水力壓裂工藝培訓講義

1、水 力 壓 裂 工 藝 培 訓 講 義151801242811063290前言：水力壓裂是油田增產、增注，保持油田穩(wěn)產的一項重要工藝技術。它利用液體傳導壓力的性能，在地面利用高壓泵組，以大于地層吸收能力的排量將高粘度液體泵入井中，在井底憋起高壓，此壓力超過油層的地應力和巖石抗張強度，在地層產生裂縫，繼續(xù)將帶有支撐劑的攜砂液注入裂縫，裂縫邊得到延伸，邊得到支撐。停泵后就在油層形成了具有一定寬度的高滲透填砂裂縫，由于這個裂縫擴大了油氣流動通道，改變了流動方式，降低了滲流阻力，可起到增產增注作用，這一施工過程就叫油層水力壓裂。水力壓裂包括理論力學、材料力學、熱化學、高分子化學、機械制造等多個學科。一

2、、壓裂液壓裂液的主要功能是傳遞能量，使油層張開裂縫并沿裂縫輸送支撐劑。其性能好壞對于能否造出一條足夠尺寸、并具有足夠導流能力的填砂裂縫密切相關，因此，有必要了解壓裂液的特點和性能。（一）壓裂液的作用壓裂液的主要作用是將地面設備的能量傳遞到油層巖石上，在地層形成裂縫，并攜帶支撐劑填充到裂縫中。按照在壓裂施工中不同階段的作用可以分為前置液、攜砂液、替擠液三種。1、前置液；用來在地層造成裂縫，并形成一定幾何形態(tài)裂縫的液體。在高溫井層中，還具有一定的降溫作用。2、攜砂液：攜帶支撐劑進入地層，把支撐劑充填到預定位置的液體。和前置液一樣也具有造縫及冷卻地層的作用。由于攜帶比重較高的支撐劑，必須使用交聯(lián)壓裂

3、液。3、替擠液：把壓裂管柱、地面管匯中的攜砂液全部替入裂縫，以避免壓裂管柱砂卡、砂堵的液體。組成與前置液一致。（二）壓裂液的性能為確保壓裂施工順利實施，要求壓裂液具有以下性能特點1、濾失性：主要取決于壓裂液自身的粘度和造壁性，粘度高則濾失少。添加防濾失劑能改善壓裂液的造壁性，大大減少濾失量。2、攜砂性：指壓裂液對于支撐劑的攜帶能力。主要取決于液體的粘度、密度及其在管道和裂縫中的流速，粘度越高，攜帶能力越強。3、降阻性：指壓裂液在管道中流動時的水力摩擦阻力特性，摩阻越小，壓裂設備效率越高。摩阻過高會導致井口壓力高，從而降低排量，影響壓裂施工。4、穩(wěn)定性：壓裂液應具有熱穩(wěn)定性，不能由于溫度升高而使

4、粘度有較大的損失；還應具有抗剪切穩(wěn)定性，不會由于流速的增加而大幅度降解。5、配伍性：壓裂液進入地層后與各種巖石礦物及地層流體相接觸，不應產生不利于油氣滲流的物理化學反應，例如不會引起粘土膨脹或產生沉淀而堵塞油層。6、低殘渣：要盡量降低壓裂液中水不溶物的數(shù)量，以免降低油氣層和填砂裂縫的滲透率。7、易返排：施工結束后大部分注入液體應能返排出井筒，減少壓裂液對地層的傷害。特別是低壓井的返排尤其重要。因此，壓裂液應具有濾失小、攜砂能力強、摩阻低、穩(wěn)定性好、配伍性好、低殘渣、易返排等特點。此外由于壓裂施工規(guī)模越來越大，壓裂液用量越來越大，壓裂液還應具有貨源逛、成本低、配制簡單的特點，以滿足大型壓裂和新井

5、壓裂施工的要求。（三）壓裂液的分類最早采用的壓裂液是油基壓裂液，20世紀50年代開始應用胍膠稠化的水基壓裂液，60年代發(fā)展了交聯(lián)胍膠壓裂液，70年代開發(fā)出羥丙基胍膠，80年代采用了延遲交聯(lián)的水基壓裂液，90年代壓裂液向“清潔”無傷害壓裂液體系發(fā)展。按造分散介質的不同，壓裂液主要分為水基壓裂液、油基壓裂液、乳化壓裂液、泡沫壓裂液、醇基壓裂液、表面活性劑（清潔）壓裂液和濃縮壓裂液。重點介紹目前廣泛應用的水基壓裂液。（四）水基壓裂液是以水作為分散介質，添加各種處理劑，特別是水溶性聚合物，形成具有壓裂工藝要求的較強綜合性能的工作液。一般水溶性聚合物和添加劑的水溶液稱為線形膠或稠化水壓裂液。線形膠一旦加

6、入交聯(lián)劑，會形成具有粘彈性的交聯(lián)凍膠，交聯(lián)凍膠具有部分固體性質，但在一定的排量和壓力下能夠流動。水基壓裂液以安全、清潔和容易以添加劑控制其性質得到廣泛的應用，除了極少數(shù)特別是水敏性地層外，水基壓裂液是壓裂液技術發(fā)展最快、最全面的體系。1、線形膠壓裂液是由水溶性聚合物稠化劑和其他添加劑組成，具有流動性，一般屬于非牛頓流體，可近似用冪率模型來描述。典型壓裂液配方：稠化劑（香豆膠0.4-0.6%，胍膠0.3-0.5%，羥丙基胍膠0.2-0.5%）+殺菌劑（甲醛0.2-0.5%）+粘土穩(wěn)定劑（KCL2%）+破乳劑（SP1690.1-0.2%）+破膠劑（過硫酸銨20-100mg/L）。線形膠壓裂液具有一

