第六章 水力壓裂 西南石油采油工程課件

與2000年相比，2005年我國(guó)原油產(chǎn)量增加11.6%，年均增長(zhǎng)率為2.2%進(jìn)口量增加80.8%，年均增長(zhǎng)率12.6%凈進(jìn)口量增加98.9%，年均增長(zhǎng)率14.7%

油品凈進(jìn)口量增加78.1%，年均增長(zhǎng)率12.2%

原油和油品凈進(jìn)口量增加96.0%，年均增長(zhǎng)率14.4%

石油表觀(guān)消費(fèi)量增加36.8%，年均增長(zhǎng)率6.5%

石油對(duì)外依存度由29.6%上升到42.9%

根據(jù)預(yù)測(cè)

2010年中國(guó)石油消費(fèi)總量：3.5億噸石油產(chǎn)量：1.8億噸對(duì)外依存度：50%

2020年中國(guó)石油消費(fèi)總量：4.5億噸石油產(chǎn)量：1.8億噸對(duì)外依存度：60%如果2030年至2040年經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)，需要進(jìn)口5億噸以上，對(duì)外依存度將達(dá)到80%以上。我國(guó)未來(lái)15年的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)將維持在7%以上，原油需求將至少以4%左右的速度增加，但原油產(chǎn)量增長(zhǎng)速度難以超過(guò)9%，原油供需缺口逐年加大，我國(guó)原油的生命線(xiàn)將越來(lái)越脆弱。一旦世界風(fēng)云突變，我國(guó)的石油安全將首當(dāng)其沖地受到極大威脅。第三次資源調(diào)查初步表明：

我國(guó)石油資源量1110億噸；天然氣資源量53萬(wàn)億立方米；可采石油儲(chǔ)量150億噸；可采天然氣儲(chǔ)量14萬(wàn)億立方米；探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量255億噸；探明可采石油儲(chǔ)量67.91億噸；探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量5.6萬(wàn)億立方米；探明可采天然氣儲(chǔ)量2.77萬(wàn)億立方米。因此，尚有十分廣闊的油氣資源等待進(jìn)一步勘探發(fā)現(xiàn)，這也是我國(guó)降低石油對(duì)為依存度的希望所在和根本戰(zhàn)略。降低我國(guó)石油對(duì)外依存度的另一戰(zhàn)略

●

下大力氣進(jìn)行老油區(qū)老油田的增產(chǎn)挖潛、增儲(chǔ)上產(chǎn)、進(jìn)一步提高采收率

處于高含水期的老油田有60%的剩余油未被開(kāi)采出來(lái)。

●重視和加強(qiáng)低品位石油資源開(kāi)發(fā)

油質(zhì)差、儲(chǔ)層條件復(fù)雜、開(kāi)采難度叫大的石油地質(zhì)儲(chǔ)量（稠油、低滲透等難動(dòng)用儲(chǔ)量）占用我國(guó)總探明儲(chǔ)量的一半以上。增產(chǎn)措施

Reservoirstimulation緒論油氣井增產(chǎn)方法酸化水力壓裂歷史各類(lèi)儲(chǔ)層中增產(chǎn)方法的使用增產(chǎn)措施在勘探開(kāi)發(fā)中的作用1油氣井增產(chǎn)方法1.1油氣井低產(chǎn)的主要原因近井地帶受傷害，導(dǎo)致滲透率嚴(yán)重下降

油氣層滲透性差

地層壓力低，油氣層剩余能量不足

地層原油粘度高1.2油氣井增產(chǎn)途徑

提高或恢復(fù)地層滲透率

保持壓力增加地層能量

降低井底回壓

降低原油粘度1.3油氣井增產(chǎn)方法

水力壓裂

酸化、酸壓

爆炸（高能氣體壓裂）

物理法

井下超聲波增產(chǎn)技術(shù)油水井水力振蕩增產(chǎn)技術(shù)井下低頻電脈沖增產(chǎn)技術(shù)微波處理

1.4油氣井主流增產(chǎn)方法

水力加砂壓裂

基質(zhì)酸化

酸壓

2各類(lèi)儲(chǔ)層中增產(chǎn)方法的使用砂巖儲(chǔ)層

水力壓裂、基質(zhì)酸化碳酸鹽巖儲(chǔ)層酸壓、基質(zhì)酸化、水力壓裂特低滲儲(chǔ)層

MHF特低滲堅(jiān)硬儲(chǔ)層高能氣體壓裂、高能氣體壓裂+水力壓裂…...3水力壓裂、酸化的作用在勘探階段

增加工業(yè)可采儲(chǔ)量在開(kāi)發(fā)階段

油氣井增產(chǎn)

水井增注

調(diào)整層間矛盾，改善吸水剖面

二次和三次采油中應(yīng)用其它方面

煤層氣開(kāi)采，工業(yè)排污，廢核處理等。第六章水力壓裂水力壓裂歷史1947年美國(guó)Hｏｇｏｔｏｎ氣田——4LimestonGasPayZones（2340to2580ft）——BHTP

=420psi——Fluid=1000galofNapalm+2000galsofGaslion——Proppant=ArkansasRiverSand（2000lbs）1949年美國(guó)Aｍｏｃｏ公司1952年延長(zhǎng)油礦1955年玉門(mén)油田基本概念

用地面高壓泵組，以超過(guò)地層吸收能力的排量將高粘液體（壓裂液）泵入井內(nèi)，而在井底憋起高壓，當(dāng)該壓力克服井壁附近地應(yīng)力達(dá)到巖石抗張強(qiáng)度后，就在井底產(chǎn)生裂縫。繼續(xù)將帶有支撐劑的攜砂液注入壓裂液，裂縫繼續(xù)延伸并在裂縫中充填支撐劑。停泵后，由于支撐劑對(duì)裂縫的支撐作用，可在地層中形成足夠長(zhǎng)、有一定導(dǎo)流能力的填砂裂縫。增產(chǎn)機(jī)理

洞穴～裂縫型孔洞～裂縫型裂縫型溝通井筒附近的高滲透帶、儲(chǔ)層深部裂縫系統(tǒng)及油氣區(qū)，擴(kuò)大供油面積。改善油氣流動(dòng)方式。Wellbore地層、裂縫雙線(xiàn)性流地層線(xiàn)性流裂縫線(xiàn)性流pppwfWell距井筒位置壓力距井筒位置壓前壓后降低井附近的滲流阻力:酸蝕裂縫增大滲流面積：wp2xfh正常投產(chǎn)向井滲流面積：

A0=2×3.14×rw×H

=2×3.14×0.1m×10m=6.28m2

形成長(zhǎng)度為Xf,高度為H的裂縫后滲流面積：

Af=4×Xf×H＝4×100m×10m=4000m2解除井底附近污染。發(fā)展階段(1)一般性的單井增產(chǎn)、增注措施

(2)大型壓裂工藝技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

(3)優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用(4)低滲油藏整體壓裂開(kāi)發(fā)技術(shù)的研究和應(yīng)用(5)中高滲油藏端部脫砂壓裂技術(shù)研究和應(yīng)用(6)復(fù)雜油氣藏的改造技術(shù)研究和應(yīng)用第六章水力壓裂

（HydraulicFracturing)—水力壓裂力學(xué)—水力壓裂材料性能與評(píng)價(jià)—水力壓裂裂縫延伸模擬—支撐劑在裂縫中運(yùn)移分布—水力壓裂效果分析—水力壓裂工藝技術(shù)—水力壓裂診斷評(píng)估技術(shù)圖6-1壓裂施工曲線(xiàn)PF—破裂壓力PE—延伸壓力

PS—地層壓力P井底>=PF時(shí)第一節(jié)水力壓裂造縫機(jī)理C壓力時(shí)間排量不變，提高砂比，壓力升高反映了正常的裂縫延伸裂縫閉合壓力（靜）裂縫延伸壓力（靜)凈裂縫延伸壓力管內(nèi)摩阻地層壓力（靜）破裂前置液攜砂液裂縫閉合加砂停泵baa—致密巖石b—微縫高滲巖石FHSE一、地應(yīng)力分析

1地應(yīng)力場(chǎng)=+xzyyxz地層巖石三維應(yīng)力狀況+1.1重力應(yīng)力主應(yīng)力:x，y，z應(yīng)變:x，y，zz—

