水力压裂技术
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水力压裂技术
Hydraulic Fracturing (1)造缝机理 Mechanism of fracturing
(2)压裂液
Fracturing fluid
(3)支撑剂
Proppant
(4)压裂设计 Design of fracturing treatment
2020/12/2
1
压裂方法简介：Introduction of Fracturing
2020/12/2
8
高能气体压裂
利用特定的发射药或推进剂在油气井的目的层段高速 燃烧，产生高温高压气体，压裂地层形成多条自井眼呈放 射状的径向裂缝，清除油气层污染及堵塞物，有效地降低 表皮系数，从而达到油气井增产的目的的一种工艺技术。
2020/12/2
9
高能气体压裂技术特点
加载速率较高，适用于脆性地层，如石灰岩、白云岩 和泥质含量较低（小于10%）的砂岩； 对于塑性地层不甚适用，如泥岩、泥质含量较高（大 于20%）的泥灰岩和砂质泥岩，且对泥岩地层，反而 可能产生“压实效应”；
(2) 降低了井底附近地层中流体的渗流阻力：裂缝内流体 流动阻力小。Kf>>K, Kf=30－60μm² (3) 增大了井与油藏的接触面积或泄油面积。
2020/12/2
19
第一节 造缝机理 Mechanism of fracturing
裂缝形成条件 裂缝的形态 裂缝的方位
井网部署 提高采油速度 提高原油采收率
关键技术：砂子进入液体二氧化碳中的混合器。
适用于对驱替液、冻胶或表面活性剂的伤害敏感的地 层，适合的储层包括渗水层、低压层及有微粒运移的 储层以及水敏性储层。
2020/12/2
12
4.水力压裂工艺技术
➢压裂设备：储罐、泵车、混砂车、运砂车、管汇车、
仪表车（现场指挥车）、消防车等。
2020/12/2
胶结疏松的砂岩地层压后可能出现严重的出砂问题；
产生的辐射状裂缝仅局限于近井地带（缝宽约为0.4～ 0.8mm，径向缝长约为5～10m，纵向缝高2～3m）。
2020/12/2
10
三种压裂方式形成的裂缝
2020/12/2
11
干法压裂
利用100%的液体二氧化碳和石英砂进行压裂，无 水无任何添加剂，压后压裂液几乎完全排出地层，可 避免地层伤害。
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
13
2020/12/2
水力压裂施工现场
14
水力压裂施工现场
2020/12/2
15
水力压裂示意图Schematic diagram of hydraulic fracturing
2020/12/2
16
2020/12/2
水力压裂工艺过程
压裂液 携砂液
支撑裂缝 动态裂缝
注入前置液
起扩 裂展
注入携砂液
炸药在井筒内的爆轰和爆燃使井筒附近产生多条裂缝。 常用炸药有黑索金、奥克托金等。
2020/12/2
7
爆炸压裂技术特点 爆炸造成的压缩应力波使井周岩石发生塑性变形， 形成的残余应力场使得爆炸初期形成的大量裂缝重 新闭合，或被爆炸残余物堵塞。 井内爆炸易损坏井筒；
所用硝化甘油类药剂过于敏感是爆炸压裂失败的原因 之一。
因此有利的裂缝形态及参数能够充分发挥其在增 产、增注的作用。
2020/12/2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
20
造缝条件及裂缝的形态、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。
破裂压力 延伸压力 地层压力
压裂过程井底压力变化曲线 a—致密岩石 b—微缝高渗岩石
2020/12/2
（石英、陶粒）
压 裂 液 返 排
裂 缝 闭 合
高导流的人 工裂缝
17
水力压裂分类（按油藏工程观点）：
⑴ 单井压裂：以单井为工作单元，以研究单井渗流方 式与渗流阻力的变化来实现单井产能提高； ⑵ 整体压裂：以低渗透油藏（或区块）为工作单元，以 建立的油藏注水开发井网与水力裂缝优化组合的渗流系 统，实现单井产能与扫油效率的提高。
2020/12/2
5
水力压裂特点
技术成熟度高，是低渗透油气藏开发的主要技术。
形成单一裂缝，裂缝方向受地应力控制。对特低渗 油藏，远离裂缝处的油气难以流向裂缝。 技术还在不断完善，以适应油气田开发的需要，如超 深井压裂、重复压裂以及与其他技术的组合应用。