7、定的表觀粘度與低濾失性，減阻性能好，易破膠對地層傷害小；但對溫度、剪切速率敏感。一般用于注水井和淺層油氣藏壓裂。2、交聯(lián)凍膠壓裂液同線形膠壓裂液對比，聯(lián)凍膠壓裂液具有更強的粘彈性和塑性，在造縫和攜砂能力等綜合性能方面優(yōu)于線形膠壓裂液，但由于破膠降粘相對困難，因而破膠劑的使用由為重要 。典型壓裂液配方：基液：稠化劑（0.3-0.7%香豆膠、胍膠、羥丙基胍膠）+殺菌劑（甲醛0.2-0.5%）+粘土穩(wěn)定劑（KCL2%）+破乳劑+助排劑（0.2-0.6%DL）+降濾失劑+PH值調節(jié)劑+溫度穩(wěn)定劑。交聯(lián)液：交聯(lián)劑（硼砂、有機硼、有機鋯、有機鈦）+破膠劑（過硫酸銨少量），視交聯(lián)比和交聯(lián)性能配制交聯(lián)液濃度。

8、為了適應不同井層的情況，通過調節(jié)添加劑用量，壓裂液還可以分為低溫（20-60）、中溫（60-120）、高溫（120以上）體系。3、水基壓裂液添加劑（1）稠化劑：水溶性聚合物作為稠化劑是水基壓裂液的基本添加劑，用以提高粘度、降低濾失、懸浮和攜帶支撐劑。可以用植物膠（如胍膠、香豆膠、田箐膠）及其衍生物（羧甲基纖維素、羥乙基纖維素等）、生物聚合物如黃胞膠以及合成聚合物（聚丙烯酰胺）。（2）交聯(lián)劑：交聯(lián)劑是通過交聯(lián)離子將溶解于水中的高分子鏈上的活性基團以化學鏈連接起來形成三維網(wǎng)狀凍膠的化學劑。比較常用且形成工業(yè)化的交聯(lián)劑為硼砂、有機硼、有機鋯、有機鈦等。（3）粘土穩(wěn)定劑：使用水基壓裂液，將引起粘土沉積

9、、顆粒膨脹或運移。在施工中壓裂液對儲集層粘土礦物的傷害通常是水敏性和堿敏性疊加作用的結果。水溶性介質能使粘土礦物膨脹、分散或運移；同時水基壓裂液以堿性交聯(lián)為主，濾液粘土穩(wěn)定劑，使用濃度為1-2%。（4）殺菌劑：用于抑制和殺死微生物，使配制的基液性能穩(wěn)定，防止聚合物降解，同時阻止儲集層內的細菌生長。甲醛、乙二醛、戊二醛具有良好的殺菌防腐作用，使用濃度0.5-1.0%。（5）表面活性劑：水基壓裂液的表活劑具有壓后助排和防乳破乳作用。由于乳化液的粘度較高，在井筒附近和地層原油發(fā)生乳化，會產生嚴重的生產堵塞。應用表面活性劑可以保持破乳劑的活性，達到防乳破乳作用。（6）抗高溫穩(wěn)定劑：高溫下壓裂液的粘度下

10、降主，要由于氧的存在加劇了壓裂液降解的速度，因此常用甲醇、硫代硫酸鈉、三乙醇胺等作為穩(wěn)定劑。（7）降濾失劑：水基線形膠與凍膠壓裂液由于具有較高的表觀粘度和能形成濾餅的特性，可控制壓裂液降解的速度，但一般天然裂縫發(fā)育的儲集層應加入降濾失劑。常用的 為柴油、油溶性樹脂、聚合物和硅粉。（8）破膠劑：是壓裂液中的一種重要添加劑，主要使壓裂液中的凍膠發(fā)生化學降解，由大分子變成小分子，有利于壓后返排，減少對儲集層的傷害。常用的破膠劑包括酶、氧化劑、和酸。生物酶和催化氧化劑系列適用于20-54的低溫破膠劑；一般氧化破膠體系適用于54-93，而有機酸適用于93以上的破膠作用。（9）濾餅溶解劑：壓裂液在施工中由

11、于濾失性造成聚合物濃縮，使壓裂液在裂縫和裂縫表面形成致密的濾餅，常規(guī)破膠劑不能將其破壞，因此需要濾餅溶解劑進行處理。（10）緩沖劑：在水基壓裂液中，通常用pH值調節(jié)劑控制稠化劑水合增粘速度、所需的PH值范圍和交聯(lián)時間以及控制細菌的生長。常用的PH值調節(jié)劑為碳酸氫鈉、碳酸鈉、檸檬酸、福馬酸和氫氧化鈉。4、常用水基壓裂液及性能指標目前廣泛應用的壓裂液有田箐膠、香豆粉和胍爾膠壓裂液，通過對三種壓裂液的性能指標進行對比，可以看出田箐膠水不溶物高，壓裂液殘渣含量為1200mg/L，對地層和裂縫導流能力傷害較大，而且其流變性和攜砂能力較差，因此，我們首選香豆粉、其次為胍膠壓裂液。目前常用的胍膠、香豆膠、改

12、性胍膠各項技術標準見表1三種壓裂液性能對比 表1壓裂液類型水不溶物（%）巖心傷害率（%）殘渣（mg/l）田箐膠3045.51200香豆粉923.1334胍膠1634.3356 水基壓裂液技術指標表 表2序號項 目指 標1基液粘度mpas332凍膠初始粘度 （mpas）3003凍膠剪切30min粘度（mpas）1504破膠性能（mpas）24h粘度小于10mpas5殘渣含量（mg/l）4006稠度系數(shù)（mpa.sn）10×1027流動行為指數(shù)0.2-0.78破膠液表面張力（mN/m）309破膠液煤油界面張力（mN/m）510初濾失量m3/m22×10-311濾失系數(shù)m/min

13、-21×10-3二、壓裂支撐劑支撐劑是水力壓裂時地層壓開裂縫后，用來支撐裂縫阻止裂縫重新閉合的一種固體顆粒。它的作用是在裂縫中鋪置排列后形成支撐裂縫，從而在儲集層中形成遠遠高于儲集層滲透率的支撐裂縫帶，使流體在支撐劑中有較高的流通性，減少流體的流動阻力，達到增產、增注的目的。支撐劑通常分為天然和人造兩大類。（一）支撐劑的種類1、石英砂石英砂多產于沙漠、河灘和沿海地帶。如國內的蘭州砂、承德砂、內蒙砂。天然石英砂的化學成分是氧化硅，伴有少量的氧化鋁、氧化鐵、氧化鉀、氧化鈣和氧化鎂。天然石英砂礦物組分以石英為主。其含量是衡量石英砂質量的重要指標。壓裂用石英砂石英含量在80%左右，伴有少量長

