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
工作液，它在压裂过程中起着传递压力、
形成和延伸裂缝、降温和携带支撑剂进入 压裂液性能的好坏，直
接影响到一次压裂施工的 裂缝的作用。 压裂液的性能和类型是影响
成败，因此，优选性能良 压裂施工成败的主要因素之一。 好的压裂液就显得至关重 要。
压裂液的分类

按压裂液配制材料和液体性能分类，可以分为： 水基压裂液、油基压裂液、乳状压裂液、泡沫压裂
压裂液的主要添加剂
1、增稠剂。增稠剂是水基压裂液的主剂，用以提高水溶液粘度、降低液
体滤失、悬浮和携带支撑剂(植物胶、纤维衍生物、合成聚合物)。
2、交联剂。交联剂是能与聚合物线型大分子链形成新的化学键，使其联 结成网状体结构的化学剂（硼酸盐、钛、锆等有机金属盐）。 3、pH调节剂。用无机或有机酸、碱，以及强碱弱酸盐、强酸弱碱盐调节 溶液的pH值，使其具有一定的pH值缓冲能力和范围，对于水基冻胶压
水力压裂技术
水力压裂技术是油气井增产、水井增注的 一项重要措施。它是利用地面高压泵组，将高粘 度液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中， 在井底附近憋起高压，此压力超过井壁附近地应 力及岩石抗张强度后，在地层中形成裂缝。继续 将带有支撑剂的压裂液注入缝中，此裂缝向前延 伸，并在缝中充填支撑剂，这样，停泵后即可在 地层中形成一定长度、宽度和高度的填砂裂缝。
沉砂。
压裂液的性能
1、滤失少。这是造长缝、宽缝的重要性能。滤失性主要
取决于压裂液的粘度与造壁性，粘度高则滤失少。
2、悬砂能力强。压裂液的悬砂能力主要取决于粘度。 3、摩阻低。摩阻过高(损耗功率过高)会提高井口压力、 降低排量甚至限制施工进行。 4、稳定性。压裂液应具备热稳定性及抗机械剪切的稳定
性，不能因温度升高和剪切的影响发生大幅度的降解。
（二）压裂工艺方式 1、合层压裂
油井生产层组的各小层性质比较接近时，对
各小层同时进行压裂，也叫全井压裂。是施
工最简单的一种压裂工艺，目前有四种方法。
（1）油管压裂 压裂液自油管泵 入油层（流速大 、压裂液携带 能力强、不会增
加液流阻力和 设备负荷）
（2）套管压裂
向套管内直接泵入压裂 液进行压裂。摩阻 小、携砂能力差，
常用分层压裂工艺技术
封隔器分层压裂：适用于各层渗透性差异不大，上下 夹层有一定厚度，且射孔层段套管完好无损的分层压 裂井。 利用单封隔器或双封隔器卡住目的层段配套水力锚等 工具固定管柱，从而达到单独对目的层进行压裂施工 的目的。要求压裂层射孔段与上下层射孔段之间的距 离一般不小于5m，最低不小于3m。
9、助排剂。用助排剂可以降低压裂液破胶液的表面张力、
增加能量，促进其返排，减少对油层的污染。
压裂支撑剂
在水力压裂中支撑剂的作用，在于充填 压裂产生的水力裂缝，使之不再重新闭合， 且形成一个具有高导流能力的流动通道。在 储层特征与裂缝几何尺寸相同的条件下，压 裂井的增产效果及其生产动态取决于裂缝的 导流能力（在油层条件下，填砂裂缝渗透率 与裂缝宽度的乘积，也称为导流率）。
支撑剂的性能要求
1、为了获得最大的裂缝支撑宽பைடு நூலகம்，支撑剂应具有足够的抗压能力；
支撑剂是压裂施工的重 2、为了便于泵送，支撑剂的颗粒相对密度要低，最好低于 2.0，
要材料之一，它的性能 至少也要与石英砂的颗粒密度相近； 直接影响支撑裂缝的导 3、为了获得高导流能力，在易于泵入裂缝的前提下，支撑剂的 流能力，关系着压裂效 颗粒应尽量大一些，颗粒均匀，且圆度和球度应接近于1； 果，所以一直是压裂设 4、为了避免对裂缝造成伤害，支撑剂应在温度为 计关注的重点。 200℃的条件下
