压裂工艺技术

(4)技术要求
1)施工时，桥塞上下压差不能超过允许的最大压差； 2)水力锚的啮合力必须大于施工时作用于封隔器的上顶力； 3)打捞桥塞时，应先将桥塞上沉砂冲干净； 4)捞住桥塞后，起管柱时应先上下活动将桥塞解封，卡瓦收
回，再慢慢上起，不得猛提；
5)若使用可钻式桥塞，钻桥塞时应注意保护油气层和防止发 生井喷。 桥塞:http://www.ever-greenservice.com/C-swf.asp
(3)漂浮式转向剂压裂工艺
1)用前置液造缝，最好选用水基压裂液； 2)用加有漂浮式转向剂的低粘压裂液延伸裂缝，并制造人工隔
层。要求压裂液粘度应小于20mPa·，漂浮式转向剂浓度推荐选 s
用30-120kg/m ； 3)保持原有排量和压力继续注入不加转向剂的低粘压裂液；
3
4)逐步提高排量和压力注入高粘前置液和携砂液，继续延伸裂
(4)技术要求
1)滑套内径自上而下要逐级减小，压裂时自下而上逐层压裂；
2)为保证封隔器有较好的坐封位置，每个射孔段之间的距离 一般不能小于5m；
3)用于深井，为保证封隔器坐封位置准确，应对油管进行测
井校深； 4)因这套管校结构复杂，容易造成砂卡，施工完后应立即起
出管柱；
5)如果逐层压裂求产完后再打开滑套压上层。在打开滑套前 应先反循环将管柱内外沉砂冲净，以免造成砂卡； 6)滑套外径应小于所通过的管柱最小内径，并与滑套坐落短 节密封良好。
二、测试压裂技术
称为小型试 验压裂，是通过 进行一次小型压 裂，并对压裂压 力进行分析来取 得裂缝有关参数： 延伸压力、闭合 压力、闭合时间、 缝长、缝宽、滤 失系数等。 (一)测试压裂井 下和地面装置示 意图
（二）裂缝延伸压力测试
指地层被压开以后，继续延伸裂缝所需的压力。 测试的步骤和方法： 1)以基岩能接收的速率注入2％浓度的氯化钾水溶液或压裂用 的前置液；
(4)技术要求
1)水力锚的啮合力必须大于施工时作用于封隔器上的上顶力， 以免顶弯油管； 2)施工时作用于封隔器上下的压差必须小于封隔器允许的最 大压差；
3)压裂层的射孔段与上面一层射孔段之间的距离，中深井应
不小于3m，深井应不小于5m。
2．双封隔器分层压裂
(1)管柱结构图
(2)用途 在射开多层的油气井中， 对其中任意一层进行压裂。 (3)特点
（四）利用小型测试压裂求取裂缝几何尺寸和压裂液参数 1．小型测试压裂的步骤和方法 1)选择与今后压裂施工前置液相同的液体作工作液； 2)按压裂设计所用的排量泵注； 3)注入液量达到使缝长与缝高之比超过2：1后停泵： 4)关井监测停泵后压力递减数据和曲线，如有可能应使压力 递减至裂缝闭合以后； 5)根据压力递减速度利用曲线拟合等方法求取裂缝和压裂液 参数； 6)如压力已递减至压裂闭合后，也可通过绘制停泵后井底压 力与闭合时间的平方根曲线，从曲线上的拐点直接求取闭合压 力和闭合时间，然后再用曲线拟合等方法求取其它参数。 2．用曲线拟合法求裂缝和压裂液参数 Nolte提出的曲线拟合法求取裂缝和压裂液参数。 参考p615-619。
此时式(5-1)为 (2)堵球在套管中运动的惯性力
(3)孔眼对堵球的吸引力
ห้องสมุดไป่ตู้
取VR为孔眼内最大水平流速的一半，则
将(5-14)代入(5-13)得
式中的fd可从图5-4中查出，此处的雷诺数可用下式计算 当FD＞Fi时， 封堵成功！
(4)使球脱离孔眼的力
查fd的雷诺数可用下式计算
如果忽略球进入孔眼内之面积，5-17和5-18简化为：
2．限流法分层压裂工艺要点 1)根据压裂要求设计射孔方案。 2)必须保证每个孔眼畅通，可先用稀酸预处理疏通孔眼。 3)为保证尽可能多的射孔层段被压开和每层有足够的排量， 应在套管允许的条件下尽可能提高排量。 4)在允许的最大排量下，孔眼摩阻必须大于各层间破裂压力
的差值，即形成的井底压力应高于所有层的破裂压力。
有转向剂的液体之后短时间关井，然后再进行正常压裂作业。
