压裂原理 ppt课件

研究思路：
室内实验获取岩 石力学静态参数
利用测井资料获取地应力、 大量岩石力学动态参数
建立岩石力学参数的 动静态相关关系
大量岩石力 学静态参数
压裂施工资料
测井资料、试井资 料获取的储层参数
建立分层地应 力解释校核模 型 ，获取单井 纵向应力剖面
✓静态岩石力学参数实验测试
常规的岩石力学参数试验是在压机上进行的， 按加压方式，分为单轴受压试验，和三轴受压试验。 通常采用三轴受压试验来研究岩石力学性质。
x y 1z
岩石类型 杨氏模量， 泊松
104MPa 比
硬砂岩
4.4
0.15
中硬砂岩 2.1
0.17
软砂岩
0.3
0.20
硬灰岩
7.4
0.25
中硬灰岩
-
0.27
软灰岩
0.8
0.30
岩石类 型 砾岩
白云岩 花岗岩
泥岩 页岩 煤
杨氏模量， 104MPa
7.4 4.0~8.4 2.0~6.0 2.0~5.0 1.0~3.5 1.0~2.0
• 在开发阶段
油气井增产 水井增注 调整层间矛盾，改善吸水剖面 二次和三次采油中应用
•其它方面 煤层气开采，工业排污，废核处理等。
第一部分 水力压裂原理
基本概念
用地面高压泵组，以超过地层吸收能力的 排量将高粘液体（压裂液）泵入井内，而在井 底憋起高压，当该压力克服井壁附近地应力达 到岩石抗张强度后，就在井底产生裂缝。继续 将带有支撑剂的携砂液注入压裂液，裂缝继续 延伸并在裂缝中充填支撑剂。停泵后，由于支 撑剂对裂缝的支撑作用，可在地层中形成足够 长、有一定导流能力的填砂裂缝。
第二节、地应力分析与破裂压力
力学观点：裂缝形成与延伸是力学行为。 生产角度：裂缝方位与形态影响压裂改造效果
注水井 采油井
问题： (1) 储层应力环境—地应力场 (2) (2) 水力裂缝方位 (3) (3) 破裂压裂计算与预测 (4) 基本思路：
1 地应力场
地应力 存在于地壳内部的应力，是由于地
壳内部的垂直运动和水平运动及其它因素综
泊松 比 0.21 0.25 0.25 0.35 0.30 0.30
(2) 构造应力
定义：地壳的构造运动引起的岩体之间的相 互作用力。是地应力的一个分量。
A
B
C
来源：各种构造运动，包括： 区域构造—巨大构造单元间的相互作用力； 局部构造—产生于局部地区岩体之间。如断
层Байду номын сангаас岩层弯曲等。
特点 ✓构造应力属于水平的平面应力状态 ✓挤压构造力引起挤压构造应力 ✓张性构造力引起拉张构造应力 ✓构造运动的边界影响使其在传播过程
水力压裂示意图
✓压裂材料：压裂 液和支撑剂
✓施工参数：排量 和压力
✓压裂设备：泵车 (组)、液罐、砂 车、仪表车
增产机理
沟通井筒附近的高渗透带、储层深部裂缝系 统及油气区，扩大供油面积。
洞穴～裂缝型
孔洞～裂缝型
裂缝型
改善油气流动方式。
裂缝线性流
Wellbore
地层、裂缝双线性流
地层线性流
降低井附近的渗流阻力:
常用的实验装置由高温高压三轴室、围压加压 系统、轴向加压系统、孔隙压力加压系统、数据自 动采集控制系统等五部分组成。
三轴岩石力学测试系统示意图
三轴岩石力学测试系统流程图
欢迎各位来到山清水秀、美丽、现代、休闲的成都！ 荣幸有缘中原油田“压裂酸化设计、工艺技术培训班” 的教学！ 有不妥之出请批评指正！
水力压裂原理、 水力压力工艺技术
压裂材料
主 讲：邓 燕
Tel: (o)
授课主要内容
➢ 水力压裂原理 ➢ 水力压力工艺技术 ➢ 压裂液及压裂支撑剂
背景 垂直井单相油流 产量公式
地应力获取方法
获取 地应 力的 方法
地应 力测 试
实验室分 析方法
Kaiser法测试地应力 差应变法分析法
滞弹性应变松弛法
矿场测试 井壁崩落法
水力压裂法
直接、精度高
测试成本高，测量数 据有限
地应 力计 算
有限元数值模拟反演古构造应力场 时间历史模拟正演应力场
地应力测井解释
充分利用测井信息,得到连续地应力剖面 计算参数为动态参数,与实际差别大
qo
Ck0h( pr
0B0ln
re rw
pwf )
1 2
S
对具体井，地层条件( ko, h)、流体性质
( o, Bo)和井特性( re, rw )已经确定。提高产量
的措施:
✓ 注水保持地层压力; ✓ 人工举升降低井底流动压力; ✓储层改造：水力压裂,酸化,酸压
油气井增产方法
水力压裂 Hydraulic Fracturing
中逐渐衰减。
• 断层和裂缝发育区
— 正断层，水平应力x可能只 有垂向应力z的1/3。 — 逆断层或褶皱带的水平应力
可大到 z的3倍。
正断层
右旋走向滑动断层
逆断层
(3) 热应力
✓原因：地层温度变化引起的内应力增量。 ✓计算方法
x y 1 TE T
✓特点：与温度变化、岩石力学性质有关 ✓产生环境：火烧油层、注蒸汽开采、注水
酸化
Acidizing
爆炸
Explosion
• 高能气体压裂
• 水力冲击波压裂
• 振动压裂
油气层增产工艺
• 砂岩储层
水力压裂、基质酸化 • 碳酸盐岩储层
酸压、基质酸化、水力压裂 • 特低渗坚硬储层
高能气体压裂、高能气体压裂+水力压裂…...
水力压裂、酸化的作用
• 在勘探阶段
增加工业可采储量
合作用引起介质内部单位面积上的作用力。
地下岩石应力状态：为三向不等压压缩状态.
z (z)
主应力: x ， y， z ;
y (y)
应变: x， y， z
x（x）
地应力构成：原地应力 + 扰动应力。 原地应力：重力应力
构造应力 孔隙流体压力 热应力
(1) 重力应力（上覆压力）
z
10 6
H 0
r(h)gdh
压前 压后
Well p p
pwf
压力
距井筒位置
压裂裂缝增大渗流面积：
w
正常投产向井渗流面积：
p
A0= 2×3.14×rw×H
=2×3.14×0.1m×10m=6.28m2
形渗成流长面度积为：Xf,高度为H的裂缝后
4×A10f=0m4××1X0fm×=H4＝000m2
距井筒位置
h 2xf
解除井底附近污染。
其中：r(h) 为上覆岩层密度，由密度测 井曲线获得。
有效垂向应力为
z z ps
为Boit孔隙弹性常数。
研究对象：地层中任意单元体。
由广义虎克定律计算总应变
x xx xy xz E 1[x (y z)]
y yy yz yx E 1[y (z x)]
由于泊松效应，垂向应力产生的侧向压力
x y 0