水力壓裂技術(shù)

水力壓裂技術(shù)第一頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日§5~1水力壓裂增產(chǎn)增注的基本原理一．造縫機(jī)理（地應(yīng)力及其分布）（一）地應(yīng)力[σz、σH

(σx及σy)]1．作用在單元體上的垂向應(yīng)力來(lái)自上覆巖層的重量其大小：

式中σz——垂向主應(yīng)力，Pa；H——地層垂深，m；g——重力加速度(9．81m/s2)；

ρs——上覆層巖石密度，kg/m3。油氣層中有一定的孔隙壓力Pp，故有效垂向應(yīng)力可表示為：作用在地下巖石某單元體上的應(yīng)力為垂向主應(yīng)力σz，及水平主應(yīng)力σH(其中又分為互相垂直的σx及σy)。第二頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日2、水平主應(yīng)力來(lái)自巖石處于彈性狀態(tài)（考慮構(gòu)造應(yīng)力由廣義虎克定律推導(dǎo)）

式中σH——最大水平主應(yīng)力，Pa；

ξ1，ξ2——水平應(yīng)力構(gòu)造系數(shù)，可由室內(nèi)測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果推算，無(wú)因次； ——泊松比，無(wú)因次；

E

——巖石彈性模量，Pa；——畢奧特(Biot)常數(shù)，無(wú)因次。第三頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日（二）地質(zhì)構(gòu)造對(duì)應(yīng)力的影響

在逆斷層或褶皺地帶水平應(yīng)力要比垂向應(yīng)力大得多，甚至可大到3倍，在正斷層地帶，水平應(yīng)力可能只有垂向應(yīng)力的三分之一。如果巖石單元體是均質(zhì)的各向同性材料，巖石破裂時(shí)裂縫的方向總是垂直于最小主應(yīng)力軸。當(dāng)已知地層中各應(yīng)力的大小時(shí)，裂縫的形態(tài)或方向即可被確定。

構(gòu)造對(duì)應(yīng)力的影響a—逆斷層區(qū)域σH=3σz

b—正斷層區(qū)域σz=3σH人工裂縫方向示意圖第四頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日（三）井壁上的應(yīng)力1．井筒對(duì)地應(yīng)力及其分布的影響在雙向應(yīng)力狀態(tài)下，彈性力學(xué)給出了平板為固體、各向同性、彈性材料的周向應(yīng)力計(jì)算式：

鉆井后，井壁及其周?chē)貞?yīng)力分布受到井筒的影響，很復(fù)雜。簡(jiǎn)化起見(jiàn)，將地層中三維應(yīng)力用二維方法來(lái)處理。用無(wú)限大平板中鉆有一個(gè)圓孔的受力情況來(lái)分析。如圖5—2所示。在無(wú)限大平板上鉆了圓孔之后，使板內(nèi)原來(lái)平衡的應(yīng)力重新分布，造成圓孔附近的應(yīng)力集中。式中σθ——圓孔周向應(yīng)力，Pa；a——圓孔半徑，m；r——距圓孔中心的距離，m；θ——任意徑向與x軸的夾角；——分別為x，y方向上分布的應(yīng)力。第五頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日定性分析井壁上應(yīng)力大?。海?）當(dāng)r=a，σx>σy，θ=0°、180°時(shí)，

(σθ)min=(σθ)0o，180o=3σy－σx（2）當(dāng)r=a，σx>σy，θ=90°、270°時(shí)，

(σθ)max=(σθ)90o，270o=3σx－σy說(shuō)明最小周向應(yīng)力發(fā)生在σx的方向上，而最大周向應(yīng)力卻在σy的方向上。（3）隨著r的增加，周向應(yīng)力迅速降低，如圖4—2(b)所示。大約在幾個(gè)圓孔直徑之外，即降為原地應(yīng)力值。