(三)冷水水力压裂控制裂缝高度技术 1．作用原理 通过向温度较高的地层注入冷水，使地层产生热弹性应力，大 幅度地降低地层应力，而使缝高和缝长控制在产层范围内。 2．压裂工艺 1)在低于地层破裂压力的条件下，向地层注入冷水预冷地层； 2)提高排量和压力，使压力仅大于被冷却区水平应力，在冷却 区内压开一条裂缝； 3)控制排量和压力，注入含高浓度降滤剂的冷水前置液延伸裂 缝。推荐的降滤剂为植物胶或石英粉； 4)注入低温粘性携砂液支撑裂缝，完成压裂全过程。 3．应用范围 1)产层不存在清水伤害问题； 2)胶结性较差的地层； 3)用常规水力压裂技术难以控制裂缝延伸方向的油气层。
(5)孔眼持球力
考虑孔眼和堵球几何尺寸的影响，需对上式进行修正。即
当FH’＞Fu时，堵球才能坐封在孔眼处不脱落！
4．选择堵球直径与堵球数量的经验公式 (1)选择堵球直径经验公式
(2)选择堵球数量的经验公式
5．不同密度差、不同流量与封堵效率关系
（三）限流法分层压裂
1.限流法分层压裂工艺原理
缝和支撑裂缝，完成压裂全过程。 (4)应用范围 1)生产层与非生产层互层的块状均质地层； 2)水层位于生产层之上，两者之间无良好隔层； 3)生产层与气顶之间隔层很薄； 4)生产层与上隔层的地应力差较小，不能阻止裂缝垂向延伸。
2．用重质沉降式转向剂控制裂缝向下延伸技术
通过使用重质沉降式转向剂在裂缝底部形成压实的低渗透层， 阻止裂缝向下延伸。其工艺过程基本上与使用漂浮式转向剂相 同。 主要用石英砂和陶粒。 3．同时使用两种转向剂控制裂缝向上和向下延伸技术 将上述两种技术综合应用。 为了使两种转向剂在裂缝中能上浮和下沉，一般在注入加
2)排量按台阶式增加，每次增量为80-160L/min；
3)在每个排量下稳定注入一定时间，直至取得该排量的最大 稳定压力； 4)用所取得的排量、压力数据，绘制压力与排量关系曲线； 5)找出图中的斜率变化点(即拐点)，该点的井底压力即为裂缝
延伸压力。
（三）裂缝闭合压力测试 指当裂缝面即将相互接触时的井底压力。 裂缝闭合压力测试有两种方法： 一种是在保持裂缝延伸的速率下注入一定量的液体，使裂缝达 到足够的长度后，停泵关井，待裂缝闭合； 另一种是在停泵后，用油嘴控制在恒定速率下返排，使裂缝闭 合。 步骤和方法： 1)在保持裂缝延伸的速率下注入2％浓度的氯化钾水溶液或压裂 施工的前置液； 2)在裂缝延伸一定长度后停泵，并用油嘴控制在恒定速率下返 排； 3)绘制井底压力与返徘时间关系曲线(如图5-11)； 4)找出曲线的斜率变化点(即拐点)，该点压力即为裂缝闭 合压力。
时，应先上下活动，不得猛提。
3．桥塞封隔器分层压裂 (1)管柱结构图 (2)用途 在射开多层的油气井中，对 其中任意一层进行压裂。 (3)特点 1)施工比较安全，不易发生 砂卡和拉断油管等事故； 2)控制压裂层段准确可靠； 3)适用于深井压裂； 4)施工工艺较复杂，压裂前 需先下入桥塞；压裂后，若桥 塞下面有产层，则需打捞或钻 掉桥塞。
第十章
压裂
——压裂工艺技术 一、分层及选择性压裂技术 二、测试压裂技术 三、裂缝高度控制技术 四、泡沫压裂工艺技术 五、高能气体压裂技术
一、分层及选择性压裂技术
主要用于多层的油气井中，对其中某个或某些目的层进行 压裂。 (一)封隔器分层压裂 1．单封隔器分层压裂 (1)管柱结构图 (2)用途 对最下面一层进行 压裂。 (3)特点 1)管柱结构简单； 2)施工比较安全， 不易发生砂卡； 3)适用于各种类型油 气层，特别是深井和大 型压裂。
四、泡沫压裂工艺技术
(一)泡沫压裂的优点 1)视粘度高，携砂和悬砂性能好。 2)滤失系数低，液体滤失量小。 3)液体含量低，对地层伤害小。
4)摩阻损失小，比清水可降低40-60％；
5)压裂液效率高，在相同液量下裂缝穿透深度大； 6)压裂液返排速度快，排出程度高。(助排作用）
（二）组成
1．气相 一般N2（常用）、CO2。 2．液相 水或盐水、原油、凝析油、精炼油、酸类。
1)控制压裂层位准确可靠；
2)施工中两个封隔器之间 拉力较大，对深井和破裂压 力高的地层，不宜采用此种 工艺技术。