液、酸基压裂液和醇基压裂液等，其中水基压裂液
应用最广。

目前常用的压裂液有水基压裂液、油基压裂液、
乳状压裂液、泡沫压裂液、酸基压裂液和醇基压裂
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，已成为矿产主要使用的压裂液。
压裂液的分类
水基压裂液 水基冻胶压裂液是用水溶性聚合物经过交联剂 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、
2、分层压裂
我国的油气田，多数都是多油气层的，在多层或厚油
层情况下，往往需要进行分层（段）压裂，以保证压
开需要造缝的井段。
3、一次分压多层
这种方法是下一趟管柱分压多层。适用于非均质多油
层油井，具有处理层段短，压裂强度高，能发挥各油
层潜力的优点。
4、深层压裂 一般，深层岩石变得致密坚硬，闭合压力增大、低温较 高、摩阻较大，这些特点使深层压裂在设备、压裂液、 井下工具、支撑剂等几个方面都遇到新的问题，一般的 压裂工艺难以解决这些问题。 在较高闭合压力下的致密岩层中，若用砂子做支撑剂，则 很容易被压碎，多层排列的砂层要好一些，但导流能力 又降低了，近年来用陶粒做为深层压裂的支撑剂。
与压裂液及储层流体及储层流体不产生化学作用 ；
5、货源充足，价格便宜。
支撑剂选择的基本要求
支撑剂的选择是根据地层的岩性、作业井的深 浅、压裂液和设备的性能而定。在地层岩性较软， 中深井或地层压力不大的情况下，选用韧性支撑 剂较好；当地层压力较大时（坚硬地层的深井 中），要用脆性支撑剂。 一般，在低闭合压力下，浅层可选用大颗粒 支撑剂；在高闭合压力下，选用粒径较小的支撑 剂。
裂液的配制和性能具有很重要的作用：促进和控制聚合物的分散和水
合；提供交联剂水解所需的pH值条件；控制交联反应，延缓交联速度； 有利于冻胶的破胶水化。
压裂液的主要添加剂
4、破胶剂。压裂施工结束后，压裂液需尽快降低粘度，以便从地层中返
排，减少对地层的污染（过硫酸铵、高锰酸钾和酶、脂肪酸皂）。
5、杀菌剂。杀菌剂用以杀灭高分子水溶液中的细菌，保证胶液在配制后 至施工前不腐败变质，同时还可以有效遏制水基液注入油层中细菌的 孳生。 6、粘土稳定剂。利用粘土表面化学离子交换的特点，用粘土稳定剂改变
压裂液的分类
乳化压裂液
乳化压裂液为一种液体分散于另一种不相混溶
的液体中形成的多相分散体系。 一相是水、盐水、聚合物稠化水溶液、水冻胶 液、酸液以及醇液等。 另一相是油（原油、成品油、液化石油气）。
在矿场上应用极少。
压裂液的分类 根据不同阶段对流体性能的要求，压裂 液在一次施工中可能使用几种性能不同的液 体，其中还加有不同的添加剂。 根据压裂过程中注入井内的压裂液在不 同施工阶段的任务可分为清孔液、前垫液、 前置液、携砂液、和顶替液。
压裂液的分类
油基压裂液 对水敏地层、低压地层，可用油基压裂液。目前，多用稠化油（矿场原油 或炼厂粘性成品油悬砂能力差），基液为原油、汽油、煤油、柴油、凝析油， 稠化剂为脂肪酸皂。 特点：1、避免水敏性地层由于水敏引起的水基压裂液伤害； 2、稠化油压裂液遇地层水自动破胶； 3、易燃且成本高； 4、摩阻较高； 5、高温条件下温度稳定性不太好； 6、技术和质量控制要求高。
支撑剂的类型

按来源分：大致分为天然、人造两类。
石英砂
在天然石英砂的石英含 树脂砂 陶粒 量中，单晶石英砂的质 将树脂薄膜包裹到石英砂的表 主要由铝矾土（氧化铝） 量分数越大，则该种石 面上，经热固处理制成。密度 烧结或喷吹而成，具有 英砂的抗压强度越高。 略低于石英砂。在低应力下， 较高的抗压强度 一般石英砂的密度约 树脂砂的性能与石英砂相近， 2.65g/cm3，承压 但在高应力下，树脂砂的性能 20-34MPa。 远远高于石英砂。