結(jié)論：這種應(yīng)力分布表明，由于圓孔的存在，產(chǎn)生了圓孔周?chē)膽?yīng)力集中，孔壁上的應(yīng)力比遠(yuǎn)處的大得多，這就是地層破裂壓力大于裂縫延伸壓力的重要原因。第六頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日2．井眼內(nèi)壓所引起的井壁應(yīng)力

式中Pe——厚壁筒外邊界壓力，Pa；（井眼內(nèi)壓在外邊界產(chǎn)生的壓力）re——厚壁筒外邊界半徑，m；ra——厚壁筒內(nèi)半徑，m；Pi——內(nèi)壓，Par——距井軸半徑，cm。壓裂過(guò)程中，向井筒內(nèi)注入高壓液體，使井內(nèi)壓力很快上升。井筒內(nèi)壓必然產(chǎn)生井壁上的周向應(yīng)力?？梢园丫仓?chē)膸r石看作是一個(gè)具有無(wú)限壁厚的厚壁圓筒，根據(jù)彈性力學(xué)中的拉梅公式(拉應(yīng)力取負(fù)號(hào))當(dāng)re=∞、Pe=0、r=ra

時(shí)，井壁上的周向應(yīng)力為：

σθ=－Pi

即：由于井筒內(nèi)壓而導(dǎo)致的井壁周向應(yīng)力與內(nèi)壓大小相等，但符號(hào)相反。（利用無(wú)窮大定理推導(dǎo)）第七頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日

3、壓裂液徑向滲入地層所產(chǎn)生的井壁應(yīng)力：由于注入井中的高壓液體在地層破裂前，滲入井筒周?chē)貙又?，形成了另外一個(gè)應(yīng)力區(qū)，它的作用是增大了井壁周?chē)鷰r石中的應(yīng)力。增加的周向應(yīng)力值為：式中Cr——巖石骨架壓縮系數(shù)；Cb——巖石體積壓縮系數(shù)。

ν

——泊松比；Ps——地層壓力?！厞W特(Biot)常數(shù)，無(wú)因次。

4、井壁上的總周向應(yīng)力：顯然在地層破裂前，井壁上的總周向應(yīng)力應(yīng)為地應(yīng)力、井筒內(nèi)壓及液體滲濾所引起的周向應(yīng)力之和，即：

5—8第八頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日二．造縫的條件(破裂壓力p破)破裂壓力：是指油層被壓開(kāi)的瞬間，被壓層位所受的壓力。（一）形成垂直裂縫的條件：

1．當(dāng)存在液體滲濾時(shí)

如果巖石的破裂是純張力破裂，當(dāng)井壁上存在的周向應(yīng)力達(dá)到井壁巖石的水平方向的抗拉強(qiáng)度σth時(shí)，巖石將在垂直于水平應(yīng)力的方向上產(chǎn)生脆性破裂，即在與周向應(yīng)力相垂直的方向上產(chǎn)生垂直裂縫。

此時(shí)有：=-σth，代入（5—8）式，并換為有效應(yīng)力(,

,),則可得到垂直裂縫時(shí)的破裂壓力，當(dāng)產(chǎn)生垂直裂縫時(shí)，井筒內(nèi)注入流體的壓力Pi即為地層的破裂壓力Pf，所以形成垂直裂縫的條件：

第九頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日2．無(wú)液體滲濾時(shí)

地層滲濾應(yīng)力等于零，井壁上巖石的空隙壓力仍然為Ps，故,，將其他應(yīng)力一同代入（5—8）式，則：

由于最小總周向應(yīng)力發(fā)生在θ=0o，180o的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)上，垂直裂縫也產(chǎn)生在與井筒相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)點(diǎn)上。這就是為什么假定垂直裂縫以井軸為對(duì)稱(chēng)的兩條縫的原因。實(shí)際上由于地層的非均質(zhì)性和局部應(yīng)力場(chǎng)的影響，產(chǎn)生的裂縫往往是不對(duì)稱(chēng)的。（二）形成水平裂縫的條件當(dāng)產(chǎn)生水平裂縫時(shí)，井筒內(nèi)注人流體的壓力等于地層的破裂壓力，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)修正后得到形成水平裂縫的條件：

