水力壓裂介紹

1、 水力壓裂技術(shù)水力壓裂技術(shù)水力壓裂工藝水力壓裂工藝 1947年在美國進行了首次水力壓裂增產(chǎn)作業(yè)，由于增產(chǎn)效果十分顯著，因此對壓裂藝技術(shù)的研究和應(yīng)用受到普遍重視五、六十年代，壓裂主要作為單井的增產(chǎn)、增注措施，以追求單井增產(chǎn)增注效果為目標(biāo)，沒有考慮實施壓裂措施后，對油田開采動態(tài)和開發(fā)效果的影響七十年代，進入低滲透油田的勘探開發(fā)領(lǐng)域，由于壓裂技術(shù)的應(yīng)用，大大增加了油氣的可采儲量，使本來沒有工業(yè)開采價值的低滲透油氣藏，成為具有相當(dāng)工業(yè)儲量和開發(fā)規(guī)模的大油氣田八十年代，水力壓裂已不再僅僅被孤立地作為單井的增產(chǎn)、增注措施來考慮，而是與油藏工程緊密結(jié)合起來，用于調(diào)整層間矛盾（調(diào)整產(chǎn)液剖面）、改善驅(qū)油效率，成

2、為提高動用儲量、原油采收率和油田開發(fā)效益的有力技術(shù)措施進入九十年代以后，水力壓裂逐漸成為決定低滲透油田開發(fā)方案的主導(dǎo)因素。在研究制定低滲透油田開發(fā)方案時，按水力裂縫處于有利方位確定井排方位；通過研究分析不同井網(wǎng)、布井密度及裂縫匹配對各項開發(fā)指標(biāo)的影響，以提高油田整體開發(fā)效果和經(jīng)濟效益為目標(biāo)，確定井網(wǎng)類型、布井密度和壓裂施工規(guī)模，使水力壓裂與油藏工程結(jié)合的更加緊密，使低滲透油田的高效開發(fā)成為可能我國在五十年代起已開始進行水力壓裂技術(shù)的研究，迄今為止已取得了很好的技術(shù)成就與較高的經(jīng)濟效益大慶油田1973年開始采用水力壓裂作為油田增產(chǎn)增注的一項重要技術(shù)措施，至今已有30年的歷史。隨著油田的開發(fā)進程，

3、針對不同時期不同對象及其對于改造技術(shù)的不同要求，壓裂工藝技術(shù)不斷發(fā)展、完善和提高 水力壓裂是油氣井增產(chǎn)、水井增注的一項重要技術(shù)水力壓裂是油氣井增產(chǎn)、水井增注的一項重要技術(shù)措施。當(dāng)?shù)孛娓邏罕媒M將高粘液體以大大超過地層吸收措施。當(dāng)?shù)孛娓邏罕媒M將高粘液體以大大超過地層吸收能力的排量注入井中，在井底附近憋起超過井壁附近地能力的排量注入井中，在井底附近憋起超過井壁附近地應(yīng)力及巖石抗張強度的壓力后，即在地層中形成裂縫。應(yīng)力及巖石抗張強度的壓力后，即在地層中形成裂縫。隨著帶有支撐劑的液體注入裂縫中，裂縫逐漸向前延伸。隨著帶有支撐劑的液體注入裂縫中，裂縫逐漸向前延伸。這樣在地層中形成了足夠長度一定寬度及高度的

4、填砂裂這樣在地層中形成了足夠長度一定寬度及高度的填砂裂縫。由于它具有很高的滲濾能力，使油氣能夠通暢流入縫。由于它具有很高的滲濾能力，使油氣能夠通暢流入井中，起到增產(chǎn)增注的作用井中，起到增產(chǎn)增注的作用 水力壓裂原理水力壓裂原理水力壓裂造縫機理水力壓裂造縫機理X X、Y Y、Z Z Z ZH H H H Z Z 1 1、改變流型、改變流型在壓裂前，地層中的流體是徑向地流向井底，壓裂后由于地層中形成了一條高導(dǎo)流能力的填砂裂縫，從井底延伸至地層深處，所以流體就先單向地進入裂縫中，然后單向地流入井底。從原來的徑向流改變?yōu)閱蜗蛄?，就?jié)省了大量的能量水力壓裂增產(chǎn)機理水力壓裂增產(chǎn)機理水力壓裂增產(chǎn)機理水力壓裂增

