水力压裂施工过程
顶板水力压裂工艺汇报
****
三、水力压裂工艺应用情况
2、水力压裂实施过程
2013年后半年开始水力压裂试验准 备工作，2014年初在151305综采工作 面开始试验水力压裂工艺，初采期间 工作面在推进14m后直接顶垮落到位， 一周内完成初采，后续在15#煤综采 工作面推广应用。
151305工作面支架后方悬顶长度 监测数据
9#煤切眼水力压裂钻孔布置图
153302 切眼
45°
二、水力压裂工艺介绍
3、水力压裂钻孔设计
15#煤切眼压裂钻孔设计： ➢压裂钻孔-H，钻孔长度为25m，倾 角为45°，垂深17.7m，间距20m。 I ➢压裂钻孔-S，钻孔长度钻25m，倾 角为45°，垂深17.7m，间距20m。 II ➢压裂钻孔-L，钻孔长度钻33m，倾 角为30°，垂深16.5m，间距20m。
二、水力压裂工艺介绍
5、水力压裂系统主要施工机具
序号
一 1 2 3 二 1 2 3 4 三 1
部件名称
高压注水系统 三柱塞泵 高压胶管
注水钢管及密封件 封隔系统 封孔器 储能器 手动泵
高压树脂胶管 智能窥视系统 矿用窥视仪
型号和规格
3ZSB80/62-90 R15-6sp-13-66Mpa
ZS1.5
煤柱
153203巷
20m 20m
43m
20m 20m
25m 18m
二、水力压裂工艺介绍
3、水力压裂钻孔设计
15#煤顺槽压裂钻孔设计： ➢压裂钻孔-H，钻孔长度为25m， 倾角为45°，垂深17.7m。 ➢压裂钻孔-S，钻孔长度钻25m， 倾角为45°，垂深17.7m。 ➢压裂钻孔-L，钻孔长度钻33m， 倾角为30°，垂深16.5m。
153203巷
第06章水力压裂
H max H min
1 1 E 2 Z PS 2 E PS 2 1 1 1
1 1 E 2 Z PS 2 E PS 2 1 1 1
当re=∞、Pe=0及r=ra时，井壁上的周向应力为：
Pi
即由于井筒内压而导致的周向应力与内压大小相等，
方向相反。
3.压裂液径向渗入地层所引的井壁应力
由于注入井中的高压液体在地层破裂前，渗入井筒 周围地层中，形成了另外一个应力区，它的作用是增大 了井壁周围岩石中的应力。增加的周向应力值为： Cr 1 2 1 Pi Ps Cb 1 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：
2.井眼内压所引起的井壁应力 压裂过程中，向井筒内注入高压液体，使井内压力很 快升高。井筒内压必然导致井壁上产生周向应力。根据弹 性力学中的拉梅公式(拉应力取负号)：
Pe re2 Pi ra2 Pe Pi re2 ra2 2 2 2 2 2 re ra r re ra
⑧货源广、便于配制、价钱便宜。
一、压裂液类型
◆水基压裂液：
用水溶胀性聚合物(称为成胶剂)经交链剂 交链后形成的冻胶。施工结束后，为了使 冻胶破胶还需要加入破胶剂。不适用于水 敏性地层。
◆油基压裂液：
多用稠化油，遇地层水后自动破胶。缺点 是悬砂能力差、性能达不到要求、价格昂 贵、施工困难和易燃等。 基液多用淡水、盐水、聚合物水溶液；气 相为二氧化碳、氮气、天然气；发泡剂用 非离子型活性剂。特点是易于返排、滤失 少以及摩阻低等。缺点是砂比不能过高、 井深不能过大。
采油工程第5章水力压裂技术
(1) 前置液：它的作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的 裂缝以备后面的携砂液进入。在温度较高的地层里，它还可起 一定的降温作用。有时为了提高前置液的工作效率，在前置液 中还加入一定量的细砂以堵塞地层中的微隙，减少液体的滤失 (2) 携砂液:它起到将支撑剂带入裂缝中并将支撑剂填在裂 缝内预定位置上的作用。在压裂液的总量中，这部分比例很大 携砂液和其他压裂液一样，有造缝及冷却地层的作用。携砂液 由于需要携带密度很高的支撑剂，所以必须使用交联的压裂液 (如冻胶等)。 (3) 顶替液:中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有 预防砂卡的作用；最后顶替液是注完携砂液后将井筒中全部携 砂液顶替到裂缝中，以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。
乳化压裂液适用于水敏、低压地层。 其他应用的压裂液还有聚合物乳状液、酸基压裂液和醇基 压裂液等，它们都有各自的适用条件和特点，但在矿场上应用 很少。