14、石、燧石和其他噴出巖、變質巖等巖屑。從石英的微觀結構看，可分為單晶石英和復晶石英兩種，單晶石英的顆粒質量越大，石英砂抗壓強度越高。一般石英砂的視密度2.65g/cm3，體積密度1.70g/cm3，承壓20-34Mpa。2、陶粒人造陶粒主要由鋁礬土（氧化鋁）燒結或噴吹而成的，具有較高的抗壓強度，可劃分中等強度和高強度兩種陶粒。中等強度陶粒是由鋁礬土或鋁質陶土制成，視密度2.7-3.3g/cm3。組分為氧化鋁或鋁質，其質量分數(shù)46%-77%，硅質含量12%-55%，氧化物約10%。承壓55-80Mpa。高強度陶粒是由鋁礬土或氧化鎬制成，視密度3.4g/cm3?；瘜W組分：氧化鋁85%-90%，氧化硅

15、3%-6%，氧化鐵約4-7%。氧化鈦、氧化鋯3%-4%。承壓100Mpa。3、樹脂砂樹脂砂是將樹脂薄膜包裹到石英砂的表面上，經熱固處理制成。視密度2.55g/cm3。在低應力下，樹脂砂性能與石英砂接近，在高應力下，樹脂砂性能遠遠優(yōu)于石英砂。中等強度低密度或高密度樹脂砂可承壓55-69Mpa，它適應了低強度天然石英砂和高強度鋁土支撐劑間的強度要求，相對密度較低，便于攜砂和鋪砂。樹脂砂分為兩種，固化砂和預固化砂。固化砂是在地層溫度下固結，這對防止壓后出砂及防止地層吐砂有一定的效果。預固化砂在地面已形成完好的樹脂薄膜包裹的砂子，其優(yōu)點是：（1）樹脂薄膜包裹的砂子，增加了砂粒間的接觸面積，從而提高了抗

16、閉合能力；（2）樹脂薄膜可將壓碎了的砂粒、粉砂包裹起來，減少了顆粒的運移與堵塞孔道的機會，從而改善了導流能力；（3）樹脂砂的總的體積密度比中強度和高強度人造支撐劑低許多，便于懸浮，降低了對壓裂液的要求。 （二）壓裂支撐劑的主要性能 1、支撐劑性能的定義（1）支撐劑球度就是指支撐劑顆粒接近球形的程度 SP=dn/dcSP-球度，Dn-顆粒等值體積的球體的直徑，mmdc-顆粒外接的球體的直徑，mm（2）支撐劑圓度圓度指支撐劑棱角的相對銳度或曲率的量度。（3）酸溶解度在規(guī)定的酸溶液及酸溶解時間內，確定一定質量的支撐劑被酸溶解的質量與支撐劑總質量的百分比，稱為酸溶解度。（4）支撐劑濁度在規(guī)定體積的蒸餾

17、水中加入一定體積的支撐劑，攪拌后液體的渾濁程度稱為支撐劑濁度。（5）支撐劑的密度視密度：單位質量的支撐劑與其顆粒體積之比。體積密度：單位質量的支撐劑與其堆積體積之比。（6）抗破碎能力對一定體積的支撐劑，在額定壓力下進行承壓測試，確定的破碎率表征了支撐劑抗破碎能力，破碎率高，抗破碎能力低。 2、支撐劑性能指標（1）粒徑分布標準篩檢測組合表 表3粒徑范圍，mm1.25-0.90.9-0.450.45-0.24目 數(shù)16/2020/4040/70標準篩組合mm1.61.250.631.250.90.451.00.630.350.90.50.280.750.450.2240.630.350.125底盤

18、底盤底盤支撐劑的粒徑范圍可分為0.24-0.45mm，0.45-0.9mm，0.9-1.25mm三種規(guī)格?？梢愿鶕?jù)下表進行檢測，落在公稱直徑范圍內的樣品質量不低于樣品總質量的90%；小于支撐劑下限的質量不應超過總質量的2%；大于頂篩的樣品質量不應超過總質量的0.1%；落在支撐劑下限篩子的樣品質量不低于樣品總質量的10%； （2）支撐劑的球度、圓度 天然石英砂的球度、圓度應大于0.6，人造陶粒的球度、圓度應大于0.8。 （3）支撐劑酸溶解度 各種支撐劑的允許的酸溶解度數(shù)值見下表4，天然石英砂和人造支撐劑的酸溶解度數(shù)值應符合同一標準。支撐劑酸溶解度表 表4粒徑范圍，mm酸溶解度最大值，%1.25-

19、0.950.9-0.4550.45-0.247（4）支撐劑的濁度支撐劑的濁度應低于100NTU或100度。（5）支撐劑的破碎率石英砂、陶粒的抗破碎能力應符合表5、表6石英砂抗破碎指標表 表5粒徑范圍，mm閉合壓力，MPa破碎時受力，KN破碎率，%1.25-0.92142.56140.9-0.452856.75140.45-0.243570.948人造陶?？蛊扑橹笜吮?表6粒徑范圍，mm破碎率，%1.25-0.9250.9-0.45100.45-0.2483、支撐裂縫導流能力的影響因素支撐裂縫導流能力是指裂縫傳導儲集層流體的能力，并以支撐帶的滲透率（Kf）與寬度（Wf）的乘積（KfWf）來表示。

20、影響支撐劑導流能力的因素主要有支撐裂縫承受的作用力、支撐劑的物理性質、支撐劑的鋪植置濃度，以及支撐劑對巖石的嵌入、承壓時間和壓裂液的傷害等因素。（1）地應力與地層孔隙壓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，他是地層地應力即最小主地應力min與地層孔隙壓力之差，生產時最低的地層孔隙壓力應是井底流壓Pf，即： PP =min-Pf支撐劑的導流能力隨著閉合壓力的增加而降低，見曲線1曲線1導流能力隨閉合壓力變化曲線（2）支撐劑物理性能對導流能力的影響支撐劑物理性能包括粒徑、圓球度、強度、濁度、酸溶解度、密度，其中對裂縫導流能力影響比較敏感的主要是粒徑、圓球度、強度。粒

