壓裂技術理論及應用.

1、12010.08234 水力壓裂技術自1947年投入現(xiàn)場應用以來，經過半個多世紀的完善和發(fā)展，已經成為提高單井產量的基本工程手段之一。壓裂技術通過在油藏內形成深穿透、高導流能力的裂縫，提高油氣井產量和增加勘探井可采儲量，最終提高油氣田的采收率。5 水力壓裂作業(yè)，是利用地面高壓泵注設備將高粘度的流體，以大大超過地層吸收能力的排量注入井筒，在射孔油層附近憋起高壓，當井底壓力超過井壁附近地層最小主應力及巖石的抗張強度后，在地層中形成裂縫并向前延伸。然后，利用高粘度的壓裂液攜帶支撐劑注入裂縫中，停止注入后，隨著壓裂液的快速破膠，粘度大大降低，破膠化水的壓裂液沿裂縫流向井底，排出地面，攜帶的支撐劑隨即在

2、裂縫中沉降，在地層中形成了具有一定長度、寬度和高度的高導流能力的支撐裂縫。改善了地層附近流體的滲流方式和滲流條件，擴大了滲流面積，減小了滲流阻力并解除了井壁附近的污染，從而達到增產、增注的目的。67A-07 Design240024252450247525002525255025752600262530180GR00.3NPHI2.23RHOB070IMPHShaleK-25U sandK-25L sandK-30 sandMudstoneRocktype500010000Stress (psi)2550751001251501752002375240024252450247525002525

3、255025752600262500.100.200.300.400.500.600.700.800.901.0Proppant Concentration (lb/ft)K-30/35 207 ftK-25L 187 ftK-25U 165 ftK-22 210 ftHalf-LengthA-07 Design240024252450247525002525255025752600262530180GR00.3NPHI2.23RHOB070IMPHShaleK-25U sandK-25L sandK-30 sandMudstoneRocktype500010000Stress (psi)25

4、50751001251501752002375240024252450247525002525255025752600262500.100.200.300.400.500.600.700.800.901.0Proppant Concentration (lb/ft)K-30/35 207 ftK-25L 187 ftK-25U 165 ftK-22 210 ftHalf-Length89101112123456712345671314參數(shù)錄取壓裂液和支撐劑優(yōu)選地層評估軟件模擬分析壓后評價現(xiàn)場實施15壓裂井的類別、井徑、井下管柱（套管、油管）、井口裝置、固井質量、壓裂井的類別、井徑、井下管柱（套

5、管、油管）、井口裝置、固井質量、射孔井段的位置、射孔方式、彈型、相位角、孔密與孔眼尺寸、井下工射孔井段的位置、射孔方式、彈型、相位角、孔密與孔眼尺寸、井下工具規(guī)范、尺寸、額定壓力，承受溫度與位置。具規(guī)范、尺寸、額定壓力，承受溫度與位置。儲層有效滲透率、孔隙度、含油飽和度、有效厚度、儲層地層壓力、靜態(tài)儲層有效滲透率、孔隙度、含油飽和度、有效厚度、儲層地層壓力、靜態(tài)溫度；儲層油水的相滲關系、流體性質（密度、粘度、壓縮系數(shù)與總礦化溫度；儲層油水的相滲關系、流體性質（密度、粘度、壓縮系數(shù)與總礦化度等）；巖石力學性質（彈性模量、泊松比、抗壓強度等）；儲層就地應度等）；巖石力學性質（彈性模量、泊松比、抗壓

6、強度等）；儲層就地應力的垂向分布及水平主應力方位；遮擋層的巖性，厚度與就地應力值、井力的垂向分布及水平主應力方位；遮擋層的巖性，厚度與就地應力值、井的試油、開發(fā)生產與生產測試等資料數(shù)據。的試油、開發(fā)生產與生產測試等資料數(shù)據。裂縫破裂壓力、延伸壓力與閉合壓力、壓裂液的類型、流變性、粘溫粘時裂縫破裂壓力、延伸壓力與閉合壓力、壓裂液的類型、流變性、粘溫粘時性、濾失與損害等數(shù)據、支撐劑的類型及其抗壓強度、導流能力與裂縫支性、濾失與損害等數(shù)據、支撐劑的類型及其抗壓強度、導流能力與裂縫支撐劑層滲透率等數(shù)據、泵注排量、平均砂液比、泵注程序、壓裂設備功率撐劑層滲透率等數(shù)據、泵注排量、平均砂液比、泵注程序、壓裂

7、設備功率及其壓力極限、油藏以往壓裂實踐及其壓裂前后生產反應的資料數(shù)據。及其壓力極限、油藏以往壓裂實踐及其壓裂前后生產反應的資料數(shù)據。161718F = wkfkLwkff 對于對于 F 30 F 30 可以得到無限大的裂縫導流能力，一般可以得到無限大的裂縫導流能力，一般而言，而言，F(xiàn) 2F 2就可以滿足生產需要。就可以滿足生產需要。CDCD199200930094009500960097009800990020200GR0.50NEUT92009300940095009600970098009900S a n dS a n dS a n dS a n dS a n dS a n dS a n

