压裂常识讲座概要

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1、水力压裂技术基础,水力压裂基本原理,一、水力压裂工作原理 二、水力压裂的产生和发展 三、水力压裂增产机理 四、水力压裂造缝机理 五、水力压裂施工方式 六、水力压裂施工方法,一、水力压裂工作原理,近井解堵 储层改造,地层防砂 区块开发,主要用途,第一次水力压裂试验：1947年，美国Kansas的Houghton油田，4个碳酸盐储层，压前进行过酸化，采用上、下封隔器逐级分层压裂，每层使用稠化凝固汽油并接着注入汽油作为破胶剂，不加支撑剂。 压裂效果较差，结论：压裂不如酸化有效。 同年，在美国东Teaxs油田Woodbine砂岩层进行水力压裂，使用胶化矿场原油，16目石英砂，破胶剂，取得了极大的成功。

2、 1949年Halliburton获得了专利许可证，开始了商业化的水力压裂作业，使该技术得到迅速推广。 专利规定了携砂液为通过滤纸的粘度大于30cp的液体。 其它未获得许可证的公司水和砂进行水力压裂作业。,二、水力压裂的产生和发展,第一代压裂(1940-1970)：小型压裂 加砂量较小，在10m3左右，主要是解除近井地带污染 第二代压裂(1970-1980)：中型压裂 加砂量迅速增加，主要是增加地层深部油流通道， 提高低渗透油层导流能力 第三代压裂(1980-1990)：端部脱砂压裂 将压裂增产措施应用到中、高渗储层，双倍缝宽，主要是大幅度提高储 层导流能力 第四代压裂(1990- )：大型压

3、裂、开发压裂 将压裂作为一种开发方式，从油藏系统出发，应用压裂技术,Mr.哈里伯顿,水力压裂技术发展,三、水力压裂增产机理,解除污染 沟通储层 提高导流能力 改变流态,注水、注气,调、补层,蒸汽吞吐、蒸汽驱,水力压裂,裂缝线性流,双线性流,地层线性流,拟径向流,产量来源于裂缝中流体的弹性膨胀，流动基本上是线性的，流动时间很短，意义不大。,流体自地层线性地流入裂缝，同时，裂缝中的流体再线性地流入井筒。,地层线性流阶段只能在裂缝导流能力较高时才出现。,由于裂缝的存在，相当于扩大了井筒半径，增加了渗流面积，渗流阻力比压前大幅度降低，所以产量也要比压前有较大的提高。,径向流,渗流面积小、渗流阻力大，产

4、量相对较低。,四、水力压裂造缝机理,1、裂缝形态 2、裂缝方位 3、裂缝尺寸,在水力压裂中，了解裂缝的形成条件、裂缝形态、方向对有效地发挥压裂在增产、增注中的作用十分重要。 在地层中造缝，形成裂缝的条件与地应力及其分布、岩石力学性质、压裂液性质、注入方式等都有密切关系。,当Z H时，产生垂直裂缝，此垂直缝的方位又决定于两个水平应力X 和Y的大小，当Y X ，则裂缝处于垂直于最小主应力X 、平行于Y的方位；当Z H ，则裂缝处于垂直于最小主应力Y 、平行于X的方位。,当H Z时，产生水平裂缝。当X=Y时，平面上会产生均匀的圆形，当XY时，平面上会产生类似椭圆或呈不规则的分布。,如何判断水力压裂产

5、生的裂缝形态,地应力测试法 通过对三向应力值的测试来判断，这是最科学、最准确的判断方法。但成本高、速度慢、操作复杂。 深度经验法 一般来说，目的储层中深低于700m产生水平裂缝，超过800m产生垂直裂缝，700-800m两种情况都有可能。但这只是一种统计经验，每个地区情况会有所不同，有时差异还较大。 破裂压力梯度经验法 一般来说，破裂压力梯度小于0.018产生垂直裂缝，大于0.023产生水平裂缝，0.018-0.023两种情况都有可能。这也是一种统计经验，每个地区甚至每口井因其它因素的影响会有所不同。,在现场实际中，很少有绝对的水平或垂直裂缝产生。由于三向主应力的相对大小，在大多数情况下，会产

