壓裂基礎(chǔ)知識(shí)

1、壓裂基礎(chǔ)知識(shí)壓裂基礎(chǔ)知識(shí) 一、水力壓裂原理 （一） 基本原理 水力壓裂是利用地面高壓泵組，將高粘液體以大大超過(guò)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(shí)，便在井底附近地層 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高導(dǎo)流能力的填砂裂縫，使井達(dá)到 增產(chǎn)增注的目的。 （二） 增產(chǎn)原理 1 1、 形成的填砂裂縫的導(dǎo)流能力比原地層系數(shù)大得多，可 大幾倍到幾十倍，大大增加了地層到井筒的連通能力 ； 2 2、 由原來(lái)滲流阻力大的徑向流滲流方式轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗蛄鳚B 流

2、方式，增大了滲流截面，減小了滲流阻力3 3、可能溝通獨(dú)立的透鏡體或天然裂縫系統(tǒng)，增加新的油 4 4、裂縫穿透井底附近地層的污染堵塞帶，解除堵塞，因 而可以顯著增加產(chǎn)量。 二、壓裂材料 （一）壓裂液 在壓裂過(guò)程中注入的液體統(tǒng)稱為壓裂液，根據(jù)壓裂過(guò)程中 注入井內(nèi)的壓裂液在不同施工階段所起的作用不同，可把壓裂 液分為前置液、攜砂液、頂替液三種。 1 1、根據(jù)作用不同分類 前置液：它的作用是破裂地層并造成一定幾何尺寸的裂縫， 以便后面的攜砂液進(jìn)人在溫度較高的地層里，它還可起一定的 降溫作用。有時(shí)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（粒徑 100100- -140140 目，砂比 1

3、0%10%左右）以堵塞地層 中的 微隙，減少液體的濾失 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，必須使用交聯(lián)的壓裂液 （如 凍膠等）O 頂替液：頂替液是在加砂程序結(jié)束后，用來(lái)將攜砂液全部 替人裂縫中，以提高攜砂液的效率和防止井筒沉砂。 2 2、根據(jù)類型不同分類 根據(jù)壓裂液類型不同，可以將壓裂液分為水基壓裂液、油 基壓裂液、泡沫壓裂液等。 （1 1）水基壓裂液：水基壓裂液是用水溶脹性聚合物 （稱為 成膠劑）經(jīng)交鏈劑（又叫交聯(lián)劑）交鏈后形成的凍膠

4、。常用的成 膠劑有植物膠（瓜爾膠、田菁、皂仁等）、纖維素衍生物（羥乙 基纖維素、羧甲基輕乙基纖維素等 ）以及合成聚合物（聚丙烯酞 胺、聚乙烯醇）；）；交鏈劑有硼酸鹽和鈦、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(guò)硫酸銨、高錳酸鉀和酶等。 （2 2）油基壓裂液：對(duì)水敏性地層，使用水基壓裂液會(huì)導(dǎo) 致地層粘土膨脹影響壓裂效果，對(duì)此，可使用油基壓裂液。原 油或煉廠粘性成品油均可作油基壓裂液，但其懸砂能力差，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 （如脂肪酸鋁皂、磷酸酯鋁 鹽等），最高砂比可達(dá) 30%30%稠化油

5、壓裂液遇地層水后自動(dòng)破膠， 所以無(wú)需加入破膠劑。 油基壓裂液雖然適用于水敏性地層，但受價(jià)格昂貴、施土 困難和易燃等問(wèn)題的影響，應(yīng)用受到一定的限制。 （3 3 ）泡沫壓裂液：泡沫壓裂液是近十多年發(fā)展起來(lái)的用 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、 濾失少以及摩阻低等?；憾嘤玫Ⅺ}水、聚合物水溶液 氣相為二氧化碳、氮?dú)狻⑻烊粴?；發(fā)泡劑用非離子型活性劑。 a.a.由于井筒氣液柱的密度小，產(chǎn)生的氣液柱重力小，壓裂 過(guò)程中為達(dá)到破裂壓力需要較高的注入壓力，因而對(duì)深度大于 2000m2000m 以上的油氣層，實(shí)施泡沫壓裂是困難的 （地面泵壓+ +靜液柱壓力= =摩阻壓力+ +地層