5.3 支撑剂
支撑剂的作用在于支撑、分隔开裂缝的两个壁面，使压裂施工结束后 裂缝能够得到有效支撑，从而消除地层中大部分径向流，使井液以线性流 方式进入裂缝。水力压裂的目标是在油气层内形成足够长度的高导流能力 填砂裂缝，所以，水力压裂工程中的各个环节都是围绕这一目标选择支撑 剂类型、粒径和携砂液性能以及施工工序等。 支撑剂的性能好坏直接影响着压裂效果。填砂裂缝的导流能力是评价 压裂效果的重要指标。填砂裂缝的导流能力是在油层条件下，填砂裂缝渗 透率与裂缝宽度的乘积，导流能力也称为导流率。 5.3.1 支撑剂的性能要求 （1）粒径均匀，密度小。支撑剂的分选不好，小粒径的支撑剂会运 移到大粒径砂所形成的孔隙中，堵塞渗流通道，影响填砂裂缝导流能力， 所以对支撑剂的粒径大小和分选程度有一定的要求。 （2）强度大，破碎率小。支撑剂的强度是其性能的重要指标。水力 压裂结束后，裂缝的闭合压力作用于裂缝中的支撑剂上，当支撑剂强度比 缝壁面地层岩石的强度大时，支撑剂有可能嵌人地层里；缝壁面地层岩石
《井下作业》第四章水力压裂技术
货源广、便于配制、价钱便宜。大型压裂中，压裂液是压裂施工费用中的主要组
成部分。速溶连续配制工艺大大方便了施工，减少了对液罐及场地的要求。
二、压裂液的类型
目前常用的压裂液有水基压裂液、酸基压裂液、油基压裂液、乳状压裂液及泡沫压裂液
等。具有粘度高、摩阻低及悬砂能力好等优点的水基冻胶压裂液，已成为矿场主要使用的压
裂液
81
（ 一 ）水 基 压 裂 液
水基压裂液是用水溶胀性聚合物经交联剂交联后形成的冻胶。常用的成胶剂有植物胶、
纤维素衍生物以及合成聚合物；交联剂有硼酸盐、钛、锆等有机金属盐等。在施工结束后，
为了使冻胶破胶还需要加入破胶剂，常用破胶剂有过硫酸铵、高锰酸钾和酶等。
活性水压裂液
在水溶液中加入表面活性剂的低粘压裂液称为活性水压裂液。这种压裂液配制简单、成
第 四 章 水 力 压 裂 技 术
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，当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层 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导流能力的填砂裂缝，使井达到 增产、增注的目的。
施工资料统计出来的，破裂压力梯度值为：
。可以用各地区的破裂压力梯度的
大小估计裂缝的形态，一般认为 小于
时形成垂直裂缝，而大于
时
则是水平裂缝。因此深地层出现的多为垂直裂缝，浅地层出现水平裂缝的几率大。这是由于
浅地层的垂向应力相对比较小，近地表地层中构造运动也较多，水平应力大于垂应力的几率
也大。有时会碰到破裂压力梯度特高的地层，这可能是由于构造关系或岩石抗张强度特别大
水力压裂施工工艺曲线解析
水力压裂是油气井增产的一项重要措施， 当地面高压泵组将高粘度液体以超过地层吸 收能力的排量注入井中，在井底产生的力， 超过井壁附近地应力和岩石抗张强度后，即 在地层中形成裂缝，随着带支撑剂的液体注 入地层中，裂缝逐渐向前延伸形成具有一定 长度、宽度、高度的填砂裂缝。这些裂缝具 有较高的导流能力，改变了油气渗流流态， 由原来的径向流改变为从地层单向流入裂缝， 再由裂缝单向流入井筒，使油气井产量大幅 度提高。
携砂液曲线形态认识分析
• ②加砂曲线形态与地层性质有关：地层物性较好， 且均质，曲线多为下降型。 地层物性差异大，渗透率大小变化，携砂液在裂 缝中通过时受阻，使泵压上、下波动，曲线多为 波动型。
• 下降、下降稳定型:是现场施工比较理想的类型，施工成
功率、有效率较高，但应注意井浅、断裂破碎带、薄夹层
2、携砂液阶段曲线类型
下降型:
特点是当排量稳定
时，随着压开裂缝
的延伸和扩展，砂 比逐渐加大，泵压 连续下降。
下降稳定型:
特点为排量相对稳定
时，随着裂缝延伸和
扩展，砂比逐步增加，
泵压下降至一定程度
后相对稳定。
曲线原因分析
下降、下降稳定型: 在P-t双对数坐标系 中，曲线斜率为负 值(IV)，说明裂缝穿 过低应力层，裂缝
前置液阶段曲线认识分析
（1）前置液阶段曲线的类型与压裂液性质关系不大。
（2）无明显破裂显示可能与地层的原生裂缝有关。
从理论上讲，一次破裂显示产生一条裂缝，多次破