8、dS a n dS a n dS a n dS a n dS a n dS a n dS a n dS a n dS a n dS h a l eS h a l eS a n d 2S a n d 2S a n d 2S a n d 2S h a l eS h a l eS a n dS a n dRocktype 50007000Stress (psi)Modulus (psi)00.5Pore Permea.Concentration of Proppant in Fracture (lb/ft)1002003009200930094009500960097009800990000 .1

9、5 0 .3 0 0 .4 5 0 .6 0 0 .7 5 0 .9 01 .11 .21 .41 .5P ro p p an t Co n cen tratio n (lb /ft)Width Profile (in)0.500.592009300940095009600970098009900202122 由于水基液具有價廉、性良且易于控制等特點，已成為應用最為廣泛的壓裂液。 用于稠化壓裂液的聚合物之一是瓜膠。瓜膠聚合物具有很強的親水性，把瓜膠粉加入水中，瓜膠的微粒將溶脹并與水化合，即瓜膠聚合物分子與許多水分子締合，在溶液中展開并延伸。從而增加了溶液的粘度。因為瓜膠中仍有4-8%的水不溶物

10、，所以，在聚合物鏈上又引入了羥丙基，制成羥丙基瓜膠。2324 重油最初用作油基壓裂液，是因為它們比水基液對含油氣地層的傷害小，油基液本身固有的粘度也使其比水更具吸引力。但是油基液較貴，而且施工操作較難處理，所以目前僅用于已知是對水極為敏感的地層中。2526 泡沫壓裂液泡沫壓裂液 泡沫是一種穩(wěn)定的氣液混合物，用表面活性劑可使這種混合物泡沫是一種穩(wěn)定的氣液混合物，用表面活性劑可使這種混合物達到穩(wěn)定。降低了表面張力。當液體從作業(yè)井中返排時，泡沫達到穩(wěn)定。降低了表面張力。當液體從作業(yè)井中返排時，泡沫中的承壓氣體（氮或二氧化碳）膨脹將液體從裂縫中驅出。泡中的承壓氣體（氮或二氧化碳）膨脹將液體從裂縫中驅出

11、。泡沫加速了支撐裂縫中液體的回收率，因此是一種用于低壓儲層沫加速了支撐裂縫中液體的回收率，因此是一種用于低壓儲層中的理想液體。中的理想液體。 由于體積氣體的泡沫含量高達由于體積氣體的泡沫含量高達95%，所以液相最小。在水基液，所以液相最小。在水基液中，充滿泡沫的液體極大地減少了與地層接觸的液量，因此在中，充滿泡沫的液體極大地減少了與地層接觸的液量，因此在水敏地層中泡沫液的效果良好。水敏地層中泡沫液的效果良好。27 乳化壓裂液乳化壓裂液 乳化液是兩種不融和相的分散體系，如用表面活性劑穩(wěn)定的水乳化液是兩種不融和相的分散體系，如用表面活性劑穩(wěn)定的水中油或油中水。乳化基壓裂液是高度粘稠溶液，具有良好的

12、傳中油或油中水。乳化基壓裂液是高度粘稠溶液，具有良好的傳輸性。輸性。 乳化液常因乳化劑吸附在地層巖石表面上而破乳。由于聚合物乳化液常因乳化劑吸附在地層巖石表面上而破乳。由于聚合物用量極少，這類液體對地層傷害較小，而且可快速清洗。聚乳用量極少，這類液體對地層傷害較小，而且可快速清洗。聚乳化液的不足是摩擦壓力較高，而且液體的費用較高（除非碳氫化液的不足是摩擦壓力較高，而且液體的費用較高（除非碳氫化合物可回收）。此外隨著溫度的升高，聚乳化液明顯地變得化合物可回收）。此外隨著溫度的升高，聚乳化液明顯地變得稀薄，故不宜用于高溫井中。稀薄，故不宜用于高溫井中。28 交聯(lián)劑 用于增加壓裂液粘度 殺菌劑 防止

13、壓裂液因時間過長而霉變 防膨劑 用于抑制粘土膨脹 助排劑 降低液體表、界面張力，幫助返排 消泡劑 消除配液過程中液體氣泡，使泵送順利2930 支撐劑用于支撐張開的裂縫，以便在停泵和壓裂液濾失后，形成一條通往井筒的導流通道。在裂縫內鋪置適宜濃度的支撐劑和選擇適宜的支撐劑類型是保證壓裂作業(yè)成功的關鍵。31影響裂縫導流能力的支撐劑物理性能包括：、支撐劑的強度；、支撐劑的粒徑和粒徑分布、細小微粒和雜質含量。、支撐劑的因度和球度。、支撐劑的密度。323334110100100010203040506070Closure Stress (M Pa)Conductivity (darcy-cm)20/40