5、產(chǎn)機理2 2、溝通油氣儲集區(qū)、溝通油氣儲集區(qū)由于地質(zhì)上的非均質(zhì)性，地層中有產(chǎn)能的地區(qū)并不一定與井底相連通。例如：砂層中透鏡體，三角洲沉積的砂體等不一定都被井所鉆穿。通過壓裂所形成的人造裂縫，可以將它們與井底溝通起來，就增加了新的供油區(qū)，大型壓裂壓出的較長裂縫甚至可將幾個透鏡體壓穿，溝通油氣儲集區(qū)是壓裂增產(chǎn)的重要原因?qū)τ谔烊涣芽p油藏，在于人工裂縫溝通天然裂縫裂縫3 3、克服井底附近地層的污染、克服井底附近地層的污染壓裂后的裂縫可以解決井底污染所造成的低產(chǎn)后果。為此目的所進行的壓裂可以是小規(guī)模的，只要穿過堵塞區(qū)的深度即可。但是對裂縫的導(dǎo)流能力卻要求很高。因為井底附近裂縫的滲透率在油氣生產(chǎn)中是個關(guān)鍵

6、水力裂縫模型水力裂縫模型PKN模型模型：寬度剖面及水平寬度剖面及水平剖面均為一橢圓，垂直剖面剖面均為一橢圓，垂直剖面為矩形，裂縫高度恒定為矩形，裂縫高度恒定GDK模型模型：寬度剖面為矩寬度剖面為矩形，水平剖面為橢圓形形，水平剖面為橢圓形水力裂縫模型水力裂縫模型水力裂縫模型水力裂縫模型在三維模型中，裂縫啟裂在三維模型中，裂縫啟裂按三維彈性問題進行考慮，按三維彈性問題進行考慮，縫內(nèi)液體流動按兩維流動縫內(nèi)液體流動按兩維流動問題進行處理問題進行處理 水力壓裂工藝水力壓裂工藝限流法壓裂技術(shù)限流法壓裂技術(shù)采取低密度射孔，大排量施工，依靠壓裂液通采取低密度射孔，大排量施工，依靠壓裂液通過射孔炮眼時產(chǎn)生的摩阻

7、，大幅度提高井底壓過射孔炮眼時產(chǎn)生的摩阻，大幅度提高井底壓力，從而使壓裂液自動轉(zhuǎn)向，以相繼壓開破裂力，從而使壓裂液自動轉(zhuǎn)向，以相繼壓開破裂壓力相近的各個目的層壓力相近的各個目的層這項技術(shù)的關(guān)鍵是，根據(jù)目的地層的物性，砂這項技術(shù)的關(guān)鍵是，根據(jù)目的地層的物性，砂巖厚度、縱向相鄰油層情況及平面上的連通關(guān)巖厚度、縱向相鄰油層情況及平面上的連通關(guān)系，確定合理的布孔方案，確定每個目的層所系，確定合理的布孔方案，確定每個目的層所射孔炮眼數(shù)量及直徑，以此來控制不同油層的射孔炮眼數(shù)量及直徑，以此來控制不同油層的處理強度，獲得所需要的產(chǎn)液剖面處理強度，獲得所需要的產(chǎn)液剖面計算炮眼摩阻礙的公式為：計算炮眼摩阻礙的公