裂可能显示多条裂缝。 无明显破裂显示，并不是地层没有形成裂缝，而只能 说明地层产生裂缝时所引起的泵压或排量变化在地面反映 不明显。 无明显破裂显示的层一般是：地层位于断层附近、地 层微裂缝发育、重复压裂层等。
煤层气井水力压裂技术
适用于低渗透煤层，能够提高煤 层的渗透性，增加天然气产量， 是煤层气开发中的关键技术之一 。
技术原理
01
02
03
高压水流注入
通过高压水泵将高压水流 注入煤层，利用水压将煤 层压裂。
支撑剂填充
在压裂过程中，向裂缝中 填充支撑剂，如砂石等， 以保持裂缝处于开启状态。
气体流动
压裂后，煤层中的天然气 通过裂缝和孔隙流动，被 开采出来。
智能化发展
利用人工智能、大数据和物联网技术，实现水力压裂过程 的实时监测、智能分析和自动控制，提高压裂效率和安全 性。
绿色环保
研发低污染或无污染的压裂液和支撑剂，降低压裂过程对 环境的影响，同时加强废弃物的处理和回收利用。
多层压裂和水平井压裂
发展多层压裂和水平井压裂技术，提高煤层气开采效率， 满足市场需求。
煤层孔隙度
孔隙度决定了煤层的储存空间和吸附能力，孔隙度高的煤层有利于 气体的吸附和扩散。
压裂液性能
பைடு நூலகம்
粘度
粘度是压裂液的重要参数，它决 定了压裂液在煤层中的流动阻力， 粘度越高，流动阻力越大。
稳定性
压裂液的稳定性决定了其在高压 和高剪切条件下保持稳定的能力， 稳定性好的压裂液能够保持较好 的流动性和携砂能力。
解决方案
为了降低水力压裂技术的成本，研究 人员和工程师们正在探索新型的压裂 液和支撑剂，以提高其性能并降低成 本。同时，优化压裂施工方案、提高 施工效率也是降低成本的有效途径。 此外，加强设备的维护和保养、提高 设备的利用率也是降低水力压裂成本 的重要措施之一。
06
水力压裂技术的前景展 望
技术发展方向
能力和导流能力。
裂缝网络设计
裂缝走向
水力压裂工艺技术
水力压裂工艺技术汇报人：目录•水力压裂工艺技术概述•水力压裂工艺技术流程•水力压裂工艺技术要点与注意事项•水力压裂工艺技术案例与实践•水力压裂工艺技术前景与展望01水力压裂工艺技术概述定义及工作原理水力压裂工艺技术是一种利用高压水流将岩石层压裂，以释放天然气或石油等资源的开采技术。
工作原理通过在地表钻井，将高压水流注入地下岩层，使岩层产生裂缝。
随后，将砂子或其他支撑剂注入裂缝，防止裂缝闭合，从而提高岩层渗透性，便于油气资源流向井口，实现开采。
技术革新随着技术的不断发展，20世纪中后期，水力压裂工艺技术逐渐成熟，并引入了水平钻井技术，提高了开采效率。
初始阶段水力压裂工艺技术在20世纪初开始应用于石油工业，当时技术尚未成熟，应用范围有限。
现代化阶段进入21世纪，水力压裂工艺技术进一步完善，开始采用更精确的定向钻井技术和高性能支撑剂，降低了环境污染，并提高了资源开采率。
技术发展历程水力压裂工艺技术是石油工业中最重要的开采技术之一，尤其适用于低渗透油藏的开采。
石油工业水力压裂工艺技术也广泛应用于天然气领域，通过压裂岩层提高天然气产能。
天然气工业随着非常规油气资源（如页岩气、致密油等）的开采价值日益凸显，水力压裂工艺技术成为实现这些资源商业化开采的关键技术。
非常规资源开采技术应用领域02水力压裂工艺技术流程在施工前，需要对目标地层进行详细的地质评估，包括地层厚度、岩性、孔隙度、渗透率等参数，以确定最佳的水力压裂方案。
地质评估准备水力压裂所需的设备，包括压裂泵、高压管线、喷嘴、砂子输送系统等，确保设备完好、可靠。
设备准备对井口进行清理，确保井口无杂物、无阻碍，为水力压裂施工提供安全的作业环境。
井口准备施工前准备通过压裂泵将大量清水注入地层，使地层压力升高，为后续的压裂创造条件。
注水当地层压力达到一定程度时，通过喷嘴将携带有砂子的高压水射入地层，使地层产生裂缝。
压裂随着高压水的不断注入，砂子被携带进入裂缝，支撑裂缝保持开启状态，提高地层的渗透性。
坚硬顶板水力压裂切顶卸压技术研究及应用
坚硬顶板水力压裂切顶卸压技术研究及应用摘要：我国国土辽阔，有着丰富的能源储量，但能源分布呈现的整体趋势为多煤贫油少气，其中化石能源（煤炭资源）在我国能源主体中占据极其重要的地位。
我国煤炭资源虽然储量丰富，但整体赋存条件复杂，约有四成的煤层存在坚硬顶板问题。
坚硬顶板是指巷道顶板由坚硬岩性岩层组成，在矿井正常开采过程中，由于坚硬顶板的存在，使得巷道变形严重，同时对留煤柱开采的矿山，由于坚硬顶板的存在，造成留设煤柱宽度大幅度增加，严重浪费煤炭资源。
目前我国最常用的治理方法为切顶卸压，切顶的方法可分为爆破切顶、聚能切顶和水力压裂切顶三种。