6、壓力） b.b.使用泡沫壓裂液的砂比不能過(guò)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入，然后再泵入 可攜帶高砂比支撐劑的常規(guī)壓裂液。 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)，但在油田上應(yīng)用 很少。 （二）支撐劑 支撐劑用于支撐張開(kāi)的裂縫，以便在停泵和壓裂液濾失后， 形成一條通往井筒的導(dǎo)流通道。在裂縫內(nèi)鋪置適宜濃度的支撐 劑和選擇適宜的支撐劑類型是保證水力壓裂作業(yè)成功的關(guān)鍵。 支撐劑按其力學(xué)性質(zhì)分為兩大類：一類是脆性支撐劑，如石英 砂、玻璃球等，特點(diǎn)是硬度大，變形小，在高閉合壓力下易破 碎; ;另一類是韌性支撐劑，如核桃殼

7、、鋁球等，特點(diǎn)是變形大， 承壓面積隨之加大，在高閉合壓力下不易破碎。目前常用的支 撐劑有兩種：一是天然砂；二是人造支撐劑（陶粒）。此外，在壓 裂中曾經(jīng)使用核桃殼、鋁球、玻璃珠等支撐劑，由于強(qiáng)度、貨 源和價(jià)格等方面的原因，現(xiàn)多已淘汰。 1 1、天然砂（石英砂） 自從世界上第一口壓裂井使用支撐劑以來(lái)，天然砂已廣泛 使用于淺層或中深層（1500m1500m）的壓裂中，而且都有很高的成 功率。高質(zhì)量的石英砂往往都是古代的風(fēng)成砂丘， 在風(fēng)力的搬 運(yùn)和篩選下沉積而成， 因此石英含量高，粒徑均勻，圓、球度 也好。另外，石英砂資源很豐富，價(jià)格也便宜。天然砂的主要 礦物成分是粗晶石英，在高閉合壓力下會(huì)破碎成小碎

8、片，雖然 仍能保持一定的導(dǎo)流能力，但效果已大大下降，所以在深井中 應(yīng)慎重使用。石英砂的最高使用應(yīng)力為 21.021.0- -35.OMPa35.OMPa 2 2、人造支撐劑（陶粒） 最常用的人造支撐劑是燒結(jié)鋁磯土，即 陶粒。它的礦物成 分是氧化鋁、硅酸鹽和鐵一鈦氧化物；形狀不規(guī)則，圓度為 0.65, 0.65, 密度為3800kg/m33800kg/m3，強(qiáng)度很高。在 70.OMPa70.OMPa 的閉合壓力下，陶 粒所支撐縫的滲透率約比天然砂的高一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此它能適 用于深井高閉合壓力的油氣層壓裂。 陶粒的強(qiáng)度雖然很大，但密度也很高，給壓裂施工帶來(lái)一 定的困難，特別是在深井條件下由于高溫和

9、剪切作用， 對(duì)壓裂 液性能的要求很高。 為此，近年來(lái)研制了一種具有空心或多孔 的陶粒，其空心體積約為 30%30%視密度接近于砂粒。試驗(yàn)表明 這種多孔或空心陶粒的強(qiáng)度與實(shí)心陶粒相當(dāng)，因而實(shí)現(xiàn)了低密 度高強(qiáng)度的要求。但由于空心陶粒的制作比較困難，目前現(xiàn)場(chǎng) 還沒(méi)有廣泛使用。 3 3、樹(shù)脂包層支撐劑（樹(shù)脂砂） 樹(shù)脂包層支撐劑是中等強(qiáng)度，低密度或高密度，能承受 56.056.0- -70.OMPa70.OMPa 的閉合壓力，適用于低強(qiáng)度天然砂和高強(qiáng)度陶粒 之間強(qiáng)度要求的支撐劑。其密度小，便于攜砂。它的制作方法 是用樹(shù)脂把砂粒包裹起來(lái)， 樹(shù)脂薄膜的厚度約為 0.02540.0254mm,mm,約 占總質(zhì)

10、量的 5%5%以下。樹(shù)脂包層支撐劑可分為固化砂與預(yù)固化 砂，固化砂是在地層的溫度和壓力下固結(jié)，這對(duì)于防止地層出 砂和壓裂后裂縫的吐砂有一定的效果 ；預(yù)固化砂則在地面上已 形成完好的樹(shù)脂薄膜包裹砂粒，像普通砂一樣隨攜砂液進(jìn)入裂 縫。 （三）添加劑 1 1、交聯(lián)劑 按一定比例在壓裂液中加入交聯(lián)劑，可以使壓裂液形成凍 膠，增大了液體的攜砂能力。 很多金屬離子都可以用來(lái)交聯(lián)水溶性聚合物。 硼酸鹽、鈦、 鋯和鋁化合物等都是常用的交聯(lián)劑。硼酸鹽化合物和過(guò)渡金屬 復(fù)合物通過(guò)半乳糖邊鏈上的順式 ？aOHaOH 對(duì)與胍膠和 HPHPG G 反應(yīng)生成 復(fù)合物。當(dāng)分子重疊時(shí)，復(fù)合物便與其他聚合物反應(yīng)生成交聯(lián) 網(wǎng)。形