14、CARBOLITE20/40 Local 20/40 Local Sand3536支撐劑的選擇u 、石英砂閉合應力小于42MPa。u 、樹脂涂層支撐劑（RCP）一一閉合應力小于56MPa。u 、中等強度支撐劑（ISP）閉合應力大于35MPa，但小于 69MPa。u 、高強度支撐劑一一閉合應力等于或大于69MPa。37383940l 擬平滑加砂壓裂技術擬平滑加砂壓裂技術 l 延緩交聯(lián)降摩阻技術延緩交聯(lián)降摩阻技術 l 高砂比壓裂技術高砂比壓裂技術 l 微膠囊全程破膠技術微膠囊全程破膠技術 l 壓前預處理技術壓前預處理技術l 4142?43l縫高控制縫高控制l 保證壓裂增保證壓裂增產的關鍵技產的關鍵

15、技術。術。4445縫高控制技術應力剖面計算SINOPECSLOF525450464850 生生 產產 層層 生生 產產 層層 生生 產產 層層 生生 產產 層層生生 產產 層層 生生 產產 層層 大型壓裂改造！大型壓裂改造！51 生生 產產 層層 生生 產產 層層 生生 產產 層層 生生 產產 層層 生生 產產 層層 生生 產產 層層l 儲層具有雙孔隙結構。儲層具有雙孔隙結構。l 天然微裂縫、溶孔及泥巖裂縫發(fā)育。天然微裂縫、溶孔及泥巖裂縫發(fā)育。 在該井第三層（在該井第三層（2946.22946.22952.8m2952.8m）壓裂施工中，應用綜合降）壓裂施工中，應用綜合降濾技術，在施工排量為濾

16、技術，在施工排量為2.3m2.3m3 3/min/min的情況下，順利完成加砂的情況下，順利完成加砂21m21m3 3的的壓裂施工，取得了初產油壓裂施工，取得了初產油20.2t/d20.2t/d的改造效果。的改造效果。58596061商商549井壓前壓后井溫曲線井壓前壓后井溫曲線商商549井壓裂施工綜合曲線井壓裂施工綜合曲線商商549井測井曲線圖（部分）井測井曲線圖（部分）62Perfectly confined fracOut-of-zonegrowthTwistingfracturesPoor fluiddiversionT-shapedfracturesHorizontalfractur

17、esMultiple fracturesdipping from verticalUpward fracturegrowthMatching net pressure is a NECESSARY but not SUFFICIENT condition for estimating frac geometry 6465Tp+TcBottomhole pressureRateClosureEfficiency TimeTcPnetTpTcISIP666768l 配套完善了與壓裂工藝特點相符的井底壓力、溫度測配套完善了與壓裂工藝特點相符的井底壓力、溫度測試儀器，填補了勝利油田在該技術領域的空白。

18、試儀器，填補了勝利油田在該技術領域的空白。l 儀器主要技術指標：儀器主要技術指標：l 壓力量程：壓力量程：0 0150MPa 150MPa l 溫度量程：溫度量程：0 0180180l 數(shù)據存儲容量：數(shù)據存儲容量：5050萬組萬組l 采樣間隔：采樣間隔：1 1秒秒1 1小時小時/ /點點69商商848井壓前雙對數(shù)導數(shù)曲線井壓前雙對數(shù)導數(shù)曲線商商848井壓后雙對數(shù)導數(shù)曲線井壓后雙對數(shù)導數(shù)曲線商商550井壓前雙對數(shù)導數(shù)曲線井壓前雙對數(shù)導數(shù)曲線商商550井壓后雙對數(shù)導數(shù)曲線井壓后雙對數(shù)導數(shù)曲線7071高導流能力裂縫高導流能力裂縫72中等導流能力裂縫中等導流能力裂縫壓裂現(xiàn)場質量控制 井口、管柱、封隔器

19、安全性能質量控制。井口、管柱、封隔器安全性能質量控制。 泵車、儀表設備工作狀態(tài)質量控制。泵車、儀表設備工作狀態(tài)質量控制。 壓裂液、支撐劑質量控制。壓裂液、支撐劑質量控制。 數(shù)據采集和過程質量控制。數(shù)據采集和過程質量控制。 液體返排質量控制。液體返排質量控制。 健康安全和環(huán)境保護措施。健康安全和環(huán)境保護措施。73747576777879一、碳酸鹽巖大型酸壓技術 l 酸壓是指以酸液為工作液1.什么是酸壓？ 808182838485多級交替注入酸壓技術多級交替注入酸壓技術8687多級交替注入閉合酸壓技術多級交替注入閉合酸壓技術88深度深度溫度溫度刻蝕刻蝕刻蝕時間刻蝕時間 閉合壓力閉合壓力 導流能力導流能力m方式方式minMPacm張開張開181851.751.70.410.41張開張開363651.751.70.190.19閉合閉合515151.751.752.3452.3410.310.30.060.06張開張開181810.310.316.1616.16閉合閉合363610.310.347.6147.61閉合閉合54541