此前众多的学者对爆破切顶及聚能切顶作过研究，对水力压裂切顶方案研究较少，因此本文对水力压裂进行研究。
关键词：坚硬顶板；水力压裂；卸压技术；应用；引言随着矿井的开采年限不断增加，覆存较为简单的煤层逐步减小，煤矿资源开采的重点逐步向着覆存条件较为复杂的煤层转化。
坚硬顶板是矿井开采目前面临的重要难题，我国约一半左右的煤层存在坚硬顶板问题，由于顶板岩性较为坚硬，使得采空区顶板极难垮落，并形成大面积的悬顶，大面积的悬顶一旦发生垮落极易造成层工作面冲击地压，同时为了保证巷道的稳定性，在留煤柱开采的巷道，大面积的悬顶使得煤柱留设宽度大幅增加，造成严重的资源浪费，在无煤柱开采的矿井，大面积的悬顶同样需要投入较大的资金来维护巷道的稳定性，所以对坚硬顶板的治理成为了一个热门的课题。
1水力压裂切顶机理水力压裂切顶卸压是指通过布置钻孔垂深为煤层到老顶岩层的距离、一定间距的钻孔切槽，在采空区侧上覆岩层预制切缝，钻孔注入高压水，采取“定点分层压裂”工艺，受高压水作用产生裂隙并控制裂纹在岩层中的扩展方向，在顶板形成一个“准破裂面”，同时破坏上覆岩层岩石的强度和完整性。
工作面回采时，采场发生周期来压，采空区顶板发生垮落，上覆岩层沿着预制的“准破裂面”断裂，即上覆岩层沿着切缝方向切断垮落岩层与回采巷道上方顶板的连接关系，减小回采巷道上覆岩层在采空区形成的悬顶距，从而减轻回采时超前支承压力对回采巷道的影响，降低回采巷道维护难度。
第6章 水力压裂技术(20130325)
①预测不同裂缝长度和导流能力下的产量，并 绘制产量与缝长和无因次导流能力关系曲线
②根据产量要求，优选裂缝参数 ③选择支撑剂类型 ④确定尾随支撑剂体积和尾随比 ⑤根据地层条件选择压裂液
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水力压裂施工现场
水力压裂施工现场
水力压裂施工现场
水力压裂施工现场
地面砂比：
支撑剂体积与压裂液体积之比。
在忽略裂缝内流动阻力的情况下，可以认为裂缝内的 FRCD从缝端到井底是线性增加的，因而要求砂浓度呈线性 增加。
全悬浮型支撑剂分布特点：
适合于低渗透率地层，不需要很高的填砂裂缝导流能 力就能有很好的增产效果；支撑面积很大，能最大限度地 将压开的面积全部支撑起来。
FRCD＝Wf˙Kf＝（KW）f
裂缝参数：Lf，FRCD，是最关键的因素； 最大缝宽： Wmax， Wf
4 Wmax
动态缝宽：施工过程中的裂缝宽度；～10mm 支撑缝宽：裂缝闭合后的宽度 W支；3～5mm。
一、支撑剂的要求 1.粒径均匀；
2.强度大，破碎率小； 3.圆度和球度高；
4.密度小； 5.杂质少。
(一)全悬浮型支撑剂分布 高粘压裂液：
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裂缝的位置。
裂缝闭合后的砂浓度(铺砂浓度)：
是指单位体积裂缝内所含支撑剂的质量。 裂缝内的砂浓度(裂缝内砂比)：
指单位裂缝面积上所铺的支撑剂的质量。
3.水力压裂增产增注原理
（1）降低井底附近地层渗流阻力。
（2）改变了流动形态，由径向流→双线性流（地
层线性流向裂缝，裂缝内流体线性流入井筒）。
4.水力压裂过程
压裂施工曲线分析
现场初期出现尖峰，是井筒内地层水 和液体摩阻造成的。
• 之后泵压由尖峰下降，这是地层被压开（一般是注入液体 达到井筒的一半时）。 • 泵压降至最低点后，泵压出现缓慢上升，是地层裂缝正常 延伸，或者是液体摩阻增加影响的。
• 泵压降至最低点后，泵压上升到一定高度后缓慢下降，这 是可能是地层滤失严重，或者是裂缝在垂向上延伸。
特点为排量稳定，
砂比稳定或提高，
泵压连续上升。
曲线原因分析
上升型：有两种形态。
• 第一种是在P-t双对数 坐标系中，曲线斜率 较小(I)，即上升速度 非常缓慢，说明裂缝 受地层渗透性差、层 薄，使裂缝在高度方 向延伸受阻，沿水平 方向延伸又缓慢。
P—t双对数曲线图
曲线原因分析
• 第二种是在P-t双对数坐 标系中，曲线斜率接近 1(III), 是压力的增量正比
P—t双对数曲线图
在垂向上延伸，或 是沟通了天然裂缝。
波动型:
特点为排量稳定，砂比基本稳定，随着裂缝
的延伸和扩展，泵压波动起伏。
曲线原因分析
波动型:
在P-t双对数坐标系中，压力
曲线上下波动(V)，分析认为 是受地层物性特征的影响， 说明了同一地层物性的严重 非均质性。
