水力壓裂技術(shù)

1、第四章水力壓裂技術(shù)水力壓裂是利用地面高壓泵組，將高粘液體以大大超過地層吸收能力的排量注入井中， 在井底憋起高壓，當(dāng)此壓力大于井壁附近的地應(yīng)力和地層巖石抗張強(qiáng)度時，在井底附近地層 產(chǎn)生裂縫。繼續(xù)注入帶有支撐劑的攜砂液，裂縫向前延伸并填以支撐劑，關(guān)井后裂縫閉合在 支撐劑上，從而在井底附近地層內(nèi)形成具有一定幾何尺寸和導(dǎo)流能力的填砂裂縫，使井達(dá)到 增產(chǎn)增注的目的。水力壓裂增產(chǎn)增注的原理主要是降低了井底附近地層中流體的滲流阻力和改變了流體的 滲流狀態(tài)，使原來的徑向流動改變?yōu)橛蛯恿飨蛄芽p近似性的單向流動和裂縫與井筒間的單向流 動，消除了徑向節(jié)流損失，大大降低了能量消耗。因而油氣井產(chǎn)量或注水井注入量就會大幅

2、 度提高。第一節(jié)造縫機(jī)理在水力壓裂中，了解裂縫形成條件、裂縫的形態(tài)和方位等，對有效地發(fā)揮壓裂在增產(chǎn)、 增注中的作用都是很重要的。在區(qū)塊整體壓裂改造和單井壓裂設(shè)計中，了解裂縫的方位對確 定合理的并網(wǎng)方向和裂縫幾何參數(shù)尤為重要，這是因?yàn)橛欣牧芽p方位和幾何參數(shù)不僅可以 提高開采速度，而且還可以提高最終采收率。造縫條件及裂縫的形態(tài)、方位等與井底附近地層的地應(yīng)力及其分布、巖石的力學(xué)性質(zhì)、壓 裂液的滲濾性質(zhì)及注入方式有密切關(guān)系。 圖4 一 l是壓裂施工過程中井底壓力隨時間的變化曲 線。pf是地層破裂壓力，pe是裂縫延伸壓力，ps是地層壓力。圖4 一 l壓裂過程井底壓力變化曲線 a 致密巖石；b一微縫高滲

3、巖石在致密地層內(nèi)，當(dāng)井底壓力達(dá)到破裂壓力 pf后，地層發(fā)生破裂（圖41中的a點(diǎn)）， 然后在較低的延伸壓力pe下，裂縫向前延伸。對高滲或微裂縫發(fā)育地層，壓裂過程中無明 顯的破裂顯示，破裂壓力與延伸壓力相近（圖4-1中的b點(diǎn)）。一、油井應(yīng)力狀況一般情況下，地層中的巖石處于壓應(yīng)力狀態(tài)，作用在地下巖石某單元體上的應(yīng)力為垂向 主應(yīng)力0z和水平主應(yīng)力ch（ch又可分為兩個相互垂直的主應(yīng)力 （x, 0）。（一）地應(yīng)力作用在單元體上的垂向應(yīng)力來自上覆地層的巖石質(zhì)量，其大小可以根據(jù)密度測井資料計 算，一般為：haz= 0 psgdz（41）式中d垂向主應(yīng)力，pa；h 地層垂深，m；g重力加速度（9. 81 m/

4、s2）;p s上覆層巖石密度，kg/m，由于油氣層中有一定的孔隙壓力 ps,故有效垂向應(yīng)力可表示為：仃z =0z ps(42)如果巖石處于彈性狀態(tài)，考慮到構(gòu)造應(yīng)力等因素的影響，可以得到最大水平主應(yīng)力為1， 產(chǎn)二 ps(43)23式中(th 最大水平主應(yīng)力，pa；己2 水平應(yīng)力構(gòu)造系數(shù)，可由室內(nèi)測試試驗(yàn)結(jié)果推算，無因次; .泊松比，無因次；e巖石彈性模量，pa；a畢奧特(biot)常數(shù)，無因次。實(shí)驗(yàn)室測定的巖石泊松比和彈性模量隨巖石類型不同而有差異。(二)井壁上的應(yīng)力1、井筒對地應(yīng)力及其分布的影響在地層上鉆井以后，井壁及其周圍地層中的應(yīng)力分布受到井筒的影響，這種影響是很復(fù) 雜的。為了簡化起見，將

5、地層中三維應(yīng)力問題，用二維方法來處理。在這種情況下，與彈性力學(xué)中雙向受力的無限大平板中鉆有一個圓孔的受力情況是很相近的(圖42)。在無限大平板上鉆了圓孔之后，將使板內(nèi)原是平衡的應(yīng)力重新分布，造成圓孔附近的應(yīng)力集中。下面討 論在雙向應(yīng)力狀態(tài)下，圓孔周向應(yīng)力的計算，因?yàn)閴毫押罅芽p的形態(tài)與方位與此應(yīng)力有密切 的關(guān)系。彈性力學(xué)給出了平板為固體的、各向同性與彈性材料周向應(yīng)力的計算式：式中 cy 時，(oe )min= ( ere)0o, 180o= 3 ct% - cy, ( ) max=( d)90c, 270o=3 oy- ex ,說i 明年t 小周向應(yīng)力發(fā)生在s的方向上，而最大周向應(yīng)力卻在a的方向

6、上。隨著r的增加，周向應(yīng)力迅速降低，如圖42(b)所示。大約在幾個圓孔直徑之外，即降為原地應(yīng)力值。這種應(yīng)力分布表明，由于圓孔的存在，產(chǎn)生了圓孔周圍的應(yīng)力集中，孔壁上的應(yīng)力比遠(yuǎn)處的大得多，這就是地層破裂壓力大于裂縫延伸壓力的一個重要原因(a)圖4 2無限大平板中鉆一圓孔的應(yīng)力分布（b）半徑與周向應(yīng)力變化關(guān)系曲線（a）應(yīng)力分布示意圖2、井眼內(nèi)壓所引起的井壁應(yīng)力壓裂過程中，向井筒內(nèi)注入高壓液體，使井內(nèi)壓力很快升高。井筒內(nèi)壓必然產(chǎn)生井壁上 的周向應(yīng)力?？梢园丫仓車膸r石看作是一個具有無限壁厚的厚壁圓筒，根據(jù)彈性力學(xué)中的拉梅公式（拉應(yīng)力取負(fù)號）2_ pee - pia一 1 一 22re - ra2

7、2(pe - pi)e %2(45)式中 pe 厚壁筒外邊界壓力，pa；re 厚壁筒外邊界半徑，m；ra 厚壁筒內(nèi)半徑，m；pi內(nèi)壓，pa；r 距井軸半徑，cm。當(dāng)re =oo、pe=0&r= ra時，井壁上的周向應(yīng)力為: 的井壁周向應(yīng)力與內(nèi)壓大小相等，但符號相反。3、壓裂液徑向滲人地層所產(chǎn)生的井壁應(yīng)力：金=- r。即由于井筒內(nèi)壓而導(dǎo)致由于注入井中的高壓液體在地層破裂前，滲入井筒周圍地層中，形成了另外一個應(yīng)力 區(qū)，它的作用是增大了井壁周圍巖石中的應(yīng)力。增加的周向應(yīng)力值為：1 -2：-ps，(4- 6)crcb(47)式中 cr巖石骨架壓縮系數(shù)；cb巖石體積壓縮系數(shù)。4、井壁上的最小總周向應(yīng)力：