11、成的新物質(zhì)是聚合物分子重量的兩倍。由于每個(gè)聚合物 鏈都有很多順式羥基，故可在多處被交聯(lián)，形成分子量極大的 交聯(lián)網(wǎng)，特別是在靜態(tài)條件下，從而形成了高粘度溶液。最簡(jiǎn) 單的交聯(lián)劑之一，硼酸鹽離子與胍膠和 HPGHPG 反應(yīng)生成極具粘性 的凝膠，在 1490C1490C 時(shí)仍保持穩(wěn)定。當(dāng) pHpH 值大于 8 8 時(shí)，硼酸鹽 離子和胍膠可在瞬間形成高粘度凝膠。 2 2、破膠劑 破膠劑和交聯(lián)劑的作用恰好相反，它的作用是使交聯(lián)的液 體解除交聯(lián)的狀態(tài)。 用粘度相對(duì)較高的壓裂液把支撐劑輸送到裂縫中。把高粘 度壓裂液留在裂縫中將降低支撐劑充填層對(duì)油和氣的滲透性， 從而影響了壓裂作業(yè)的效果。使用凝膠破膠劑可降低與

12、支撐劑 混合在一起的壓裂液粘度。破膠劑是通過(guò)把聚合物分解成小分 子量的碎片來(lái)降低液體粘度的。 3 3、 降濾失劑 控制液體濾失是有效壓裂作業(yè)的關(guān)鍵。降濾失劑用于減少 壓裂液從裂縫中向地層濾失，從而減少壓裂液對(duì)地層的污染并 使壓裂時(shí)壓力迅速提高。壓裂作業(yè)的主要目的是形成一條由產(chǎn) 層到井筒的高導(dǎo)流通道。理想情況下，降濾失劑不應(yīng)當(dāng)傷害地 層的滲透率、裂縫面或支撐劑填充層。但實(shí)際上，許多這類液 體和添加劑都具有長(zhǎng)期耐久性，難以從裂縫中清除。對(duì)中滲儲(chǔ) 集層而言，限制長(zhǎng)期產(chǎn)能的主要因素是支撐裂縫的導(dǎo)流能力， 而不是地層滲透率。因此，降濾失劑對(duì)地層面的傷害通常屬次 要問(wèn)題。 4 4、 殺菌劑 在水基聚合物壓

13、裂液中加入殺菌劑是為了防止因聚合物細(xì) 合物）是細(xì)菌的極佳食物源。通過(guò)降低聚合物分子量，細(xì)菌不 僅能夠破壞凝膠的性能，而且還可使儲(chǔ)層流體發(fā)酵變酸。一旦 進(jìn)入儲(chǔ)層，部分存活的細(xì)菌把硫酸鹽離子還原為 （H2SH2S）硫化氫， 污染儲(chǔ)層。 5 5、 穩(wěn)定齊 I I 穩(wěn)定劑用于防止多糖聚合物凝膠在溫度高于 2000 2000 FF 或 120 120 C C 時(shí)發(fā)生降解。常用的穩(wěn)定劑為甲醇和硫代硫酸鈉。為使 壓裂液達(dá)到最大穩(wěn)定性，必須考慮壓裂液的 pHpH 值。胍膠及其 衍生物在 pHpH 值較低時(shí)發(fā)生水解，尤其是在高溫中。因此，若 要求壓裂液具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性，應(yīng)該使用 pHpH 值較高（為 9 9- -

14、1111）的 微降解而導(dǎo)致粘度下降。用來(lái)稠化水的多糖聚合物類 （蔗糖聚 液體。 6 6、 表面活性劑與粘土穩(wěn)定劑 表面活性劑是以低濃度吸附在兩種非混相物質(zhì)界面上的一 種材料。非混相物質(zhì)可以是兩種液態(tài)物質(zhì)，如水和油、液體和 氣體，或一種液態(tài)和一種固體物質(zhì)。表面活性劑進(jìn)入界面，降 低了界面膨脹所需的能量。如泡沫中的表面活性劑是促進(jìn)形成 穩(wěn)定泡沫的必要成分。在復(fù)合乳化液中用它穩(wěn)定水溶油乳化劑。 此外，表面活性劑還用作表面張力降減劑和地層調(diào)節(jié)劑，有利 于清洗裂縫中壓裂液。有些殺菌劑和粘土控制劑也是表面活性 劑。 粘土是平均尺寸為 2um2um 的硅氧化物和鋁氧化物顆粒，呈層 狀排列。當(dāng)正電（鋁）與負(fù)電