21、徑大小及其均勻程度影響著支撐裂縫的孔隙度和滲透率。在低閉合壓力，大粒徑支撐劑可提供高導流能力，但輸送比較困難，要求裂縫有足夠的動態(tài)寬度。粒徑相對集中，比較均勻的支撐劑可提供更高導流能力。圓球度好的支撐劑能承受高的閉合壓力，在低閉合壓力下，帶有棱角的支撐顆粒比圓球度好的具有更高的導流能力。破碎率低，導流能力高，所以通常根據(jù)支撐劑的破碎率選擇支撐劑。（3）支撐劑鋪置濃度對導流能力的影響支撐劑鋪置濃度指單位裂縫壁面積上的支撐劑量，單位kg/m2，導流能力隨鋪置濃度增加而增加，多層鋪置可以降低支撐劑的破碎程度，可以提高裂縫寬度，因而提高導流能力。（4）支撐劑壓碎和嵌入對導流能力的影響當裂縫閉合在支撐帶

22、上時，支撐劑顆粒將由裂縫壁面嵌入巖層或被壓碎，兩者都影響縫寬和滲透率，導致導流能力下降。這與巖石硬度有重要關系，當巖石楊氏模量大于28000Mpa時，對支撐劑的壓碎影響起主要作用；當巖石楊氏模量小于28000Mpa時，對支撐劑的嵌入影響起主導作用。支撐劑在裂縫中多層排列有利于減緩嵌入的影響，鋪置濃度越大，嵌入影響就越小。（5）壓裂液對導流能力的影響壓裂后，壓裂液破膠返排，但仍有部分破膠較差的壓裂液及殘渣滯留在支撐帶孔隙中，以及壓裂液在縫壁形成的濾餅，都會導致導流能力下降。各種壓裂液對裂縫導流能力的影響見下表7壓裂液對導流能力影響情況表 表7壓裂液種類裂縫導流能力保持系數(shù)，%生物聚合物95泡沫壓

23、裂液80-90聚合物乳化液65-85油基凍膠45-70線形溶膠45-55羥丙基胍膠10-50三、壓裂設備和壓裂管柱（一）地面壓裂設備1、壓裂專用井口壓裂井口一般可分為兩類：（1）用采油樹壓裂，按采油樹型號分為250、350、600、700、1050型。250型工作壓力25 Mpa，用于淺井，其他分別用于中深井、深井和超深井。氣井壓裂主要采用這類井口，可防止壓后產氣量大，可以直接關閉井口閥們，用壓裂管柱生產。（2）采用大彎管、投球器、井口球閥和井口控制器的專用壓裂井口，大彎管、投球器、井口球閥工作壓力70 Mpa，最大過砂量150 m3。2、壓裂地面管匯常用的有壓裂管匯車和專用的地面管匯。專用的

24、地面管匯有8個連接頭，壓裂車可任選一個連接。高壓管匯外徑76mm，內徑60mm最高壓力100 Mpa。（二）壓裂車組壓裂車組主要包括壓裂車、混砂車、儀表車和管匯車。典型壓裂車組及性能參數(shù)表 表8車 型綜合性能參數(shù)備 注西方壓裂車檔位傳動箱1900r/min1800r/min1700r/min1、大泵水功率1300馬力；2、柱塞直徑114.3mm3、沖程203.2mm傳動比沖次n/min排量m/min壓力MPa沖次n/min排量m/min沖次n/min排量m/min13.65581.80.599.477.50.47373.20.44722.625113.90.69684107.90.659101

25、.90.62232.176137.40.83969.7130.20.795123.00.75141.781167.91.02557150.10.972150.20.91751.563191.31.16850.0181.31.107171.21.04661.279233.81.42841.0221.51.353209.21.27871.000299.11.82732.0283.31.730267.61.63580.718416.6西方混砂車整機參數(shù)最大排量15.9m3/min ，最大輸砂量=8165kg/min 混合罐容積1.0 m3/min吸、排液管匯8個閥門，有替擠旁通。吸入泵壓力0.21M

26、Pa 排量15.9 m3/min砂泵壓力0.46MPa 排量15.9m3/min液體添加泵泵1排量0191 L/min，泵2 排量76 L/min，交聯(lián)泵排量=0500 L/min干粉添加泵泵1排量=032kg/min，泵2排量=090kg/min儀表車大泵控制電源、發(fā)動機、檔位、泵速、緊急制動、報警計算機TS80、PDU監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)顯器打印機4筆繪圖器其它HDE現(xiàn)場參數(shù)校正儀、SMA壓差式砂密度計1、壓裂車是壓裂的主要動力設備，其作用是產生高壓，大排量的向地層注入壓裂液，壓開地層，并將支撐劑注入裂縫。主要由運載汽車、驅泵動力、傳動裝置、壓裂泵四部分組成。2、混砂車作用是將支撐劑、壓裂液及各種

27、添加劑按一定比例混合，并將混好的攜砂液供給壓裂車壓入井內。目前混砂車有雙筒機械混砂車、風吸式混砂車和仿美新型混砂車。主要由供液、輸砂、傳動三個系統(tǒng)組成。3、其他設備包括儀表車、液罐、砂罐。儀表車是用于施工中記錄各種參數(shù)，控制其他壓裂設備的中樞系統(tǒng)，又稱壓裂指揮車。（三）壓裂工具和壓裂管柱1、壓裂工具壓裂管柱主要由壓裂油管、封隔器、噴砂器、水力錨、安全接頭等組成。（1）壓裂封隔器壓裂封隔器主要起封隔油層的目的，保障壓裂細分改造的要求，可分為擴張式和壓縮式兩類，常用封隔器性能和特點見下表壓裂封隔器性能表 表9名稱用途工作壓力Mpa溫度外徑mm長度mmK344-114常規(guī)低溫淺井壓裂50701148