第十頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日即：破裂壓力梯度β是指地層破裂壓力與地層深度的比值。

（三）破裂壓力梯度為了便于比較與預(yù)測(cè)各油田（油井）的破裂壓力，常使用破裂梯度，用β表示，其物理意義：（MPa/m）三．地面泵壓的確定(1)地層產(chǎn)生垂直裂縫時(shí)地面泵壓的確定：（產(chǎn)生垂直裂縫的油藏）式中：PB—井口施工泵壓，MPa；PF—地層破裂壓力，MPa；Pm—井筒液柱壓力，MPa；Pf—管線及管柱產(chǎn)生的壓力損失，MPa。（2）地層產(chǎn)生水平裂縫時(shí)地面泵壓的確定：（產(chǎn)生水平裂縫的油藏）第十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日四．裂縫幾何模型1．卡特模型

（一維模型）

2．PKN模型

（二維設(shè)計(jì)模型）特點(diǎn)：（1）裂縫高度一定（油層厚度）（2）長(zhǎng)和寬是變化的（3）縫的幾何形狀：長(zhǎng)而窄的縫。

3．KGD模型

（二維設(shè)計(jì)模型）

結(jié)論：對(duì)于低滲油藏，需要壓成長(zhǎng)而窄的裂縫，對(duì)于高滲油藏，則壓成一個(gè)短而寬的裂縫。

PKN模型

KGD模型從無(wú)因次裂縫導(dǎo)流能力來(lái)分析：

裂縫的導(dǎo)流能力：裂縫寬度與填砂裂縫滲透率的乘積。無(wú)因次裂縫導(dǎo)流能力表達(dá)式：

要想使低滲層和高滲層有同樣的高導(dǎo)流能力，從公式中變換兩個(gè)參數(shù)W和Xf。特點(diǎn)：（1）裂縫高度一定（油層厚度)（2）長(zhǎng)和寬是變化的（3）縫的幾何形狀：短而寬的縫。

第十二頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日PKN模型第十三頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日KGD二維裂縫延伸模型KGD模型第十四頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4—7壓裂前地層滲流示意圖1—地層，2—井眼，3—污染帶五．水力壓裂增產(chǎn)增注原理1．壓裂前流體從底層流向井底的流動(dòng)形態(tài)

（1）流體流動(dòng)過(guò)程復(fù)雜

（2）污染帶和井底周?chē)鷳?yīng)力集中，近井地帶滲透率低，井筒附近滲流阻力大結(jié)論：水力壓裂前，由于各種阻力的影響，近井地帶的滲透能力較差。第十五頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日3．水力壓裂增產(chǎn)、增注的基本原理

利用地面高壓泵注設(shè)備將高粘度的流體以大大超過(guò)地層吸收能力的量注入井筒，憋起高壓，在地層中形成裂縫并向前延伸。利用攜砂液將支撐劑帶入裂縫中，形成高導(dǎo)流能力的支撐裂縫；由于改變了井底附近流體的滲流狀態(tài)，提高了油層的滲流能力，從而達(dá)到增產(chǎn)、增注的目的。

2．壓裂后流體從地層流向井底的流動(dòng)形態(tài)

1）擬徑向流動(dòng)階段2）地層線性流動(dòng)階段3）雙線性流動(dòng)階段4）裂縫線性流動(dòng)階段結(jié)論：水力壓裂結(jié)果，改變了滲流區(qū)的滲流方式，獲得了雙線性流動(dòng)模式，提高了近井地帶的滲透能力。第十六頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日§5~2壓裂設(shè)計(jì)

一．壓裂設(shè)計(jì)

壓裂施工設(shè)計(jì)

