《西南石油采油工程课件_第六章_水力压裂》由会员分享，可在线阅读，更多相关《西南石油采油工程课件_第六章_水力压裂（240页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、与2000年相比，2005年 我国原油产量增加11.6%，年均增长率为2.2% 进口量增加80.8%，年均增长率12.6% 净进口量增加98.9%，年均增长率14.7% 油品净进口量增加78.1%，年均增长率12.2% 原油和油品净进口量增加96.0% ，年均增长率14.4% 石油表观消费量增加36.8%，年均增长率6.5% 石油对外依存度由29.6%上升到42.9%,根据预测 2010年中国石油消费总量：3.5亿吨 石油产量：1.8亿吨 对外依存度：50% 2020年中国石油消费总量：4.5亿吨 石油产量：1.8亿吨 对外依存度：60% 如果2030年至2040年经济持续增长，需要进口5亿吨
2、以上，对外依存度将达到80%以上。,我国未来15年的经济增长将维持在7%以上，原油需求将至少以4%左右的速度增加，但原油产量增长速度难以超过9%，原油供需缺口逐年加大，我国原油的生命线将越来越脆弱。 一旦世界风云突变，我国的石油安全将首当其冲地受到极大威胁。,第三次资源调查初步表明：,我国石油资源量1110亿吨； 天然气资源量53万亿立方米； 可采石油储量150亿吨； 可采天然气储量14万亿立方米； 探明石油地质储量255亿吨； 探明可采石油储量67.91亿吨； 探明天然气地质储量5.6万亿立方米； 探明可采天然气储量2.77万亿立方米。,因此，尚有十分广阔的油气资源等待进一步勘探发现，这也是
3、我国降低石油对为依存度的希望所在和根本战略。,降低我国石油对外依存度的另一战略, 下大力气进行老油区老油田的增产挖潜、增储上产、 进一步提高采收率 处于高含水期的老油田有60%的剩余油未被开采出来。 重视和加强低品位石油资源开发,油质差、储层条件复杂、开采难度叫大的石油地质储量（稠油、低渗透等难动用储量）占用我国总探明储量的一半以上。,增产措施Reservoir stimulation,绪论 油气井增产方法 酸化水力压裂历史 各类储层中增产方法的使用 增产措施在勘探开发中的作用,1 油气井增产方法,1.1 油气井低产的主要原因 近井地带受伤害，导致渗透率严重下降 油气层渗透性差 地层压力低，油
4、气层剩余能量不足 地层原油粘度高,1.2 油气井增产途径 提高或恢复地层渗透率 保持压力增加地层能量 降低井底回压 降低原油粘度,1.3 油气井增产方法 水力压裂 酸化、酸压 爆炸（高能气体压裂） 物理法 井下超声波增产技术 油水井水力振荡增产技术 井下低频电脉冲增产技术 微波处理,1.4 油气井主流增产方法 水力加砂压裂 基质酸化 酸压,2各类储层中增产方法的使用 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 特低渗储层 MHF 特低渗坚硬储层 高能气体压裂、高能气体压裂+水力压裂.,3 水力压裂、酸化的作用 在勘探阶段 增加工业可采储量 在开发阶段 油气井增产 水井
5、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。,第六章 水力压裂,水力压裂历史,1947年 美国 H气田 4 Limeston Gas Pay Zones（2340 to 2580 ft） BHTP =420psi Fluid=1000 gal of Napalm+2000 gals of Gaslion Proppant=Arkansas River Sand （2000lbs） 1949年 美国A公司 1952年 延长油矿 1955年 玉门油田,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