8、顯然在地層破裂前，井壁上的最小總周向應(yīng)力應(yīng)為地應(yīng)力、井筒內(nèi)壓及液體滲濾所引起 的周向應(yīng)力之和，即：(48)一1 一 2：二-3二 y 二 x - pipi - ps = 1、造縫條件（一）形成垂直裂縫當(dāng)井壁上存在的周向應(yīng)力 萬h達(dá)到井壁巖石的水平方向的抗拉強(qiáng)度 j時，巖石將在垂直 于水平應(yīng)力的方向上產(chǎn)生脆性破裂，即在與周向應(yīng)力相垂直的方向上產(chǎn)生垂直裂縫。此時有： 樹=，將此代入（48）式，并換為有效應(yīng)力，則可得到垂直裂縫時的破裂壓力，當(dāng)產(chǎn)生垂直裂縫時，井筒內(nèi)注人流體的壓力pi即為地層的破裂壓力pf,所以:3工pf 一 ps2 -11 -21 -(49)由于最小總周向應(yīng)力發(fā)生在8=0o, 180

9、o的對稱點(diǎn)上，垂直裂縫也產(chǎn)生在與井筒相對應(yīng)的實(shí)際上由于地層的非均質(zhì)性兩個點(diǎn)上。在理論上一般假定垂直裂縫是以井軸為對稱的兩條縫, 和局部應(yīng)力場的影響，產(chǎn)生的裂縫往往是不對稱的。（二）形成水平裂縫當(dāng)產(chǎn)生水平裂縫時，井筒內(nèi)注人流體的壓力等于地層的破裂壓力，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)修正后:;tpf ps=z，(410)1-2：1.94 -、工1 一式中(tv巖石垂向抗張強(qiáng)度。(三)破裂壓力梯度破裂壓力梯度b是指地層破裂壓力與地層深度的比值。由式(49)和(410),理論上可以計算裂縫破裂時的有效破裂壓力，除以壓裂層的中部 深度即可得到破裂壓力梯度值。實(shí)際上各油田的破裂壓力梯度值都是根據(jù)大量壓裂施工資料統(tǒng) 計出來的，破

10、裂壓力梯度值為：1525mpa/m?？梢杂酶鞯貐^(qū)的破裂壓力梯度的大小估計裂 縫的形態(tài)，一般認(rèn)為b小于1518mpa/m時形成垂直裂縫，而大于 23mpa/m時則是水平 裂縫。因此深地層出現(xiàn)的多為垂直裂縫， 淺地層出現(xiàn)水平裂縫的幾率大。 這是由于淺地層的垂 向應(yīng)力相對比較小，近地表地層中構(gòu)造運(yùn)動也較多，水平應(yīng)力大于垂應(yīng)力的幾率也大。有時 會碰到破裂壓力梯度特高的地層，這可能是由于構(gòu)造關(guān)系或巖石抗張強(qiáng)度特大的緣故。井底 附近地層嚴(yán)重堵塞時也可能導(dǎo)致很高的破裂壓力梯度，這種情況是不正常的。如果地層破裂 壓力過高，難以進(jìn)行正常施工，可進(jìn)行預(yù)處理以降低破裂壓力。這些方法的實(shí)質(zhì)是降低井底 附近地層的應(yīng)力，

11、如高效射孔、密集射孔、水力噴砂射孔及小規(guī)模酸化等措施。第二節(jié) 壓裂液壓裂液是水力壓裂改造油氣層過程中的工作液，起著傳遞壓力、形成和延伸裂縫、攜帶 支撐劑的作用。壓裂液是壓裂施工液的總稱，影響壓裂施工成敗的諸因素中，壓裂液性能的 好壞是其中的主要因素之一。這是因?yàn)閴毫咽┕さ拿總€環(huán)節(jié)都與壓裂液的類型和性能有關(guān)。壓裂液是一個總稱，根據(jù)壓裂過程中注入井內(nèi)的壓裂液在不同施工階段的任務(wù)可分為：(1)清孔液：5%hcl和0. 2%左右的表面活性劑水溶液與堵球配合，疏通壓裂井段射孔 孔眼。(2)前墊液：對水敏、結(jié)垢或含蠟量高的地層進(jìn)行壓裂時，需要提前泵注粘土穩(wěn)定劑、 除垢劑或清蠟劑；若這些添加劑與基液及其它添

12、加劑不配伍，或者量少而又必須保證作業(yè)濃 度時，則需要單獨(dú)提前泵注；同時在高溫、深井地層，這段液體還可起到降低地層溫度的作 用。(3)前置液：它的作用是破裂地層并造成一定幾何尺寸的裂縫以備后面的攜砂液進(jìn)入。 在溫度較高的地層里，它還可起一定的降溫作用。有時為了提高前置液的工作效率，在前置 液中還加入一定量的細(xì)砂以堵塞地層中的微隙，減少液體的濾失。(4)攜砂液。它起到將支撐劑帶入裂縫中并將支撐劑填在裂縫內(nèi)預(yù)定位置上的作用。在 壓裂液的總量中，這部分比例很大。攜砂液和其他壓裂液一樣，有造縫及冷卻地層的作用。 攜砂液由于需要攜帶密度很高的支撐劑，所以必須使用交聯(lián)的壓裂液 (如凍月$等)。(5)頂替液。

13、中間頂替液用來將攜砂液送到預(yù)定位置，并有預(yù)防砂卡的作用；最后頂替 液是注完攜砂液后將井筒中全部攜砂液頂替到裂縫中，以提高攜砂液效率和防止井筒沉砂。一、壓裂液的性能要求根據(jù)壓裂不同階段對液體性能的要求，壓裂液在一次施工中可能使用幾種性能不同的液 體，其中還加有不同添加劑。對于占總液量絕大多數(shù)的前置液及攜砂液，都應(yīng)具備一定的造 縫能力并使裂縫壁面及填砂裂縫有足夠的導(dǎo)流能力。所以，為了獲得好的水力壓裂的效果對 壓裂液的性能要求為：(1)濾失少。這是造長縫、寬縫的重要條件。壓裂液的濾失性主要取決于它的粘度與造 擘性.粘度高則濾失少。在壓裂液中添加防濾失劑，能改善造壁性，大大減少濾失量。(2)懸砂能力強(qiáng)

14、。壓裂液的懸砂能力主要取決于粘度。(3)摩阻低。壓裂液在管道中的摩阻愈小，則在設(shè)備功率一定的條件下，用于造縫的有 效功率也就愈大。摩阻過高會導(dǎo)致井口施工壓力過高，從而降低排量甚至限制壓裂施工。(4)穩(wěn)定性。壓裂液應(yīng)具備熱穩(wěn)定性，不能由于溫度的升高而使粘度有較大的降低。液體還應(yīng)有抗機(jī)械剪切的穩(wěn)定性不因流速的增加而發(fā)生大幅度的降解。(5)配伍性。 ，壓裂液進(jìn)入油層后與各種巖石礦物及流體相接觸，不應(yīng)產(chǎn)生不利于油氣滲流的物理一化學(xué)反應(yīng)。(6)低殘渣。要盡量降低壓裂液中水不溶物數(shù)量以免降低油氣層和填砂裂縫的滲透率。(7)易返排。施工結(jié)束后大部分注人液體應(yīng)能返排出井外，以減少壓裂液的損害。(8)貨源廣、便