裂縫幾何參數(shù)優(yōu)選及設(shè)計(jì)；壓裂液類(lèi)型和配方的選擇；支撐劑選擇及加砂方案設(shè)計(jì)；效果預(yù)測(cè)和經(jīng)濟(jì)效益分析。

內(nèi)容壓裂地質(zhì)設(shè)計(jì)二壓裂施工設(shè)計(jì)1．優(yōu)化設(shè)計(jì)程序（按系統(tǒng)軟件要求輸入?yún)?shù)）壓裂設(shè)計(jì)過(guò)程中，除利用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算外，還有一重要環(huán)節(jié)是在正式壓裂施工前，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行小型壓裂測(cè)試（破裂壓力、閉合壓力、壓裂液濾失特性等）。第十七頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日2．壓裂施工泵注程序設(shè)計(jì)1）注入方式選擇原則：在滿足泵注參數(shù)前提下，在限壓以下盡可能選擇最簡(jiǎn)單的注入方式。

油管注入環(huán)空注入油套混注和套管注入

2）加砂程序確定（見(jiàn)下表）采用線性加砂程序，即砂液比是以一條直線式增加，可實(shí)現(xiàn)較理想的支撐剖面。采用線性加砂程序裂縫導(dǎo)流能力沿縫長(zhǎng)分布更加合理。3．其他參數(shù)確定1）油層破裂壓力的計(jì)算（理論計(jì)算、小型測(cè)試、經(jīng)驗(yàn)估算）油層破裂壓力是指油層被壓開(kāi)的瞬間被壓裂層位所受的壓力。

式中

—油層破裂壓力，MPa；H—壓裂油層中部深度，m；β—油層破裂壓力梯度，MPa／m，它是由壓裂工藝統(tǒng)計(jì)資料而得的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。用經(jīng)驗(yàn)公式估算

=β·H第十八頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日泵注程序（油管注入）

階段凈液量（m3）砂濃度（kg/m3）砂比%砂量（m3）砂液量（m3）加砂階段累計(jì)砂液量（m3）排量（m3/min）階段時(shí)間（min）備注防膨液1515

前置液25253.0-3.58.3凍膠攜砂液511870.35.23.0-3.51.7凍膠攜砂液6254150.96.56.53.0-3.52.2凍膠攜砂液7423251.87.914.43.0-3.52.6凍膠攜砂液10507303.011.626.03.0-3.53.9凍膠攜砂液5676402.06.132.13.0-3.52.0凍膠小計(jì)73.08.062.320.7前置液25投蠟球90個(gè)253.0-3.58.3凍膠攜砂液311870.23.13.0-3.51.0凍膠攜砂液6254150.96.53.0-3.52.2凍膠攜砂液8423252.09.13.0-3.53.0凍膠攜砂液11507303.312.83.0-3.54.3凍膠攜砂液4676401.64.93.0-3.51.6凍膠頂替液4.14.103.0-3.51.4凍膠小計(jì)61.18.065.421.8累計(jì)134.116127.742.5第十九頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日2）施工排量的確定（先確定地層吸液量，滿足）

經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：ΔP——壓裂前的地層壓力與井底流動(dòng)壓力之差，MPa；

——破裂壓力與壓前地層壓力之差，MPa。B——原油體積系數(shù)，m3(地下)／m3(地面)。

——地面原油的密度。來(lái)確定。——地層的吸液量，m3／min；q——壓裂前油井的穩(wěn)定日產(chǎn)量，t；Δ地面排量按第二十頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日3）地面泵壓的計(jì)算

式中：——地面泵壓，MPa；——井口壓力，MPa；——壓裂液在管柱內(nèi)流動(dòng)時(shí)的摩阻壓力降，MPa；——井下工具對(duì)流體的局部阻力損失，MPa；——井筒內(nèi)液柱壓力，MPa。目的是為了在滿足裂縫需要的壓力和排量的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮設(shè)備的能力，減少使用設(shè)備的臺(tái)數(shù)。壓裂時(shí)地面泵壓可由下列公式估算：第二十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日4）壓裂車(chē)臺(tái)數(shù)的確定①壓裂時(shí)所需總功率