P—t双对数曲线图
上升型:
• 在前置液阶段加入段塞砂时，泵压上升了1-3个MPa，说 明裂缝宽度增加。
现场施工中得出的几点认识
携砂液阶段：
• 在低砂比阶段，泵压出现下降趋势，是液柱压力 增加高于液体摩阻增加。 • 在高砂比阶段，泵压出现上升趋势，是液体摩阻 的增加高于液柱压力增加。
讨论问题
在施工过程中，泵压受哪些方面的影响 （1）施工排量 （2）液体摩阻 （3）液氮 （4）地层本身
压裂施工曲线分析课件
P—t双对数曲线图
上升型: 特点为排量稳定， 砂比稳定或提高， 泵压连续上升。
曲线原因分析
上升型：有两种形态。
• 第一种是在P-t双对数 坐标系中，曲线斜率 较小(I)，即上升速度 非常缓慢，说明裂缝 受地层渗透性差、层 薄，使裂缝在高度方 向延伸受阻，沿水平 方向延伸又缓慢。
P—t双对数曲线图
稳定型:
此类曲线(II)可 能是地层滤失量增 加造成，压开新裂 缝或天然微裂缝张 开增加了滤失量， 使注入液体被滤失， 缝长得不到延伸。
P—t双对数曲线图
携砂液曲线形态认识分析
• ①加砂曲线的形态与压裂液的性质有关：压裂液性质好坏 与携砂能力、摩阻等有很大关系。
在其他条件相同时，高粘度水基压裂液比低粘度水基压 裂液造成的裂缝宽度和长度要大。因此高粘度凝胶水基压 裂液能产生长而宽的裂缝，携砂液容易在裂缝中运动，一 般高粘度压裂液的加砂曲线形态多为下降型和下降稳定型； 低粘度压裂液的加砂曲线形态有多种形态。
曲线原因分析
下降、下降稳定型: 在P-t双对数坐标 系中，曲线斜率为 负值(IV)，说明裂 缝穿过低应力层， 裂缝在垂向上延伸， 或是沟通了天然裂 缝。
P—t双对数曲线图
波动型: 特点为排量稳定，砂比基本稳定，随着裂 缝的延伸和扩展，泵压波动起伏。
曲线因分析
波动型: 在P-t双对数坐标系中，压 力曲线上下波动(V)，分析 认为是受地层物性特征的影 响，说明了同一地层物性的 严重非均质性。
携砂液曲线形态认识分析
• ②加砂曲线形态与地层性质有关：地层物性较好， 且均质，曲线多为下降型。
地层物性差异大，渗透率大小变化，携砂液在裂 缝中通过时受阻，使泵压上、下波动，曲线多为 波动型。
• 下降、下降稳定型:是现场施工比较理想的类型，施工成 功率、有效率较高，但应注意井浅、断裂破碎带、薄夹层 或邻层为高渗透层时，液体是否滤失较大。
水力压裂操作标准作业流程
较严重三违：
1.重点岗位未安排专人值守的，发生伤人事故。
2.零星工程未采取安全措施或临时作业现场未安排安全负责人的，造成现场工作无秩序发生意外事故。
3.处理管路堵塞或对设备、管路卸压时，站在液、气体喷出的范围以内的，使人员被突然喷出的高压液体及携带的异物伤人。
2）员工家中有无急事、难事、大事，上班途中是没有遇到烦心事，家中没有严重社会纠葛、家庭矛盾。
2）观察员工的精神状态，与员工状态不好的的员工深入交流，了解他们的内心情况。
2
准备工具
1）准备便携式甲烷检测仪；
1）工器具齐全、完好；
仪器仪表不灵敏、不准确，造成瓦斯超限作业。
利用便携式甲烷检测报警仪进行检查。
3）检查钻机转动手把情况；
3）钻机转动手把灵活可靠；
4）检查高压泵运行情况。
4）开启高压泵电源（先开小电机后开大电机），顺时针转动高压泵压力手柄缓慢匀速加压，保持水箱持续供水（不能超过高压胶管极限100Mpa），压裂结束后逆时针旋转高压泵压力手柄，泄压归零，关闭高压泵电源（先关大电机后关小电机），更换或清洗过滤器中的过滤网。
3）高压胶管与高压旋转器（水变头）的连接。
3)利用高压胶管连接件（对丝）进行连接，要求检查接头处O型圈，用扳手紧固，防止紧固不牢造成泄漏及压力损耗。
4）高压旋转器（水变头）与高压输水钻杆的连接。
4）利用连接件将高压胶管与高压旋转器的进水口相连接，接头处安装O型圈，用扳手紧固，防止紧固不牢造成泄漏及压力损耗。
1.未使用专用U型卡子连接高压水管造成 人员伤亡。
2.O型密封圈不完好，高压水泄漏造成人员伤亡。
3.钻杆反转，高压水泄漏造成人员伤亡。
水力压裂工艺技术
降低压裂液成本方法研究
新型低成本压裂液开发
01Biblioteka 研究开发新型低成本、高性能的压裂液体系，降低压裂液成本
。
重复利用压裂液
02
通过有效的压裂液回收和再利用技术，降低压裂液成本。
优化施工参数
03
通过优化施工参数，减少压裂液的消耗量，降低压裂液成本。
新型支撑剂材料开发与应用前景展望
高强度支撑剂材料
