮 力阻 颗粒 力 重力
概念
— 自由沉降 — 干扰沉降
受力分析
— 固体颗粒的重力 — 流体对固体颗粒的浮力 — 颗粒的运动阻力
浮 力阻 颗粒 力 重力
重力 浮力 阻力
Fg
6
d
3 P
P
g
Fb
6
d
3 P
f
g
Fd
CD
1 2
f
U
2 P
A
CD
8
f
d
P2U
2 P
F=Fg-Fb 当F＝Fd时
UP
[ 4d p (P f 3CD f
— 颗粒的表面是粗糙的； — 颗粒的形状是不对称的 不规则颗粒的沉降速度小于球形颗粒的沉降速度
支撑剂在幂律液体中的沉降
用视粘度a代替
a KD n1
UP
d
2 P
(
P
Khristianovich、
Geertsma、Deklerk
L(t)
Daneshy
2 假设条件
(1)岩石为均质各向同性。
(2)岩石变形服从线弹性应力应变关系。 (3)流体在缝内作一维层流流动, 缝高方向
裂缝呈矩形。 (4)缝中X方向压降由摩阻产生, 不考虑动
能和势能影响。 (5)裂缝高度和施工排量恒定。
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 。
压裂液对储层的伤害
✓压裂液在地层中滞留产生液堵 ✓地层粘土矿物水化膨胀和分散运移产生
浮 力阻 颗粒 力 重力
概念
— 自由沉降 — 干扰沉降
受力分析
— 固体颗粒的重力 — 流体对固体颗粒的浮力 — 颗粒的运动阻力
浮 力阻 颗粒 力 重力
重力 浮力 阻力
Fg
6
d
3 P
P
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3 P
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CD
1 2
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8
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P2U
2 P
F=Fg-Fb 当F＝Fd时
UP
[ 4d p (P f 3CD f
— 颗粒的表面是粗糙的； — 颗粒的形状是不对称的 不规则颗粒的沉降速度小于球形颗粒的沉降速度
支撑剂在幂律液体中的沉降
用视粘度a代替
a KD n1
UP
d
2 P
(
P
国内压裂技术介绍 ppt课件
筛管
0.38
套管＋裸眼
0.40
套管
0.30
合计117口：水平井93口，直井24口；ppt油课件井80口，气井37口，累计5.75亿元 12
汇报提纲
• 企业介绍与系统能力 • 一、水力喷射分段压裂技术 • 二、双封单卡分段压裂技术 • 三、滑套式封隔器分段压裂技术 • 四、国外水平井分段压裂技术 • 五、华鼎施工能力保障
126.4m3
分析山2、盒7段2层产水，关闭产水
层后，气量从1.7×104m3/d上升到
5.70×104m3/d
ppt课件
35
四、国外水平井分段压裂技术
连续油管喷砂射孔环空加砂压裂技术
作业程序 水力喷砂射孔 环空加砂压裂
层间封堵方式 砂塞封堵 底封隔器封堵
技术特色 不受压裂层数限制 可实现对多层系的动用
——HWB液压开关工具
ppt课件
25
三、滑套式封隔器分段压裂技术
1.裸眼井固井滑套选择性分段压裂技术 ——施工步骤
ppt课件
26
三、滑套式封隔器分段压裂技术
1.裸眼井固井滑套选择性分段压裂技术 ——施工步骤
ppt课件
27
三、滑套式封隔器分段压裂技术
2. 封隔器滑套选择性分段压裂技术
一次多层压裂措施（酸化或砾石充填），最多压裂15层 （14个球座，1个趾端滑套），无需中心管。
喷射起裂及 水力封隔
压裂液 喷射压裂
工具 喷砂射孔 参数效率
1
一、水力喷射分段压裂技术
1.水力喷射分段压裂机理
• 射孔过程：Pv+Ph<FIP，不压裂
环空加压：Pv+Ph+Pa≥FIP，起裂 • 射流在孔底产生推进压力约2～3MPa，
水力压裂力学PPT课件
w(r) 8 pR(1 2 ) 1 (r R)2 E
▪ 椭圆裂缝的体积为：
பைடு நூலகம்
（6.1）
V
1（6 1 2）R3
3E
pnet
▪ 半径为R的裂缝扩展的压力：
（6.2）
pnet
F E 2 1 2 R
第3页/共94页
（6.3）
▪ 对于缝高hf不变和无限大（即平面应变）裂 缝其最大宽度为：
w 2 pnethf 1 2 E
▪ KGD模型假设缝高远大于缝长，包括了缝端动态过程
控制裂缝延伸的假设
第19页/共94页
6.3 三维和拟三维模型