②壓裂車(chē)臺(tái)數(shù)（根據(jù)總功率和每臺(tái)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)功率求出所需壓裂車(chē)臺(tái)數(shù)）

Q——壓裂時(shí)泵的排量，m3／s；η1——發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率，取60％～80%；η2——泵的上水效率，取50％～95％；

η3——發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)受海拔高度影響后的效率，％；

η——功率因數(shù)，%；

n——所需壓裂車(chē)臺(tái)數(shù)。——每臺(tái)壓裂車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率，W；Pp——壓裂時(shí)所需的總功率，W；以上兩式中第二十二頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日5）支撐劑用量的確定根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，大約每米油層加入1.5～3m3。6）含砂比計(jì)算含砂比是指單位體積壓裂液內(nèi)所含支撐劑的數(shù)量(體積比)。含砂比的計(jì)算公式為：×100%就是攜砂液的體積

式中：c——含砂比(體積比)，％；V砂——加砂的總體積，m3。；Q——加砂時(shí)地面泵排量，m3／s；t——加砂總時(shí)間，s。第二十三頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日壓裂液：前置液、攜砂液、頂替液統(tǒng)稱(chēng)。7）壓裂液用量的確定

①前置液：

②攜砂液：

大約用量為：8～10m3，有時(shí)按井筒容積的1.5～2倍來(lái)計(jì)算。W——攜砂液用量，m3

；V砂——預(yù)計(jì)加砂體積，m3

；c——含砂比，％。③頂替液：確定方法：一般為井筒容積的1.5～3倍，夠用就行。④壓裂液用量：注：取下限時(shí)加，取上限時(shí)不加。

P102頁(yè)例題：自己做。式中：第二十四頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日某井油層深度為3000m，采用63mm油管壓裂（63mm油管1000m內(nèi)容積為3m3）,預(yù)計(jì)壓裂泵壓4×10Pa，排量0.025m3/s,支撐劑15m3,平均含砂比為10%，若用400型壓裂車(chē)，其引擎功率為2．57×10w，總的效率為0.6，試計(jì)算400型壓裂車(chē)臺(tái)數(shù)及至少準(zhǔn)備多少壓裂液用量？已知：

總功率為：

答：所需400型壓裂車(chē)7臺(tái)，所需壓裂掖用量至少171.5m3。（2）計(jì)算壓裂掖用量≈7（臺(tái)）壓裂掖總量：（根據(jù)題意取1.5～3m3的下限）

（根據(jù)題意取8～10m3的下限）解：（1）計(jì)算400型壓裂車(chē)臺(tái)數(shù)n

400型壓裂車(chē)臺(tái)數(shù)為：第二十五頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日§5—3壓裂設(shè)備、管柱及材料一．壓裂設(shè)備、管柱（一）地面設(shè)備1．壓裂井口2．壓裂管匯

目前壓裂管匯種類(lèi)很多，承壓和最大過(guò)砂能力也不同。常用的有壓裂管匯車(chē)和專(zhuān)用的地面管會(huì)。專(zhuān)用的地面管匯由8個(gè)接頭，壓裂車(chē)可任選一個(gè)連接。高壓管線外徑Φ76mm，內(nèi)徑Φ60mm，最高壓力可達(dá)到100MPa。3．投球器投球器有兩種：一種是分層壓裂時(shí)，壓裂管柱中投鋼球的投球器；一種是選擇性壓裂或封堵炮眼投堵球用的投球器。1）采用采油樹(shù)壓裂的井口:采油樹(shù)型號(hào)：250、350、600、700、1050型等。250型即25MPa，用于淺井，其余用于中、深、超深井。根據(jù)壓裂層深度確定采油樹(shù)型號(hào)2）采用大彎管、投球器、井口球閥與井口控制器的專(zhuān)用壓裂井口。