8、式為：P Ppfpf= = 3.57Q3.57Q2 2n n2 2d d4 4 10106 6 式中：式中：P Ppfpf：炮眼摩阻，：炮眼摩阻，1010-1-1MPa;MPa; Q: Q: 注入排量，注入排量，m m3 3/min/min； ：壓裂液密度，：壓裂液密度，kg/mkg/m3 3 n n：射孔炮眼數(shù)量；：射孔炮眼數(shù)量； d d：炮眼平均直徑，：炮眼平均直徑，mmmm投球法多裂縫壓裂工藝技術(shù)投球法多裂縫壓裂工藝技術(shù)可用于常規(guī)射孔井，根據(jù)壓開層位吸液能力高的特點，在可用于常規(guī)射孔井，根據(jù)壓開層位吸液能力高的特點，在一個壓裂層段內(nèi)壓開第一層后，在低壓下擠入高強度暫堵一個壓裂層段內(nèi)壓開第

9、一層后，在低壓下擠入高強度暫堵劑將已壓開層的炮眼堵住，提高泵壓壓開第二層，然后再劑將已壓開層的炮眼堵住，提高泵壓壓開第二層，然后再堵第二層再壓第三層，這樣可在一個層段內(nèi)形成多條裂縫，堵第二層再壓第三層，這樣可在一個層段內(nèi)形成多條裂縫，達到一井壓多段，一段壓多層，提高油井產(chǎn)能達到一井壓多段，一段壓多層，提高油井產(chǎn)能 定位平衡壓裂技術(shù)定位平衡壓裂技術(shù)首先建立在水平裂縫的前提下，在常規(guī)射孔井進首先建立在水平裂縫的前提下，在常規(guī)射孔井進行水力壓裂時，在一定的排量下通過節(jié)流產(chǎn)生壓行水力壓裂時，在一定的排量下通過節(jié)流產(chǎn)生壓差，使定位壓裂封隔器坐封。利用定位平衡壓裂差，使定位壓裂封隔器坐封。利用定位平衡壓裂

10、封隔器上的長膠筒和噴砂體的組合來控制壓裂目封隔器上的長膠筒和噴砂體的組合來控制壓裂目的層的裂縫形成的位置和吸液炮眼的數(shù)量，達到的層的裂縫形成的位置和吸液炮眼的數(shù)量，達到裂縫定位和使目的層產(chǎn)生水平裂縫的目的。在需裂縫定位和使目的層產(chǎn)生水平裂縫的目的。在需要保護的薄夾層的鄰近高含水部位裝有平衡裝置，要保護的薄夾層的鄰近高含水部位裝有平衡裝置，該裝置只進液不進砂，使高含水層與壓裂目的層該裝置只進液不進砂，使高含水層與壓裂目的層處于同一壓力系統(tǒng)中，夾層上下壓力平衡而得到處于同一壓力系統(tǒng)中，夾層上下壓力平衡而得到保護。通過大排量施工，依靠壓裂液通過吸液炮保護。通過大排量施工，依靠壓裂液通過吸液炮眼所產(chǎn)生

11、的摩阻，大幅度提高井底壓力，從而相眼所產(chǎn)生的摩阻，大幅度提高井底壓力，從而相繼壓開破裂壓力相近的各個目的層，一次施工可繼壓開破裂壓力相近的各個目的層，一次施工可壓開壓開3-53-5個目的層。個目的層。其它壓裂工藝技術(shù)其它壓裂工藝技術(shù)滑套式分層壓裂管柱由投球器、井口球閥、工作滑套式分層壓裂管柱由投球器、井口球閥、工作筒和堵塞器、水力壓差式封隔器、滑套噴砂器組筒和堵塞器、水力壓差式封隔器、滑套噴砂器組成。其原理是利用不壓井、不放噴井口裝置、井成。其原理是利用不壓井、不放噴井口裝置、井下工作筒和堵塞器，可使壓裂管柱實現(xiàn)不壓井、下工作筒和堵塞器，可使壓裂管柱實現(xiàn)不壓井、不放噴起下作業(yè)。利用井下滑套噴砂