15、（氧）間的電荷平衡因陽(yáng)離子置換或 顆粒中斷而遭到破壞時(shí)，產(chǎn)生了帶負(fù)電荷的粒子。源于液體中 的陽(yáng)離子包圍了粘土顆粒并且形成了帶正電荷的電子云。 這樣 顆粒相互排斥并且易于運(yùn)移。 粘土顆粒一旦分散，即可堵塞巖 石中的孔隙空間從而降低滲透率。 壓裂液中常用 1%1%- -3%KCL3%KCL 溶液作為基液以穩(wěn)定粘土并防止 其膨脹，除了 KCLKCL 外，有機(jī)陽(yáng)離子四甲基氯化鉸也是一種有效 的穩(wěn)定劑。所有這些鹽類都有助于維持粘土顆粒的化學(xué)環(huán)境， 但不能永久性地保護(hù)。 三、壓裂設(shè)備 （一）壓裂車(chē) 壓裂車(chē)是壓裂的主要設(shè)備，它的作用是向井內(nèi)注入高壓的 壓裂液，將地層壓開(kāi)，并把支撐劑擠入裂縫。壓裂車(chē)主要由運(yùn)

16、載（底盤(pán)）、動(dòng)力、傳動(dòng)、泵體、操作面板等五大件組成。壓裂 泵是壓裂車(chē)的工作主機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)對(duì)壓裂泵的技術(shù)性能要求 很高，必須具有壓力高、功率大、耐腐蝕、抗磨等特點(diǎn)，并要 求性能穩(wěn)定、工作可靠。絕大多數(shù)壓裂車(chē)裝備的壓裂泵為臥式 三缸或五缸單作用柱塞泵。如圖 3.13.1 為 YLC105YLC105- -11001100 型壓裂車(chē) 外觀圖（原西方壓裂車(chē)）。 （二）混砂車(chē) 混砂車(chē)的作用是根據(jù)施工設(shè)計(jì)要求，將壓裂液和支撐劑按 一定比例混合后供給壓裂車(chē)泵入井內(nèi)。所有壓裂車(chē)均由混砂車(chē) 供給壓裂液，所以要求混砂車(chē)性能好、工作可靠、機(jī)械化程度 高?；焐败?chē)臺(tái)上設(shè)備主要由吸入排出流程、輸砂系統(tǒng)、各種添 加劑加入

17、裝置、氣路液路電路控制系統(tǒng)等構(gòu)成。單個(gè)砂絞龍最 大輸砂量在 3m3/min3m3/min 左右，混合液排量最高達(dá) 10m3/min10m3/min左右。 圖 3.23.2 為 HSC240HSC240 昆砂車(chē)外觀圖。 三、壓裂設(shè)備 三、壓裂設(shè)備 （三）儀表車(chē) 儀表車(chē)是壓裂施工的指揮和控制中心，在壓裂施工時(shí)，通 過(guò)采集井口壓力、液排量、液總量、砂排量、砂總量、砂比等 參數(shù)，使現(xiàn)場(chǎng)人員能準(zhǔn)確、及時(shí)地掌握各種施工參數(shù)，幫助了 解和判斷井下施工情況?，F(xiàn)場(chǎng)指揮人員、施工人員、泵控人員 都在儀表車(chē)內(nèi)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，儀表車(chē)能控制壓裂車(chē)的運(yùn)行， 并通過(guò)無(wú)線對(duì)講機(jī)與混砂車(chē)操作手及外部協(xié)調(diào)人員進(jìn)行通信， 對(duì)施工步

18、驟進(jìn)行協(xié)調(diào)指揮，保證施工的順利進(jìn)行。圖 3.33.3 為杰 瑞公司生產(chǎn)的 JR5140XYQJR5140XYQ 型儀表車(chē)外觀。 三、壓裂設(shè)備 三、壓裂設(shè)備 （四） 平衡車(chē) 分層壓裂施工中，壓裂管柱最上部封隔器的上、下壓力不 一樣，且相差很大。在這樣的工作條件下，封隔器強(qiáng)度要受影 響。如果封隔器受到破壞，壓裂管柱中的高壓液體就會(huì)通過(guò)套 管環(huán)形空間向上竄。封隔器上部的套管壓力突增，可能導(dǎo)致套 管斷裂或其他惡性事故。另一方面，當(dāng)封隔器上、下壓差過(guò)大 時(shí)，可能使壓裂層段的高壓液體通過(guò)夾層上竄，破壞夾層。 為了保護(hù)封隔器，平衡車(chē)從油套管環(huán)形空間注入一定壓力 的液體，平衡封隔器的部分壓差，改善封隔器的工作