2020/12/2
6
爆炸压裂
用炸药，它的增压速度极快(微秒级)，气体生成量较 少，地层裂隙来不及扩张和延伸，大部分能量消耗在井壁 岩石的破碎上，产生无数细小裂缝，井眼内残留的应力场 具有压实效应，可能完全闭塞所产生的裂缝。
1.压裂的定义： 用压力将地层压开一条或几条水平的或垂直
的裂缝，并用支撑剂（或不用支撑剂）将裂缝支 撑起来，减小油、气、水的流动阻力，沟通油、 气、水的流动通道，从而达到增产增注的效果。 2.压裂增产增注的原理: (1)改变流体的渗流状态；
(2)降低了井底附近地层中流体的渗流阻力。
2020/12/2
4
3.压裂的种类：(根据造缝介质分类)
水力压裂 Hydraulic Fracturing
①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；②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；③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，④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。
水力压裂适用条件
低渗透油气藏：渗透率<50×10-3μm； 中高渗透油气藏：防砂
2020/12/2
18
水力压裂增产增注的原理: Mechanism of stimulation
(1) 改变流体的渗流状态：使原来径向流动改变为油层与 裂缝近似的单向流动和裂缝与井筒间的单向流动，消除了 径向节流损失，降低了能量消耗。
21
地层破裂压力：使地层产生水力裂缝时的井底流动压力。
裂缝延伸压力：使水力裂缝在长、宽、高三个方向扩展 所需要的缝内流体压力。
裂缝闭合压力：使裂缝恰好保持不致于闭合所需要的流 体压力，它与地层中垂直于裂缝面的最小主应力大小相等 ，方向相反。
Hydraulic Fracturing (1)造缝机理 Mechanism of fracturing
(2)压裂液
Fracturing fluid
(3)支撑剂
Proppant
(4)压裂设计 Design of fracturing treatment
2020/12/2
1
压裂方法简介：Introduction of Fracturing
2020/12/2
8
高能气体压裂
利用特定的发射药或推进剂在油气井的目的层段高速 燃烧，产生高温高压气体，压裂地层形成多条自井眼呈放 射状的径向裂缝，清除油气层污染及堵塞物，有效地降低 表皮系数，从而达到油气井增产的目的的一种工艺技术。
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高能气体压裂技术特点
加载速率较高，适用于脆性地层，如石灰岩、白云岩 和泥质含量较低（小于10%）的砂岩； 对于塑性地层不甚适用，如泥岩、泥质含量较高（大 于20%）的泥灰岩和砂质泥岩，且对泥岩地层，反而 可能产生“压实效应”；
(2) 降低了井底附近地层中流体的渗流阻力：裂缝内流体 流动阻力小。Kf>>K, Kf=30－60μm² (3) 增大了井与油藏的接触面积或泄油面积。
2020/12/2
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第一节 造缝机理 Mechanism of fracturing
裂缝形成条件 裂缝的形态 裂缝的方位
井网部署 提高采油速度 提高原油采收率
关键技术：砂子进入液体二氧化碳中的混合器。
适用于对驱替液、冻胶或表面活性剂的伤害敏感的地 层，适合的储层包括渗水层、低压层及有微粒运移的 储层以及水敏性储层。
2020/12/2
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4.水力压裂工艺技术
➢压裂设备：储罐、泵车、混砂车、运砂车、管汇车、
仪表车（现场指挥车）、消防车等。
2020/12/2
胶结疏松的砂岩地层压后可能出现严重的出砂问题；
产生的辐射状裂缝仅局限于近井地带（缝宽约为0.4～ 0.8mm，径向缝长约为5～10m，纵向缝高2～3m）。
2020/12/2
10
三种压裂方式形成的裂缝
2020/12/2
11
干法压裂
利用100%的液体二氧化碳和石英砂进行压裂，无 水无任何添加剂，压后压裂液几乎完全排出地层，可 避免地层伤害。
