水力压裂技术(PPT课件)

水力压裂技术
医路顺风
1
压裂方法简介：Introduction of Fracturing
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（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。
17
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
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。
18
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。
3
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。
4
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。
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
16
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。 (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。
21
⑵水平方向主应力
由于构造应力等因素的影响，最大、最小水平应力与垂向应
力关系：
Hmax1211E 21ZPS12E PS Hmin1211E 21ZPS12E PS
毕奥特常数：
1 Cr Cb
Cr－基质岩石骨架压缩系数； Cb－岩石体积压缩系数； ξ－水平应力构造系数，由实验测定。
22
(二)井壁上的应力
10
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。
11
水力压裂施工现场 12
水力压裂施工现场
13
水力压裂示意图Schematic diagram of hydraulic fracturing
14
水力压裂工艺过程
压裂液 携砂液
支撑裂缝 动态裂缝
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）。
8
三种压裂方式形成的裂缝
9
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。 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。
20
一、油井应力状况 Stress status
(一)地应力
z
⑴垂向应力：上覆层的岩石重量。
H
Z 0 Sgdz
y
有效垂向应力： Z ZPs
x
在三向应力作用下，x轴方向上的应变分别为：
x1
1 E
x
x2
E
y
x3
E
z
岩石弹性模量：岩石纵向应力与纵向应变的比例常数。
泊松比：横向应变与纵向应变比值，反映材料横向变形的 弹性系数。
注入前置液
起扩 裂展
注入携砂液
（石英、陶粒）
压 裂 液 返 排
裂 缝 闭 合
高导流的人 工裂缝
15
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。
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
19
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。
1.井筒对地应力及其分布的影响
圆孔周向应力：
x 2y 1a r2 2 x 2y 13 ra 4 4 co 2 s
(1) 当 ra，x y H
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。
5
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。
6
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。
7
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”； 胶结疏松的砂岩地层压后可能出现严重的出砂问题；
2
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Байду номын сангаас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。