19、條件。另 外，當(dāng)施土中出現(xiàn)砂堵砂片等事故時(shí)，平衡車(chē)可立即進(jìn)行反洗 或反壓井，排除故障。 三、壓裂設(shè)備 三、壓裂設(shè)備 （五） 管匯車(chē) 管匯車(chē)是用來(lái)運(yùn)載和吊裝高壓主管匯、 高壓硬管線（0.5m0.5m、 1m 1.5m1m 1.5m、2m2m）、低壓軟管線（3m3m- -10m10m）以及高壓彎頭、三通 等器件的車(chē)輛。管匯車(chē)臺(tái)上有隨車(chē)吊，能方便的進(jìn)行各種大重 量器件的吊裝。 三、壓裂設(shè)備 三、壓裂設(shè)備 （六）液氮泵車(chē) 液氮是氣井壓裂中，利用氮?dú)鈴木追党鼍跁r(shí)巨大的推 動(dòng)力，幫助壓裂液反排。液氮泵車(chē)是伴隨壓裂液或混砂液將液 氮注入井內(nèi)的設(shè)備。我公司 20092009 年引進(jìn)的兩臺(tái) 360KSCFF

20、360KSCFF 熱回 收式氮泵液氮泵車(chē)，最高液氮排量能達(dá)到 0.5m3/min0.5m3/min 左右 三、壓裂設(shè)備 四、壓裂相關(guān)井下工具 為實(shí)現(xiàn)壓裂工藝要求，除了地面設(shè)備外，還必須有一套適 應(yīng)壓裂的井下工具，這就是以井下壓裂封隔器為主體的井下壓 裂管柱。其中包括壓裂封隔器、噴砂器、水力錨等，如后圖所 示。壓裂時(shí)，液體的傳壓作用，使封隔器膠筒張開(kāi)分隔層段， 水力錨的錨體伸出緊貼套管壁，起固定管柱的作用。油管內(nèi)的 壓力增加到一定值時(shí)，噴砂器開(kāi)啟，壓裂液流向目的層。圖 4.1 4.1 為各種井下工具在井下的結(jié)構(gòu)示意圖。 四、壓裂相關(guān)主要井下工具 四、壓裂相關(guān)井下工具 （一）封隔器 壓裂封隔器是分

21、隔井的壓裂層段的主要井下工具。各油田 根據(jù)井的特點(diǎn)使用的壓裂封隔器各有不同， 主要有水力壓差式、 水力機(jī)械式和水力壓縮式等?，F(xiàn)以 K344K344- -114114 水力壓差式封隔 器為例，如圖 4.24.2 所示，其結(jié)構(gòu)是由上接頭、 下接頭、密封盒、 鋼碗、中心管、膠筒、濾網(wǎng)等幾部分組成，其工作原理是當(dāng)封 隔器下入井內(nèi)預(yù)定位置以后，地面泵開(kāi)始向井內(nèi)注入液體，使 壓力增高。當(dāng)液體通過(guò)封隔器的濾網(wǎng)而進(jìn)入膠筒與中心管的環(huán) 形空間時(shí)，由于液體的壓力作用，促使膠筒向外擴(kuò)張，直到與 套管內(nèi)壁接觸，使油套管環(huán)形空間上下隔絕。 隨著壓力的增高， 膠筒的密封性也越來(lái)越可靠。 四、壓裂相關(guān)井下工具 四、壓裂相關(guān)

22、井下工具 （二）壓裂噴砂器 噴砂器，如圖 4.34.3 所示。其作用：一是向地層噴砂液；二是 造成節(jié)流壓差，保證封隔器所需的坐封壓力。目前有彈簧式和 噴嘴式兩種。 四、壓裂相關(guān)井下工具 四、壓裂相關(guān)井下工具 （三）水力錨 壓裂時(shí)，為了防止因壓力波動(dòng)而引起的封隔器上下蠕動(dòng)， 避免因上、下封隔器不協(xié)調(diào)或下部封隔器損壞而引起的油管上 頂，可下入水力錨來(lái)固定井下管柱，以保證施工正常進(jìn)行。 水力錨的主要結(jié)構(gòu)是由主體、扶正器、密封圈、外彈簧、 內(nèi)彈簧、錨體、扶正器套組成。當(dāng)油管內(nèi)加壓后，隨著壓力上 升，水力錨體開(kāi)始?jí)嚎s彈簧向外推移，直到水力錨體外牙與套 管壁接觸為止。壓力越高嵌得越緊，管柱不致上下移動(dòng)。卸