垂向主應(yīng)力,MPar—隨深度變化的上覆巖體密度，Kg/m3h—

深度，mg—重力加速度，m/s2注意：的物理意義

=1-Cr/Cb由廣義虎克定律:總應(yīng)變:同理:由于周?chē)鷰r石的圍限作用:考慮孔隙流體壓力后的地層水平應(yīng)力:(2)構(gòu)造應(yīng)力定義與來(lái)源特點(diǎn)—構(gòu)造應(yīng)力屬于水平的平面應(yīng)力狀態(tài)—擠壓構(gòu)造力引起擠壓構(gòu)造應(yīng)力—張性構(gòu)造力引起拉張構(gòu)造應(yīng)力—構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的邊界影響使其在傳播過(guò)程中逐漸衰減。在斷層和裂縫發(fā)育區(qū)是應(yīng)力釋放區(qū)?！龜鄬?，水平應(yīng)力x可能只有垂向應(yīng)力z的1/3，—逆斷層或褶皺帶的水平應(yīng)力可大到z的3倍。(3)熱應(yīng)力產(chǎn)生原因特點(diǎn)計(jì)算方法2人工裂縫方位顯裂縫地層很難出現(xiàn)人工裂縫。微裂縫地層—垂直于最小主應(yīng)力方向；—基本上沿微裂縫的方向發(fā)展，把微裂縫串成顯裂縫。裂縫方向總是垂直于最小主應(yīng)力地應(yīng)力分布十分復(fù)雜，既與區(qū)域動(dòng)力場(chǎng)和局部構(gòu)造應(yīng)力有關(guān)，又與現(xiàn)代活動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)聯(lián)系密切。假設(shè)地層巖石為線(xiàn)彈性體，首先針對(duì)裸眼井分析井壁最終應(yīng)力分布，結(jié)合巖石破裂準(zhǔn)則討論水力壓裂誘發(fā)人工裂縫的造縫條件。二、水力壓裂造縫機(jī)理y1井壁最終應(yīng)力分布rxrrwxy（1）井筒處應(yīng)力分布x、y—x方向和y方向上應(yīng)力，Pa；r、—徑向和周向（切向）應(yīng)力，Pa；，r—任意徑向與x軸的極角和極徑，m；r—計(jì)算點(diǎn)剪切應(yīng)力，Pa。當(dāng)r=rw，＝0及180時(shí)，＝3y－

x當(dāng)r=rw，＝90及270時(shí)，＝3x－

y當(dāng)x=y＝2y=2

x

說(shuō)明周向應(yīng)力相等，與無(wú)關(guān)當(dāng)x>y()0,180=()min()90，270=()max分析

隨r增加，迅速降低(平方次)

應(yīng)力集中(周向應(yīng)力在井壁處最大,這是破裂壓力大于延伸壓力的根本原因.)

PF>PE對(duì)稱(chēng)雙翼裂縫（2）向井筒注液產(chǎn)生的應(yīng)力分布當(dāng)re，Pe

=0于是r=rw時(shí)，＝-Pi彈性力學(xué)拉梅公式(拉應(yīng)力為負(fù))A.注入壓裂液在井壁周?chē)鱾€(gè)方向上所產(chǎn)生的應(yīng)力方向一致;B.注液產(chǎn)生的壓力為張應(yīng)力，向井筒注液有利于撕開(kāi)地層;C.注液產(chǎn)生的應(yīng)力沿井軸半徑是衰減的。離井軸越遠(yuǎn)，應(yīng)力越小。(3)壓裂液滲入地層引起的井壁應(yīng)力(4)井壁上的總周向應(yīng)力(應(yīng)力迭加原理)

＝地應(yīng)力+井筒內(nèi)壓+滲濾引起的周向應(yīng)力井壁最終應(yīng)力分布根據(jù)最小主應(yīng)力原理—當(dāng)z最小時(shí)，形成水平裂縫;—當(dāng)Y或x最小時(shí)，形成垂直裂縫。zxyyxzxzy2水力壓裂造縫條件(1)形成垂直縫巖石破壞條件－壓為正，拉為負(fù)－最大有效周向應(yīng)力大于水平方向抗拉強(qiáng)度（最大張應(yīng)力原則）有液體滲濾當(dāng)破裂時(shí)，Pi=PF無(wú)液體滲濾當(dāng)破裂時(shí)，Pi=PF(2)形成水平縫巖石破壞條件－最大有效周向應(yīng)力大于垂直方向抗拉強(qiáng)度有液體滲濾有效總垂向應(yīng)力為：當(dāng)破裂時(shí)，Pi=PF1.94無(wú)液體滲濾有效總垂向應(yīng)力為：當(dāng)破裂時(shí)，Pi=PF0.94無(wú)論是形成垂直裂縫或水平裂縫,壓裂液向地層濾失時(shí)，由于流體傳遞了該壓力而使破裂壓力有所降低。壓裂液向地層濾失增加了地層污染可能性。例6-1

已知某砂巖油藏深度地層巖石密度ρr=2300kg/m3，泊松比ν=0.20，地層流體密度ρL=1050kg/m3，孔隙彈性常數(shù)=0.72。并假設(shè)水平方向地應(yīng)力均勻分布，抗張強(qiáng)度為σth,=3.5MPa,忽略沉積巖的垂向抗張強(qiáng)度。試計(jì)算無(wú)濾失條件下形成垂直裂縫和水平裂縫的深度界限HC。3破裂壓力梯度定義

理論計(jì)算礦場(chǎng)統(tǒng)計(jì)當(dāng)αF<0.015～0.018MPa/m,形成垂直裂縫當(dāng)αF>0.022～0.025MPa/m,形成水平裂縫降低破裂壓力措施酸化預(yù)處理密集射孔高能氣體壓裂水力噴砂射孔三、地應(yīng)力的測(cè)量及計(jì)算（1）礦場(chǎng)測(cè)量—水力壓裂法—井眼橢圓法（2）實(shí)驗(yàn)室分析—滯彈性應(yīng)變恢復(fù)（ASR）—微差應(yīng)變分析（DSCA）（3）有限元計(jì)算第二節(jié)壓裂液—壓裂液及其性能要求—壓裂液添加劑—壓裂液的流動(dòng)性—壓裂液的濾失性—壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害—壓裂液選擇壓裂液的組成前置液攜砂液頂替液（完整的壓裂泵注程序中還可以有清孔液、前墊液、預(yù)前置液）對(duì)壓裂液的性能要求(1)與地層巖石和地下流體的配伍性；(2)有效地懸浮和輸送支撐劑到裂縫深部；(3)濾失少；(4)低摩阻；(5)低殘?jiān)?、易返排?6)熱穩(wěn)定性和抗剪切穩(wěn)定性。壓裂液性能要求1.濾失低—濾失量小是造長(zhǎng)、寬縫的重要條件—壓裂液體積平衡：Qt=Vf+VL

—壓裂液效率：=Vf/(Qt)

—濾失性取決于粘度和造壁性—對(duì)儲(chǔ)層的傷害小—必須防止砂卡壓裂液性能要求2.攜砂能力強(qiáng)—要求形成“深穿透、飽填砂”支撐裂縫—攜砂能力取決于粘度—防止井筒沉積—必須防止砂卡—實(shí)施MHF，要求高排量、大砂比—砂比=加砂體積/壓裂液體積壓裂液性能要求3.摩阻低、比重大—四種流動(dòng)過(guò)程：地面管線(xiàn)、井筒流動(dòng)、射孔孔眼和人工裂縫?！禾岣吲帕浚欣麎毫岩盒阅芤?.穩(wěn)定性好—熱穩(wěn)定性—抗剪切穩(wěn)定性5.配伍性好—與巖石礦物配伍

—與儲(chǔ)層流體配伍壓裂液性能要求6.殘?jiān)?.易于返排8.貨源廣、價(jià)格便宜、便于配制一、壓裂液類(lèi)型水基壓裂液油基壓裂液乳化壓裂液泡沫壓裂液酸基壓裂液液化汽壓裂液1水基壓裂液發(fā)展活性水壓裂液稠化水壓裂液水基凍膠壓裂液水基凍膠壓裂液組成水＋稠化劑（成膠劑）＋添加劑成膠液水＋添加劑＋交聯(lián)劑交聯(lián)液水基壓裂液添加劑(1)稠化劑植物膠及衍生物—胍膠—田箐纖維素衍生物—羧甲基纖維素鈉鹽（CMC）—羥乙基纖維素（HEC）—羧甲基羥乙基纖維素（CMHEC）生物聚多糖工業(yè)合成聚合物—聚丙烯酰胺（PAM）—部分水解聚丙酰胺（PHPAM）—甲叉基聚丙烯酰胺（MPAM）(2)交聯(lián)劑兩性金屬（非金屬）含氧酸鹽—硼酸鹽、鋁酸鹽、銻酸鹽和鈦酸鹽等弱酸強(qiáng)堿鹽無(wú)機(jī)鹽類(lèi)兩性金屬鹽—如硫酸鋁、氯化鉻、硫酸銅、氯化鋯等強(qiáng)酸弱堿鹽無(wú)機(jī)酸脂—如鈦酸脂、鋯酸脂醛類(lèi)—甲醛、乙醛、乙二醛等(3)破膠劑生物酶體系適用溫度21—54℃,pH值范圍pH=3—8,最佳pH=5氧化破膠劑適用于pH=3—14。普通氧化破膠劑適用溫度54—93℃；延遲活化氧化破膠劑適用溫度83—116℃，常用氧化破膠劑是過(guò)硫酸鹽。有機(jī)弱酸