6、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。,增产机理,洞穴裂缝型 孔洞裂缝型 裂缝型,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。,改善油气流动方式。,Wellbore,降低井附近的渗流阻力:,酸蚀裂缝增大渗流面积：,正常投产向井渗流面积： A0= 23.14rwH =23.140.1m10m=6.28m2 形成长度为Xf,高度为H的裂缝后渗流面积： Af= 4XfH4100m10m=4000m
7、2,解除井底附近污染。,发展阶段 (1)一般性的单井增产、增注措施 (2)大型压裂工艺技术的发展和应用 (3)优化压裂设计技术的发展和应用 (4)低渗油藏整体压裂开发技术的研究和应用 (5)中高渗油藏端部脱砂压裂技术研究和应用 (6)复杂油气藏的改造技术研究和应用,第六章 水力压裂 （Hydraulic Fracturing), 水力压裂力学 水力压裂材料性能与评价 水力压裂裂缝延伸模拟 支撑剂在裂缝中运移分布 水力压裂效果分析 水力压裂工艺技术 水力压裂诊断评估技术,图6-1 压裂施工曲线 PF破裂压力 PE 延伸压力 PS 地层压力 P井底= PF时,第一节 水力压裂造缝机理,一、地应力分
8、析1 地应力场,=,+,x,z,y,y,x,z,地层岩石三维应力状况,+,1.1 重力应力,主应力: x ， y， z 应 变: x， y， z,z 垂向主应力, MPa r 随深度变化的上覆岩体密度，Kg/m3 h 深度，m g 重力加速度，m/s2,注意： 的物理意义 =1-Cr/Cb,由广义虎克定律: 总应变:,同理:,由于周围岩石的围限作用:,考虑孔隙流体压力后的地层水平应力:,(2) 构造应力,定义与来源 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中逐渐衰减。 在断层和裂缝发育区是应力释放区。 正断层
9、，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。,(3) 热应力,产生原因 特点 计算方法,2 人工裂缝方位,显裂缝地层很难出现人工裂缝。 微裂缝地层 垂直于最小主应力方向； 基本上沿微裂缝的方向发展，把微裂缝串成显裂缝。,裂缝方向总是垂直于最小主应力,地应力分布十分复杂，既与区域动力场和局部构造应力有关，又与现代活动应力场联系密切。假设地层岩石为线弹性体，首先针对裸眼井分析井壁最终应力分布，结合岩石破裂准则讨论水力压裂诱发人工裂缝的造缝条件。,二、 水力压裂造缝机理,y,1 井壁最终应力分布,（1）井筒处应力分布,x、yx方向和y方向上应力，Pa； r、径
10、向和周向（切向）应力，Pa； ，r 任意径向与x轴的极角和极径，m； r计算点剪切应力，Pa。,当r =rw，0及180时， 3y x 当r =rw，90及270时， 3x y,当 x = y 2y=2 x 说明周向应力相等，与无关 当 x y ()0,180= ()min ()90，270= ()max 分析 随r增加， 迅速降低(平方次) 应力集中(周向应力在井壁处最大,这是破裂压力大于延伸压力的根本原因.) PF PE,对称双翼裂缝,（2）向井筒注液产生的应力分布,当 re， Pe =0 于是 r= rw时， - Pi,弹性力学拉梅公式(拉应力为负),A.注入压裂液在井壁周围各个方向上所
11、产生的应力方向一致; B.注液产生的压力为张应力，向井筒注液有利于撕开地层; C.注液产生的应力沿井轴半径是衰减的。离井轴越远，应力越小。,(3) 压裂液渗入地层引起的井壁应力,(4) 井壁上的总周向应力(应力迭加原理) 地应力+井筒内压+渗滤引起的周向应力,井壁最终应力分布,根据最小主应力原理 当z最小时，形成水平裂缝; 当Y或x最小时，形成垂直裂缝。,2 水力压裂造缝条件,(1) 形成垂直缝 岩石破坏条件,压为正，拉为负 最大有效周向应力大于水平方向抗拉强度（最大张应力原则）,有液体渗滤,当破裂时，Pi=PF,无液体渗滤,当破裂时，Pi=PF,(2) 形成水平缝,岩石破坏条件,最大有效周向