23、壓 后，彈簧推動(dòng)水力錨體，使外牙離開(kāi)套管內(nèi)壁，恢復(fù)到原來(lái)位 五、壓裂施工 壓裂施工就是采用合理的工藝技術(shù)和設(shè)備、工具等手段， 安全、快速、優(yōu)質(zhì)地實(shí)現(xiàn)施工設(shè)計(jì)的要求。 壓裂是多工序連續(xù)作業(yè)，每項(xiàng)工序的施工質(zhì)量對(duì)整個(gè)施工 效果都有直接影響，決定著施工的成敗。因此，必須保證各項(xiàng) 工序質(zhì)量全優(yōu)；油層情況一般都較復(fù)雜，施工前必須想幾種可 能出現(xiàn)的情況及相應(yīng)措施，由于是多工種聯(lián)合作業(yè)，必須有嚴(yán) 密的組織，以便統(tǒng)一指揮；由于工作壓力高，必須有相應(yīng)的安 全措施。 五、壓裂施工 （一）施工前的準(zhǔn)備 1 1、井況調(diào)查。如道路、井場(chǎng)、井架、采油樹(shù)等地面設(shè)備 及設(shè)施。 2 2、器材與物質(zhì)準(zhǔn)備。壓裂施工井所需要的器材與

24、物質(zhì)包括壓裂車(chē)組、壓裂液、支撐劑、大罐或液罐車(chē)、井下工具等。 3 3、清理井筒、下管柱、換裝井口、連接管線、布置井場(chǎng) 等。擺放車(chē)輛時(shí)應(yīng)做到以下幾點(diǎn) ：安排緊湊，便于操作和施工 指揮；擺放整齊，車(chē)頭向外；盡量縮短壓裂車(chē)到高壓管匯的距 設(shè)備擺放圖） 4 4、安全設(shè)施。壓裂施工是在高壓狀態(tài)下進(jìn)行，必須采取 有力的安全措施。全部管線和井口裝置要進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，高壓 管線區(qū)嚴(yán)禁非崗位人員接近，以免管線憋爆造成人身及設(shè)備事 故。使用油類易燃品做壓裂液時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)禁明火及吸煙，關(guān)閉 一切火源。 五、壓裂施工 五、壓裂施工 （二）壓裂施工程序 1 1、循環(huán)：一般是將清水由混砂車(chē)供給壓裂車(chē)，壓裂車(chē)從 尾車(chē)到頭車(chē)逐車(chē)

25、循環(huán)檢查， 通過(guò)壓力的微小變化（0.5Mpa0.5Mpa 左右）離，以減輕施工時(shí)管線跳動(dòng)和減小流動(dòng)摩阻。 （圖 5.15.1 為井場(chǎng) 及壓裂車(chē)上水管線的振動(dòng)情況來(lái)判斷設(shè)備上水好不好，如果上 水不好一般可以通過(guò)反復(fù)頂大泵凡爾體來(lái)解決，特殊情況下可 以打開(kāi)側(cè)壓蓋（排氣閥），用混砂車(chē)供液壓力頂出泵內(nèi)空氣來(lái)解 決。 五、壓裂施工 2 2、試壓：將井口總閘關(guān)死，用一臺(tái)車(chē)對(duì)地面高壓管線、 （一般為 60Mpa60Mpa），保持 2 2- -3min3min 不刺、不漏為合格。地面試壓 合格后，打開(kāi)總閘門(mén)。 五、壓裂施工 3 3、試擠：以較低排量（1.01.0- -1.5m3/min 1.5m3/min ）

26、向井內(nèi)注入液體， 擠至壓力穩(wěn)定為止，以檢查井下工具是否正常。也可以停泵后 通過(guò)觀察壓力降低速度， 大致掌握地層液體擴(kuò)散情況， 為正式 施工時(shí)的排量調(diào)整提供參考。井口及彎頭、活節(jié)、短接等憋壓，直到破裂壓力的 1.21.2- -1.5 1.5 倍 五、壓裂施工 4 4、加前置液 在試擠壓力與排量穩(wěn)定后，逐一啟動(dòng)設(shè)備，按施工設(shè)計(jì)提 高排量，向井內(nèi)高速泵入前置液。前置液一般是在加砂以前使 用的液量，包括壓裂施工中試擠所用的液量。前置液的任務(wù)在 于建立井底壓力，逐漸達(dá)到地層的破裂壓力，將地層壓開(kāi)，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，還可以起到一定的降溫作用。設(shè)計(jì)中一般要