很少用作水基壓裂液的破膠劑,適用溫度大于93油基壓裂液中典型的破膠劑碳酸銨鹽、氧化鈣和/或氨水溶液2油基壓裂液適應(yīng)性:水敏性地層、有些氣層發(fā)展:礦場(chǎng)原油稠化油凍膠油基液:原油、汽油、柴油、煤油、凝析油稠化劑:脂肪酸皂(脂肪酸鋁皂、磷酸脂鋁鹽等)特點(diǎn):污染小、遇地層水自動(dòng)破乳；易燃、成本高、熱穩(wěn)定性較差。3乳化壓裂液常用：兩份油+一份稠化水(聚合物)油相(內(nèi)相)<50%，壓裂液粘度太低>80%，不穩(wěn)定或粘度太高類(lèi)型：水外相型油外相型特點(diǎn):破乳快、污染??；熱穩(wěn)定性差、成本高4泡沫壓裂液組成：液相+氣相+添加劑泡沫液液相:稠化水、鹽水、水凍膠、原油或成品油、酸液氣相：氮?dú)?、二氧化碳、空氣、天然氣等適用范圍

K<1mD，粘土含量高的砂巖氣藏低壓、低滲淺油氣層壓裂泡沫質(zhì)量泡沫質(zhì)量＝泡沫中氣體體積/泡沫總體積特點(diǎn)：在壓裂時(shí)的井底壓力和溫度下，泡沫質(zhì)量一般為６０％—８５％隨著泡沫質(zhì)量的增加,泡沫壓裂液的粘度增加、摩阻增大、濾失減少、壓裂液效率增高濾失少（氣體本身就是降濾劑）排液較徹底，對(duì)地層傷害小熱穩(wěn)定性差、粘度不夠高，限制砂比。5酸基壓裂液適用范圍碳酸鹽儲(chǔ)層種類(lèi)常規(guī)酸稠化酸凍膠酸乳化酸二、壓裂液添加劑降濾劑防膨劑殺菌劑表面活性劑PＨ值調(diào)節(jié)劑穩(wěn)定劑三、壓裂液的流變性各類(lèi)壓裂液的流變曲線(xiàn)冪律液的視粘度摩阻計(jì)算1壓裂液的流變曲線(xiàn)牛頓型液體非牛頓型液體假塑性液體賓漢型液體屈服—假塑性液體脹流型液體觸變性液體流凝性液體粘彈性液體(2)非牛頓型液體定義:凡是流動(dòng)時(shí)剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系不是線(xiàn)性關(guān)系的液體，統(tǒng)稱(chēng)為非牛頓型液體。主要特征:粘度隨剪切速率的變化而改變，剪切應(yīng)力與剪切速率之間有多個(gè)參數(shù)。(1)牛頓型液體流變模型或稱(chēng)本構(gòu)方程假塑性（冪律）液體假塑性液體的特征是：在很小的剪切應(yīng)力作用下就能流動(dòng)，并且隨著剪切速率的增加，剪切應(yīng)力的增大速度有所降低。本構(gòu)方程賓漢型液體在一定的剪切應(yīng)力作用下才能流動(dòng)，最后接近牛頓液體，剪切應(yīng)力與剪切速率成線(xiàn)性關(guān)系。本構(gòu)方程典型壓裂液:泡沫壓裂液粘彈性液體流體特征：當(dāng)除掉剪切力時(shí)，這種流體會(huì)恢復(fù)或部分恢復(fù)原來(lái)受到剪切作用期間所具有的形變。這種具有部分彈性恢復(fù)效應(yīng)，也具有非牛頓性和與時(shí)間有關(guān)的全部粘性性質(zhì)的流體稱(chēng)為粘彈性流體。目前使用的水基凍膠壓裂液大部分都表現(xiàn)出具有部分或全部粘彈特征。2冪律液的視粘度管流：地面管線(xiàn)、井筒、孔眼縫流：裂縫中流動(dòng)3流變性測(cè)定旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、小直徑管道、盤(pán)管式粘度計(jì)、擺動(dòng)式流變儀。RV系列或FANN系列旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)應(yīng)用最廣泛4摩阻計(jì)算圓管中壓降-------摩阻裂縫中壓降-------摩阻孔眼中壓降-------摩阻四、壓裂液濾失的三個(gè)過(guò)程濾餅區(qū)的流動(dòng)濾餅控制過(guò)程侵入?yún)^(qū)的流動(dòng)壓裂液粘度控制過(guò)程地層流體的壓縮

地層流體粘度及壓縮控制過(guò)程壓裂液濾失系數(shù)造壁性影響的濾失系數(shù)壓裂液粘度影響的濾失系數(shù)地層流體的粘度和壓縮性影響的濾失系數(shù)1造壁性影響的濾失系數(shù)Cw假設(shè)：濾餅的沉積厚度ΔＬｗ與通過(guò)縫壁的濾失量成比例關(guān)系。濾餅對(duì)壓裂液的滲透率Ｋｗ與其厚度的大小無(wú)關(guān)，亦即Ｋｗ不隨時(shí)間而變化；濾餅內(nèi)壓裂液的滲濾流動(dòng)服從達(dá)西定律。數(shù)據(jù)處理當(dāng)P試驗(yàn)P真實(shí)時(shí)2壓裂液粘度影響的濾失系數(shù)Cv假設(shè)壓裂液為牛頓型液體且作線(xiàn)性層流流動(dòng)；壓裂液呈活塞式侵入，即侵入段地層流體被頂替；壓裂液和地層巖石均不可壓縮；壓差ΔＰv為常數(shù)。理論基礎(chǔ)：達(dá)西定律計(jì)算實(shí)際濾失速度

最終得到:m2MPamPa.S3地層流體壓縮性影響的濾失系數(shù)Cc

假設(shè)：地層流體可壓縮，其壓縮系數(shù)為Ｃf（等于常數(shù)）；ΔＰc為常數(shù)；滲濾前緣的位置不隨時(shí)間變化。地層中的滲流方程為：邊界條件：初始條件：最終解得：MPamPaSm2MPa-14綜合濾失系數(shù)PwPvPcPs通常，用P代替PW，PV，PC綜合濾失系數(shù)調(diào)和平均法：電容串聯(lián)壓力平衡法：非造壁性壓裂液造壁性壓裂液調(diào)和平均法壓力平衡法非造壁性壓裂液P=PV+PC造壁性壓裂液P=Pw+PV+PC例6-2