28、70K344-114導壓封隔器大砂量、高砂比壓裂50901141470K344-114可洗井用于斜直井分層壓裂50701141066Y344-114用于中深井壓裂701201141255Y344-114可洗井常規(guī)井高砂比壓裂50701141255Y443-114高溫、深井壓裂80150114-（2）噴砂器噴砂器的作用一是節(jié)流，造成套管內外壓差，保證封隔器密封，二是通往地層的通道口，三是避免壓裂砂直接沖擊套管內壁造成傷害。（3）壓裂油管壓裂油管應使用專用油管，抗壓強度滿足設計要求。低壓淺井可用鋼級J55的62mm油管，呈壓55 Mpa；中深井和深井分別應用呈壓70Mpa、鋼級N80和呈壓90Mp

29、a 、鋼級P105的外加厚油管。2、壓裂管柱（1）滑套式分層壓裂管柱該管柱可廣泛應用于普通壓裂、多裂縫壓裂、選擇性壓裂、限流壓裂、重復限流壓裂。投球打套子一次可壓裂三層，上提可壓裂四層。見圖1。按照管柱承壓可分為40Mpa、55 Mpa管柱。40Mpa常用于普通壓裂、多裂縫壓裂、選擇性壓裂等老井壓裂，破裂壓力低、排量在2.4 m3/min左右；55 Mpa管柱用于破裂壓力高、排量要求3.8 m3/min左右的新井限流法壓裂?；资椒謱訅毫压苤鶊D（圖1）擴張式封隔器壓裂層段3壓裂層段2壓裂層段1噴砂器3（帶套）噴砂器2（帶套）噴砂器1（不帶套）絲堵 （2）平衡壓裂管柱適用于三次加密井壓裂，其油層

30、性質差、縱向上分散，隔層薄，可以避免壓裂壓竄。隔層上下的層段都射孔，施工時液體通過平衡器出液口和噴砂器出液口同時進入平衡層和壓裂層，打完前置液后投球打下平衡器濾砂滑套，使平衡器出液口出液不出砂。由于壓前在需要保護的隔層上下建立起一定的平衡壓力，在壓裂層形成裂縫、加砂過程中，平衡層仍進液不進砂，從而減小了需要保護的隔層上下壓差，使得在壓裂過程中需要保護的隔層得到有效的保護，壓后平衡層裂縫自然閉合。圖2保護隔層壓裂原理圖（3）橋塞壓裂管柱針對常規(guī)壓裂管柱卡距小于40m、跨距小于140m的局限性，引進了適合大跨距，油層分散的井段施工的橋塞壓裂管柱。圖3 橋塞管柱示意圖壓裂時將可取式橋塞釋放于預設壓裂

31、層段的下面，上提管柱至待壓層段上面，此時卡距內沒有油管連接，能夠將多個分散的薄差油層封隔在一個壓裂層段中進行改造，降低了壓裂成本，提高了薄差油層的開發(fā)價值。由于具有反洗井功能，可滿足施工中控制替擠量和高砂比的要求。1、 四、壓裂工藝2、 1、普通壓裂工藝利用不壓井、不放噴井口裝置，將壓裂管柱及其配套工具下入井內預定位置，實現(xiàn)不壓井、不放噴作業(yè)。當壓完第一層（最下一層）后，通過投球器和井口球閥分別投入不同直徑的鋼球，逐次將滑套憋到已用噴砂器內堵死水眼，打開上部噴砂器通道，然后依次再進行壓裂。當最后一層替擠完后，立即活動管柱，并投入堵塞器，從而實現(xiàn)不壓井、不放噴起出油管。適用于普通射孔完井，一個壓

32、裂卡段壓裂加砂只形成一個支撐裂縫，是我廠主要采用壓裂工藝。3、 2、多裂縫壓裂工藝 根據(jù)被壓開油層的吸液啟動壓力低，吸液量大的特點，壓開一個層后，在較低的排量向油層替入高強度水溶（或油溶）轉向劑、（蠟球、樹脂球）封堵已壓開層的射孔炮眼，迫使壓裂液轉向進入其它層，在替入泵壓明顯升高，啟動其它泵車壓裂第二層。整個過程，壓裂加砂封堵壓裂加砂，在一個壓裂卡距中，通過蠟球封堵射孔炮眼，壓裂液轉向，壓裂加砂改造多層。其工藝特點，在普通射孔完井，達到一井壓裂多層，一段壓多縫的目的。用于常規(guī)射孔井，分層壓裂管柱卡不開的多個性質相近的差油層壓裂改造。4、 3、選擇性壓裂工藝 利用油層內不同部位或各油層間吸液能力

33、不同的特點，通過投入暫堵劑將滲透率高、吸液能力強、啟動壓力低的高含水部位、層或人工裂縫暫時封堵，迫便壓裂液分流，從而在其它部位或層內壓開新裂縫，達到選擇性壓裂的目的，暫堵劑是油溶性的，在一定溫度條件下，可變軟溶于原油中，開井即可解堵。 用于常規(guī)射孔井，針對厚油層改造采用的一種壓裂工藝。常用的暫堵劑有石蠟、高壓聚乙稀、松香和重晶石粉。5、 4、限流法壓裂工藝用于加密井，薄、差油層完井改造。要求低密度、定位射孔，大排量壓裂施工，其原理：當破裂壓力較低的油層被壓開后，吸液能力增加，其射孔炮眼產生節(jié)流壓力損失，在排量增加的條件下，套管內壓力繼續(xù)升高，依次壓開破壓相近的油層，在一定壓裂排量下，達到一次壓

34、裂加砂處理多個目的層。每個壓裂卡段炮眼10個左右。如果地面能夠提供足夠大的注入排量，就能一次加砂同時處理更多目的層。夾層夾層19.5MPa17.5MPa18.5MPa夾層夾層19.5MPa17.5MPa18.5MPa夾層夾層19.5MPa17.5MPa18.5MPa夾層夾層19.5MPa17.5MPa18.5MPa（過程二）（過程一）（過程三）（過程四）6、 限流法壓裂示意圖 圖47、 5、復合壓裂工藝適用于常規(guī)射孔井，復合壓裂這里指在一個作業(yè)期內，采用高能氣體燃爆壓裂與普通水力壓裂對油、水井先后進行壓裂改造，其工藝技術特點。利用這兩種壓裂工藝造縫機理不同，兩者相互補充，高能氣體壓裂先在井筒近