27、求前置 液量要達(dá)到總液量的三分之一左右。 五、壓裂施工 壓裂過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)是判斷裂縫是否形成，可以根據(jù)壓 力與排量的變化來(lái)判斷。壓裂施工過(guò)程中，壓力和排量變化呈 壓迅速下降，排量上升；二是壓力不變而排量上升。第一種情一定正比例關(guān)系。但地層壓開(kāi)裂縫時(shí)，出現(xiàn)兩種情況 : :是泵 況比較好掌握，第二種情況由于壓力變化不大，地層開(kāi)始形成 裂縫的突變過(guò)程不大，所以較難掌握。對(duì)于這種情況，必須待 排量增加幅度較大時(shí)才能認(rèn)為裂縫已形成。 五、壓裂施工 前置液階段可以加一定量的段塞 ( (粒徑為 100100- -140140 目的細(xì) 砂，砂比 10%10%左右) )，段塞的作用：一是可以封堵初期的細(xì)小裂

28、縫以使主裂縫延伸的更寬更長(zhǎng)，有利于后期的加砂；二是在炮 眼摩阻較大時(shí)打磨炮眼， 降低炮眼摩阻和彎曲摩阻。 五、壓裂施工 5 5、加攜砂液 按施工設(shè)計(jì)完成前置液注入后，在壓力、排量比較穩(wěn)定的 前提下即可開(kāi)始加支撐劑。支撐劑加入的方法是從小砂比到大 砂比，可以按砂排量(m3/min (m3/min )、砂濃度(kg/m3)(kg/m3)、砂比(%)(%)、或 者砂絞龍轉(zhuǎn)速(L/r)(L/r)來(lái)提升，提升砂排量的大小和提升的頻率 般按照施工設(shè)計(jì)，但更要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，根據(jù)壓力曲線 的變化的趨勢(shì)，憑借施工經(jīng)驗(yàn)判斷井底裂縫延伸情況，調(diào)整加 砂方式。在加砂過(guò)程中如果出現(xiàn)油管壓力持續(xù)緩慢上漲，則一 般采取

29、加大液排量來(lái)擴(kuò)大造縫速度，在壓力過(guò)快上漲時(shí)，則應(yīng) 該立即停止加砂進(jìn)行頂替。 五、壓裂施工 6 6、頂替（替擠） 加砂完成后，就立即泵入頂替液，以便把井筒中的攜砂液 全部頂替到裂縫中去，防止余砂沉積井底形成砂卡，但如果頂 替液過(guò)量，井筒附近裂縫會(huì)閉合，堵塞了油氣向井筒的流通通 道，也叫“包餃子”。 頂替過(guò)程中，隨攜砂液進(jìn)入地層，井筒液體相對(duì)密度下降， 井筒內(nèi)的液柱產(chǎn)生的靜液柱壓力降低，地層壓力會(huì)降低，而泵 壓會(huì)相對(duì)上升。為使裂縫不閉合，可以適當(dāng)增加排量，補(bǔ)充因 泵壓上升而使排量下降的影響。也有一種說(shuō)法是在頂替的時(shí)候 降低排量，使井底井筒附近在高砂比時(shí)閉合，防止過(guò)量頂替。 五、壓裂施工 六、壓裂施

30、工常見(jiàn)問(wèn)題 （一）砂堵（砂卡） 砂堵是指支撐劑停留在井筒內(nèi)無(wú)法順利進(jìn)入地層的情況。 發(fā)生砂堵后可能?chē)?yán)重影響施工質(zhì)量，以及造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì) 損失，所以，如果不是特殊需要，盡量避免砂堵的發(fā)生。 在特殊壓裂施工時(shí)以大幅度提高砂比造成砂堵，以求得井 底近井附近在混砂液為大砂比的情況下閉合，使井底近井附近 的裂縫寬度達(dá)到最大，使油氣能更順利地進(jìn)入井筒， 提高產(chǎn)量 六、壓裂施工常見(jiàn)問(wèn)題 解決辦法： 1 1、 發(fā)生砂堵后，應(yīng)該立即停泵，進(jìn)行 放噴，利用地層的 壓力把井筒內(nèi)的含砂液吐出來(lái)。放噴時(shí)，應(yīng)注意當(dāng)含砂液完全 吐出來(lái)后隨時(shí)關(guān)閘門(mén)，尤其是在對(duì)氣井放噴時(shí)，不能讓井底巨 大的壓力爆發(fā)出來(lái)形成井噴。 2 2、 如