井口承受工作壓力70MPa，最大過(guò)砂量150m3。第二十六頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日（二）壓裂車(chē)組

主要包括：壓裂車(chē)、混砂車(chē)、儀表車(chē)、管匯車(chē)1．壓裂車(chē)作用：是壓裂的主要?jiǎng)恿?，能夠產(chǎn)生高壓、大排量；向地層注入高壓大排量的壓裂液，壓開(kāi)地層，并將支撐劑注入裂縫。是壓裂施工中的關(guān)鍵設(shè)備。2．混砂車(chē)

作用：是將支撐劑、壓裂液及各種添加劑按一定比例混合起來(lái)，并將混合好的攜砂液供給壓裂車(chē)，壓入地層內(nèi)。混莎車(chē)的類(lèi)型：雙筒機(jī)械式、風(fēng)吸式、仿美新型混莎車(chē)。3．儀表車(chē)

儀表車(chē)在壓裂中起著很重要的作用，記錄壓裂過(guò)程中各種參數(shù)，是控制其它壓裂設(shè)備的中樞系統(tǒng)。又稱(chēng)壓裂指揮車(chē)。4．其它設(shè)備液罐車(chē)、運(yùn)砂車(chē)。第二十七頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日壓裂車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)壓裂泵傳動(dòng)箱運(yùn)載車(chē)儀表監(jiān)控系統(tǒng)液氣控制系統(tǒng)第二十八頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日混砂車(chē)運(yùn)載車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)儀表監(jiān)控系統(tǒng)液氣控制系統(tǒng)管匯系統(tǒng)輸砂系統(tǒng)第二十九頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日管匯車(chē)第三十頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日儀表車(chē)第三十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日管匯車(chē)是配合壓裂機(jī)組作業(yè)的一種輔助設(shè)備。整機(jī)分為底盤(pán)車(chē)、高壓管匯、低壓管匯、備用高壓管匯、隨車(chē)吊五個(gè)部分。該車(chē)車(chē)臺(tái)本身不配動(dòng)力系統(tǒng)，隨車(chē)液壓吊的液壓油泵的動(dòng)力是通過(guò)取力機(jī)構(gòu)從底盤(pán)車(chē)取力的。第三十二頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日運(yùn)砂車(chē)運(yùn)砂量：8、10、12、14m3砂斗采用液壓缸升降，可手動(dòng)或自動(dòng)第三十三頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日輕便壓裂井口工作壓力：70MPa通徑：50/60mm重量：207kg連接扣型：Tr53/8×3.5扣/吋接壓裂管線27/8UPTBG接油管掛27/8TBG按放空管線壓盤(pán)尺寸可與250型采油井口大四通配套該井口既耐高壓又特別輕便，重量只有207kg，搬運(yùn)不需要要吊車(chē)；該井口可與現(xiàn)場(chǎng)使用的250型采油井口配套，安裝特別方便，勞動(dòng)強(qiáng)度小。第三十四頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日千型壓裂井口大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)間施工深井超深井施工LH50-70型井口70MPaKL65-105型井口105MPa鑄造一體導(dǎo)流式平行閘閥爆破閥第三十五頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日壓裂井口保護(hù)器用于保護(hù)250型采油井口在壓裂施工過(guò)程中不受高壓和支撐劑的磨損。工作壓力：100MPa通徑：60mm重量：80kg連接方式：上接頭為T(mén)r53/8×3.5扣/吋，可與壓裂地面管線配接。第三十六頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日壓裂投球器工作壓力(MPa)100投球數(shù)量(個(gè))200封堵球直徑(mm)18-22工作方式手動(dòng)/電動(dòng)投球速度(個(gè)/s)2-4(可調(diào))投球原理圖第三十七頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日1000方壓裂液第三十八頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日壓裂液連續(xù)混配系統(tǒng)減少壓裂液浪費(fèi)簡(jiǎn)化配液工序保證壓裂液質(zhì)量節(jié)省壓裂液運(yùn)輸費(fèi)用第三十九頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日第四十頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日第四十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日（三）壓裂管柱組成：主要由壓裂油管、封隔器、噴砂器、水力錨等組成。

