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1、第二章 油层压裂酸化技术一油层压裂技术(一)压裂的目的与原理1油层压裂的目的(1) 改造低渗透油层的物理性质，降低流动阻力，提高油井的产油能力；(2) 减缓层间矛盾，使高、中、低渗透率的油层都能合理开采，提高油井利用率(3) 压裂可以解除近井地带的堵塞和油层污染；(4) 压裂是油井增产的主要措施。2油层压裂基本原理油层压裂是利用液体传递压力，把压裂车产生的高压传递到井底附近。当具有一定粘度 的压裂液注入井底附近后，压力有一个持续升高的过程，压力较低时油层吸人液体，当注入 速度大于油层吸人速度时，多余的液体就在油层附近憋成高压。当此压力超过地层破裂压力 后，油层就会在最薄弱的地方开始破裂形成一条
2、或数条裂缝，继续注入携带有高强度固体颗 粒的压裂液扩展裂缝并使之充填。当停泵卸压后，由于固体颗粒支撑剂的支撑作用，裂 缝不闭合或不完全闭合，在地层中形成一条有足够长度、宽度和高度的填砂裂缝，裂缝具有 很高的渗透能力，扩大了油气水的渗滤面积，油气可畅流入井，同样注入水也可顺利注入地 层中。(二)相关技术术语(1) 破裂压力：是指油层压开时的井底压力。它取决于油层深度、油层性质、油层原始 裂缝发育情况等因素。(2) 含砂比：支撑剂与携砂液之比。含砂比过高或过低，对压裂效果都有不良影响。 比的大小主要根据砂粒直径、携砂液性能、裂缝渗透性及液体流速等因素确定。(3) 压裂液用量：它是指前置液、携砂液、
3、顶替液三部分液量的总和。前置液：压开裂缝之前所用液体。其作用为压开地层延伸裂缝，并保持裂缝具有足够的 长度和宽度，同时起降温冷却地层作用。其用量应从液体性质、地层吸收能力以及压裂方式 等面考虑。携砂液：指携带支撑剂进入裂缝，并扩展和延伸裂缝的液体。其用量可根据砂量、含砂 比计算出来。顶替液(后置液)：指将注入井筒内的携砂液顶替入地层的液体。其用量如果不足会造成 砂子在管柱内沉积，形成砂堵；用量过多，会将砂子推向地层深处，是近井地带的裂缝失去 支撑闭合，影响压裂效果。其用量应是压裂泵、地面管汇、压裂管柱内容积之和。(4) 压裂方式：指单层压裂(分层压裂)或笼统压裂(合层压裂)等几种管柱形式。在发
4、挥 现有设备能力，取得最好效果的原则下，应根据地层破裂压力、固并质量、套管强度及本油 区的现场经验确定采取何种压裂方式。(5) 压裂车组：根据压裂施工的设计压力和排量所需的功率确定使用乐裂车数量。混砂 车数量根据压裂排量、压裂方式等确定。(6) 最高施工泵压：根据压裂设备、地面管线、井口设备、井下封隔器及套管抗压强度 等确定的最大施工压力。原则是既要保证施工的安全，又要最大限度利用现有的条件达到压 裂增产的目的。(7) 压裂液：压裂施工中的所有使用的入井流体统称压裂液。压裂液种类有油基 酸基和气化(co2)压裂液等四种类。(8) 支撑剂：指用来支撑裂缝的固体颗粒。支撑剂要有一定抗压强度，颗粒要
5、有 度、粒度，还要有一定的密度。支撑剂主要有石英砂、陶粒砂、核桃壳等。(三) 压裂设备 水力压裂设备主要包括压裂车组、混砂车、仪表车、管汇车做介绍。(四) 压裂工具运液罐车和砂罐车等。这里不压裂井下工具主要有封隔器和水力锚，地面有压裂高压井口。 器等工具。这些工具的结构、原理请看上册有关章节。(五) 压裂施工步骤及安全注意事项1压裂施工步骤 另外分层压裂还使用喷砂(1) 循环。目的是鉴定各种设备的性能，检查管线、井口是否畅通。(2) 试压。检查井口总闸门以上设备、井口、地面连接管线是否能承受施工所需高压。(3) 试挤。用来估计最高破裂压力和油层吸水指数。试挤压裂车数开始由12台进行， 并逐渐增