6、生不同程度的偏离水平或垂直方向的高角度裂缝。,而且由于地应力剖面的变化，在射孔区间涉及多个不同地应力值的情况下，还会产生多裂缝的情况。,张开型,滑开型,裂缝的破裂,模式称为张开型，裂缝前方有一法向张力； 模式称为滑开型，伴随有一个纵向剪力； 模式称为撕开型，伴随有一个横向剪力； 通常，水力压裂产生的裂缝均为模式，即张开型。对于不是平面的或 接近天然裂缝的复杂缝才为模式和模式。,撕开型,裂缝的延伸,如何判断水力压裂的裂缝方位,1、地面微地震方法 2、井下微地震方法 3、测斜仪方法 4、电阻率层析成像方法,通过测定微震震源辐射出的地震波运动学参数，反演微震震源的空间位置，微震震源的空间分布反映了人

7、工裂缝的轮廓。可记录3000米以内深度的-2级地震。本次测试采用的是改进后的6点无线传输定位系统。,1、声发射定位裂缝监测与诊断技术,*井压裂裂缝方位及长度,最大水平主应力方向： 北东32.2 ,左翼动态缝长：82.8m 右翼动态缝长：82.1m,2、井下微地震裂缝测试与诊断技术,3、测斜仪裂缝方位测试与诊断技术,4、可控源大地电阻率层析成像技术,用高密度发射系统和接收系统对地下进行电场透视，利用大地电阻率的差异进行CT成像。,压裂施工中，压裂液相对地层为良导体，压裂液沿裂缝进入储层，改变了储层的电阻率分布,电流在良导体压裂液的引导下进入裂缝区域，在地层中形成一个场源，由于压裂液的存在使原电场

8、的分布形态发生变化，大部分电流集中到充满压裂液的低阻带，引起地表观测电场的变化，不同形态的裂缝形成不同的场源，在地表形成不同形态的大地电场分布，观测压裂前后地面电场的变化，经过数据处理，得到裂缝的几何参数。,如何认识水力压裂的裂缝尺寸,应力剖面决定缝高延伸，特别是产、隔层间的应力差值； 一般缝宽为支撑剂粒径的4-10倍； 缝长与液量、砂量、砂比、排量有关，相对而言人为设计的空间较大； 岩性对裂缝尺寸影响较大。,裂缝高度测试(温度、示踪剂),五、水力压裂施工方式,1、油管注入 (1)优点：有利于保护套管，相对于套管注入和油套混注方式，在相同排量 下，能保持较高的流速，减少或避免在井筒内脱砂，便于

9、压后井 下作业。 (2)缺点：产生的高沿程摩阻将增加地面泵压，使泵注排量受到限制且要消 耗大部分设备功率，以致降低压裂净收益。因此，油管的尺寸、 规范、钢级、抗拉强度、抗内压、抗外挤等性能是确定泵注排 量、 地面泵压、井口装置、需用功率以及安全作业必须考虑的重 要因 素。,2、油套环空注入/油套混合注入 (1)优点：沿程摩阻小，地面泵压低，泵注排量大，在相同的地层 条件下，同一排量可节约设备功率，降低施工成本。 (2)缺点：套管的每一部分均需要承受最高的施工压力，因此，泵 注排量的极限与地面泵压的极限取决于套管允许的抗内 压强度及固井质量。,六、水力压裂施工方法,常规压裂 分层压裂 投球法压裂

10、 限流法压裂,常规压裂工艺,管柱结构简单，施工比较安全，不易 砂卡； 适用于较浅且上部无射开井段的储层 压裂；,分层压裂工艺,1、单封单卡分层压裂工艺 2、双封单卡分层压裂工艺 3、封隔器+桥塞分层压裂工艺 4、封隔器+填砂分层压裂工艺 5、多级滑套封隔器分层压裂工艺,管柱结构简单，施工比较安全，不易 砂卡； 适用于各类油气层，特别是深井和大 型压裂； 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； 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；,单封单卡分层压裂工艺,双封单卡分层压裂工艺,控制压裂层位准确、可靠； 施工中两个封隔器之间拉力较大，对深 井和