15、于配制、價錢便宜。大型壓裂，壓裂液是壓裂施工費(fèi)用中的主要組成部分。速溶連續(xù)配制工藝，大大方便了施工，減少了對液罐及場地的要求。二、壓裂液的類型目前常用的壓裂液有水基、酸基、油基壓裂液、乳狀及泡沫壓裂液等。具有粘度高、摩阻低及懸砂能力好等優(yōu)點(diǎn)的水基凍膠壓裂液，已成為礦場主要使用的壓裂液。(一)水基壓裂液水基壓裂液是用水溶脹性聚合物經(jīng)交鏈劑交鏈后形成的凍膠。常用的成膠劑有植物膠、纖維素衍生物以及合成聚合物；交鏈劑 (交聯(lián)劑 )有硼酸鹽，鈦、鋯等有機(jī)金屬鹽等。在施工結(jié)束后，為了使凍膠破膠還需要加入破膠劑，常用破膠劑有過硫酸胺、高錳酸鉀和酶等。1、活性水壓裂液在水溶液中加人表面活性劑的低粘壓裂液，稱之

16、為活性水壓裂液。此壓裂液配制簡單、成本低廉、粘度低、濾失量大、攜砂能力弱，適用于淺井低砂量、低砂比小型解堵壓裂和煤層氣井壓裂。2、稠化水壓裂液以稠化劑及表面活性劑配制的粘稠水溶液，稱之為稠化水壓裂液，或者說稠化了的活性水壓裂液，比活性水壓裂液粘度有所提高，攜砂能力稍強(qiáng)，降濾失性能略好，主要用于低溫(小于60c)、淺井(小于1000m)和低砂比(小于15%)的小型壓裂。3、水基凍膠壓裂液水基凍膠用交聯(lián)劑將溶于水的稠化劑高分子進(jìn)行不完全交聯(lián)，使具有線性結(jié)構(gòu)的高分子水溶液變成線型和網(wǎng)狀體型結(jié)構(gòu)混存的高分子水凍膠，稱之為水基凍膠壓裂液，其主要添加劑有稠化劑和交聯(lián)劑。( 1)稠化劑：稠化劑是水基凍膠壓裂

17、液的主體，用以提高水溶液粘度、降低液體濾失、懸浮和攜帶支撐劑，常用的稠化劑有植物膠、纖維素及合成聚合物等。( 2)交聯(lián)劑：是能與聚合物線型大分子鏈形成新的化學(xué)鍵，使其聯(lián)結(jié)成網(wǎng)狀體型結(jié)構(gòu)的化學(xué)劑；聚合物水溶液因交聯(lián)作用形成水凍膠；交聯(lián)劑的選用由聚合物可交聯(lián)的官能團(tuán)和聚合物水溶液的 ph 值決定。(二)油基壓裂液對水敏性地層，使用水基壓裂液會導(dǎo)致地層粘土膨脹而影響壓裂效果，可使用油基壓裂液。礦場原油或煉廠粘性成品油懸砂能力差，性能達(dá)不到要求。目前多用稠化油，基液為原油、汽油、柴油、煤油或凝析油，稠化劑為脂肪酸皂，礦場最高砂比可達(dá)30 (體積比)。稠化油壓裂液遇地層水后自動破膠，所以無需加入破膠劑。

18、油基壓裂液適用于水敏性地層，其特點(diǎn)是：(1) 避免水敏地層由于水敏引起的水基壓裂液傷害；(2) 稠化油壓裂液遇地層水自動破乳；(3) 易燃且成本高；(4) 摩阻高于延遲交聯(lián)水基壓裂液體系；(5) 高溫條件下溫度穩(wěn)定性不及延遲交聯(lián)水基壓裂液體系；(6) 技術(shù)和質(zhì)量控制要求高。油基壓裂液適用于低壓、偏油潤濕、強(qiáng)水敏地層，在壓裂作業(yè)中所占比重較低。如果這種性質(zhì)的儲層含有重油和瀝青質(zhì)或某些石蠟成分而不宜用水基壓裂液時，也不能用輕質(zhì)油壓 裂，則應(yīng)選用含芳香族組分的原油，直接用于壓裂，或用作配制稠化油壓裂液的基液。(三)泡沫壓裂液泡沫壓裂液是用于低壓低滲油氣層改造的新型壓裂液。其最大特點(diǎn)是易于返排、濾失少

19、 以及摩阻低等?；憾嘤玫?、鹽水、聚合物水溶液；氣相為二氧化碳、氮?dú)?、天然氣；發(fā) 泡劑用非離子型活性劑。泡沫干度為 65%85%。1、泡沫壓裂液的特點(diǎn)(1)摩阻損失小(比清水低40%60%);(2)泡沫液濾失系數(shù)低、液體濾失量小、浸入深度淺、返排速度快、對地層傷害??；(3)泡沫液視粘度高，攜砂和懸砂性能好、壓裂液效率高、在相同液量下裂縫穿透深度(4)溫度穩(wěn)定性差；(5)難以適應(yīng)高砂比要求。泡沫壓裂液尤其適用于低滲、低壓、水敏性油氣藏。2、泡沫壓裂液的不利因素(1)由于井筒氣一液柱的壓降低，壓裂過程中需要較高的注入壓力，因而對深度大于 2000m以上的油氣層，實(shí)施泡沫壓裂是困難的。(2)使用泡

20、沫壓裂液的砂比不能過高，在需要注入高砂比情況下，可先用泡沫壓裂液將 低砂比的支撐劑帶人，然后再泵人可攜帶高砂比支撐劑的常規(guī)壓裂液。泡沫壓裂液的粘度穩(wěn)定性取決于泡沫干度(泡沫質(zhì)量)，即氣體體積與泡沫液總體積之比， 典型值為70%80%。(四)乳化壓裂液乳化壓裂液為一種液體分散于另一種不相混溶的液體中形成的多相分散體系。以液珠形 式存在的一相稱為分散相(或稱內(nèi)相、不連續(xù)相),連成一片的另一相稱為分散介質(zhì)(或稱外相、 連續(xù)相)。用作壓裂液的乳狀液中，一相是水或鹽水溶液、聚合物稠化水溶液、水凍膠液、酸 液以及醇液；另一相則是油，如本井原油、成品油、凝析油或液化石油氣。體系中加入了易在 兩相接口上吸附或

21、富集的表面活性劑，有利于形成穩(wěn)定的乳狀液。其特點(diǎn)是：(1)乳化作用使體系具有一定的粘度，粘度大小因乳化材料和所加入的比例而差異大， 施工中，油水比波動影響砂比的穩(wěn)定；(2)濾失量低，液體效率高，對地層滲透率傷害小；(3)乳狀液摩阻一般高于水或油；(4)乳狀液用油量低于油基液，因而成本較低。乳化壓裂液適用于水敏、低壓地層。其他應(yīng)用的壓裂液還有聚合物乳狀液、 酸基壓裂液和醇基壓裂液等，它們都有各自的適 用條件和特點(diǎn)，但在礦場上應(yīng)用很少。三、壓裂液的濾失性壓裂過程中，壓裂液向地層的濾失是不可避免的。由于壓裂液的濾失使得壓裂液效率降低， 造縫體積減小，因此研究壓裂液的濾失特性對裂縫幾何參數(shù)的計算和對地