12、器多級開關(guān)，不放噴起下作業(yè)。利用井下滑套噴砂器多級開關(guān)，自下而上實現(xiàn)多層壓裂。當(dāng)每壓完一層時，從井自下而上實現(xiàn)多層壓裂。當(dāng)每壓完一層時，從井口投入不同直徑的鋼球，將滑套憋到已壓開層的口投入不同直徑的鋼球，將滑套憋到已壓開層的噴吵器上將其水眼堵死，同時打開上一層噴砂器噴吵器上將其水眼堵死，同時打開上一層噴砂器的水眼，開始對上一層進行壓裂，從而實現(xiàn)不動的水眼，開始對上一層進行壓裂，從而實現(xiàn)不動管柱一次連續(xù)壓多層。管柱一次連續(xù)壓多層。通過控制前置液用量和施工排量，使攜砂液達到動態(tài)通過控制前置液用量和施工排量，使攜砂液達到動態(tài)縫尖端附近時，前置液完全濾失，前置液脫砂形成砂縫尖端附近時，前置液完全濾失，

13、前置液脫砂形成砂堵，阻止裂縫進一步延伸。當(dāng)?shù)孛胬^續(xù)加砂時，裂縫堵，阻止裂縫進一步延伸。當(dāng)?shù)孛胬^續(xù)加砂時，裂縫長度不再增加，但寬度不斷增大，從而形成短而寬的長度不再增加，但寬度不斷增大，從而形成短而寬的高導(dǎo)流能力裂縫高導(dǎo)流能力裂縫復(fù)合壓裂技術(shù)是指對同一油層在較短時間內(nèi)，先后采復(fù)合壓裂技術(shù)是指對同一油層在較短時間內(nèi)，先后采取高能氣體壓裂和水力壓裂技術(shù)進行改造取高能氣體壓裂和水力壓裂技術(shù)進行改造 地質(zhì)資料、測井、錄井、巖心資料地質(zhì)資料、測井、錄井、巖心資料小型壓裂測試小型壓裂測試油藏模擬油藏模擬裂縫參數(shù)優(yōu)化裂縫參數(shù)優(yōu)化地應(yīng)力研究地應(yīng)力研究射孔方案射孔方案施工參數(shù)優(yōu)化施工參數(shù)優(yōu)化編制壓裂施工設(shè)計編制壓

14、裂施工設(shè)計濾失分析濾失分析摩阻分析摩阻分析設(shè)計完善設(shè)計完善壓裂液優(yōu)化壓裂液優(yōu)化支撐劑優(yōu)選支撐劑優(yōu)選應(yīng)力校正應(yīng)力校正油藏地質(zhì)概況油藏地質(zhì)概況l構(gòu)造位置、特征、沉積特征構(gòu)造位置、特征、沉積特征l儲層分布、物性特征、流體特征儲層分布、物性特征、流體特征 l儲層深度、厚度及其展布儲層深度、厚度及其展布l壓力、溫度壓力、溫度l巖性特征：長石含量、石英含量、巖屑含量等巖性特征：長石含量、石英含量、巖屑含量等l膠結(jié)類型膠結(jié)類型l含油面積、儲量含油面積、儲量（1 1）壓裂施工過程模擬）壓裂施工過程模擬裂縫幾何尺寸是產(chǎn)量預(yù)測所必須的數(shù)據(jù)，通常裂縫幾何尺寸是產(chǎn)量預(yù)測所必須的數(shù)據(jù)，通常采用施工模擬來估算。利用計算機

15、技術(shù)，對裂采用施工模擬來估算。利用計算機技術(shù)，對裂縫延伸和支撐劑運移等動態(tài)過程進行模擬，可縫延伸和支撐劑運移等動態(tài)過程進行模擬，可較準(zhǔn)確地預(yù)見施工過程及結(jié)果較準(zhǔn)確地預(yù)見施工過程及結(jié)果（2 2）壓裂井的產(chǎn)量預(yù)測）壓裂井的產(chǎn)量預(yù)測在知道影響產(chǎn)能因素（如滲透率、裂縫幾何尺寸等）的條件在知道影響產(chǎn)能因素（如滲透率、裂縫幾何尺寸等）的條件下，可進行壓裂井的生產(chǎn)動態(tài)模擬，以預(yù)測產(chǎn)量，為優(yōu)化施下，可進行壓裂井的生產(chǎn)動態(tài)模擬，以預(yù)測產(chǎn)量，為優(yōu)化施工設(shè)計提供依據(jù)。對垂直裂縫，縫高對壓裂增產(chǎn)效果也有很工設(shè)計提供依據(jù)。對垂直裂縫，縫高對壓裂增產(chǎn)效果也有很大影響?？偪p高增加合理，可以提高增產(chǎn)效果，這主要是由大影響?？?/p>