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精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
13
2020/12/2
水力压裂施工现场
14
水力压裂施工现场
2020/12/2
15
水力压裂示意图Schematic diagram of hydraulic fracturing
2020/12/2
16
2020/12/2
水力压裂工艺过程
压裂液 携砂液
支撑裂缝 动态裂缝
注入前置液
起扩 裂展
注入携砂液
炸药在井筒内的爆轰和爆燃使井筒附近产生多条裂缝。 常用炸药有黑索金、奥克托金等。
2020/12/2
7
爆炸压裂技术特点 爆炸造成的压缩应力波使井周岩石发生塑性变形， 形成的残余应力场使得爆炸初期形成的大量裂缝重 新闭合，或被爆炸残余物堵塞。 井内爆炸易损坏井筒；
所用硝化甘油类药剂过于敏感是爆炸压裂失败的原因 之一。
因此有利的裂缝形态及参数能够充分发挥其在增 产、增注的作用。
2020/12/2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
20
造缝条件及裂缝的形态、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。
破裂压力 延伸压力 地层压力
压裂过程井底压力变化曲线 a—致密岩石 b—微缝高渗岩石
2020/12/2
（石英、陶粒）
压 裂 液 返 排
裂 缝 闭 合
高导流的人 工裂缝
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水力压裂分类（按油藏工程观点）：
⑴ 单井压裂：以单井为工作单元，以研究单井渗流方 式与渗流阻力的变化来实现单井产能提高； ⑵ 整体压裂：以低渗透油藏（或区块）为工作单元，以 建立的油藏注水开发井网与水力裂缝优化组合的渗流系 统，实现单井产能与扫油效率的提高。
2020/12/2
5
水力压裂特点
技术成熟度高，是低渗透油气藏开发的主要技术。
形成单一裂缝，裂缝方向受地应力控制。对特低渗 油藏，远离裂缝处的油气难以流向裂缝。 技术还在不断完善，以适应油气田开发的需要，如超 深井压裂、重复压裂以及与其他技术的组合应用。
2020/12/2
6
爆炸压裂
用炸药，它的增压速度极快(微秒级)，气体生成量较 少，地层裂隙来不及扩张和延伸，大部分能量消耗在井壁 岩石的破碎上，产生无数细小裂缝，井眼内残留的应力场 具有压实效应，可能完全闭塞所产生的裂缝。
1.压裂的定义： 用压力将地层压开一条或几条水平的或垂直
的裂缝，并用支撑剂（或不用支撑剂）将裂缝支 撑起来，减小油、气、水的流动阻力，沟通油、 气、水的流动通道，从而达到增产增注的效果。 2.压裂增产增注的原理: (1)改变流体的渗流状态；
(2)降低了井底附近地层中流体的渗流阻力。
2020/12/2
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3.压裂的种类：(根据造缝介质分类)
水力压裂 Hydraulic Fracturing
①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；②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；③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，④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。
水力压裂适用条件
低渗透油气藏：渗透率<50×10-3μm； 中高渗透油气藏：防砂
2020/12/2
18
水力压裂增产增注的原理: Mechanism of stimulation
(1) 改变流体的渗流状态：使原来径向流动改变为油层与 裂缝近似的单向流动和裂缝与井筒间的单向流动，消除了 径向节流损失，降低了能量消耗。
21
地层破裂压力：使地层产生水力裂缝时的井底流动压力。
裂缝延伸压力：使水力裂缝在长、宽、高三个方向扩展 所需要的缝内流体压力。
裂缝闭合压力：使裂缝恰好保持不致于闭合所需要的流 体压力，它与地层中垂直于裂缝面的最小主应力大小相等 ，方向相反。