35、井地帶一次燃爆形成立體網(wǎng)狀裂縫體系，隨后進行普通水力壓裂，在高能氣體燃爆形成的裂縫的引導下，使這些裂縫得到延伸、支撐。在井筒近井地帶形成立體網(wǎng)狀支撐裂縫，發(fā)揮兩種壓裂工藝優(yōu)勢，提高油井工藝效果。復合壓裂工藝是我們廠首次在大慶油田提出此工藝概念，并實施了第一口壓裂井。該工藝適用于多油層、非均質常規(guī)射孔井的油層改造，施工時應適當提高壓裂液粘度、前置液量和施工排量，避免狹窄裂縫過多引起砂堵。6、CO2泡沫壓裂工藝它是以液態(tài)CO2或CO2與其它壓裂液混合，加入相應添加劑，來代替壓裂施工中所使用的常規(guī)水基壓裂液的壓裂施工工藝技術。 CO2壓裂液主要成分是液態(tài)CO2、原膠液和若干種化學添加劑。在壓裂施工注

36、入過程中，隨深度的增加，溫度逐漸升高，達到一定溫度后，CO2開始汽化，形成原膠為外相，CO2為內相的兩相泡沫液。由于泡沫液具有氣泡稠密的密封結構，氣泡間的相互作用而影響其流動性，從而使泡沫具有“粘度”，因而具有良好的攜砂性能，在壓裂施工中起到與常規(guī)水基壓裂液相同的作用。 由于液態(tài)CO2在地層中既能溶于油，也能溶于水，所以可改善原油物性，降低油水界面張力。CO2泡沫可在裂縫壁面形成阻擋層，可大大減少濾失及對地層的傷害。另外，泡沫壓裂液的PH值在3.5左右，可有效防止粘土膨脹，還對地層起到一定的解堵作用。因此，泡沫壓裂液比水基壓裂液更適用于對深層氣井、低滲低壓油井、水敏性地層和稠油井的壓裂改造。

37、7、端部脫砂壓裂工藝脫砂壓裂是利用壓裂液的濾失特性，在壓裂過程中，當裂縫擴展到預定的長度時，在裂縫端部人為地造成砂堵，從而阻止裂縫進一步擴展。裂縫端部形成砂堵以后，以大于裂縫向地層中濾失量的排量，繼續(xù)按設計的加砂方案向裂縫中注入混砂液。隨著注入時間的增加，注入壓力和裂縫寬度會逐漸增加，裂縫中的支撐劑濃度也越來越高，當?shù)孛姹脡哼_到預定的壓力時停止施工，就可以獲得較高的裂縫導流能力，這樣既控制了裂縫半徑，又實現(xiàn)了較高的裂縫導流能力。該工藝主要應用于油層滲透率較高，油水井井距小，需要形成短寬縫壓裂施工的井層。選用壓裂液粘度相對較低，以保證一定的濾失量；同時要用反洗井管柱，避免砂堵事故。 五、壓裂油層

38、保護壓裂對油層的傷害主要是壓裂液和儲集層巖石及地層流體相互作用的綜合結果，因此降低壓裂液的傷害，應加強室內研究，并注重在施工過程中進行保護。（一）地層傷害的因素1、由于壓裂液的注入，改變了地層原始含油飽和度，并產生兩相流動，流動阻力加大，毛細管力的作用致使壓裂液返排困難和阻力增加，甚至出現(xiàn)嚴重和持久的水鎖現(xiàn)象。2、壓裂液殘渣及壓裂液在裂縫壁面上形成難以降解的濾餅對地層的傷害。殘渣會堵塞地層孔喉，還會滯留在裂縫中損害裂縫導流能力。3、壓裂過程中引起的粘土礦物的膨脹和顆粒運移，使流動孔隙減小；粘土顆粒隨壓裂液濾入地層，形成橋堵，造成傷害。4、壓裂液與原油乳化，乳化液通過毛細管、喉道時存在賈敏效應，

39、造成液堵。5、壓裂液進入地層后，由于地層流體溫度下降，由于冷卻效應，使原油中蠟及瀝青析出，造成傷害。6、壓裂液與地層流體的配伍性不好，產生化學反應生成沉淀，以及添加劑使用不當造成巖石潤濕性改變等傷害。7、支撐劑的傷害。雜質含量過高堵塞地層孔道；小顆粒支撐劑運移堵塞裂縫；支撐劑破碎率高形成微顆粒，降低裂縫導流能力。8、措施不當導致地層傷害。鉆井液、壓井液的傷害；未加防膨劑導致水敏地層被傷害；酸敏地層采取常規(guī)酸化處理也會導致傷害。（二）壓裂施工油層中保護措施1、優(yōu)選壓裂液降低儲層的傷害壓裂液殘渣滯留在裂縫和空隙中，對裂縫導流能力和儲層滲透率回造成較大的影響，應優(yōu)選增稠劑，使用合理的濃度和交聯(lián)比，在

40、滿足施工的條件下，降低粉劑濃度。2、降低乳化傷害。適當?shù)募尤肫迫閯┛捎行Х乐谷榛瘞淼挠绊憽?、降低水敏影響。采用KCL防膨劑可抑制粘土顆粒的分散；有機防膨劑還可以以長分子鏈形式吸附在粘土表面，防止顆粒的運移和分散。4、降低濾液導致的水鎖傷害。采用高效助排劑可有效降低返排阻力，降低壓裂液的表面張力、界面張力，有效改善增產措施效果。5、合理控制擴散壓力時間，及時返排，必要時采取強制閉合的方法，使用小噴嘴放噴，減少壓裂液濾失，使裂縫在不斷排出的同時快速閉合。6、提高各種添加劑的連續(xù)性和穩(wěn)定性，提高破膠劑性能，減少地層傷害和污染。六、壓裂施工和質量要求（一）壓裂施工過程壓裂施工一般包括以下工序：循環(huán)