适用于低压、偏油润湿、强水敏性地层
压裂液的分类
泡沫压裂液 用于低渗透、低压、水敏油气藏，易返排，滤失少，摩阻低。 基液多用淡水、盐水、聚合物水溶液，气相为CO2、N2、天然气，发泡剂用非 离子型表面活性剂。 特点：1、摩阻损失小； 2、滤失少； 3、泡沫液视粘度高（视粘度是含水原油的温度、含水率以及剪切速率的函数 ）、携 砂能力好，效率高； 4、温度稳定性差； 5、难以适应高砂比要求。 尤其适用于低渗、低压、水敏性地层。
锆等有机金属盐。在施工结束后，为了使冻胶破胶
还需要加入破胶剂，常用的破胶剂有过硫酸铵、高
锰酸钾和酶等。
压裂液的分类
水基压裂液
1、活性水压裂液
它是在水溶液中加入表面活性剂的低粘度压裂液。 配制简单、成本低廉、粘度低、滤失量大，但携砂能力弱，适用于浅井低 砂量、低砂比的小型解堵压裂和煤层气井压裂。 2、稠化水压裂液 它是以稠化剂及表面活性剂配制的粘稠水溶液。携砂能力较强，降滤失性 能好，主要用于低温（<60℃）、浅井（<1000m）和低砂比的小型压裂。 3、水基冻胶压裂液 它是用交联剂降溶于水的稠化剂高分子进行不完全交联，使具有线性结构 的高分子水溶液变成线形和网状体型结构混存的高分子水冻胶。
压裂液的分类
清孔液 5%HCL和0.2%左右的表面活性剂与堵球配合，
疏通压裂井段射孔孔眼
压裂液的分类
前垫液 对水敏、结垢或含蜡量高的地层进行 压裂时，需提前泵注粘土稳定剂、除垢剂 或清腊剂；对高温、深井地层，这段液体
可起到降低地层温度的作用。
压裂液的分类
前置液 破裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝， 冷却地层。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
塞地层中的微空隙，减少液体的滤失。
压裂液的分类
携砂液 造缝、冷却地层，携带支撑剂进入裂 缝内预定位置。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）。
压裂液的分类
顶替液 中间顶替液用来将携砂液送到预定位 置并预防砂卡。 最后顶替液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
影响支撑裂缝导流能力的因素
1、裂缝闭合压力 导流能力随裂缝闭合压力的增加而降低 2、支撑剂的物理性能 粒径、圆度、球度、强度等 3、支撑剂铺置浓度 支撑剂铺置浓度越大，导流能力越大。（其实就是裂 缝的宽度和形状） 4、支撑剂的压碎与嵌入 此两者都会使裂缝导流能力下降。可以提高支撑剂铺 置浓度降低嵌入影响。
（一）
分层 及选 择性 压裂 技术
限流法分层压裂：适用于多层且各层之间的破裂压力 有一定差别的井。 本法是通过控制各层的孔眼数量和直径，限制各层的 吸水能力，提高排量，孔眼摩阻增加，从而提高井底 压力，使其它层相继被压开，从而达到一次分压几个 层的目的。
常用分层压裂工艺技术
选择性压裂：屏蔽暂堵。储层存在高渗与低渗的非均 质性。 在压裂液 中混入暂堵剂（聚乙烯-石蜡小球），液体 先进入高渗层堵塞孔道，再注入不带暂堵剂的压裂液， 就可以在低渗层造缝。
一旦造成砂堵，无
法进行循环解堵
（3）环形空间压裂
摩阻小、适应抽油 井不起泵压裂，
流速低，携砂能
力差。
（4）油、套管同时压裂
是在井内下入油管，压裂时油 管接一台压裂车，套管接两 台以上的压裂车，压裂液从
油套管同时泵入，支撑剂从
套管加入。（适用于中深井 压裂）一旦发生砂堵，可反 循环冲砂解堵。
压裂方式选择