6、加至压力、排量平稳为止。(4) 压裂。试挤正常后，按设计加大排量，使井底压力迅速上升，直到压开油层并造缝， 加砂。注意按设计要求砂比逐渐增大，且加砂均匀，尽量加大排量，中途不得停泵。(5) 顶替。按设计加完砂量后，立即泵人顶替液，替挤时保持压裂时的排量和压力不变。(6) 关井扩散压力。并测压降曲线。(7) 放喷。用油嘴控制放喷，进行返排液和求产。2安全注意事项(1) 施工现场严禁用明火，严禁吸烟。高压区严禁非岗人员接近。(2) 为防损坏设备，压裂车安全销子不准超过最高工作压力，在处理刺漏时必须放空压 力。(3) 施工中要注意防砂堵、防卡管。要注意： 压裂管柱结构必须合理，喷砂器必须与井下封隔器
7、相连，尾管长度必须大于8m,严 禁用压裂管柱进行替喷和打捞作业。 必须严格检查下井工具，要灵活好用，无损伤，符合质量标准要求。 压裂液、压裂砂必须在现场进行抽样检查，合格后方可使用。 压裂时作业车(包括备用车)不准熄火，以备必要时及时活动管柱。 严禁在正常压裂施工时套管放喷。 现场所有人员必须服从压裂现场指挥人员指令。(4) 压裂管柱螺纹连接处一定要涂抹密封脂后上紧，余扣不得大于 2扣(5) 井口要呈“十字”固定牢，高压管线用地锚固定。(6) 压后活动管柱必须装有灵敏指重表，且操作平稳，严禁猛提猛放。(7) 压裂施工，最高压力应控制在允许范围内，否则应停止施工。(8) 压后应先关井口闸门，再放
8、压卸管线。(9) 大型压裂需动用消防车，保健医生也应到场。(10) 压裂井场布置要求合理紧凑，高压管线不能交叉、重叠和悬空。二、油层酸化技术(一) 酸化施工原理 酸化就是以酸作工作液对油气(水)井进行的增产(注)措施的统称。酸化处理是油、气、 水井的有效增产措施之一，它可以解除或者缓解完井及生产过程中，完并液或注水管线腐蚀 后生成的氧化铁和细菌繁殖对地层的污染堵塞。它是利用酸液能溶解地层中的酸溶性矿物质 和外来物质，溶蚀地层中孔隙或天然(水力)裂缝壁面岩石矿物的特性，增加地层中孔隙、裂 缝的流动能力，改善油、气、水的流动状况，从而达到增加油、气井产量和注水井注入量的 目的。1碳酸盐岩基质酸化增
9、产原理1) 碳酸盐岩储层低产原因(1) 在钻井、完井作业中，由于钻井液、完井液的污染而降低近井地带储层渗透率 严重时将堵塞储层的缝洞。(2) 近井地带的缝洞被次生方解石充填，渗透性降低。(3) 由于地层裂缝发育分布不均，井位恰好位于缝洞不发育的低渗透带。2) 增产原理当污染 钻井、完井过程中，钻井液、完井液中的粘土颗粒、岩屑等沉积在井壁周围形成 泥饼，或沿缝洞浸入地层而造成堵塞，虽然堵塞范围通常只限于近井地带，但却严重降低储 层的天然渗透能力。碳酸盐岩储层酸化通常采用盐酸液。盐酸可直接溶蚀碳酸盐岩和堵塞物或者将堵塞物从 岩石表面剥蚀下来。在低于地层破裂压力的泵注压力下，酸液首先进入近井地带高渗
10、透区 (大孔隙或缝洞)，依靠酸液的化学溶蚀作用在井筒附近形成溶蚀孔道，从而解除近井地带的 堵塞，增大井筒附近地层的渗透能力。3)酸液有效作用距离 在酸液泵注的整个过程中，井筒附近的岩石总是先接触浓度高的新鲜酸液，因而注入地层 中的酸液，酸岩溶蚀反应大部分是在井筒附近地层进行。由于地层中天然缝洞的大小结构和 岩石矿物成分不均一，酸液总是沿着阻力小的方向推进，就使一些原来比较大的缝洞被溶蚀 得更大，容易形成类似蚯蚓状的溶蚀孔道，由于基质酸化酸液是沿地层孔隙或缝洞均匀注人 酸岩反应的面容比大、反应速度很快，在形成溶蚀孔道的过程中，通过溶蚀孔道壁形成若干 小支流漏失酸液，从而限制了溶蚀?L道的延伸。国
11、外研究结果证明，酸液中不加降滤失剂 时，溶蚀孔道的最大长度不超过 3m。因此，碳酸盐岩基质酸化只能改善井筒附近的渗透性，即对近井地带有污染堵塞的井， 基质酸化是有效的。而对未受污染的井，酸液沿原生裂缝，溶蚀充填在裂缝中的次生方解石 或碳酸盐岩本身，沟通近井地带的裂缝发育带，基质酸化也可获得显著增产效果。2碳酸盐岩储层酸压增产原理 酸压是水力压裂与酸化处理的工艺技术组合，是依靠压裂泵的水力作用，压开地层形成 新裂缝或撑开地层中原有裂缝，利用酸液的化学溶蚀作用，沿压开、撑开的裂缝溶蚀碳酸盐 岩，形成具有高导流能力的酸蚀裂缝。酸压形成的酸蚀裂缝突破了近井地带的严重堵塞带， 穿过堵塞带开辟出一条或几条