12、应力大于垂直方向抗拉强度,有液体渗滤,有效总垂向应力为：,当破裂时，Pi=PF,1.94,无液体渗滤,有效总垂向应力为：,当破裂时，Pi=PF,0.94,无论是形成垂直裂缝或水平裂缝,压裂液向地层滤失时，由于流体传递了该压力而使破裂压力有所降低。 压裂液向地层滤失增加了地层污染可能性。,例6-1 已知某砂岩油藏深度地层岩石密度r=2300kg/m3，泊松比=0.20，地层流体密度L= 1050 kg/m3，孔隙弹性常数=0.72。并假设水平方向地应力均匀分布，抗张强度为th,=3.5MPa, 忽略沉积岩的垂向抗张强度。试计算无滤失条件下形成垂直裂缝和水平裂缝的深度界限HC。,3 破裂压力梯度,
13、定义,理论计算,矿场统计,当F 0.0220.025 MPa/m, 形成水平裂缝,降低破裂压力措施 酸化预处理 密集射孔 高能气体压裂 水力喷砂射孔,三、 地应力的测量及计算,（1） 矿场测量 水力压裂法 井眼椭圆法,（2）实验室分析 滞弹性应变恢复 （ASR） 微差应变分析 （DSCA）,（3） 有限元计算,第二节 压裂液, 压裂液及其性能要求 压裂液添加剂 压裂液的流动性 压裂液的滤失性 压裂液对储层的伤害 压裂液选择,压裂液的组成,前置液 携砂液 顶替液 （完整的压裂泵注程序中还可以有清孔液、前垫液、预前置液）,对压裂液的性能要求,(1) 与地层岩石和地下流体的配伍性； (2) 有效地悬
14、浮和输送支撑剂到裂缝深部； (3) 滤失少； (4) 低摩阻； (5) 低残渣、易返排； (6) 热稳定性和抗剪切稳定性。,压裂液性能要求,1.滤失低 滤失量小是造长、宽缝的重要条件 压裂液体积平衡：Qt=Vf+VL 压裂液效率：=Vf/(Qt) 滤失性取决于粘度和造壁性 对储层的伤害小 必须防止砂卡,压裂液性能要求,2.携砂能力强 要求形成“深穿透、饱填砂”支撑裂缝 携砂能力取决于粘度 防止井筒沉积 必须防止砂卡 实施MHF，要求高排量、大砂比 砂比=加砂体积/压裂液体积,压裂液性能要求,3.摩阻低、比重大 四种流动过程：地面管线、井筒流动、射孔孔眼和人工裂缝。 ,：提高排量，有利,压裂液性
15、能要求,4. 稳定性好 热稳定性 抗剪切稳定性 5. 配伍性好 与岩石矿物配伍 与储层流体配伍,压裂液性能要求,6.残渣少 7.易于返排 8.货源广、价格便宜、便于配制,一、 压裂液类型,水基压裂液 油基压裂液 乳化压裂液 泡沫压裂液 酸基压裂液 液化汽压裂液,1 水基压裂液,发展 活性水压裂液稠化水压裂液水基冻胶压裂液 水基冻胶压裂液组成 水稠化剂（成胶剂） 添加剂 成胶液 水添加剂交联剂 交联液 水基压裂液添加剂,(1) 稠化剂, 植物胶及衍生物 胍胶 田箐 纤维素衍生物 羧甲基纤维素钠盐（CMC） 羟乙基纤维素（HEC） 羧甲基羟乙基纤维素（CMHEC） 生物聚多糖 工业合成聚合物 聚丙
16、烯酰胺（PAM） 部分水解聚丙酰胺（PHPAM） 甲叉基聚丙烯酰胺（MPAM）,(2) 交联剂,两性金属（非金属）含氧酸盐 硼酸盐、铝酸盐、锑酸盐和钛酸盐等 弱酸强碱盐 无机盐类两性金属盐 如硫酸铝、氯化铬、硫酸铜、氯化锆等强酸弱碱盐 无机酸脂 如钛酸脂、锆酸脂 醛类 甲醛、乙醛、乙二醛等,(3) 破胶剂,生物酶体系 适用温度2154,pH值范围pH=38,最佳pH=5 氧化破胶剂 适用于 pH=314。普通氧化破胶剂适用温度 5493；延迟活化氧化破胶剂适用温度 83116，常用氧化破胶剂是过硫酸盐。 有机弱酸 很少用作水基压裂液的破胶剂,适用温度大于93 油基压裂液中典型的破胶剂 碳酸铵盐