31、果放噴無(wú)法使砂液吐出來(lái)，則用平衡車(chē)從套管打液， 將含砂液從油管里反替出來(lái) 3 3、在以上兩種措施都不起作用的情況下，只能上連續(xù)油 管車(chē)進(jìn)行沖砂解堵。 六、壓裂施工常見(jiàn)問(wèn)題 （二） 封隔器不坐封 在前置液初期，排量提升過(guò)程中，油管壓力在不斷升高， 此時(shí)，如果套管壓力隨著油管壓力增加而增加，當(dāng)壓力到達(dá)十 多兆帕甚至更高（一般最高不超過(guò) 40Mpa40Mpa）后，如果油套壓力 仍然保持一致那么可以斷定封隔器不坐封， 此時(shí)，和甲方協(xié)商， 經(jīng)同意可以停止施工。之后的工作就是作業(yè)隊(duì)起管柱更換封隔 器。一般封隔器不坐封是因?yàn)榉飧羝髯魇軗p（如：反復(fù)坐封解 封、油套壓差過(guò)大），或者是封隔器質(zhì)量不合格。 六、壓裂

32、施工常見(jiàn)問(wèn)題 （三） 油管脫落或破裂 一般是在前置液初期，在通過(guò)壓力判斷已經(jīng)有坐封顯示以 后，在排量提升過(guò)程中，油管壓力在不斷升高的時(shí)候，或者在 施工謀個(gè)階段油管壓力上升時(shí)，突然出現(xiàn)油壓驟然下降，然后 馬上出現(xiàn)油套壓力平衡（壓力值相同），那么可以判斷是油管脫 落或破裂。此時(shí)，一般伴隨有井口短時(shí)間劇烈的上下振動(dòng)。一 旦判斷是油管脫落，必須立即停止施工。 七、壓裂施工曲線 七、壓裂施工曲線 七、壓裂施工曲線 七、壓裂施工曲線 七、 壓裂施工曲線 八、 酸化 酸化是使油氣井增產(chǎn)和注水井增注的又一有效措施，它是 通過(guò)向地層注入一種或幾種酸液及添加劑，利用酸與地層中某 些礦物的化學(xué)反應(yīng)，溶蝕儲(chǔ)層中的連通

33、孔隙、天然裂縫及人造 裂縫壁面巖石，增加流體在孔隙、裂縫中的流動(dòng)空間，與井底 附近孔隙中的堵塞物質(zhì)起反應(yīng)，解除污物堵塞，達(dá)到增加油氣 井產(chǎn)量和注水井注入量的目的。 油氣主要儲(chǔ)集在砂巖和碳酸鹽巖地層中，不同的地層所使 用的酸液不同，同一種酸液加入不同的添加劑， 則效果不一樣， 同一種酸液與相同的添加劑，若施工程序不同其效果也不會(huì)一 樣。 八、酸化 （一）酸化分類 1 1、按工藝分類 （1 1）酸洗。酸洗是一種清除井筒中的酸溶性結(jié)垢或疏通 射孔孔眼的工藝。它是將少量酸液注入預(yù)定井段，溶解井壁結(jié) 垢物或射孔孔眼堵塞物。 （2 2 ）基質(zhì)酸化?；|(zhì)酸化也稱常規(guī)酸化，即施工時(shí)井底 壓力低于巖層破裂壓力，把酸液注入地層，溶蝕并擴(kuò)大天然孔 隙或裂縫及溶解滲流通道中的堵塞物，使油、氣井增產(chǎn)、注水 井增注。 八、酸化 （3 3 ）壓裂酸化。壓裂酸化也稱為酸壓。即施工時(shí)井底壓 力高于巖層破裂壓力，把酸液擠入地層，靠酸液的水力作用和 溶蝕作用，在處理層段形成人工裂縫，改善滲流條件，使油氣 井增產(chǎn)。 壓裂酸化不加支撐劑，在裂縫形成過(guò)程，靠酸液的不均勻 溶蝕作用把裂縫壁面刻蝕成凹凸不平的表面，停泵卸壓后，裂 縫不會(huì)完全閉合，保持較高的導(dǎo)流能力，從而增加油氣流的通 道，達(dá)到增加產(chǎn)量的目的。壓裂酸化的增產(chǎn)原理與水力壓裂基 本相同。 八、酸化 2 2、按施工所