22、層損害的認(rèn)識都是必 不可少的。壓裂液濾失到地層受三種機(jī)理控制。 壓裂液的粘度，受壓裂液粘度控制的濾失系數(shù) 為ci;油藏巖石和流體的壓縮性，受儲層巖石和流體壓縮性控制的濾失系數(shù)為cn；壓裂液的造壁性，具有造壁性壓裂液濾失系數(shù)為 cbo壓裂液的濾失雖然根據(jù)機(jī)理可以分為三種情況， 但實(shí)際壓裂過程中，壓裂液的濾失同時受三種機(jī)理控制，即綜合濾失系數(shù)co綜合濾失系數(shù)c是壓裂設(shè)計中的重要參數(shù)，也是評價壓裂液性能的重要指標(biāo)。目前比較好的壓裂液在油層及裂 縫中的流動條件下，綜合濾失系數(shù) c可達(dá)10-4 m/)m濡o關(guān)于綜合濾失系數(shù)c的計算本書不 再展開詳細(xì)介紹。第三節(jié) 支撐劑支撐劑的性能好壞直接影響著壓裂效果。

23、填砂裂縫的導(dǎo)流能力是評價壓裂效果的重要指標(biāo)。填砂裂縫的導(dǎo)流能力是在油層條件下，填砂裂縫滲透率與裂縫寬度的乘積，導(dǎo)流能力也 稱為導(dǎo)流率。一、支撐劑的性能要求（ 1）粒徑均勻，密度小。支撐劑的分選不好，小粒徑的支撐劑會運(yùn)移到大粒徑砂所形成的孔隙中， 堵塞滲流通道， 影響填砂裂縫導(dǎo)流能力， 所以對支撐劑的粒徑大小和分選程度有一 定的要求。（ 2）強(qiáng)度大，破碎率小。支撐劑的強(qiáng)度是其性能的重要指標(biāo)。水力壓裂結(jié)束后，裂縫的閉合壓力作用于裂縫中的支撐劑上，當(dāng)支撐劑強(qiáng)度比縫壁面地層巖石的強(qiáng)度大時，支撐劑有 可能嵌人地層里；縫壁面地層巖石比支撐劑強(qiáng)度大，且閉合壓力又大于支撐劑強(qiáng)度時，支撐 劑易被壓碎，這兩種情況

24、都會導(dǎo)致裂縫閉合或滲透率很低。（ 3）圓球度高。支撐劑的圓度表示顆粒棱角的相對銳度，球度是指砂粒與球形相近的程度。 圓球度不好的支撐劑其填砂裂縫的滲透率差且棱角易破碎， 粉碎形成的小顆粒會堵塞孔隙。（ 4）雜質(zhì)含量少。（ 5）來源廣，價廉。二、支撐劑的類型為了適應(yīng)各種不同地層以及不同井深壓裂的需要， 人們開發(fā)了許多種類的支撐劑， 大致可 分為天然石英砂和人造支撐劑掏粒兩大類。（一）天然石英砂石英砂多產(chǎn)于沙漠、河灘或沿海地帶。如國內(nèi)蘭州砂、承德砂、內(nèi)蒙砂等。天然石英砂的主要化學(xué)成分是氧化硅， 同時伴有少量的氧化鋁、 氧化鐵、 氧化鉀、 氧化鈉及氧化鈣與氧化鎂。天然石英砂的礦物組分以石英為主。石英

25、含量 （質(zhì)量分?jǐn)?shù) ）是衡量石英砂質(zhì)量的重要指標(biāo)，我國壓裂用石英砂中的石英含量一般在80左右，且伴有少量長石、燧石及其它噴出巖、變質(zhì)巖等巖屑。就石英砂的微觀結(jié)構(gòu)而言，石英可分為單晶石英與復(fù)晶石英兩種晶體結(jié)構(gòu)。在天然石英砂的石英含量中，單晶石英顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)愈大，則該種石英砂的抗壓強(qiáng)度愈高。一般石英砂的密度約為2. 65g/ cm3左右，承壓2034mpa。（二）人造支撐劑（陶粒）人造陶粒是主要由鋁礬土（氧化鋁）燒結(jié)或噴吹而成的，它具有較高的抗壓強(qiáng)度，一般劃分為中等強(qiáng)度和高強(qiáng)度兩種陶粒支撐劑。 中等強(qiáng)度陶粒支撐劑是由鋁礬土或鋁質(zhì)陶土制造的，密度為2. 73. 3g/cm3。其組分為氧化鋁或鋁質(zhì)，其

26、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 46%77%,硅質(zhì)含量為 12%55%,還有不到10%的其它氧化物。最終品相分析表明，低鋁材料的組成大部分為莫 來石，以及少量的方石英，顏色大多呈灰色，承壓 5580mpa。高強(qiáng)度陶粒支撐劑由鋁研土 或氧化結(jié)等材料制成，密度約為3. 4g/cm3或更高。其化學(xué)組成為：氧化鋁85%90%,氧 化硅3%6%,氧化鐵4%7%,硅酸氧化培、氧化鈦3%4%。高含量的鋁硅物料使這種 支撐劑比中等強(qiáng)度支撐劑具有更大的密度， 物料經(jīng)熱處理后， 主要晶相是剛玉， 但也存在少量 的莫來石晶相或玻璃晶相，顏色呈黑色，承壓100mpa。（三）樹脂包層支撐劑（樹脂砂）樹脂砂是將樹脂薄膜包裹到石英砂的表面上，

27、經(jīng)熱固處理制成。它的視密度為 2 55 g cm3。左右，略低于石英砂。在低應(yīng)力下，樹脂砂的性能與石英砂相近，但在高應(yīng)力下，樹脂砂的性能則遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于石英砂。中等強(qiáng)度低密度或高密度的樹脂砂能耐受5569mpa的閉合壓力， 它適應(yīng)了低強(qiáng)度天然砂與高強(qiáng)度鋁土支撐劑之間的強(qiáng)度要求， 再加上它的相對密度比較低， 便于攜砂與鋪砂， 因此被稱為第二代的人造支撐劑。 由于它具有一定的強(qiáng)度與價格便宜的優(yōu)點(diǎn)，代替了燒結(jié)鋁土支撐劑 50的用量。樹脂砂可分為兩種，固化砂與預(yù)固化砂。固化砂在地層溫度下周結(jié)，這對防止壓后吐砂及防止地層吐砂有一定的效果。預(yù)固化砂在地面上已形成完 好的樹脂薄膜包裹的砂子，像一般加砂一樣，隨攜砂

28、液體進(jìn)入裂縫。這種包層砂子的優(yōu)點(diǎn)是：(1)樹脂薄膜包裹起來的砂子，增加了砂粒間的接觸面積，從而提高抵抗閉合壓力的能(2)樹脂薄膜可將壓碎了的砂粒小塊、粉砂包裹起來，減少了微粒的運(yùn)移與堵塞孔道的 機(jī)會，從而改善了導(dǎo)流能力。(3)樹脂包層砂總的體積密度比上述中等強(qiáng)度與高強(qiáng)度人造支撐劑要低許多，因此便于 懸浮，降低了對攜砂液的要求。三、支撐裂縫導(dǎo)流能力的影響因素分析支撐裂縫導(dǎo)流能力是支撐劑物理性能及裂縫所處條件的綜合反映， 它是支撐劑選擇與優(yōu)化 設(shè)計中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。為了使水力壓裂后形成的支撐裂縫提供更高的裂縫導(dǎo)流能力， 這里 將對影響裂縫導(dǎo)流能力的主要因素進(jìn)行分析。(一)地應(yīng)力與地層孔隙壓力對裂

29、縫導(dǎo)流能力的影響對于壓裂井，壓裂后形成的支撐帶中的支撐劑承受著裂縫閉合壓力pp。，它是地層地應(yīng)力即最小地應(yīng)力 前n.與地層孔隙壓力之差，生產(chǎn)時最低的地層孔隙壓力應(yīng)是井底流壓pf,即:pp= omin- pf盡管支撐劑種類不同，但它們的導(dǎo)流能力都隨閉合壓力的增加而遞減。低密度、高密度 陶粒和天然石英砂不同壓力下的導(dǎo)流能力參見表 41。表4 1三種支撐劑在不同壓力下的導(dǎo)流能力支撐劑承壓，mpa導(dǎo)流能力，n m2 cm低密度中強(qiáng)度陶粒高密度高強(qiáng)度陶粒石英砂10190.46120.1178.4520140.68101.8035.2330100.6380.924062.0062.745040.7052.