類(lèi)型：目前井下管柱分為：籠統(tǒng)壓裂管柱和分層壓裂管柱。1．壓裂油管（專(zhuān)用油管21/2″加厚

、3"）2．封隔器（K344型、Y442等）3．噴砂器（帶滑套、不帶滑套）

作用：一是節(jié)流作用，造成壓裂管柱內(nèi)外壓差，保證封隔器座封。二是壓裂液通往地層的通道口。4．壓裂管柱類(lèi)型（1）籠統(tǒng)壓裂管柱：即：油管+水力錨+封隔器+噴嘴（2）分層壓裂管柱①雙封卡單層Φ73mm或Φ88.9mm外加厚油管+水力錨+封隔器+噴砂器+封隔器+絲堵壓裂后可以用上提管柱方法壓裂其它卡距相同的層段。管柱：第四十二頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日噴砂器1帶滑套噴砂器2帶滑套噴砂器3不帶滑套水力錨封隔器絲堵籠統(tǒng)壓裂管柱第四十三頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日Φ73mm或Φ88.9mm外加厚油管+水力錨+封隔器+噴砂器（甲帶滑套）+封隔器+噴砂器（乙?guī)Щ祝?封隔器+噴砂器（丙不帶滑套）+封隔器+絲堵③四封卡三層不動(dòng)管柱壓裂三層注意：在組配管柱時(shí)，要考慮油管因各種因素造成的長(zhǎng)度變化，否則卡不準(zhǔn)層位。②三封卡雙層不動(dòng)管柱壓裂兩層Φ73mm或Φ88.9mm外加厚油管+水力錨+封隔器+噴砂器（帶滑套）+封隔器+噴砂器（不帶滑套）+封隔器+絲堵第四十四頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日多級(jí)滑套封隔器分層壓裂工藝壓第一層壓第二層第四十五頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日（一）壓裂液作用將地面設(shè)備能量傳遞到油層巖石上并壓開(kāi)裂縫，把支撐劑輸送到裂縫中。

1）前置液膠連液體2）攜砂液含支撐劑砂漿

3)頂替液活性水壓裂液的性能壓裂液類(lèi)型水基壓裂液、油基壓裂液、乳化壓裂液、泡沫壓裂液、醇基壓裂液、表面活性劑膠束壓裂液、濃縮壓裂液。水基壓裂液：以水為介質(zhì)，加入各種添加劑，形成具有較強(qiáng)綜合性能的壓裂液。成本低，使用安全，廣泛應(yīng)用。

二．壓裂材料作用：壓開(kāi)地層并造成一定尺寸的列縫。作用：將井筒中攜砂液全部替入裂縫中，防止井筒沉砂。（1）濾失少（2）懸砂能力強(qiáng)（3）摩阻低（4）穩(wěn)定性（5）配伍性（6）低殘?jiān)?）易返排（8）貨源廣、便于配制、價(jià)錢(qián)便宜作用：將支撐劑帶入地層中，并將支撐劑填在裂縫內(nèi)預(yù)定的位置。第四十六頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日1．石英砂：承壓：20—34MPa2．陶粒：人造陶粒主要是由鋁礬土（氧化鋁）燒結(jié)而成。中等強(qiáng)度陶粒：承壓：55—80Mpa。高強(qiáng)度陶粒：承壓：100MPa3．樹(shù)脂砂：是將樹(shù)脂薄膜包裹到石英砂表面上。承壓：55—69MPa