(4)技术要求
1)两个封隔器之间的所有井下工具、短节的本体和螺纹抗拉
强度必须大于施工时的最大拉力； 2)喷砂器应紧接于下封隔器上部，以免施工时在下封隔器上 形成沉砂； 3)压裂层射孔段与上下层射孔段之间的距离一最不应小于5 m， 最少不小于3m； 4)起管柱前，应先反循环将下封隔器上部沉砂冲净。起管柱
为简化计算，也 可用(fd-NRe)关系曲 线求其值。将式(54)两端乘以NRe平方 可得
利用式(5-6)和(5-7)分别求出NRe和fd后，在图5-6上标出两点， 由两点所连直线与(fd-NRe)曲线交点所对应的值，即为实际的NRe 和fd值。
然后用式(5-3)或下式求Vs。
堵球在套管中沉降时，如在层流中，计算出的Vs不受管壁 影响。如在紊流中，则应进行修正。
3．表面活性剂
在气、液混合后，使气体成气泡状均匀分散在液体中形成泡沫。
1)密度小于压裂液密度。对水基压裂液漂浮式转向剂密度最好
在0.6-0.7g/cm 之间； 2)粒径70-120目。最大范围不应超过70-200目；
3
3)能适应裂缝中压力、温度及流体环境。承受静压14MPa时，
颗粒完好率在80-85％以上； 4)形成阻挡条带后，能在转向剂层两边产生很大的压力降；
5)对裂缝导流能力影响小。
4．滑套封隔器分层压裂 有两种管柱类型，而且开关滑套方式也有两种。 国内最常用的是只有喷砂器带滑套的管柱和采用投球憋压 方法打开滑套。 (1)管柱结构图 (2)用途 1)可以不动管柱、不压井、不放喷一次施工分压多层； 2)对多层进行远层压裂和投产。 (3)特点 1)对油气层伤害小，有利于保护油气层； 2)由于受管柱内径限制，一般最多只能用三级滑套，一次分 压四层； 3)如果一次压多层，必须起钻换管柱，才能对下部层位进行 排液投产。
2．国内使用的几种蜡球配方及粒度组成
(1)新疆石油管理局蜡球配方及粒度组成
1)配方：
2)粒度组成：
2)玉门石油管理局蜡球配方及粒度组成 1)配方：
2)粒度组成
(3)长庆石油勘探局蜡球配方及粒度组成 1)配方：
2)粒度组成：
3．计算蜡球用量经验公式 (1)初次压裂计算蜡球用量经验公式
(2)重复压裂层计算蜡球用量经验公式
三、裂缝高度控制技术
(一)常规裂缝高度控制技术 通过选择和利用油气层上下的致密泥质隔层、施工排量、压 裂液粘度与密度来控制裂缝高度。 简便易行，但推广应用有一定的局限性。 1．利用地应力高的泥质隔层控制裂缝高度 具备条件： 1)对于常规作业，在砂岩油气层上下的泥质隔层厚度一般应 不小于5m； 2)上下限层地应力高于油气层的地应力2.1-3.5MPa时更为有 利。 2．利用施工排量控制裂缝高度 美国棉谷地区总结出施工排量与裂缝高度有如下关系：
（二）堵塞
球选择性压
裂 1．堵塞球选 择性压裂工 艺原理
2．堵塞球分类
1)高密度堵球—球的密度大于压裂液密度(效率低，不返出） 2)低密度堵球—球的密度低于压裂液密度(效率高，但是返出） 3．堵塞球封堵效果计算公式 (1)堵球在套管内的运动速度
fd是雷诺数的函数，而雷诺数中又有未知参量Vs，因此需试算
5)各层间不能串通，以达到分层压裂的目的。
3．孔眼摩阻计算公式 （1）美国埃索生产研究公司计算公式
(2)利用矿场资料估算孔眼摩阻公式
(四)蜡球选择性压裂
1．工作原理和作用 蜡球选择性压裂是利用高渗层与低渗层吸水能力不同，在压 裂液中加入蜡球暂堵剂将高渗层封堵，从而压开低渗层。油井 投产后，蜡球被原油逐渐溶解，而使堵塞解除。 采用蜡球选择性压裂可以使低渗层得到改造，提高单井产量。 若高渗层为高含水层，还可封堵产水层段降低油井含水率。
3．利用压裂液粘度和密度控制裂缝高度 压裂液粘度越大，裂缝越高，保持在50-100mPa·较合适。 s 要控制裂缝向上延伸，应采用密度较高的压裂液；要控制裂 缝向下延伸，则应采用密度较低的压裂液。 (二)人工隔 层控制裂缝 高度技术 1．用漂浮 式转向剂控 制裂缝向上 延伸技术 （1）工作原 理
(2) 对漂浮式转向剂性能要求