30、626025.8040.78(二)支撐劑物理性能對裂縫導(dǎo)流能力的影響支撐劑物理性能包括粒徑、圓度、球度、強(qiáng)度、濁度、酸溶解度、密度、光潔度等，其中 對裂縫導(dǎo)流能力影響比較敏感的主要是粒徑、圓度、球度和強(qiáng)度。(1)支撐劑的粒徑大小及其均勻程度影響著支撐裂縫的孔隙度和滲透率，亦即影響著裂 縫導(dǎo)流能力。在低閉合壓力下，大粒徑的支撐劑可提供更高的導(dǎo)流能力。但大粒徑支撐劑的 輸入比較困難，它要求水力裂縫有足夠的動態(tài)寬度。若粒徑分布范圍較寬，將出現(xiàn)小粒徑的 顆粒充填大粒徑顆粒組成的孔隙，從而降低裂縫的滲透率。所以粒徑相對集中、比較均勻的 支撐劑能提供更高的導(dǎo)流能力。（ 2)圓度和球度好的支撐劑能承受更高的

31、裂縫閉合壓力，非常圓的球體顆粒比不太圓的 顆粒由于表面受力更為均勻，能承受更高的載荷，所以在高閉合壓力下， 圓度、球度好的能提 供更高的導(dǎo)流能力。然而在低閉合壓力下情況相反，帶有棱角的支撐顆粒比圓度、球度好的將 有更高的孔隙度和更高的導(dǎo)流能力。（ 3)支撐劑強(qiáng)度是以支撐劑一定量的群體破碎率來表示的。破碎率低的支撐劑導(dǎo)流能力 高，可以定性地反映強(qiáng)度高的支撐劑能提供更高的導(dǎo)流能力。所以通常根據(jù)支撐劑的破碎率 來選擇支撐劑。(三)支撐劑鋪置濃度對裂縫導(dǎo)流能力的影響支撐劑鋪置濃度是指單位裂縫壁面積上的支撐劑量（按一個壁面），常用單位為kg m2 。裂縫導(dǎo)流能力隨裂縫中支撐劑鋪置濃度的增加而增加，在單層

32、鋪置時導(dǎo)流能力較高，所以在早期壓裂時，大家認(rèn)為裂縫中局部單層鋪置支撐劑可以獲得理論上最大的裂縫導(dǎo)流能力。但工業(yè)上未能得到應(yīng)用，其原因是不能在全裂縫中獲得完全均勻的單層鋪置。多層鋪置不僅可以降低支撐劑的破碎程度，而且可以提高裂縫的寬度。隨著鋪置濃度的增加，導(dǎo)流能力隨之增加。（四）支撐劑的壓碎與嵌入對裂縫導(dǎo)流能力的影響當(dāng)裂縫閉合在支撐帶上時，支撐劑顆粒將由裂縫壁嵌人巖層或被巖層壓碎，這兩者將影響裂縫有效縫寬和滲透率，從而導(dǎo)致裂縫導(dǎo)流能力下降。這兩種情況與巖石的硬度有重要關(guān)系，一般實(shí)驗(yàn)認(rèn)為，當(dāng)巖石彈性模量大于 28000mpa 時對支撐劑壓碎的影響是主要的；而當(dāng)小于28000mpa 時嵌入影響是主要

33、的。支撐劑在裂縫中呈多層排列有利于減緩因支撐劑對巖石嵌入造成對裂縫導(dǎo)流能力的影響?？拷芽p壁面上的那一層支撐劑對巖石有嵌入，而支撐劑裂縫中間的支撐劑不存在這一影響，所以支撐裂縫鋪置濃度越高，支撐劑嵌入影響就越小。四、支撐劑的選擇支撐劑的選擇是根據(jù)地層的巖性、作業(yè)井的深淺、壓裂液和設(shè)備的性能而定。在地層巖性松軟， 中深井或地層壓力不大的情況下， 選用韌性支撐劑較好。 因?yàn)榈貙雍椭蝿┒加幸欢ㄐ巫冃?，即使上覆壓力增加，支撐劑也不易破碎，所以裂縫導(dǎo)流能力較大。當(dāng)?shù)貙訅毫Υ髸r，支撐劑變形到一定程度，裂縫閉合， 所以在堅硬地層的深井中，不能用韌性的，而要用硬脆性支撐劑，否則達(dá)不到預(yù)期的目的。支撐劑選擇的

34、基本要求為：（ 1）根據(jù)油層性質(zhì)和埋藏深度經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)確定能滿足壓裂增產(chǎn)效果的石英砂粒徑及濃度。一般在低閉合壓力下， 淺層可選用大顆粒支撐劑；在高閉合壓力下，選用粒徑較小的支撐劑；裂縫面積上高濃度的支撐劑比低濃度的支撐劑有較高的導(dǎo)流能力。 ，（ 2）根據(jù)實(shí)際需求量選貨源廣又符合要求的砂產(chǎn)地，做到既經(jīng)濟(jì)，又來源足。（ 3） 為了改善導(dǎo)流能力， 即使在閉合壓力不高的情況下， 對疏忪地層也要考慮加砂方式，不同加砂方式要選擇不同的支撐劑。泵入裂縫內(nèi)的支撐劑能否支撐裂縫并取得較好的導(dǎo)流能力， 取決于巖層的強(qiáng)度和支撐劑材料的抗壓強(qiáng)度。如果在比較高的上覆巖層壓力的作用下，巖石的硬度高而支撐劑材料硬度低，支撐劑

35、就可能被壓碎， 減低裂縫的導(dǎo)流能力并堵塞油流通道； 相反， 若油層巖石的硬度低而支撐劑的硬度高，支撐劑就可能嵌入裂縫壁，減低壓裂效果。 同時，正確使用支撐劑也將降低壓裂成本。 因此， 如何依據(jù)井深和油層巖石特性等條件正確選用支撐劑是壓裂工藝的重要問題之一。第四節(jié) 壓裂設(shè)計壓裂設(shè)計是壓裂施工的指導(dǎo)性文件， 它能根據(jù)地層條件和設(shè)備能力優(yōu)選出經(jīng)濟(jì)可行的增產(chǎn)方案。壓裂設(shè)計的基礎(chǔ)是對壓裂層的正確認(rèn)識，包括油藏壓力、滲透性、水敏性、油藏流體物性以及巖石抗張強(qiáng)度等， 并以它們?yōu)榛A(chǔ)設(shè)計裂縫幾何參數(shù)， 確定壓裂規(guī)模以及壓裂液與支撐劑類型等。 壓裂設(shè)計的原則是最大限度地發(fā)揮油層潛能和裂縫的作用， 使壓裂后油氣井