研究开发高强度、低密度的支撑 剂材料，提高裂缝的支撑能力和
重要性及应用领域
重要性
水力压裂技术对于提高油气藏的 采收率和产能具有重要意义，是 实现油田高效开发的关键技术之 一。
应用领域
水力压裂技术广泛应用于石油、 天然气、煤层气等矿产资源的开 采领域，同时也应用于地质工程 、岩土工程等领域。
02
水力压裂工艺技术原理
裂缝产生机理
01
02
03
岩石破裂
水力压裂通过高压流体作 用在岩石上，克服岩石的 抗拉强度，使其产生破裂 。
应力集中
水力压裂过程中，流体在 岩石中形成应力集中，促 使岩石产生裂缝。
裂缝扩展
一旦岩石产生裂缝，高压 流体将裂缝进一步扩展， 形成更长的裂缝。
裂缝扩展与控制方法
裂缝扩展方向控制
裂缝网络构建
通过调整压裂液的流速、压力等参数 ，控制裂缝的扩展方向。
通过多次压裂，形成复杂的裂缝网络 ，提高储层的渗透性。
03
水力压裂工艺设备与工具
压裂车组设备组成及功能
01
压裂车
用于向地下层注入高压、大排量的 压裂液，使地层产生裂缝。
仪表车
用于监测和控制压裂过程中的各项 参数，如压力、排量等。
03
水力压裂
现场测试方法
利用长源距声波测井（LSDS）取得纵波速度和 利用长源距声波测井（LSDS） 横波速度，利用密度测井求得岩石密度， 横波速度，利用密度测井求得岩石密度，可获 得岩石力学参数的动态值。 得岩石力学参数的动态值。
E d = ρ bυ s2
2 3υ p − 4υ s2 2 υ p − υ s2
地如果破裂压力梯度小于0.0150.018 ①地如果破裂压力梯度小于0.0150.018 MPa／m 时， 多为水平裂缝； 多为水平裂缝； 如果破裂压力梯度大于0.023 ②如果破裂压力梯度大于0.023 MPa／ m 时，多为垂 直裂缝。 直裂缝。
二、地层破裂压力
采集方法 理论计算方法— 理论计算方法 Eaton法 法
IC
I
K I≥ K
IC
岩石断裂韧性的大小与施工泵压（ 岩石断裂韧性的大小与施工泵压（即破裂压力和裂缝延伸压力 的高低呈正比， ）的高低呈正比，与水力裂缝缝长的长短呈反比 。 在一定条件下， 在一定条件下，岩石断裂韧性的大小可使水力裂缝方位不再沿 水平最大主应力方位延伸而发生转向。 水平最大主应力方位延伸而发生转向。
水力压裂造缝及增产机理 压前评估（压裂选井选层） 压前评估（压裂选井选层） 压裂材料的优化选择 水力压裂设计 水力裂缝诊断 压后评估
水力压裂技术
应力敏感性
二、新材料研究
清洁压裂液
低分子压裂液（可重复使用
）
缔合压裂液
VDA（清洁自转向酸）
改变相渗特性的压裂液
超低密度支撑剂
清洁泡沫压裂液
绪 论
（一）国外水力压裂技术现状（总体：成熟、系统配套）
三、现场应用研究
目前的领先技术
裂缝诊断
开发压裂技术
一. 水力压裂造缝及增产机理
裂缝方向总是垂直于最小主应力
A 当
z
最小时，形成水平裂缝；
B 当 z x y ，形成垂直裂缝，裂缝面垂直于
y
方向；
C 当 z y x，形成垂直裂缝，裂缝面垂直于
x
方向；
A
B
C
一. 水力压裂造缝及增产机理
理想形态水平裂缝示意图
理想形态垂直缝示意图
为孔隙压力(Pore Pressure)。
为总应力(Total Stress)；p o
裂缝形态及方位
人工裂缝的形态取决于油藏地应力的大小和方向。裂缝类型与地层中
的垂向应力和水平应力的相对大小有关。一般认为，人工裂缝垂直于地
层最小主应力，平行于地层最大主应力。但是裂缝形态也受断层、褶皱
和天然裂缝等因素影响。
应用到中、高渗储层，主要是大幅度提高储层导流能力。
第四代压裂(1990’-)：大型压裂（Massive Hydraulic Fracturing-MHF）、
开发压裂作为一种开发方式，从油藏系统出发，应用压裂技术。
绪 论
1、工艺技术方面：
压 裂 方 式 : 笼 统 压 裂 （ Commingled Hydraulic Fracturing ） 、 分 层 压 裂
水力压裂工艺技术
调整方案制定
根据评估结果，制定调整 方案，包括重新注入支撑 剂、增加裂缝长度或改变 压裂液类型等。
04
水力压裂技术的关键技术及创新 发展
支撑剂的选择与性能评价
支撑剂的材质与性能
针对不同地层条件，选择合适的支撑剂材质，如陶粒、石英砂等 ，并评估其性能，如硬度、粒径分布等。
支撑剂的表面改性
通过物理或化学方法对支撑剂表面进行改性，提高其润湿性、渗透 性和抗破碎能力。
报, 2016, 37(3): 1-10.