16、縫高增加合理，可以提高增產(chǎn)效果，這主要是由于獲得與井筒相連通的新的產(chǎn)層而引起的。否則，縫高過大于獲得與井筒相連通的新的產(chǎn)層而引起的。否則，縫高過大進入非產(chǎn)層，使有效支撐縫長減小而降低增產(chǎn)效果。甚至縫進入非產(chǎn)層，使有效支撐縫長減小而降低增產(chǎn)效果。甚至縫高延伸失控，可能會導(dǎo)致不希望的氣或水產(chǎn)出高延伸失控，可能會導(dǎo)致不希望的氣或水產(chǎn)出 （3 3）施工材料的選擇）施工材料的選擇壓裂液、添加劑和支撐劑的選擇是壓裂設(shè)計的一個重要環(huán)壓裂液、添加劑和支撐劑的選擇是壓裂設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)。它們的特性將直接影響壓裂增產(chǎn)效果。對于壓裂液應(yīng)節(jié)。它們的特性將直接影響壓裂增產(chǎn)效果。對于壓裂液應(yīng)考慮其粘度、液體濾失摩阻、返

17、排、與儲層巖石的配伍性考慮其粘度、液體濾失摩阻、返排、與儲層巖石的配伍性及費用和來源。對于支撐劑要考慮一定應(yīng)力下支撐劑的滲及費用和來源。對于支撐劑要考慮一定應(yīng)力下支撐劑的滲透率及與儲層滲透率的比較，通過孔眼和裂縫時支撐劑的透率及與儲層滲透率的比較，通過孔眼和裂縫時支撐劑的可輸運性，也要考慮費用及來源可輸運性，也要考慮費用及來源（4 4） 優(yōu)化施工設(shè)計優(yōu)化施工設(shè)計施工設(shè)計的優(yōu)化就是指用最少的投入獲得最大的經(jīng)濟施工設(shè)計的優(yōu)化就是指用最少的投入獲得最大的經(jīng)濟效益。一般從三個方面來考慮：效益。一般從三個方面來考慮： 以油井生產(chǎn)期間加速開采為目的；以油井生產(chǎn)期間加速開采為目的； 在最低費用下，施工方法和

18、施工過程的改進和實現(xiàn)；在最低費用下，施工方法和施工過程的改進和實現(xiàn)； 對于長期開采，以獲得最高采收率。對于長期開采，以獲得最高采收率。壓裂施工的經(jīng)濟優(yōu)化設(shè)計一般有壓裂施工的經(jīng)濟優(yōu)化設(shè)計一般有3 3個步驟。個步驟。對一個確定的油藏，根據(jù)不同的裂縫長度和裂縫導(dǎo)流能對一個確定的油藏，根據(jù)不同的裂縫長度和裂縫導(dǎo)流能力估算預(yù)期得到的油或氣的產(chǎn)量，將它們與現(xiàn)金費用聯(lián)系力估算預(yù)期得到的油或氣的產(chǎn)量，將它們與現(xiàn)金費用聯(lián)系起來；起來；確定壓裂施工要求，以獲得期望的縫長和導(dǎo)流能力，將確定壓裂施工要求，以獲得期望的縫長和導(dǎo)流能力，將這些與成本聯(lián)系起來；這些與成本聯(lián)系起來；選擇裂縫長度和導(dǎo)流能力，使這時的收益與成本組