已知油層滲透率k=2.5×10-3μm2,孔隙度φ=0.2,地層流體粘度μR=2mPa.s,綜合壓縮系數(shù)cf=6×10-3MPa-1,壓裂液粘度μf=30mPa.s，壓裂液造壁性濾失系數(shù)cw=1.8×10-3m/，裂縫壁面面內(nèi)外壓差Δp=18MPa。按調(diào)和法計(jì)算綜合濾失系數(shù)c五、壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害及保護(hù)按壓裂液作用位置分：地層基質(zhì)傷害支撐裂縫傷害按流體性質(zhì)分：液體傷害固體傷害壓裂液濾餅和濃縮膠壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害壓裂液在地層中滯留產(chǎn)生液堵地層粘土礦物水化膨脹和分散運(yùn)移產(chǎn)生的傷害壓裂液與原油乳化造成的地層傷害潤(rùn)濕性發(fā)生反轉(zhuǎn)造成的傷害壓裂液殘?jiān)鼘?duì)地層造成的損害壓裂液對(duì)地層的冷卻效應(yīng)造成地層傷害壓裂液濾餅和濃縮對(duì)地層的傷害壓裂液液體污染(1)粘土水化與微粒運(yùn)移(2)壓裂液在孔隙中的滯留(3)潤(rùn)濕性壓裂液固相堵塞來(lái)源—基液或成膠物質(zhì)的不溶物—降濾劑或支撐劑中的微?！獕毫岩簩?duì)地層巖石浸泡而脫落下來(lái)的微?！瘜W(xué)反應(yīng)沉淀物等固相顆粒。作用—形成濾餅后阻止濾液侵入地層更遠(yuǎn)處，提高了壓裂液效率，減少了對(duì)地層的傷害；—它又要堵塞地層及裂縫內(nèi)孔隙和喉道，增強(qiáng)了乳化液的界面膜厚度而難破膠。壓裂液濃縮壓裂液的不斷濾失和裂縫閉合，導(dǎo)致交聯(lián)聚合物在支撐裂縫內(nèi)的濃度提高（即濃縮）。支撐劑鋪置濃度對(duì)壓裂液濃縮因子有較大影響，隨著鋪砂濃度降低，壓裂液濃縮因子提高，此時(shí)不可能用常規(guī)破膠劑用量實(shí)現(xiàn)高濃縮壓裂液的徹底破膠，形成大量殘膠而嚴(yán)重影響支撐裂縫導(dǎo)流能力。第三節(jié)支撐劑支撐劑性質(zhì)及種類(lèi)裂縫導(dǎo)流能力及其影響因素支撐劑的選擇支撐劑顆粒的沉降支撐劑特性要求強(qiáng)度高、硬度適中粒徑均勻圓球度好化學(xué)惰性、溫度穩(wěn)定性好質(zhì)量高，雜質(zhì)含量少密度低貨源廣、價(jià)格低一、支撐劑類(lèi)型硬脆性支撐劑其特點(diǎn)是硬度大，變形很?。弧⑸埃ㄉ白樱樟！X球——玻璃珠韌性支撐劑其特點(diǎn)是變形大，在高壓下不易破碎——核桃殼——樹(shù)脂包層支撐劑1石英砂（砂子）主要成分：SiO2和少量雜質(zhì)主要特點(diǎn)：1)園球度較好的石英砂破碎后，仍可保持一定的導(dǎo)流能力。2)密度相對(duì)低，便于泵送。3)強(qiáng)度較低，適用于低閉合壓力儲(chǔ)層。4)砂子在篩選或清洗不好，含粉砂雜質(zhì)時(shí)，導(dǎo)流能力都會(huì)明顯降低。5)石英砂貨源廣、價(jià)格便宜。主要產(chǎn)地：甘肅蘭州砂、江西永修砂、福建福州砂、湖南岳陽(yáng)砂、湖北蒲圻砂、山東榮城砂、河北承德砂、吉林農(nóng)安砂、陜西定邊砂及新疆和豐砂等。2陶粒類(lèi)型：中強(qiáng)度支撐劑(ISP)（鋁礬土或鋁質(zhì)陶土）高強(qiáng)度陶粒支撐劑（鋁礬土或氧化鋁）特點(diǎn)：a.強(qiáng)度很高；b.高溫堿性液中陶粒溶解率低（3.5%）；而石英達(dá)50%；c.長(zhǎng)期導(dǎo)流能力高；d.密度較高(2700~3600kg/m3)，泵送困難；e.加工工藝?yán)щy，價(jià)格昂貴。3塑料包層支撐劑特殊工藝將酸性苯酚甲醛樹(shù)脂包裹在石英砂表面，并經(jīng)熱固處理而成，比重約為2.55。種類(lèi)：預(yù)固化樹(shù)脂包層砂固化樹(shù)脂包層砂二、支撐劑物理性質(zhì)評(píng)價(jià)(1)支撐劑粒度組成及分布(2)園球度和表面光滑度。(3)濁度(4)密度：真密度(或顆粒密度)視密度(或體積密度)(5)酸溶解度(6)抗壓強(qiáng)度我國(guó)支撐劑物理性質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果表三、裂縫導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)定義：裂縫導(dǎo)流能力是指裂縫傳導(dǎo)流體的能力。填砂裂縫的導(dǎo)流能力定義為支撐后的裂縫滲透率Ｋf與支撐后的裂縫寬度w之積。即填砂裂縫導(dǎo)流能力。ＦＲＣＤ＝Ｋfw類(lèi)型:長(zhǎng)期導(dǎo)流能力短期導(dǎo)流能力我國(guó)部分支撐劑導(dǎo)流能力(1998)1支撐劑性質(zhì)對(duì)FRCD的影響

(1)支撐劑類(lèi)型和形狀低應(yīng)力情況下，有棱角的支撐劑相互搭接、相互支撐，有更高的孔隙度及滲透率，因此，導(dǎo)流能力更高。但在高應(yīng)力情況下，園球度好的支撐劑受到的表面應(yīng)力更均勻，能承受更高的載荷不破碎，因此有更高的導(dǎo)流能力。(2)支撐劑粒度組成圖6-12反映了粒度分布對(duì)導(dǎo)流能力的影響，圖中曲線(xiàn)A,B均為φ0.5~0.9成都陶粒，其中0.63mm以上顆粒重量分別約為81.5%和56.6%。支撐劑粒徑對(duì)裂縫導(dǎo)流能力有很大的影響;給定粒度范圍內(nèi)，大顆粒所占比例越多，導(dǎo)流能力越高。顆粒越均勻，導(dǎo)流能力越高。(3)鋪砂濃度方式—單層局部排列—單層全排列—多層排列實(shí)驗(yàn)結(jié)果定義：?jiǎn)挝幻娣e上的支撐劑重量。(4)支撐劑質(zhì)量長(zhǎng)石含量對(duì)導(dǎo)流能力的影響微粒對(duì)蘭州砂導(dǎo)流能力的影響2地層條件對(duì)FRCD的影響

（1）閉合壓力（2）地層巖石硬度

地層巖石的軟硬對(duì)導(dǎo)流能力的影響與支撐劑顆粒的強(qiáng)度和硬度有關(guān)。

當(dāng)支撐劑強(qiáng)度低時(shí)，影響導(dǎo)流能力的主要是破碎問(wèn)題;

當(dāng)支撐劑強(qiáng)度高時(shí)，支撐劑顆粒嵌入裂縫壁面是影響導(dǎo)流能力的主要因素。(3)環(huán)境條件圖６－１６流體介質(zhì)圖６－１７地層溫度3壓裂液性能對(duì)FRCD的影響殘?jiān)档椭螏B透率。胍膠壓裂液，殘?jiān)咳Q于成膠劑濃度、破膠劑類(lèi)型及濃度。4流動(dòng)條件對(duì)FRCD的影響非達(dá)西流動(dòng)多相流效應(yīng)5承壓時(shí)間對(duì)FRCD的影響四、支撐劑的選擇內(nèi)容—支撐劑強(qiáng)度—地巖巖石硬度—支撐劑顆粒大小—支撐劑密度—支撐劑濃度（排列方式）考慮因素—地質(zhì)條件（如閉合壓力、巖石硬度、溫度、物性）—工程條件（壓裂液性質(zhì)、泵注設(shè)備）—經(jīng)濟(jì)效益1裂縫導(dǎo)流能力確定原則(1)McGuire&Sikora(1960)圖版法—給定閉合壓力下，從現(xiàn)有支撐劑的導(dǎo)流能力入手，得到不同穿透比時(shí)期望獲得的增產(chǎn)倍數(shù)(壓后產(chǎn)量)；—從預(yù)期的產(chǎn)量出發(fā)，按照不同穿透比時(shí)所需要的導(dǎo)流能力選擇支撐劑。（2）Cinco(辛科)準(zhǔn)則2支撐劑類(lèi)型選擇在閉合壓力較高時(shí)，應(yīng)考慮使用高強(qiáng)度支撐劑，如陶粒等。在閉合壓力較低時(shí)，只要砂子不破碎，低強(qiáng)度支撐劑仍能起到支撐裂縫的作用。它在淺井淺層應(yīng)用的特別廣泛。當(dāng)閉合壓力達(dá)到４0MPa時(shí),原則上不再使用石英砂,應(yīng)使用象陶粒等更高強(qiáng)度的支撐劑,陶粒在閉合壓力為70MPa時(shí)也很少破碎。3支撐劑粒徑選擇(1)閉合壓力(2)允許支撐劑填充的裂縫寬度(3)輸送支撐劑的要求4支撐劑鋪置濃度第四節(jié)水力壓裂設(shè)計(jì)模型裂縫延伸二維模型卡特模型Carter，1957年CGD模型Christianovich、Geertsma、Deklerk