36、和注人井達(dá)到最佳狀態(tài)， 同時還要求壓裂井的有效期和穩(wěn)產(chǎn)期長。 壓裂設(shè)計的方法是根據(jù)油層特性和設(shè)備能力， 以獲取最大產(chǎn)量或經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)， 在優(yōu)選裂縫幾何參數(shù)基礎(chǔ)上， 設(shè)計合適的加砂方案。壓裂設(shè)計方案的內(nèi)容包括： 裂縫幾何參數(shù)優(yōu)選及設(shè)計；壓裂液類型和配方的選擇； 支撐劑選擇及加砂方案設(shè)計； 壓裂效果預(yù)測和經(jīng)濟(jì)效益分析等。 這里以壓裂后油井產(chǎn)量為目標(biāo)， 介紹單井壓裂設(shè)計的有關(guān)內(nèi)容。一、影響壓裂井增產(chǎn)幅度的因素影響壓裂井增產(chǎn)幅度的因素主要是油層特性和裂縫幾何參數(shù)：（一）油層特性油層特性主要是指壓裂層的滲透率、孔隙度、 流體物性、油層能量、含油豐度和泄油面積(二)裂縫幾何尺寸裂縫幾何尺寸是指填砂裂縫的

37、長、寬、高和導(dǎo)流能力。二、裂縫幾何參數(shù)計算模型為了更加近似地描述和計算裂縫的幾何尺寸，20世紀(jì)50年代以來，人們利用各種假設(shè)，相繼開發(fā)出了多種設(shè)計模型，比較典型的有卡特模型、pkn模型、kgd模型、擬三維(p3d)和真三維模型。它們的主要差別是裂縫的擴(kuò)展和裂縫內(nèi)流體流動方式不同。二維模型假設(shè)裂縫高度是常數(shù)，即流體沿縫長方向流動；擬三維和真三維模型認(rèn)為縫高沿縫長方向是變化的，不同的是前者裂縫內(nèi)仍然是一維(縫長方向)流動，而后者在縫長、縫高方向均有流動(即存在壓力 降)。下面對這幾種計算模型作以簡單介紹(公式推導(dǎo)略)(一)卡特模型卡特提出在考慮液體濾失條件下，如果裂縫寬度已知，則可求出水平裂縫半徑

38、和垂直裂縫 長度?；炯僭O(shè)如下：(1)裂縫是等寬的；(2)壓裂液從縫壁面垂直且線性地滲入地層；(3)縫壁上某點(diǎn)的濾失速度取決于此點(diǎn)暴露于液體中的時間；(4)縫壁上各點(diǎn)的速度函數(shù)是相同的；(5)裂縫內(nèi)各點(diǎn)壓力相等，等于井底延伸壓力。(二)pkn模型pkn模型是由perkins, kern和nordgren三人提出的，它是目前應(yīng)用較多的計算裂縫幾 何參數(shù)的二維設(shè)計模型，見圖 4-4?；炯僭O(shè)如下：(1)巖石是彈性、脆性材料，當(dāng)作用在巖石上的張應(yīng)力大于某個極限值后，巖石張開破(2)縫高在整個縫長方向上不變，即在上下層受阻；造縫段全部射孔，一開始就壓開整 個地層。(3)裂縫斷面為橢圓形，最大縫寬在裂縫

39、中部。(4)縫內(nèi)流體流動為層流。(5)縫端部壓力等于垂直于裂縫壁面的總應(yīng)力。(6)不考慮壓裂液濾失于地層。(三)kgd模型kgd模型是常用的二維設(shè)計模型之一，裂縫高度一定，沿垂直方向擴(kuò)展，見圖45。假(1)地層均質(zhì)，各向同性。(2)線彈性應(yīng)力應(yīng)變。圖4 4 pkn模型裂縫形狀圖4 5kgd模型裂縫形狀設(shè)條件為：（3）裂縫內(nèi)為層流，考慮濾失。（4）縫寬截面為矩形，側(cè)向?yàn)闄E圓形。（四）徑向裂縫擴(kuò)展模型pkn、kgd模型是假定水平應(yīng)力小于垂向應(yīng)力，裂縫高度一定，裂縫沿垂直方向擴(kuò)展。 當(dāng)垂向應(yīng)力比水平應(yīng)力小時，將導(dǎo)致裂縫沿水平或傾斜方向擴(kuò)展， 這就產(chǎn)生了徑向裂縫擴(kuò)展模 型。它可以用來粗略計算二維狀態(tài)下

40、水平裂縫的縫長，見圖46。圖4 6徑向裂縫擴(kuò)展模型裂縫形狀（五）擬三維模型和全三維模型全三維模型假設(shè)縫高隨注入量的增加而變化， 并且考慮了液體的垂向流動分量。 擬三維模 型具有全三維模型特征，但假設(shè)縫長大于縫高，并且計算量較少。無論是擬三維模型還是全三 維模型，其基本方法都是將裂縫進(jìn)行單元離散，再通過數(shù)值方法來求解?？偟膩碚f，水力壓裂三維模型有利于更真實(shí)地預(yù)測裂縫形態(tài)、支撐劑分布以及壓裂施工的動態(tài)特征，模擬結(jié)果比二維模型更可靠。但是由于參數(shù)較多，取全、取準(zhǔn)很困難，在一定程度 上影響了它的使用。三、壓裂效果預(yù)測地層壓裂效果預(yù)測的主要目的是對在儲集層中實(shí)際形成的支撐裂縫長度與導(dǎo)流能力，以及裂縫系統(tǒng)

41、對儲集層生產(chǎn)動態(tài)的影響進(jìn)行評價。壓裂后評估所使用的基本技術(shù)手段為壓后不穩(wěn)定 試井分析和使用油藏模擬的生產(chǎn)歷史擬合分析。（一）增產(chǎn)倍數(shù)計算增產(chǎn)倍數(shù)可以認(rèn)為是壓裂前后油氣井采油指數(shù)的比值，它與油層和裂縫參數(shù)有關(guān)。其中裂縫參數(shù)lf, kf和wf可由壓裂設(shè)計和支撐劑導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)值確定，地層參數(shù) （re, rw。，k及a） 可由試井和開發(fā)數(shù)據(jù)確定。在這些參數(shù)一定后，可查圖求出增產(chǎn)倍數(shù)。對水平縫壓裂井，壓裂前后的壓力分布如圖4-7,實(shí)線是壓前的壓力分布，虛線是壓后的壓力分布，生產(chǎn)壓差分為兩 部分：圖4 7水平縫壓裂前后油層中壓力分布（二） 優(yōu)選裂縫參數(shù)根據(jù)初產(chǎn)量要求， 由計算結(jié)果（ 圖 49）選擇滿足要求