12、与深部地层缝洞相通的、具有高导流能力的通道；另外，由于 裂缝性碳酸盐岩地层缝洞发育与分布不均一，酸蚀裂缝可以穿过近井地带的低渗透区与裂缝 发育的高渗透区相通，所以经酸压施工后的井增产倍数有时可提高几十倍。酸压与基质酸化 相比，可延长酸的有效作用距离，与水力压裂相比，可以不加支撑剂而在碳酸盐岩地层中获 得高导流能的酸蚀裂缝。对地层污染范围较深或低渗透储层，酸压是行之有效的增产措施。提高酸液穿透距离的途径：(1) 控制酸液的滤失速度： 采用前置液酸压。即先挤高粘度前置液造缝，待裂缝向长、宽发展后，再挤酸液。 提高酸液的粘度。酸液中加入某些添加剂，形成高粘度的胶凝酸、稠化酸或乳化酸等。 在前置液或酸
13、液中加入降滤失剂。(2) 提高注入排量： 挤注前置液时，提高注入排量，使裂缝尽量延伸，形成又长又宽的裂缝；挤注酸液时，提高注酸排量可增加酸液在裂缝中的流动速度，使酸液在地层深处能保持一定活性，从而提 高酸的穿透距离。减缓酸岩反应速度：(1) 采取提高注入排量和降低滤失量可达到增加裂缝动态宽度的目的，从而降低酸岩反 应的面容比，减缓酸岩反应速度。(2) 采用缓速酸，如胶凝酸、稠化酸、乳化酸等。(3) 采用前置酸压工艺。前置液不仅具有造缝功能，而且能暂时阻挡酸液与岩石接触并 能降低地层温度，从而提高酸的穿透距离。3砂岩储层基质酸化增产原理1) 土酸液的作用(1) 土酸对砂粒、粘土、泥浆颗粒和泥饼的
14、溶蚀能力超过单纯的盐酸液。(2) 土酸中的盐酸能够使酸液保持较低的Pu值，从而可抑制或减少氢氟酸与硅酸盐 酸盐反应生成的难溶物质和在Pu值增高(即酸性降低)时形成的沉淀。(3) 由于盐酸与碳酸盐的反应速度比氢氟酸与碳酸盐的反应速度快，当土酸液与砂岩地 层接触，土酸中的盐酸首先与碳酸盐反应，并溶蚀砂岩中的碳酸盐，从而能够让氢氟酸充分 发挥溶蚀硅酸盐(粘土)和石英的作用。2) 增产原理 砂岩储层与碳酸盐岩储层比较，砂岩储层孔隙度和渗透率在横向和纵向上分布都相对均匀些。造成砂岩储层低产或无产的原因有两方面：一方面是砂岩储层本身渗透性差；另一方 面是钻井液、完井液浸入产层，堵塞渗流通道，降低了井筒附近
15、的渗透性。砂岩储层基质酸化采用不压开地层、均匀注酸，依靠酸液的化学溶蚀作用溶蚀砂粒间的 胶结物和外来物，消除地层浅部堵塞。对产层本身渗透性差引起的低产，基质酸化不能获得 增产，处理不当，还会减产。4影响酸化效果的因素 无论采取何种方式对储层进行酸处理，都应分析各种因素对酸化的影响，以获得好的增 产效果。1)储层类型酸处理的储集层必须是具备开采价值的储层，这是酸后获得增产效果的地质基础。 通过分析以往酸化施工资料和数据，发现基质孔隙度大、渗透率高的碳酸盐岩（或砂岩） 储集层受污染程度严重，采用基质酸化能获得显著增产效果；反之，基质孔隙度小，渗透率 低的孔隙性储集层，无论地层受污染程度如何，采用基
16、质酸化或酸压，都不会获得理想的效 果；对裂缝性低孔低渗碳酸盐岩储集层，当裂缝发育带距井筒不远时，采用酸压比采用基质 酸化的增产效果好。2）完井方法 完井作业中完井液对产层的污染，特别是刘低孔低渗储层的污染，酸化无法完全消除。 大井段裸眼完井的裸眼段进行酸处理，由于不能控制酸液的流向，酸液可能被挤人非产 层 （非处理层 ），导致酸化效果差。射孔方式完井，当固井质量不好，而处理层处于窜槽段时，酸液可能通过窜槽段被挤入 低压层，造成酸化无效。3）酸液、压裂液 酸化不仅有增产的一面，也有损害储层，使井减产的一面。酸液、压裂液、添加剂与处理 层配伍性差，会对产层造成很大损害。所以，在酸化前，必须对储层岩