PKN模型Perkins和Kern提出,Norgren完善裂縫延伸三維模型擬三維模型三維擴(kuò)展，一維流體流動(dòng)真三維模型三維擴(kuò)展，至少二維流體流動(dòng)一、卡特模型HfLfWf1幾何模型2主要假設(shè)裂縫等寬。壓裂液從縫壁垂直而又線(xiàn)性地滲入地層(3)地層中某點(diǎn)的濾失速度取決于此點(diǎn)暴露于液體中的時(shí)間,即:(4)忽略流體壓縮性。(5)裂縫中各點(diǎn)壓力相同,均等于井底的延伸壓力。3計(jì)算公式忽略壓縮性，由物質(zhì)平衡：Q=QL+QF+

Qs壓裂液濾失發(fā)生于兩個(gè)裂縫面裂縫體積增加引起的流量QF(t)

初濾失引起的流量Qs(t)由基本假設(shè)條件，物質(zhì)平衡關(guān)系—壓裂液到達(dá)縫中某點(diǎn)所需時(shí)間，min

t—壓裂施工時(shí)間，min

由拉氏(Laplace)變換得裂縫面積—壓裂液到達(dá)縫中某點(diǎn)所需時(shí)間，min

t—壓裂施工時(shí)間，min二、CGD模型1幾何模型Christianovich、Geertsma、DeklerkDaneshyW(x,t)L(t)H2假設(shè)條件(1)巖石為均質(zhì)各向同性。(2)巖石變形服從線(xiàn)彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。(3)流體在縫內(nèi)作一維層流流動(dòng),縫高方向裂縫呈矩形。(4)縫中X方向壓降由摩阻產(chǎn)生,不考慮動(dòng)能和勢(shì)能影響。(5)裂縫高度和施工排量恒定。3理論基礎(chǔ)運(yùn)用了體積平衡方程壓降與寬度關(guān)系由泊稷葉理論導(dǎo)出用England和Green公式求縫寬時(shí),還運(yùn)用了裂縫平衡延伸理論。此模型是現(xiàn)在最常用的兩個(gè)二維延伸模型之一。4計(jì)算公式對(duì)于單翼縫f1=o.68;f2=1.87;f3=2.27對(duì)于雙翼縫f1=o.48;f2=1.32;f3=1.19三、PKN模型1幾何模型Perkins&Kern

NorgrenL(t)W(0,t)HW(x,t)2假設(shè)條件(1)裂縫為垂直裂縫,其高度恒定，裂縫高度方向上為橢圓面。(2)壓裂液沿縫長(zhǎng)作穩(wěn)定的一維層流流動(dòng)，且沿裂縫面線(xiàn)性濾失；(3)裂縫前端液體壓力等于地層最小水平主應(yīng)力(4)t時(shí)刻x斷面上橫截面最大寬度與縫中凈壓力成正比:W(x,t)=2(1-2)pHf/E(5)施工排量恒定。(1)不濾失情形寬度方程3計(jì)算公式（牛頓型壓裂液）壓降方程（2）濾失情況寬度方程對(duì)于單翼縫f1=1.0;f2=2.016;對(duì)于雙翼縫f1=0.5;f2=1.425;對(duì)于單翼縫f1=0.6;f2=3.00;f3=3.0

對(duì)于雙翼縫f1=0.395;f2=2.52;f3=2.52四、PKN和CGD模型的比較3.實(shí)例比較—參數(shù)—計(jì)算結(jié)果第五節(jié)支撐劑輸送—支撐劑的沉降特性—沉降布砂設(shè)計(jì)—懸浮布砂設(shè)計(jì)受力分析—固體顆粒的重力—流體對(duì)固體顆粒的浮力—顆粒的運(yùn)動(dòng)阻力重力浮力阻力顆粒一、支撐劑的沉降特性

1單顆粒自由沉降速度概念—自由沉降—干擾沉降重力浮力阻力重力浮力阻力顆粒F=Fg-Fb當(dāng)F＝Fd時(shí)CD與雷諾數(shù)有關(guān)，雷諾數(shù)與vP有關(guān)Novotny公式當(dāng)NRep

<

2時(shí)fc=Cf5.5

當(dāng)2Nrep500時(shí)fc=Cf3.5

當(dāng)NRep

>

500時(shí)fc=Cf22干擾沉降Brown公式3壁面影響當(dāng)NRep<1當(dāng)NRep>100當(dāng)1

Nre

100用內(nèi)插法求fw4顆粒形狀對(duì)沉降速度的影響支撐劑顆粒都是不規(guī)則的顆粒，而不是規(guī)則的球體。（有些接近于球形）—顆粒的形狀是不規(guī)則的，比同體積的球體表面積大；—顆粒的表面是粗糙的；—顆粒的形狀是不對(duì)稱(chēng)的不規(guī)則顆粒的沉降速度小于球形顆粒的沉降速度支撐劑在冪律液體中的沉降用視粘度a代替（層流）思路：支撐劑在裂縫高度上的分布平衡流速、平衡高度的計(jì)算砂堤的堆起速度平衡時(shí)間二、沉降型布砂設(shè)計(jì)1支撐劑在裂縫高度上的分布

概念：平衡狀態(tài)：懸浮狀態(tài)平衡流速：相應(yīng)的液流速度平衡高度：相應(yīng)的砂堤高度顆粒濃度分布(垂向)區(qū)域I：砂堤區(qū)域II：砂堤上的滾流區(qū)區(qū)域III：懸浮區(qū)區(qū)域IV：無(wú)砂區(qū)ⅠⅡⅢⅣ濃度縫高圖6-20砂濃度沿縫高分布(1)增加地面排量提高流速，Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ區(qū)變薄，Ⅲ區(qū)變厚。若流速足夠大I區(qū)可能完全消失，甚至使裂縫中支撐劑沿垂向均勻分布。(2)提高壓裂液粘度，Ⅰ、Ⅳ區(qū)變薄，Ⅱ、Ⅲ區(qū)變厚。若粘度足夠高，I區(qū)可能完全消失，甚至使縫內(nèi)垂向上砂濃度均勻分布。顯然，隨著條件的改變，平衡狀態(tài)參數(shù)及支撐劑在垂向上的濃度分布也要發(fā)生變化。2平衡流速與阻力流速平衡流速HEQhEQVEQ平衡高度問(wèn)題1區(qū)別牛頓流體和非牛頓流體的計(jì)算公式2復(fù)習(xí)濕周與過(guò)流面積的關(guān)系3區(qū)別層流和紊流下阻力速度與平衡流速的關(guān)系4砂堤堆起速度與流速和平衡流速的關(guān)系5由砂堤堆起高度與時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系得到什么？6平衡時(shí)間的計(jì)算方法自學(xué)P273~P275例6-3牛頓型壓裂液粘度μf=30mPa.s，密度f(wàn)=1000kg/m3；石英砂支撐劑顆粒密度s=2650kg/m3，平均粒徑dp=1.14310-3m，砂比S=10%；砂堆孔隙度取35%，裂縫高度Hf=10m，裂縫寬度w=4.7610-3m；試計(jì)算雙翼裂縫中排量為0.8和2.0m3/min時(shí)的平衡高度和平衡時(shí)間。解(1)計(jì)算支撐劑沉降速度假設(shè)支撐劑沉降處于層流狀態(tài)，按表6-4中公式計(jì)算自由沉降速度，vp=0.039m/s。校核流態(tài)：顆粒雷諾數(shù)NRep=1.49<2，與假流態(tài)相符，故vp=0.039m/s濃度校正系數(shù)：按Novotny公式，fc=0.707裂縫壁面校正系數(shù)：按Novotny公式，fw=0.84忽略剪切速度影響，支撐劑在裂縫中的沉降速度為vt=0.023m/s(2)計(jì)算阻力速度