42、的裂縫參數(shù)組合， 根據(jù)地層的閉合壓力，結(jié)合支撐劑性能和施工的難易選擇的造縫長度和導(dǎo)流能力。（三）選擇支撐劑類型用量根據(jù)裂縫參數(shù)和閉合壓力的要求，選擇合適的支撐劑類型和用量。（四）選擇壓裂液根據(jù)地層條件選擇合適的壓裂液。第五節(jié) 現(xiàn)場施工一、壓裂方式壓裂方式是壓裂工藝中的一個很重要的內(nèi)容。 壓裂方式的選擇， 主要是根據(jù)地質(zhì)條件、 井身狀況、工藝技術(shù)水平而定，隨著壓裂工具、工藝技術(shù)的發(fā)展，壓裂方式也不斷改進(jìn)。目前常采用的壓裂方式有：合層壓裂、分層壓裂、一次分壓多層和深層壓裂等。（一）合層壓裂在油井生產(chǎn)層只是一個層組，且這個層組的各小層性質(zhì)比較接近時，對這個層組里的各小層同時進(jìn)行壓裂，就是合層壓裂，也

43、叫全井壓裂。它是一種施工最簡單的壓裂工藝，目前應(yīng)用的有四種方法。1、油管壓裂油管壓裂就是壓裂液自油管泵入油層。其特點(diǎn)是施工簡單，且油管截面小，流速大，其壓裂液的攜帶能力強(qiáng)，又不會增加液流阻力和設(shè)備負(fù)荷，降低有效功率。2、套管壓裂套管壓裂是井內(nèi)不下油管，從套管內(nèi)直接泵入壓裂液進(jìn)行壓裂。其特點(diǎn)是施工簡單，可最大限度地降低管道摩阻，從而相應(yīng)地提高了排量和降低了泵壓，但攜砂能力差，一旦造成砂堵，無法進(jìn)行循環(huán)解堵。3、環(huán)形空間壓裂環(huán)形空間壓裂是壓裂液從油管和套管的環(huán)形空間泵入油層。它與前兩種方法相比，具有阻力損失小，適應(yīng)抽油井不起泵壓裂的特點(diǎn)，但流速低，攜砂能力弱。4、油、套管同時壓裂油、套管同時壓裂是

44、在井內(nèi)下入油管，壓裂時油管接一臺壓裂車，套管接2 臺以上壓裂車，管線連接如圖410 所示。施工時，壓裂液從油、套管同時泵入，支撐劑從套管加進(jìn)。其特點(diǎn)是利用油管泵入的液體從油管鞋出來時改變流向，可防止支撐劑下沉，若一旦發(fā)生砂堵進(jìn)行反循環(huán)也比較方便。因此，這種壓裂適宜于中深井壓裂。文圖4 10油、套管同時壓裂示意圖1 一壓裂車；2 一套管；3油管（二）分層壓裂我國的油氣田，多數(shù)都是多油氣層的。在多層情況下，壓裂成功率不是很高的原因之一， 是壓裂液不能按照人們的意愿進(jìn)入目的層， 該壓開的不開，不該壓開的反而壓開了，這是我 們非常不希望的。在多層或厚油層情況下，往往需要進(jìn)行分層（段）壓裂，以保證壓開需

45、要造縫的層段。1、堵球法分層壓裂如果同時開采滲透率不同的多層，當(dāng)壓裂液泵入井內(nèi)后，液體首先進(jìn)入高滲層，一般低 滲層是壓裂的目的層，這時就將若干堵球隨液體泵入井中， 堵球?qū)⒏邼B層的孔眼堵住，等壓 力蹩起即可將低滲層壓開。這種方法可在一口井中多次使用， 一次施工可壓開多層。對于射 孔井，可用尼龍球（或包以橡膠的鋁球或塑料球），隨壓裂液進(jìn)入井內(nèi)并坐在高滲透層部位的 炮眼上，以堵塞炮眼，即可將井底壓力憋起， 從而壓開低滲透層部位的裂縫，此法可一次壓 裂中多次重復(fù)使用，施工結(jié)束后，井底壓力降低，堵球在壓差的作用下，可以反排出來。這種堵球的大小和密度應(yīng)與炮眼的大小和壓裂相適應(yīng)，堵球的材料也應(yīng)具有韌性，避免

46、在壓差的作用下進(jìn)入炮眼內(nèi)，反排時又可掉落下來。施工中有時由于炮眼變形或受沖刺孔眼 變大，這樣都會使施工失敗。2、選擇性壓裂在同一開發(fā)層系中，由于地質(zhì)上的非均質(zhì)性，也存在高滲與低滲層段的差別。在幾米厚 的油層中存在高、低滲透層的交互層，這種情況下就可使用選擇性壓裂的方法， 使壓裂液導(dǎo) 至低滲透層以便壓開尚有生產(chǎn)潛力或未動的低滲層。 大慶油田的幾個內(nèi)部油田曾廣泛使用固 體暫堵劑（聚乙烯一石蠟制作的小球）進(jìn)行選擇性壓裂獲得好的效果，具體作法是在向井內(nèi)擠 入壓裂液的同時混入暫堵劑，因?yàn)橐后w首先被吸入高滲層，暫堵劑隨之將高滲層部位的孔眼 堵住，使其減少或失去吸水能力，此后泵入不帶暫堵劑的壓裂液，則能在低

47、滲層部位起縫。有油溶性與水溶性的暫堵劑可分別用于油水井的選擇性壓裂上。使用選擇性壓裂的井最 好具有一定的厚度，例如4m以上，水平裂縫，這樣易于控制裂縫產(chǎn)生的部位。如果地下油 水層部位清楚，有可能堵住含水高滲層壓開含油低滲層。選擇性壓裂也可用于重復(fù)壓裂上，利用小蠟球?qū)又辛芽p堵住，在其它油層部位壓開新 裂縫，以達(dá)到增產(chǎn)目的。如果不采用選擇性重復(fù)壓裂的方法，很可能使原裂縫延伸。 采用這 種作法有時也會見到一定的增產(chǎn)效果，但也有可能會造成大量出水效果不好的情況。3、限流法分層壓裂在分層壓裂中，橋塞與封隔器雖然在分層上有效， 但作業(yè)成本高，堵球法也可能因?yàn)榫?況原因無法使用，如套管外竄漏或因堵球破裂或

48、損傷， 使液體旁流失去封堵作用。限流法分 層壓裂適用于多層而各層之間的破裂壓力有一定差別的井，該方法通過控制各層的射孔孔眼 數(shù)及射孔孔眼直經(jīng)的方法，限制各層的吸水能力以達(dá)到逐層壓開的目的。圖411是一限流法的例子。a、b、c三個油層，具相應(yīng)的破裂壓力為30mpa、26mpa、 28mpa。按射孔計劃將各層按一定孔眼數(shù)射開，當(dāng)注入壓力（井底）為26mpa時，b層壓開。 然后提高排量，因?yàn)榭籽鄣哪ψ枵扔谂帕?，?dāng)b層的孔眼摩阻大到2mpa時，注入的井底壓力達(dá)到28mpa,此時c層被壓開。繼續(xù)提高排量，b層孔眼的摩阻增加到4mpa時， 注入的井底壓力達(dá)到30mpa, a層被壓開。射孔孔眼的作用象井下