前面简单模型的局限性： 需要给定缝高或假设产生的是径向缝
原因： 不能断定裂缝是否被限制在某一特定的地层中 由井筒（压力最高处）至缝端的过程中缝高是 变化的
解决办法： 利用平面三维3D和拟三维（P3D）模型来弥补
▪ 在缝长远大于缝高的条件下成立 ▪ 没有考虑断裂力学和缝端的影响，而主要考虑了缝内
流体的流动以及相应的压力梯度的影响
第6页/共94页
KGD模型
▪ 假设每一水平截面独立作用，即假设裂缝面任一点处裂
缝宽度沿垂向变化远比水平方向的变化慢。
▪ 在缝高远大于缝长或者储积层边界产生完全滑移的条件
下成立
▪ 缝端区域起着很重要的作用，而缝内压力可以估算
（6.35） （6.36） （6.37） （6.38）
6F 水力压裂中的动量守恒
方程（6.34）实矢量方程，其分量形式可以写为：
dui dt
p xi
xi
x
yi
y
zi
z
gi
（6F.1）
上式的左边为物质导数，它可与偏导数建立关系：
第06章水力压裂分析PPT课件
1 Cr
Cb
4.井壁上的最小总周向应力
在地层破裂前，井壁上的最小总周向应力 应为地应力、井筒内压及液体渗滤所引起的
周向应力 之 和3 ：y x . P i P i P s1 1 2 25
二、造缝条件
（一）形成垂直裂缝的条件
当井壁上存在的周向应力超过井壁岩 石的水平方向的抗拉强度时，岩石将在 垂直于水平应力的方向上产生脆性破裂， 即在与周向应力相垂直的方向上产生垂 直裂缝。造缝条件为：
th
.
26
1）当有滤失时：
x x ps x x ps
y y ps y y ps
当产生裂 缝时，井 筒内注入 流体的压 力等于地 层的破裂 压力：
pi pi
3 y x P i P i P s1 1 2
3 y x(p ip s) 2 1 1 2
h t
PF
.
PS
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
导流能力的填砂裂缝，使井达到
增产增注目的工艺措施。 .
2
压裂材料
压
支
裂
撑
液
剂
.
3
水力压裂的工艺过程：
憋压 造逢
裂缝延伸 充填支撑剂
裂缝闭合
压力/砂比/(MPa/%) 排量/(方/分)
80
4
70
3.5
60
3
50
2.5
1.裂缝形成条件
2.裂缝形态(垂直、水平缝)
3.裂缝方位
造缝条件及裂缝形态、方位等与井底附近地
层的地应力及其分布、岩石的力学性质、压裂
液的渗滤性质及注入方式. 有密切关系。
13压裂技术PPT课件
5 – 支撑剂在缝中向更远处前进， 随着压裂液继续向渗透性地层的 滤失 ，可到达水力裂缝的端部。
6 –停止泵注压裂液/携砂液，缝 内压裂液继续向渗透性地层滤失 。
7 – 裂缝闭合在支撑剂上，在地层 留下一条导流通道。
1 2
3
地面泵压 5
4
6
排量 砂比
理想的地面施工压力变化示意图
1 –开始泵注压裂液，地层破裂 2 – 裂缝随压裂液的泵注而延伸
18
Mfrac可实现多层压裂裂缝三维几何尺寸、并实现多裂缝的可视
化的显示和复杂裂缝的模拟。
19
Gohfer基于离散方法论、采用全三维模型、考虑各种复杂的地层因素，能
模拟非对称裂缝、复杂裂缝形状。
20
5、实施水力压裂基本条件
施工设备与管柱
基
施工工艺
本
施工参数
条
件
施工材料
配套措施
满足特定施工工艺条件下的地 层改造需要。
胜利油田压裂技术应用现 状
2013.11
1
提纲
一、压裂技术发展概况 二、大型压裂技术 三、机械分层压裂技术 四、非常规储层压裂技术
一、压裂技术发展概况
1、水力压裂的定义 2、水力裂缝延伸过程及关联的物理机理 3、水力压裂工艺技术分类 4、水力压裂设计方法 5、实施水力压裂的基本条件 6、水力压裂技术系列
3 – 支撑剂以悬浮状态进入水力裂缝
4 – 支撑剂随着泵注的继续向更远处
运移
5 –支撑剂在缝中向更远处前进，
7
随着压裂液继续向渗透性地层的滤
失 ，可到达水力裂缝的端部。
6 –停止泵注压裂液/携砂液，缝 内压裂液继续向渗透性地层滤失 。
7 –裂缝闭合在支撑剂上，在地层 留下一条导流通道。
6 –停止泵注压裂液/携砂液，缝 内压裂液继续向渗透性地层滤失 。
7 – 裂缝闭合在支撑剂上，在地层 留下一条导流通道。
1 2
3
地面泵压 5
4
6
排量 砂比
理想的地面施工压力变化示意图
1 –开始泵注压裂液，地层破裂 2 – 裂缝随压裂液的泵注而延伸
18
Mfrac可实现多层压裂裂缝三维几何尺寸、并实现多裂缝的可视
化的显示和复杂裂缝的模拟。
19
Gohfer基于离散方法论、采用全三维模型、考虑各种复杂的地层因素，能