按牛頓液計(jì)算阻力速度：vWEQ=0.349m/s(3)計(jì)算平衡流速a.攜砂液混合物密度ρse=1100kg/m3b.按紊流公式計(jì)算平衡流速vEQ=4.547m/sc.校核流態(tài)：雷諾數(shù)NRe=35000>3000,故平衡流速為：vEQ=4.547m/s三、全懸浮布砂設(shè)計(jì)技術(shù)背景研究目的1.計(jì)算縫內(nèi)砂比沿縫長(zhǎng)變化基礎(chǔ)上，找出滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的導(dǎo)流能力的加砂步驟。2.避免在縫中出現(xiàn)砂比過(guò)高的砂卡現(xiàn)象。（1）假設(shè)條件wHf排量Q=const,全懸浮,前置液體積Vpad，攜砂液體積Vslurry，地面砂比Cs。（2）計(jì)算單元?jiǎng)澐諺(0)1STS注完V(0)所需時(shí)間Vs(1)Vs(2)Vs(3)、、、Vs(n)n=ST-S+1（3）

s段攜砂液的濾失速度考慮

攜砂液在裂縫中的濾失與它在裂縫中的位置（計(jì)算時(shí)間點(diǎn)）有關(guān)。

第s段攜砂液的濾失速度以平均值計(jì)算

a按平均濾失時(shí)間計(jì)算

b按進(jìn)入裂縫到停泵時(shí)濾失速度的平均值計(jì)算。(4)s段攜砂液的濾失計(jì)算濾失百分?jǐn)?shù)（t時(shí)間后）濾失體積（6-75）由物質(zhì)平衡原理，注入體積等于縫內(nèi)體積與濾失體積之和。地面第S段攜砂液經(jīng)過(guò)m·t時(shí)間，攜砂液體積由Vs(m-1)變?yōu)閂s(m)根據(jù)遞推關(guān)系N=ST-S+1(5)停泵時(shí)第s段攜砂液在縫中體積計(jì)算(6)砂濃度計(jì)算地面第s段加砂濃度停泵時(shí)第s段攜砂液的砂濃度因此，已知縫內(nèi)砂濃度，可相應(yīng)確定地面砂濃度(6)砂濃度計(jì)算用ST-S+1代替n分析：S越小，濾失次數(shù)越小，要求地面加入的砂濃度越小說(shuō)明：全懸浮式砂子分布應(yīng)用懸浮壓裂適合于低滲透儲(chǔ)層，因?yàn)檫@里并不需要很高的裂縫導(dǎo)流能力就能獲得較好的增產(chǎn)效果。優(yōu)點(diǎn)：支撐面積大缺點(diǎn)：導(dǎo)流能力不及沉降式砂子分布具體分析，擇優(yōu)采用。第六節(jié)水力壓裂評(píng)價(jià)水力裂縫評(píng)價(jià)：評(píng)價(jià)壓裂設(shè)計(jì)、壓裂施工有效性和壓后效果。工藝效果：評(píng)價(jià)所實(shí)施壓裂工藝技術(shù)的適應(yīng)性和有效性。經(jīng)濟(jì)效益分析：尋求提高技術(shù)水平和改善其經(jīng)營(yíng)管理的基本途徑。直接測(cè)試法(裸眼井):井下電視法、地層微掃描儀和噪聲測(cè)井等。間接測(cè)試方法(裸眼井和套管井)微地震法、井溫測(cè)井、伽瑪測(cè)井和聲波測(cè)井等。1979，Nolte創(chuàng)造性地提出了利用壓裂壓力降落曲線(xiàn)確定裂縫和壓裂參數(shù)的方法,開(kāi)辟了解釋地下裂縫參數(shù)的新途徑。一、水力裂縫評(píng)價(jià)確定壓裂裂縫高度的方法：ⅣⅠⅡⅢlgtlgp四種典型壓力曲線(xiàn)：(2)斜率為0的線(xiàn)段Ⅱ：表示縫高穩(wěn)定增長(zhǎng)到應(yīng)力遮擋層內(nèi)，也可能是地層內(nèi)天然微裂縫張開(kāi)，使濾失量與注入量持平。(3)斜率為1的線(xiàn)段Ⅲ：表示裂縫端部受阻，縫內(nèi)壓力急劇上升；應(yīng)合理控制砂比和排量，以免縫內(nèi)發(fā)生砂堵。而對(duì)于縫端脫砂壓裂施工，則希望在一定縫長(zhǎng)時(shí)形成砂堵，通過(guò)控制砂比和排量，使裂縫完全填滿(mǎn)。(4)斜率為負(fù)段Ⅳ：表示裂縫穿過(guò)低應(yīng)力區(qū)，縫高不穩(wěn)定增長(zhǎng)；也可能是溝通了天然裂縫，使濾失量大大增加。此結(jié)果會(huì)造成裂縫內(nèi)砂堵，壓力又將很快上升（如Ⅲ段）。(1)正斜率很小的線(xiàn)段Ⅰ：斜率范圍0.125~0.2。表示裂縫在高度方向延伸受阻，為正常的施工曲線(xiàn)。二、工藝效果分析增產(chǎn)有效期：某井從壓裂施工后增產(chǎn)見(jiàn)效開(kāi)始至壓裂前后產(chǎn)量遞減到相同的日產(chǎn)水平所經(jīng)歷的時(shí)間。增產(chǎn)倍比：指相同生產(chǎn)條件下壓裂后與壓裂前的日產(chǎn)水平之比?！獔D版法—近似解析法—數(shù)值模擬法1McGuire&Sikora圖版縱坐標(biāo)為增產(chǎn)倍比橫坐標(biāo)為：a.對(duì)低滲透儲(chǔ)層（k<110-3m2）,很容易得到較高的裂縫導(dǎo)流能力比值（大于0.4），欲提高壓裂效果，應(yīng)以增加裂縫長(zhǎng)度為主。b.高滲透地層，不容易獲得較高的裂縫導(dǎo)流能力比值，提高裂縫導(dǎo)流能力是提高壓裂效果的主要途徑，不能片面追求壓裂規(guī)模而增加縫長(zhǎng)。c.對(duì)一定縫長(zhǎng)，存在一個(gè)最佳裂縫導(dǎo)流能力，超過(guò)該值而增加導(dǎo)流能力的效果甚微。d.無(wú)傷害油井最大增產(chǎn)比為13.6倍。----對(duì)于實(shí)際油氣田，屬于這兩種情況的都有。因此，在水力壓裂設(shè)計(jì)中，應(yīng)解決它們的主要矛盾。根據(jù)油氣層的特性具體分析，全局考慮，以最優(yōu)為準(zhǔn)則，對(duì)特低滲地層的壓裂，應(yīng)當(dāng)增大施工規(guī)模，造縫要長(zhǎng)；對(duì)于高閉合壓力的中高滲透地層，應(yīng)著眼于提高裂縫導(dǎo)流能力，在這種情況下片面追求施工規(guī)模和縫長(zhǎng)，既不經(jīng)濟(jì)又得不到好的壓裂效果。2典型曲線(xiàn)法（教材p281）4數(shù)值模擬計(jì)算法3Raymond&Binder公式法三、水力壓裂經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)壓裂經(jīng)濟(jì)分析準(zhǔn)則(1)壓裂施工現(xiàn)值(2)壓裂施工凈現(xiàn)值(3)貼現(xiàn)償還時(shí)間(4)壓裂效益指數(shù)1.壓裂經(jīng)濟(jì)分析方法式中：NPV—壓裂施工得到的凈現(xiàn)值；(PV)af,(PV)bf—壓裂前、后得到的的現(xiàn)值；CT——壓裂施工費(fèi)用的現(xiàn)值。（6-86）(1)壓裂施工現(xiàn)值:指因井生產(chǎn)和開(kāi)支而形成的現(xiàn)金流動(dòng)，即在一定貼現(xiàn)率下將未來(lái)某一金額轉(zhuǎn)換成當(dāng)前的價(jià)值。(2)

壓裂施工凈現(xiàn)值：壓后現(xiàn)值減去壓前現(xiàn)值，再減去所有與施工有關(guān)開(kāi)支的現(xiàn)值。(3)貼現(xiàn)償還時(shí)間:累積現(xiàn)金的現(xiàn)值達(dá)到零所需要的時(shí)間。(4)