49、油嘴，隨著排量的增加， 井底壓力也不斷提高，從而逐層壓開，這就是限流分層壓裂法。這個方法能逐層連續(xù)壓開一 直到注入壓力到套管允許的強(qiáng)度為止。這個方法的特點(diǎn)是在完井射孔時，要按照壓裂的要求設(shè)計射孔方案， 包括孔眼位置、孔 密及孔徑，從而壓裂成為完井的一個組成部分。從限流法的工藝過程看，孔眼的摩阻是很重 要的，為了保證盡可能多的射孔層位被壓開， 應(yīng)按套管允許壓力下的最大排量來考慮。 孔眼 摩阻大小有兩種方法來確定：一是實(shí)驗(yàn)曲線；二是經(jīng)驗(yàn)公式。圖411限流法的工藝過程4、封隔器卡分法分層壓裂這是使用較方便的分層方法。適用于壓裂層滲透性差異不大，上下夾層具有一定的厚度， 且射孔層段套管完好無損的分層壓

50、裂井。常用水力擴(kuò)張式封隔器或雙水力擴(kuò)張式封隔器分層 選壓。5、填砂法分層壓裂這是一種自下而上的壓裂方法，即自下而上的壓一層填一層砂，壓完后沖砂投產(chǎn)。（三）一次分壓多層，這種方法是下一趟管柱分壓多層。 它適用于非均質(zhì)多油層油井。具有處理層段短，壓裂 強(qiáng)度高，能發(fā)揮各油層潛力的優(yōu)點(diǎn)。一次分壓多層壓裂方式因使用井下工具不同而方法又有多種。1、投球法壓裂投球法壓裂的管柱結(jié)構(gòu)如圖4-12所示，它是利用水力擴(kuò)張式封隔器將各個壓裂層段封 隔開，相鄰兩壓裂層之間的封隔器可共用，目前這種方法一趟管柱最多可壓四層。除最下一級噴砂器以外，其余噴砂器都裝相應(yīng)規(guī)格的滑套。施工時，由下而上逐層壓裂。先壓完最下面的一層后，

51、從油管內(nèi)投入鋼球并加液壓憋掉下數(shù)第二層噴砂器內(nèi)的滑套，打開該噴砂器， 同時關(guān)閉最下層噴砂器，壓下數(shù)第二層。以此類推，自下而上壓開各個層。投球法壓裂工藝 比較簡單，但是壓每一層時各級封隔器同時工作， 在高壓下封隔器易產(chǎn)生疲勞，而且有層問 串通或壓用不易發(fā)現(xiàn)等缺點(diǎn)。2、上提封隔器法壓裂這種方法僅用兩級封隔器，中間夾一個噴砂器，兩封隔器之間卡距應(yīng)根據(jù)各選壓層間距 離預(yù)先配好。施工時用兩封隔器卡住壓裂層段，先壓最下層，壓完后上提到第二層，依次壓完各層。此法雖可觀察壓用顯示，但當(dāng)層段大小、夾層厚度不均時，選配封隔器卡距較困難， 且施工速度慢。所以，此法僅適用于選壓層段間距均勻、壓層較少的井。3、滑套壓裂

52、目前較好的一次分壓多層的方法是滑套封隔器壓裂法。該法使用帶滑套的封隔器、帶滑 套的噴嘴以及特殊接箍，施工一次可以分壓四個層段，它的優(yōu)點(diǎn)是封隔器在高壓下并不同時 工作，只是被壓層位上下二個封隔器工作， 延長了封隔器的使用壽命，并且對層間串通和封 隔器的不密封性易發(fā)現(xiàn)，及時避免砂卡事故的發(fā)生?；追飧羝鲏毫压苤鐖D413所示。油層 一 _m貨層二屎二庚裂屋油丫t圜&tjf13ej 春圖412投球法壓裂管柱結(jié)構(gòu)示意圖1 一套管；2 油管；3一工作筒；4 一封隔器；5 噴砂器（帶滑套）；6 一噴砂器（不帶?t套）；7 一絲堵滑套封隔器壓裂工作過程如下:圖413滑套封隔器壓裂過程示意圖（a） 一壓下數(shù)第

53、一層；（b）一壓下數(shù)第二層l 一套管；2 油管；3滑套封隔器（未工作狀態(tài)）；4 一噴砂器（未工作狀態(tài)）；5滑套封隔器（工作狀態(tài)）；6 一噴砂器（工作狀態(tài)）；7絲堵；8鋼球下井時管柱除最下一級封隔器和噴嘴不帶滑套外，其它各級封隔器和噴嘴都帶滑套，滑套的作用是密封封隔器和噴嘴上的水眼。管柱下至預(yù)定位置, 準(zhǔn)備工作就緒后，壓裂就開始，從下往上的一層一層壓。首先壓下數(shù)第一層，壓完后，從井 口投球，球下落座在倒數(shù)第二級封隔器內(nèi)的滑套上 （滑套上部是球座，滑套的外經(jīng)各級都一 樣大小，內(nèi)經(jīng)從上往下逐級變?。?，開泵后在壓力作用下剪斷固定滑套的銷釘，滑套在液體 推動下，帶動噴嘴內(nèi)的滑套一起下行，直到特殊接箍處才

54、停止。這樣倒數(shù)第二級封隔器和噴 嘴的水眼被打開，下部水路（即已壓完的最下層）被封隔，開始工作壓下數(shù)第二層，壓完該層 后，再投一個球，同理依次自下而上壓裂。采用滑套封隔器進(jìn)行一次多層壓裂時，一定要做到數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、管柱連接正確、投球無誤, 同時還要事先很詳細(xì)地進(jìn)行層間找用,否則可能造成返工或失敗。（四）、深層壓裂深層壓裂工藝比較復(fù)雜，這里只作簡單概述。一般深層巖石變得致密堅硬，閉合壓力增 大，地溫也高，摩阻也大，這些特點(diǎn)使深層壓裂在設(shè)備、壓裂液、井下工具、支撐劑等幾個 方面都遇到新的需求，一般的壓裂工藝難以解決這些問題。在較高閉合壓力下的致密巖層中， 若用砂子作支撐劑，則很容易被壓碎，多層排列的砂

55、層較好一些，但導(dǎo)流能力又下降了，只能用高強(qiáng)度的支撐劑代替石英砂。 近年來提出了用陶 粒來作為深層壓裂的支撐劑。在深層壓裂中，地面泵壓會因井深增加而提高。 這個問題可以從兩方面去解決：一是進(jìn)一步降低壓裂液的摩阻； 另外可在井下工具裝有特殊開關(guān)， 在壓裂地層前由油管注入， 地層破裂后油套管混壓。深井壓裂時管路長、水力損失大，要求壓裂液須具有懸浮性能好、摩阻低、耐高溫性能好；而且對支撐劑在強(qiáng)度、 密度、形狀及耐酸堿性等方面都比中深井有更高的要求。 我國對深層壓裂工藝技術(shù)的研究， 在高壓大排量的壓裂車、 高性能的壓裂液和支撐劑、 深井管柱結(jié)構(gòu)、井下工具、以及裂縫機(jī)理的探討等方面，都取得了可喜成果。二、壓裂地質(zhì)設(shè)計壓裂地質(zhì)設(shè)計是為保證油井能完成油田開采指標(biāo)， 在綜合調(diào)整基礎(chǔ)上編制措施方案， 它是施工設(shè)計的依據(jù)，效果分析的基礎(chǔ)。壓裂地質(zhì)設(shè)計首先最重要的一步是選井、 選層， 使壓裂效果達(dá)到最好。選擇壓裂井、 層的主要依據(jù)， 在于搞清油層內(nèi)部結(jié)構(gòu)物理性能，應(yīng)根據(jù)巖性、滲透率、孔隙度、油水飽和度、油層類型來選擇壓裂井、層。還要收集已施工井壓裂前后