[2] 李四. 水力压裂设计优化 及效果评价[J]. 岩石力学与工 程学报, 2018, 37(6): 1-15.
[3] 王五. 水力压裂技术在*油 田的应用研究[J]. 地球物理学
报, 2020, 63(7): 1-12.
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井筒准备
清洗并准备井筒，包括通井、洗井等 操作，确保井筒内无杂质，为压裂作 业做好准备。
压裂液的配制与注入
01
02
03
压裂液选择
根据地质条件和目标需求 ，选择合适的压裂液，如 瓜胶、羟丙基瓜胶、石英 砂等。
压裂液配制
按照一定的比例和顺序将 压裂液的各成分混合在一 起，确保压裂液的各项性 能指标达到要求。
03
水力压裂技术的工艺流程
压裂前的准备
目标确定
明确压裂的目的和目标，如提高石油 或天然气的产量，改善井筒周围的应 力场等。
地质评估
收集并评估与目标区域相关的地质数 据，如岩石类型、地层厚度、地层破 裂压力等。
设备检查
确保压裂设备（如压裂车、混砂车等 ）处于良好的工作状态，并准备好所 需的物资和器材。
02
水力压裂技术的基本原理
降低水力压裂施工过程中砂堵风险的措施
1 砂堵形成的原因和危害在水力压裂施工过程中，风险主要分为四大类：地质风险、工艺风险、管柱风险和设备风险。
所有风险造成的较为严重的后果之一就是砂堵。
砂堵在工程上的定义为，在向裂缝持续输砂的过程中，因裂缝空间或输送动能的原因无法将支撑剂顺利输送至裂缝，造成支撑剂在井筒堵塞的一种突发状况。
砂堵一定伴随着地面施工压力持续升高，甚至超过地面限压而被迫停止施工，因此高压风险是砂堵最直接和不可避免的。
在砂堵造成压裂施工被迫中断后，需依靠地层储能自行防喷、清空井筒，该过程具有相当的不确定性，极易造成井筒内大量沉砂堵塞井筒，进而导致压裂工具遇卡和回收困难。
需要额外增加连续油管冲砂、切割管柱、打捞等诸多工作程序，大大增加了压裂施工时长和作业成本。
因此，避免压裂过程中砂堵状况的出现是一项极其重要工作。
2 压裂施工泵压曲线模拟及意义砂堵初期，往往是表现为地层进砂困难，最直接的表征为地面压裂泵泵压（以下简称：泵压）升高。
泵压是一个多因素复合作用后的一个综合结果参数，因此泵压的升高不一定是地层进砂困难或砂堵造成的，对压裂施工曲线的预测即是考虑了多种因素综合影响后输出的一条施工地降低水力压裂施工过程中砂堵风险的措施江鹏川 孙晓锋 崔国亮 张云飞 安恒序 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300452摘要：水力压裂改造低渗油气藏是目前为止最有效的增产措施。
水力压裂产生的裂缝需要用支撑剂进行填充，使水力裂缝保持足够的导流能力。
但实际施工过程中，往往由于地质、工艺、管柱和设备方面的因素，导致支撑剂无法顺利输送至裂缝，而是被迫在近井地带和井筒内堆积，这就是所谓的压裂过程中的砂堵状况。
砂堵是压裂所有风险在不加以干预的情况下的最终结果，若处理不当，将导致严重的安全事故和工程困难，后续处理手段将花费大量的经济成本和时间成本。
基于此，将所有引起泵压变化的因素考虑在内，将各项因素引起的泵压变化值求和，模拟出整个压裂施工阶段泵压曲线的走势图，在正式压裂施工时，时时将实际的泵注压力曲线与该泵压曲线模拟图相对比，及时捕捉泵压异常升高的迹象，及早判断砂堵的早期迹象，为避免最终砂堵的形成赢得宝贵的时间和压力空间。
水力压裂施工过程
水力压裂施工过程
水力压裂施工一般包括以下工序：循环、试压、试挤、压裂、加砂、替挤、扩散压力、活动管柱。
特殊情况可进行酸预处理、小型压裂测试、压后压降监测等工序。
1、循环：目的是检查压裂车组设备性能，保证地面流程管线畅通。
循环时单车排量不低于1m3/min，时间不少于10min。
2、试压：平稳启动压裂车高压泵，对井口阀门以上的设备和地面管线进行承压性能试验，压力为预测泵压的1.2-1.5倍，稳压5min，不刺不漏压力不降为合格。
3、试挤：打开井口阀门，关闭循环放空阀门，逐台启动压裂车，按设计要求排量将压裂液挤入地层，压力由低到高直到稳定。