壓裂效益指數(shù):使作業(yè)的凈現(xiàn)金現(xiàn)值為零的貼現(xiàn)率。2產(chǎn)量遞減模式產(chǎn)量遞減速度的遞減率微分方程可寫(xiě)成下述形式:(1)定值百分?jǐn)?shù)遞減,m=0時(shí)(2)調(diào)和型遞減,m=1時(shí)為調(diào)和型遞減(3)雙曲型遞減,0<m<1時(shí)(1)定值百分?jǐn)?shù)遞減a——瞬時(shí)遞減率，%/mon；qi——壓措施后初始產(chǎn)量；q——遞減時(shí)間t后的產(chǎn)量，m3/mon；Np——累積產(chǎn)量，m3/mon。(3)雙曲線(xiàn)型遞減(2)調(diào)和型遞減式中ai——初始遞減率，mon-1式中:m——雙曲線(xiàn)型遞減指數(shù)(o<m<1)3成本構(gòu)成4壓裂經(jīng)濟(jì)敏感性評(píng)價(jià)1）井網(wǎng)密度與最佳裂縫長(zhǎng)度的關(guān)系2）儲(chǔ)層滲透率和裂縫長(zhǎng)度3）裂縫導(dǎo)流能力的影響4）有效厚度的影響5）裂縫高度的影響6）壓裂液濾失性與防濾失添加劑7）鋪砂濃度和支撐帶滲透率的保持程度8）壓裂液粘度9）泵注排量與施工規(guī)模10)油氣價(jià)格和貼現(xiàn)率第七節(jié)水力壓裂設(shè)計(jì)—是在滿(mǎn)足地質(zhì)、工程和設(shè)備條件下作出經(jīng)濟(jì)有效的最優(yōu)方案。(1)正設(shè)計(jì)；(2)反設(shè)計(jì)—優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)任務(wù):（1）在給定的儲(chǔ)層與井網(wǎng)條件下，根據(jù)不同縫長(zhǎng)和導(dǎo)流能力預(yù)測(cè)壓后生產(chǎn)動(dòng)態(tài);（2）根據(jù)儲(chǔ)層條件選擇壓裂液、支撐劑和加砂濃度，并確定合理用量；（3）根據(jù)井下管柱與井口裝置的壓力極限選擇合理的泵注排量與泵注方式、地面泵壓和壓裂車(chē)數(shù)（4）確定壓裂泵注程序；（5）進(jìn)行壓裂經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，使壓裂作業(yè)最優(yōu)化。一、選井選層考慮因素：儲(chǔ)層地質(zhì)特征、巖石力學(xué)性質(zhì)、孔滲飽特性、油層油水接觸關(guān)系、巖層間界面性質(zhì)與致密性、井筒技術(shù)要求。油氣井低產(chǎn)原因：（1）由于鉆井、完井、修井等作業(yè)過(guò)程對(duì)地層傷害使近井地帶造成嚴(yán)重的堵塞；（2）油氣層滲透率很低,常規(guī)完井方法難以經(jīng)濟(jì)開(kāi)采（3）“土豆?fàn)睢蓖哥R體地層，單井控油面積有限,難以獲得高產(chǎn)；（4）油氣藏壓力已經(jīng)枯竭。1儲(chǔ)層物性評(píng)估儲(chǔ)層地質(zhì)特征儲(chǔ)層沉積特征決定井的泄油面積和壓裂規(guī)模。斷層發(fā)育的區(qū)塊，必須確定斷層體系的走向和斷層性質(zhì)，估計(jì)水力裂縫走向。粘土礦物分析粘土礦物類(lèi)型、含量與分布方式嚴(yán)重影響儲(chǔ)層滲透性，是選擇壓裂液體系的主要依據(jù)。常用伽瑪射線(xiàn)測(cè)井、自然電位測(cè)井等測(cè)井方法或掃描電鏡（SEM）實(shí)驗(yàn)分析方法測(cè)定。巖石力學(xué)性質(zhì)包括儲(chǔ)層、蓋層和底層的楊氏模量、泊松比和斷裂韌性值?？v向應(yīng)力剖面影響裂縫幾何尺寸；平面應(yīng)力分布影響裂縫方向?，F(xiàn)場(chǎng)常用長(zhǎng)源距聲波測(cè)井結(jié)合密度測(cè)井計(jì)算巖石彈性模量和泊松比。在壓裂作業(yè)中使用靜態(tài)值更合理。巖心分析評(píng)估油氣藏儲(chǔ)層基本參數(shù)，可采用巖心常規(guī)分析或巖心特殊分析技術(shù)。試井分析進(jìn)一步評(píng)價(jià)地層，確定儲(chǔ)層的滲透率、表皮系數(shù)、地層壓力及其它性質(zhì)。2井筒技術(shù)要求壓裂設(shè)計(jì)符合套管強(qiáng)度要求；固井質(zhì)量合格；井底無(wú)落物。3儲(chǔ)層條件成功壓裂作業(yè)的必備地質(zhì)條件：儲(chǔ)量和能量。壓裂侯選井應(yīng)具備下列條件：1)低滲透地層：滲透率越低，越要優(yōu)先壓裂，越要加大壓裂規(guī)模。2)足夠地層系數(shù)：一般要求kh>0.5×10-3μm2.m。3)含油飽和度：含油飽和度一般應(yīng)大于35%。4)孔隙度：一般孔隙度為6～15%才值得壓裂；若儲(chǔ)層厚度大，最低孔隙度為6～7%。5)高污染井：壓裂作業(yè)只能改善受污染的表皮效應(yīng)。3儲(chǔ)層條件壓裂井是否適合壓裂或以多大規(guī)模壓裂，還應(yīng)考慮距邊水、底水、氣頂、斷層的距離和遮擋層條件；并結(jié)合天然裂縫原則；最大水平主應(yīng)力與油水井不相間原則；井網(wǎng)與最大水平主應(yīng)力有利原則等考慮壓裂工藝。壓裂下述情況井可能有很大的風(fēng)險(xiǎn)1)壓裂層與氣、水層間頁(yè)巖夾層厚度小于4.5～6.0m。2)壓裂裂縫可能穿過(guò)附近的與氣、水的接觸面。3)高氣油比井或高含水井不宜壓裂，除非出氣出水可以控制。二、確定入井材料1．優(yōu)選壓裂液體系(1)篩選基本添加劑(增稠劑、交聯(lián)劑、破膠劑)配制適合本井的凍膠交聯(lián)體系。(2)篩選與目的層配伍性好的粘土穩(wěn)定劑、潤(rùn)濕劑、破乳劑、防蠟劑等添加劑系列。(3)篩選適合現(xiàn)場(chǎng)施工的耐溫劑、防腐劑、消泡劑、降阻劑、降濾劑、助排劑、pH值調(diào)節(jié)劑、發(fā)泡劑和轉(zhuǎn)向劑等。2．選擇支撐劑依據(jù)目的層閉合壓力選擇支撐劑類(lèi)型，并按石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其性能進(jìn)行全面評(píng)定，通過(guò)選擇支撐劑粒徑，鋪砂濃度和加砂方式滿(mǎn)足閉合壓力下無(wú)因次導(dǎo)流能力要求。(4)對(duì)選擇的壓裂液，在室內(nèi)模擬井下溫度、剪切速率、剪切歷程、階段攜砂液濃度來(lái)測(cè)定其流變性及摩阻系數(shù)，并按石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面評(píng)定。6.7.3水力壓裂設(shè)計(jì)計(jì)算三、水力壓裂設(shè)計(jì)計(jì)算1.施工排量必須大于地層的吸液能力Q吸考慮所需壓裂液量考慮摩阻壓力考慮設(shè)備能力這個(gè)約束條件支撐劑輸送2.井口施工壓力3壓裂設(shè)計(jì)單井壓裂設(shè)計(jì)包括：選井選層確定施工參數(shù)方案設(shè)計(jì)計(jì)算經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析和評(píng)價(jià)4壓裂施工設(shè)計(jì)計(jì)算步驟正設(shè)計(jì):根據(jù)壓裂施工規(guī)模預(yù)測(cè)增產(chǎn)倍數(shù)a.確定前置液量、混砂液量以及砂量；b.選擇適當(dāng)?shù)氖┕づ帕?、?jì)算施工時(shí)間；c.計(jì)算動(dòng)態(tài)裂縫幾何尺寸；d.支撐劑在裂縫中的運(yùn)移分布，確定支撐裂縫幾何尺寸；e.預(yù)測(cè)增產(chǎn)倍比。逆設(shè)計(jì):a.根據(jù)增產(chǎn)要求確定裂縫長(zhǎng)度和導(dǎo)流能力；b.預(yù)選施工排量、前置液量和攜砂液量；c.計(jì)算動(dòng)態(tài)裂縫幾何尺寸；d.支撐劑在裂縫中的運(yùn)移與分布，確定支撐裂縫幾何尺寸；e.計(jì)算支撐裂縫長(zhǎng)度和導(dǎo)流能力以及增產(chǎn)倍比f(wàn).如果滿(mǎn)足增產(chǎn)要求則結(jié)束，否則重選液量、砂量，返回(c)重新計(jì)算。前置液量確定根據(jù)增產(chǎn)要求確定裂縫長(zhǎng)度和導(dǎo)流能力；Nolte提出了基于壓裂液效率確定前置液量的近似解析法。支撐劑用量確定平均支撐劑濃度：最終支撐劑濃度：施工排量的確定為了在井底有足夠的流體憋起高壓，選擇施工排量要考慮的因素是：地層的吸液速度。施工排量Ｑ必須大于地層吸液速度Ｑ′，即最小極限排量。施工排量的確定不同排量下所需的壓裂液用量。實(shí)踐表明，當(dāng)濾失系數(shù)一定時(shí)欲壓開(kāi)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(shí)，可提高壓裂液效率，亦有助于減少壓裂液用量。摩阻壓力。排量越大，產(chǎn)生的射孔孔眼摩阻和井筒摩阻越高，因此所需的井底施工壓力愈大，對(duì)設(shè)備的要求就越高。施工排量的確定裂縫高度。施工排量太大，極有可能導(dǎo)致裂縫竄層。特別是對(duì)于產(chǎn)層與水層之間的遮擋層不足夠堅(jiān)密，其厚度不是足夠大時(shí)，竄層是很危險(xiǎn)的。施工排量太小時(shí)，又不能充分壓開(kāi)產(chǎn)層的有效厚度，特別是對(duì)于多產(chǎn)層的情況，施工排量高無(wú)疑是有利的。施工排量高還有利于輸送支撐劑。施工排量的確定此外，要注意對(duì)設(shè)備能力的要求：施工排量受管材和井口裝置所能承受的壓力的限制施工排量受壓裂設(shè)備處理支撐劑的能力的限制，施工排量大，易導(dǎo)致砂子傳送帶或混砂裝置超過(guò)負(fù)荷施工排量大，壓裂車(chē)不易達(dá)到要求，即使?jié)M足要求，也需更多臺(tái)壓裂車(chē)施工排量的確定最小極限排量選擇施工排量時(shí)，必須首先考慮的是所選排量應(yīng)大于地層吸液速度，否則無(wú)法憋起高壓。地層吸液速度Ｑ′即施工最小極限排量Ｑｍｉｎ為施工排量的確定最大極限排量壓裂時(shí)的最大極限排量由井口和油套管的允許承受壓力而定。壓裂施工時(shí)，注液方式一般分為油管注液、套管注液、環(huán)空注液以及環(huán)空與油管同時(shí)注液（簡(jiǎn)稱(chēng)油套合注）幾種方式。雖然注液方式不同，但確定最大極限排量的方法類(lèi)似。施工排量的確定合壓最大極限排量計(jì)算基本步驟根據(jù)井底破裂壓力、液柱壓力、套管或采油樹(shù)的允許承受壓力確定套管極限摩阻壓力。用試算法確定最大極限排量。先假定油管及套管環(huán)空的排量，然后分別計(jì)算套管及油管摩阻，這兩者必須等于或接近前一步計(jì)算的套管極限摩阻壓力或采油樹(shù)允許承受的壓力。施工排量的確定如果計(jì)算的油、套摩阻壓力低于套管極限摩阻壓力或采油樹(shù)允許承受的壓力時(shí)，應(yīng)提高排量假定值進(jìn)行二次計(jì)算；如果計(jì)算的油、套摩阻壓力大于套管極限摩阻壓力或采油樹(shù)允許承受的壓力時(shí)，降低排量假定值進(jìn)行二次計(jì)算，直至油、套摩阻壓力基本相等并且接近或等于套管極限摩阻壓力時(shí)為止。這時(shí)兩者的排量之和就是合壓時(shí)的最大極限排量。施工泵壓及水功率的確定井口施工泵壓設(shè)井底破裂壓力為ＰＦ，井口施工泵壓為ＰＰ，管柱摩阻為Ｐｆ，孔眼摩阻為Ｐｍ，井筒液柱壓力為ＰＨ。根據(jù)壓開(kāi)裂縫的條件，必須ＰＰ≥ＰＦ＋Ｐｆ＋Ｐｍ－ＰＨ施工水功率：P＝16.55PPQ式中:P——井口施工水功率，kw；PP——施工泵壓，MPa；Q——施工排量，m3／min壓裂車(chē)臺(tái)數(shù)的確定按功率計(jì)算按排量計(jì)算例6-4已知油藏開(kāi)發(fā)井網(wǎng)井距400×400m，壓裂井深度H=2500m，巖石彈性模量E=25000MPa，泊松比ν=0.15，破裂壓力梯度α=0.018MPa/m；油層有效厚度Hf=10m，滲透率k=2.0×10-3μm2，孔隙度φ=20%，地層溫度80oC，地層流體壓力pS=25.0MPa，地層流體粘度μr=2mPa.s，流體壓縮系數(shù)cf=6×10-3/MPa；射孔孔眼密度10孔/m，孔徑φ10，生產(chǎn)流壓pWf=15MPa，套管直徑φ127，油管直徑φ62，；蘭州石英砂粒徑dP=0.4-0.8mm，顆粒密度ρr=2650kg/m3。牛頓型壓裂液粘度μ=0.03Pa.s，密度ρf=1000kg/m3，初濾失系數(shù)SP=0，造壁性濾失系數(shù)c=8.62×10-4。施工排量Q=2.0m3/min。假設(shè)采用油管注液工藝，壓裂液在油管中的為摩阻0.6MPa/100m。試進(jìn)行水力壓裂工藝設(shè)計(jì)。