11、破裂压力高的地层，不宜采用； 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； 喷砂器应紧接于下封隔器上部，以免施工时封隔器上形成沉砂； 起管柱前，应先反循环将下封隔器上部 沉砂冲净，起管柱时，应先上下活动， 不得猛提。,封隔器+桥塞分层压裂工艺,施工比较安全，不易发生砂卡和拉断油管 等事故； 控制压裂层段准确、可靠； 适用于深井压裂； 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； 施工时，桥塞上下压差不能超过允许的最 大压差； 水力锚的啮合力必须大于施工时作用于封 隔器的上顶力； 打捞桥塞时，应先将桥塞上沉砂冲净；

12、 捞桥塞后，起管柱时应先上下活动将桥塞 解封，卡瓦收回，再慢慢上起，不行猛提。,封隔器+填砂分层压裂工艺,施工比较安全，不易发生砂卡和拉断油管 等事故； 控制压裂层段准确、可靠； 适用于深井压裂； 施工工艺较复杂，压裂前需先进行填砂作 业，压裂后，还需进行冲砂作业； 水力锚的啮合力必须大于施工时作用于封 隔器的上顶力； 填砂时，应准确计算填砂量，并探砂面核 实实际填砂深度； 为保证填砂封堵性，一般选择粉砂，或在 砂面上再进行注灰塞作业。,多级滑套封隔器分层压裂工艺,可以不动管柱、不压井、不放 喷一 次施工分压多层； 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； 管柱结构复杂，容

13、易造成砂卡，施 工完后应立即起出管柱； 如逐层压裂求产完再打开滑套压上 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； 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。,投球法压裂工艺,投球法压裂是将井中所有欲压裂的层段一次射开，利用各层间破裂压力不同，首先压开破裂压力较低的层段进行加砂，然后在注顶替液时投入堵球，将其射孔孔眼暂时堵塞，再提高压力压开破裂压力较高的层段。也可利用各层渗透率的差异，在泵注的适当时机投入堵球，改变液体进入产层的分配状况，在渗透率较低的层段建立起压力，直至破裂。如此反复进行，直到更多的层段被压开。,投球法压裂工艺示意图,封堵球分类,按密

14、度分： 1、高密度堵球：球的密度大于压裂液的密度。 2、低密度堵球：球的密度小于压裂液的密度。 按材质分： 1、塑料球：通体由塑料制成。 2、尼龙橡胶球：核心为尼龙，外层为橡胶。,选择堵球直径的经验公式： D1.25DP 其中：D堵球直径，cm DP孔眼直径，cm 选择堵球数量的经验公式： N（1.11.2）NP 其中：D堵球数量 DP孔眼数量,压裂堵球设计,投球封堵效率分析,1、对于高密度堵球，封堵效率随密度差的减小或孔流量的增加而提高； 2、对低密度堵球，只要液体流速大于堵球的上浮速度，能将球送至孔眼 处，其封堵效率均可达到100%。,限流法压裂是通过控制各层的孔眼数量和直径，并尽可能提高

15、注入排量，利用最先被压开层孔眼产生的摩阻，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。,限流法压裂工艺,限流法压裂工艺要点,1、根据压裂要求设计射孔方案。即根据每个处理层的厚度、 破裂压力和需要液量确定射孔位置、孔数和孔眼直径； 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； 5、各层间不能串通，以达到分层压裂的目的。,限流法压裂设计方法,1、先按拟射开层数和油层厚度，选

16、择一个注入排量； 2、按该地区油层破裂压力梯度计算所需的井底处理压力； 3、根据注入方式和排量计算油管和套管摩阻； 4、根据设备能力、井口及油套管强度确定一个井口压力； 5、计算孔眼摩阻，计算出的孔眼摩阻应大于射开油层的破 裂压力差值，否则应重新确定井口压力； 6、计算孔眼孔数，并将孔数合理分配到各层； 7、若计算出的孔数不合理，则改变排量再重新计算，直到 合理为止。,孔眼摩阻估算： PPSPBPhPf PPSPiPf P:孔眼摩阻；PS:井口压力；PB:井底处理压力；Ph:液柱压力；Pf:油管或套管摩阻；Pi:关井瞬时停泵压力，MPa；,孔眼数量计算： P:孔眼摩阻；Q:注入排量；:液体密度，kg/m3；DP:孔眼直径；n:有效孔数；: 孔眼流量系数，一般取0.8-0.85。,不同孔眼尺寸的最佳单孔流量,水力压裂作业地面流程与设备,一、水力压裂作业地面流程 二、水力压裂施工设备,一、水力压裂作业地面流程,压裂井场要求