41、、試壓、試擠、壓裂、加砂、替擠、擴散壓力、活動管柱。特殊情況可進行酸預處理、小型壓裂測試、壓后壓降監(jiān)測等工序。1、循環(huán)：目的是檢查壓裂車組設備性能，保證地面流程管線暢通。循環(huán)時單車排量不低于1m3/min，時間不少于30s。2、試壓：平穩(wěn)啟動壓裂車高壓泵，對井口閥門以上的設備和地面管線進行承壓性能試驗，壓力為預測泵壓的1.2-1.5倍，穩(wěn)壓5min，不刺不漏壓力不降為合格。3、試擠：打開井口閥門，關閉循環(huán)放空閥門，逐臺啟動壓裂車，按設計要求排量將壓裂液擠入地層，壓力由低到高直到穩(wěn)定。檢查井下管柱和工具情況，檢查壓裂層位的吸液能力。4、壓裂：試擠正常后，逐臺啟動壓裂車，以高壓大排量持續(xù)擠入前至液

42、，使裂縫形成并擴展延伸。油層破裂的瞬間破裂壓力與地層深度的比值，稱為壓裂破裂梯度，反映油層破裂的難易程度。5、加砂：油層裂縫形成后，泵壓和排量穩(wěn)定后便可加砂。要分段控制好混砂比，要逐漸提高且均勻加砂，保證壓力、排量平穩(wěn)，嚴禁中途停泵。6、替擠：加砂完成后，打開混砂車的旁通替擠流程，向井內注入替擠液，將攜砂液替擠到油層裂縫中，要嚴格執(zhí)行設計，嚴禁超量替擠。7、關井擴散壓力：壓裂施工結束后，關閉所有進出口閥門，等待壓裂液破膠濾失及裂縫閉合，防止出砂，造成裂縫口鋪砂濃度過低。8、活動管柱：負荷應不超過管柱懸重的200KN，上提速度控制在0.5m/min，活動行程不小于5m。要達到管柱提放自如，拉力表

43、懸重正常。（二）壓裂施工質量要求1、壓裂管柱質量要求（1）壓裂管線應用N80以上鋼級油管或短接連接，嚴禁應用玻璃油管、涂料油管、和軟管線連接。（2）高壓管匯初端到井口距離在40-600m，連接方向為進液管指向井口的方向；壓裂管柱無水利錨，應在井口套管頭、壓裂裝置用19mm鋼絲繩固定。（3）壓裂管柱噴砂器與下封隔器直接連接，最下一級封隔器以下的尾管長度不小于8m，壓裂管柱底端距井內砂面或人工井底的距離不小于10m。（4）K344-113壓裂管柱最多允許使用4級封隔器，上提一次；Y344-114壓裂管柱最多允許使用2級封隔器，上提2次。（5）嚴禁用壓裂管柱進行替噴、沖砂、壓井、打撈作業(yè)。2、壓前作

44、業(yè)質量要求（1）探砂面：一律采用光油管硬探，砂面深度以指重表懸重下降二格，拉力表下降0.5噸，連探三次數(shù)據(jù)一致為準，其管柱深度為砂面深度。（2）沖砂：沖砂管柱絲扣要上緊，做到不刺不漏，沖砂管以砂面以上2米左右進行沖砂，液量充足，排量不低于20方/時。連續(xù)三次測得出口含砂量小于0.2%為合格。（3）壓井：壓裂施工嚴禁壓井，如確需壓井作業(yè)，必須履行審批手續(xù)。（4）替噴：深度必須距人工井底1-2m；替噴要徹底，水量充足（一般為井筒容積2.5倍），排量20方/小時，出口比重1.01為合格；出水中準接軟管線，不準接90度彎頭。（5）刮蠟：a、刮蠟用小于套管內徑6mm刮蠟器進行刮蠟，如下不去可根據(jù)實際情況

45、縮小刮蠟器外徑。b、泵掛深度小于800m，則刮蠟深度至800m，泵掛深度大于800m，則刮蠟至設計泵掛深度。c、刮蠟后，替入井筒容積的1.2-1.5倍熱水進行循環(huán)，洗出井內死油、死蠟，如壓井刮蠟，則用同比重泥漿進行循環(huán)。3、壓裂施工過程質量要求（1）壓裂前后要探砂面，底界距砂面或井底距離大于15m。（2）循環(huán)時單車泵排量不低于1m3/min，時間大于30s，排靜殘液、余砂。（3）加砂過程要保持連續(xù)性，不抽空，加砂均勻嚴禁中途停泵； （4）加砂施工要注意觀察套壓表，壓力上升超過8mpa應停止施工，打開套管放空，再觀察壓力變化，如在6mpa以下套壓能穩(wěn)住，可繼續(xù)加砂施工。（5）投鋼賕打噴砂器滑套時

46、，投入鋼球規(guī)格與噴砂器滑套對應，排量控制在0.4-0.6 m3/min。（6）壓裂施工中嚴禁放噴，已防砂卡及壓裂層段吐砂。（7）多裂縫壓裂投暫堵劑排量控制在0.4-0.6 m3/min；破裂壓力要在同排量下提高2mpa以上，否則再次封堵，追加1/2蠟球量。在限壓40mpa時，如第一條縫超過35mpa以上，可終止多裂縫施工。（8）替擠量小于井下管柱和地面管線容積的1.2倍，采用打開混砂車的替擠旁通流程擠入替擠液。（三）壓裂施工異常情況處理壓裂施工過程中，經常出現(xiàn)壓不開、壓竄、砂堵、砂卡等事故?？衫镁诒米毫?、套壓表、注入排量、砂比的變化及壓裂液排量的記錄曲線準確判斷，及時處理。1、壓不開壓力

47、隨注入量的增加急劇上升，很快達到施工許可壓力上限，原因主要是由于：（1）地層性質、吸液能力差；（2）管柱堵塞、工具問題、管柱深度有誤；（3）射孔質量問題，井筒與地層連通不好。處理方法磁性定位校驗卡點深度。深度無差錯則擠酸處理目的層，降低地層破裂壓力及解除近井污染后再壓裂。深度若有差錯，則調整準確后再壓裂。磁性定位測井時，根據(jù)下井儀器的遇阻深度判斷管柱是否堵塞。有堵塞則起出管柱，通油管后重下壓裂管柱再壓裂。管柱無堵塞且深度準確，仍壓不開則起出壓裂管柱，檢查噴砂器凡爾是否卡死，凡爾卡死則換噴砂器等工具，重下壓裂管柱再壓裂。 如深度準確、無堵塞、噴砂器均正常，則進行擴層、改層壓裂，或放棄對該層壓裂。