解（1）井口破裂壓力pbreak=pF

-pH+pfpbreak=0.018×2500-10-6×1000×9.8×2500+0.6×2500/100=35.5MPa(2)閉合應(yīng)力閉合應(yīng)力是裂縫延伸壓力與地層壓力之差。在選擇支撐劑時(shí)，為保險(xiǎn)起見(jiàn)，通常按地層破裂壓力與井底流壓之差計(jì)算，即pc=pF-pwf=0.018×2500-15=30MPa(3)要求的裂縫長(zhǎng)度要求最低鋪砂濃度為5kg/m2，查表6-4，所用支撐劑在閉合應(yīng)力為30MPa下的導(dǎo)流能力為FRCD=0.15μm2-m，按MicGuire&Sikora圖版，其橫坐標(biāo)為要求的裂縫長(zhǎng)度為:Lf=40%×200=80m4）確定填砂面積:為保證80m的有效縫長(zhǎng)，取Lf=90m；且實(shí)際裂縫高度比油層厚度大5m。因此，填砂面積為:A=2×Hf×Lf=2×15×90=2700m25）確定用液量按PKN模型計(jì)算裂縫寬度w=0.0038m平均縫寬wAVG=0.785×w=0.003m鋪砂濃度為5kg/m2時(shí)要求的裂縫寬度為0.0028m比較計(jì)算平均縫寬和要求縫寬，二者相近；否則重新計(jì)算。壓裂液濾失系數(shù):由于造壁性濾失系數(shù)較小近似取為c=8.62×10-4石英砂從裂縫頂部沉到底部的時(shí)間為:ts=15/0.28=53.5min可見(jiàn),施工結(jié)束時(shí)尚有部分支撐劑呈懸浮狀態(tài)加砂程序:前置液10m3攜砂液100/140目石英砂1.5m3，砂比15%，攜砂量10m320/40目石英砂5.5m3，砂比25%，攜砂量20m3頂替液10m3第八節(jié)水力壓裂工藝技術(shù)多層壓裂技術(shù)暫堵劑分層壓裂工藝孔眼堵塞球法壓裂工藝限流法分層壓裂技術(shù)填砂法壓裂技術(shù)控縫高壓裂技術(shù)端部脫砂壓裂技術(shù)分層壓裂改造技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)

多層油（氣）井由于層間滲透率差異大，地層的破裂壓力差別也很大，井段又長(zhǎng)，全井筒壓裂時(shí)，裂縫便在地層破裂壓力相對(duì)較低的高滲透層中延伸，而低滲透層難以被壓開(kāi)，產(chǎn)能不能釋放出來(lái)，影響壓裂效果。為減少投入，提高經(jīng)濟(jì)效益，壓裂施工朝投入少、壓開(kāi)層多、經(jīng)濟(jì)效益好的一次管柱多層壓裂的技術(shù)發(fā)展。國(guó)內(nèi)在分層改造方面的應(yīng)用發(fā)展較快，目前可實(shí)現(xiàn)一次管柱進(jìn)行3至5個(gè)目的層的壓裂。分層壓裂技術(shù)暫堵塞劑分層壓裂和封堵球分層壓裂限流壓裂工具分層多層壓裂單封隔器分層壓裂雙封隔器分層壓裂卡三封隔器分層壓裂橋塞封隔器分層壓裂特殊井身結(jié)構(gòu)井分層水力壓裂技術(shù)

連續(xù)油管分層壓裂技術(shù)