19、成最選擇裂縫長度和導(dǎo)流能力，使這時的收益與成本組成最大的經(jīng)濟利潤大的經(jīng)濟利潤水力壓裂的優(yōu)化設(shè)計計算水力壓裂的優(yōu)化設(shè)計計算早期壓裂優(yōu)化設(shè)計早期壓裂優(yōu)化設(shè)計15天不同導(dǎo)流能力下單井日產(chǎn)量與縫長關(guān)系曲線0123456750100150200250300350裂縫長度（米）單井產(chǎn)量（噸/ 天）15dc*cm20dc*cm25dc*cm30dc*cm35dc*cm40dc*cm15天不同導(dǎo)流能力下單井日產(chǎn)量與縫長關(guān)系曲線02040608010012014050100150200250300350裂縫長度 （米）單井累計產(chǎn)量（噸/ 天）15dc*cm20dc*cm25dc*cm30dc*cm35dc*cm

20、40dc*cm不同閉合壓力、不同鋪砂濃度下的導(dǎo)流能力0.9-1.25中強度陶粒01002003004005006007000369121510MPa20MPa30MPa40MPa50MPa60MPa1379017237206842413227579 1615 1579 1542 1506 1469 1433 1396 1359 1323 1286 1250應(yīng)力剖面Closure Stress (千帕)滲透率低高支撐劑濃度 (公斤/平米)0.00 0.68 1.42.02.73.44.14.85.46.16.8縫內(nèi)支撐劑濃度 (公斤/平米)FracproPT 圖形073146219293366L

21、ength (米)Depth (米)1379017237206842413227579 1488 1480 1472 1464 1456 1448 1440 1432 1424 1416 1408應(yīng)力剖面Closure Stress (千帕)滲透率低高1.270.760.250.250.761.27FracproPT 圖形Width (厘米)Depth (米)平均支撐裂縫寬度4.8mm，裂縫高度為27m上半縫高位置1433.0m下半縫高位置1460m施工參數(shù)的選擇施工參數(shù)的選擇 施工參數(shù)的選擇主要包括施工排量、壓裂液和支撐劑的施工參數(shù)的選擇主要包括施工排量、壓裂液和支撐劑的類型和數(shù)量以及壓裂車

22、輛的確定類型和數(shù)量以及壓裂車輛的確定施工排量的選擇施工排量的選擇 根據(jù)造縫機理，壓開地層是因為壓裂液在井底憋起高壓根據(jù)造縫機理，壓開地層是因為壓裂液在井底憋起高壓造成的，因此，選擇施工排量時。必須首先考慮的是所選排造成的，因此，選擇施工排量時。必須首先考慮的是所選排量應(yīng)大于地層的吸收量。量應(yīng)大于地層的吸收量。 選擇施工排量必須考慮的第二個因素是在不同的排量下選擇施工排量必須考慮的第二個因素是在不同的排量下所需的壓裂液用量，實踐表明，當(dāng)濾失系數(shù)一定時，欲壓開所需的壓裂液用量，實踐表明，當(dāng)濾失系數(shù)一定時，欲壓開一定大小的裂縫，采用較高的施工排量可減少所需的壓裂液一定大小的裂縫，采用較高的施工排量可減少所需的壓裂液用量，并且施工排量大時，可提高液體效率，并有利于保護用量，并且施工排量大時，可提高液體效率，并有利于保護地層，提高效果地層，提高效果 選擇壓裂施工排量時要考慮的第三個因素是摩阻壓力，選擇壓裂施工排量時要考慮的第三個因素是摩阻壓力，排量越大，射孔孔眼產(chǎn)生的摩阻和井筒摩阻越高，因此所需排量越大，射孔孔眼產(chǎn)生的摩阻和井筒摩阻越高，因此所需的井底施工壓力越高，對施工設(shè)備的要求也就越高的井底施工壓力越高，對施工設(shè)備的要求也就越高 要考慮的第四個因素是裂縫的高度。施工排量