模拟非对称裂缝、复杂裂缝形状。
20
5、实施水力压裂基本条件
施工设备与管柱
基
施工工艺
本
施工参数
条
件
施工材料
配套措施
满足特定施工工艺条件下的地 层改造需要。
胜利油田压裂技术应用现 状
2013.11
1
提纲
一、压裂技术发展概况 二、大型压裂技术 三、机械分层压裂技术 四、非常规储层压裂技术
一、压裂技术发展概况
1、水力压裂的定义 2、水力裂缝延伸过程及关联的物理机理 3、水力压裂工艺技术分类 4、水力压裂设计方法 5、实施水力压裂的基本条件 6、水力压裂技术系列
3 – 支撑剂以悬浮状态进入水力裂缝
4 – 支撑剂随着泵注的继续向更远处
运移
5 –支撑剂在缝中向更远处前进，
7
随着压裂液继续向渗透性地层的滤
失 ，可到达水力裂缝的端部。
6 –停止泵注压裂液/携砂液，缝 内压裂液继续向渗透性地层滤失 。
7 –裂缝闭合在支撑剂上，在地层 留下一条导流通道。
《水力压裂技术》PPT课件
h
24
➢腐蚀 ➢破碎 ➢镶嵌
➢支撑挤下沉
➢破胶不彻底，胶质残余物堵塞
h
5
水力压裂的现场实施 压裂施工设备
h
6
水力压裂的现场实施 压裂施工设备
h
7
HQ2000型压裂车
外型尺寸： 11.78m×2.5m×3.97m 总 重：31.9t
前后桥距：8.7m
转弯半径：18m 离地间隙：260mm 离 去 角：24° 最高工作压力：103.4MPa 最高工作压力下排量：
h
15
几种压裂工艺
分层压裂工艺技术
油田开发进入中后期以后，层间矛盾加剧，水窜严重， 有针对性的分层压裂技术是挖潜的重要手段。
h
16
压裂防砂技术
A、树脂防砂机理
Байду номын сангаас
覆膜砂是在筛选好的石
英砂表面，涂敷一层能够耐
高温的树脂粘合剂，制成常
温下呈分散粒状的树脂覆膜
砂，施工时在泵入石英砂后
期将树脂覆膜砂尾追泵入油
层，在油层温度和压力下，
树脂粘合剂交联固化，在井
底附近形成一个渗透率较好
且具有一定强度的挡砂屏障
以达到防止地层出砂的目的
。
h
17
压裂防砂技术
树脂砂提高导流能力的机理主要体现在两方面： 1、树脂砂外层的树脂薄膜可以防止破碎砂粒的运动。 2、树脂砂达到一定温度后，将会胶结，使裂缝内的支撑 剂固结，这样可以进一步防止碎屑运移。
h
9
施工准备
井场准备 压裂液准备 支撑挤准备 应急方案
压裂施工
设备运转情况检查 施工监测
h
压裂液 支撑挤 管汇泵车 采油树 采油树保护器 安全会议 施工会议
压裂原理 ppt课件
研究思路：
室内实验获取岩 石力学静态参数
利用测井资料获取地应力、 大量岩石力学动态参数
建立岩石力学参数的 动静态相关关系
大量岩石力 学静态参数
压裂施工资料
测井资料、试井资 料获取的储层参数
建立分层地应 力解释校核模 型 ，获取单井 纵向应力剖面
✓静态岩石力学参数实验测试
常规的岩石力学参数试验是在压机上进行的， 按加压方式，分为单轴受压试验，和三轴受压试验。 通常采用三轴受压试验来研究岩石力学性质。
x y 1z
岩石类型 杨氏模量， 泊松
104MPa 比
硬砂岩
4.4
0.15
中硬砂岩 2.1
0.17
软砂岩
0.3
0.20
硬灰岩
7.4
0.25
中硬灰岩
-
0.27
软灰岩
0.8
0.30
岩石类 型 砾岩
白云岩 花岗岩
泥岩 页岩 煤
杨氏模量， 104MPa
7.4 4.0~8.4 2.0~6.0 2.0~5.0 1.0~3.5 1.0~2.0
• 在开发阶段
油气井增产 水井增注 调整层间矛盾，改善吸水剖面 二次和三次采油中应用
•其它方面 煤层气开采，工业排污，废核处理等。
第一部分 水力压裂原理
基本概念
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。
第二节、地应力分析与破裂压力
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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)
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 )
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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
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)