检查井下管柱和工具情况，检查压裂层位的吸液能力。
4、压裂：试挤正常后，逐台启动压裂车，以高压大排量持续挤入前至液，使裂缝形成并扩展延伸。
油层破裂的瞬间破裂压力与地层深度的比值，称为压裂破裂梯度，反映油层破裂的难易程度。
5、加砂：油层裂缝形成，泵压和排量稳定后便可加砂。
要分段控制好混砂比，要逐渐提高且均匀加砂，保证压力、排量平稳，严禁中途停泵。
6、替挤：加砂完成后，打开混砂车的旁通替挤流程，
向井内注入替挤液，将携砂液替挤到油层裂缝中，要严格执行设计，严禁超量替挤。
7、关井扩散压力：压裂施工结束后，关闭所有进出口阀门，等待压裂液破胶滤失及裂缝闭合，防止出砂，造成裂缝口铺砂浓度过低。
8、活动管柱：负荷应不超过管柱悬重的200KN，上提速度控制在0.5m/min，活动行程不小于5m。
要达到管柱提放自如，拉力表悬重正常。
水力压裂技术
压裂工艺技术 压裂工艺技术是影响压裂增产效果的
一个重要因素。对于不同特点的油气层，
必须采取与之相适应的工艺技术，才能
保证压裂设计的顺利执行和取得较好的增 产效果。
压裂方式选择 压裂方式选择是压裂工艺中的一个很重要的
内容。压裂方式的选择主要是根据地质条
件、井身状况、工艺技术水平而定。
目前常用的压裂方式有：合层压裂、分层压 裂、一次分压多层和深层压裂。
结合离子，从而改变其理化性质，或破坏其离子交换能力，或破坏双
电层离子云之间的斥力，从而达到防止粘土水合膨胀或分散迁移的效 果。
压裂液的主要添加剂
7、降阻剂。在进行深井压裂作业时，需用降阻剂降低压 裂液在注入管柱中的沿程摩擦阻力，以提高泵效。 8、降滤失剂。通过在压裂液中添加降滤失剂可以增强压
裂液造壁性能，降低液体滤失量，提高液体效率。
压裂液的性能
5、配伍性。压裂液要与地层条件下的各种岩石矿物及流体有 较好的配伍性，不应在进入地层后产生不利于油气渗流的物 理-化学反应。 6、低残渣。要尽量降低压裂液中水不溶物的数量（残渣）， 以免降低岩石及填砂裂缝的渗透率。 7、易返排。施工结束后大部分注入液体应能返排出井外，以 减少压裂液的损害。 8、货源广。价格便宜，便于配制。
低压管汇 储液罐
砂罐
混砂车
供液管汇
压裂泵车 监控车 高压管汇
压裂井口
压裂施工现场示意图
压裂增产增注机理
1、降低井底附近渗流阻力 2、改变井底附近渗流形态，使原来的径 向流动改变为油层流向裂缝近似性的单 向流和裂缝到井筒的单向流动，消除了 径向节流损失，大大降低了能量的消耗。
压裂液的定义和作用
压裂液是水力压裂改造油气层过程中的
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水力压裂施工过程
水力压裂施工一般包括以下工序：循环、试压、试挤、压裂、加砂、替挤、扩散压力、活动管柱。
特殊情况可进行酸预处理、小型压裂测试、压后压降监测等工序。
1、循环：目的是检查压裂车组设备性能，保证地面流程管线畅通。
循环时单车排量不低于1m3/min，时间不少于10min。
2、试压：平稳启动压裂车高压泵，对井口阀门以上的设备和地面管线进行承压性能试验，压力为预测泵压的1.2-1.5倍，稳压5min，不刺不漏压力不降为合格。
3、试挤：打开井口阀门，关闭循环放空阀门，逐台启动压裂车，按设计要求排量将压裂液挤入地层，压力由低到高直到稳定。
检查井下管柱和工具情况，检查压裂层位的吸液能力。
4、压裂：试挤正常后，逐台启动压裂车，以高压大排量持续挤入前至液，使裂缝形成并扩展延伸。
油层破裂的瞬间破裂压力与地层深度的比值，称为压裂破裂梯度，反映油层破裂的难易程度。
5、加砂：油层裂缝形成，泵压和排量稳定后便可加砂。
要分段控制好混砂比，要逐渐提高且均匀加砂，保证压力、排量平稳，严禁中途停泵。
6、替挤：加砂完成后，打开混砂车的旁通替挤流程，
向井内注入替挤液，将携砂液替挤到油层裂缝中，要严格执行设计，严禁超量替挤。
7、关井扩散压力：压裂施工结束后，关闭所有进出口阀门，等待压裂液破胶滤失及裂缝闭合，防止出砂，造成裂缝口铺砂浓度过低。
8、活动管柱：负荷应不超过管柱悬重的200KN，上提速度控制在0.5m/min，活动行程不小于5m。
要达到管柱提放自如，拉力表悬重正常。