48、2、壓竄壓竄是指壓裂施工中，壓裂液由某一異常通道返至第一級封隔器以上油套環(huán)空，使地面套壓持續(xù)升高；或返至最下一級封隔器以下油套環(huán)空，使管柱上頂?shù)漠惓Ｊ┕がF(xiàn)象。壓竄原因分兩大類，一是管外竄槽，二是管柱問題。管外竄槽有：地層竄槽、水泥環(huán)竄槽；管柱問題有：封隔器不坐封、封隔器膠筒破裂、油管破裂、油管接箍短脫、管柱深度差錯等。處理方法停泵，套管放空，反復23次。仍有竄槽顯示則磁性定位校驗卡點深度。深度無差錯則上提管柱至未射孔井段，驗封。驗封仍有竄槽顯示則起出管柱，發(fā)現(xiàn)管柱短脫則進行打撈，正常驗封起出則檢查油管和封隔器破損情況。驗封沒有竄槽顯示則說明地層竄，進行擴層、改層壓裂，或放棄對該層壓裂。3、砂堵

49、加砂過程中，壓力大幅度上升說明有砂堵跡象，應立即停砂或降低砂比。如壓力繼續(xù)上升可能發(fā)生端部脫砂或砂堵。原因是：（1）壓裂液攜砂性或抗剪切性差；（2）砂比過高或提的過快；（3）地層濾失性大，裂縫發(fā)育，壓裂液濾失嚴重；（4）前置液量過少，壓裂液破膠過快。處理方法：發(fā)生砂堵后應立即進行放噴、返排，在管柱允許條件下進行反洗。七、壓裂新工藝（一）注入井樹脂砂壓裂技術1、注入井壓裂失效原因分析分析注入井壓裂措施效果差、有效期短的原因主要是由于注聚井的注入壓力較高，接近破裂壓力。由于聚合物溶液中團塊的作用，將導致井下的注入壓力瞬間超破裂壓力，此時壓裂的裂縫就會張開。同時具有高攜砂能力的聚合物溶液將把裂縫中的

50、支撐劑向地層深處推動，使井筒附近的裂縫閉合。沒有支撐劑的裂縫與未壓裂的地層滲透率相近，造成注聚井壓裂有效期短。聚驅注入井由于注入壓力高和地層二次堵塞等原因，存在瞬間超破裂壓力注入的現(xiàn)象，導致注入液將裂縫口支撐劑帶到地層深部，裂縫口閉合，壓裂失效?；谝陨险J識，通過大量的室內實驗研究，優(yōu)選出樹脂砂進行現(xiàn)場試驗，近兩年的研究和實踐證明，在注入井采用尾追樹脂砂壓裂工藝可有效的防止壓裂裂縫口閉合，可將壓裂有效期由目前的不足3個月延長到20個月，確保壓裂井增注效果和有效期。2、樹脂砂壓裂機理樹脂涂層砂是在壓裂石英砂顆粒表面涂敷一層薄而有一定韌性的樹脂層，該涂層可以將原支撐劑改變?yōu)榫哂幸欢娣e的接觸。當該

51、支撐劑進入裂縫以后，由于溫度的影響，樹脂層首先軟化，然后在固化劑的作用下發(fā)生聚合反應而固化。從而使顆粒之間由于樹脂的聚合而固結在一起，將原來顆粒之間的點與點接觸變成小面積接觸，降低了作用在砂礫上的負荷，增加了砂粒的抗破碎能力。而且，固結在一起的砂礫形成帶有滲透率的網(wǎng)狀濾段，阻止壓裂砂的運移。試驗表明原油、地層水和酸對樹脂涂層砂沒有影響。 如圖4、圖5所示在壓裂加尾砂施工中，加入一定量的樹脂砂，通過合理的替擠量，使樹脂砂均勻分布在裂縫口周圍，壓裂后擴散壓力使裂縫閉合，關井96小時保證有足夠的固化時間，待樹脂砂充分固化后開井注入。 圖5樹脂砂壓裂原理圖 圖6樹脂砂壓裂俯視圖1井筒、2石英砂、3地層

52、、4樹脂砂3、樹脂砂壓裂施工工藝樹脂砂加砂半徑及加砂量的確定根據(jù)室內實驗結果，在模擬裂縫內當聚合物溶液的流速為0.1388mm/s時石英砂開始運移。因此現(xiàn)場聚合物注入井裂縫內的流速高于此值范圍內都應采用樹脂砂。經計算壓裂過程中樹脂砂的加砂半徑應為11m，需要尾追1m3的樹脂砂?，F(xiàn)場壓裂過程中尾追樹脂砂量為1.3m3，可以防止裂縫內所有支撐劑在聚合物溶液作用下的運移。樹脂砂固化時間的確定樹脂砂固化時間測試表明，在 40 環(huán)境溫度下，樹脂砂初始固化時間為 30min，最終固化時間為96hr。壓裂施工結束后地層溫度恢復時間約為30min。因此現(xiàn)場制訂現(xiàn)場施工工序為：單層壓裂結束后先不動管柱等候120min，待壓力擴散且樹脂砂初凝后再起壓裂管柱。壓裂井投注前關井96hr，使樹脂砂充分固結。4、樹脂砂壓裂控制替擠量技術研究合理的替擠量才能確保樹脂砂均勻充填到裂縫口，在替擠過程中，攜砂液不是以段塞狀推進，而是呈循環(huán)狀態(tài)移動，替擠液為壓裂液基液，其用量根據(jù)壓裂管柱的不同有所區(qū)別，目前常規(guī)壓裂沿用1：1.3的替擠比例，由于人員素質和計量不準等原因，無法滿足樹脂砂壓裂替擠要求，因此，開展了以下工藝研究：1）只壓裂一層段應用尾噴嘴壓裂管柱：其替劑量可以按井筒容積+地面管線容積的1倍施工，施工中即使有一定量的沉砂，也不會影響壓裂施工的正常進行。在201站上返井北1-330-P4