（二）添加劑1．稠化劑（增稠劑）2．膠聯(lián)劑：3．粘土穩(wěn)定劑；4．殺菌劑；5．表面活性劑；6．抗高溫穩(wěn)定劑；7．降濾失劑8．破膠濟(jì)；9．濾餅溶解劑；10．緩沖劑（PH值調(diào)節(jié)劑）（三）支撐劑作用：支撐劑加入壓裂裂縫后，支撐裂縫使之不閉合。由此可見(jiàn)：按強(qiáng)度大小排列依次是：陶粒>樹(shù)脂砂>石英砂調(diào)節(jié)增粘速度、膠聯(lián)劑所需PH值范圍和膠聯(lián)時(shí)間，控制細(xì)菌生長(zhǎng)。通過(guò)膠聯(lián)離子（基團(tuán)）將溶解于水中的高分子鏈上的活性基團(tuán)，以化學(xué)鏈連接起來(lái)，形成三位網(wǎng)狀凍膠的化學(xué)劑。第四十七頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日§5—4壓裂工藝及現(xiàn)場(chǎng)施工

一．壓裂工藝（一）合層壓裂堵球：尼龍球或包以橡膠的鋁球或塑料球。適應(yīng)射孔井壓裂。原理：堵球隨壓裂液進(jìn)入高滲透層部位的炮眼上，堵塞炮眼憋壓，壓開(kāi)低滲透層部位的裂縫。施工結(jié)束后，井底壓力降低，堵球在壓差作用下，反排出來(lái)。堵球的大小和密度應(yīng)與炮眼的大小和壓裂相適應(yīng)。同一層壓裂。暫堵劑為：聚乙烯（石蠟）制成的小球。具體方法：在向井內(nèi)擠入壓裂液的同時(shí)混入暫堵劑，因?yàn)橐后w首先被吸入高滲層，暫堵劑隨之將高滲層部位的孔眼堵住，使其減少或失去吸水能力，此后泵入不帶暫堵劑的壓裂液，則能在低滲層部位起縫。1．油管壓裂2．套管壓裂3．環(huán)形空間壓裂4．油、套管同時(shí)壓裂（二）分層壓裂1．堵球法分層壓裂2．暫堵劑選擇性壓裂第四十八頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日例如：A、B、C三個(gè)油層，其相應(yīng)的破裂壓力為30MPa、26MPa、28MPa。按射孔方案將各層按一定孔徑和孔眼數(shù)射開(kāi)，當(dāng)注入井底壓力為26Mpa時(shí)，B層射開(kāi)，然后提高排量，因?yàn)榕谘鄣哪ψ枵扔谂帕浚?dāng)B層摩阻大到2Mpa時(shí)，注入的壓力大到28Mpa，此時(shí)，C層被壓開(kāi)，當(dāng)摩阻達(dá)到4Mpa時(shí)，A層被壓開(kāi)。這就是限流分層壓裂法。

限流法的工藝過(guò)程

3．限流法分層壓裂

限流法分層壓裂適用于多層而各層之間的破裂壓力有一定差別的井。

原理：通過(guò)控制各層的射孔孔眼數(shù)及孔眼直徑的方法，來(lái)限制各層的吸水能力，達(dá)到逐層壓開(kāi)的目的。第四十九頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日4．封隔器卡分法分層壓裂適用于壓裂層滲透性、厚度差異不大，上下夾層具有一定厚度，射孔層段套管完好無(wú)損的井。5．填砂法分層壓裂自下而上壓裂，壓一層填一層砂，壓完后沖砂投產(chǎn)。（三）一次分壓多層1．投球法壓裂：

用封隔器及帶滑套的噴砂器。2．滑套壓裂工具：帶滑套封隔器、帶滑套噴嘴以及特殊接箍。優(yōu)點(diǎn)：封隔器不同時(shí)工作，被壓層位上下二個(gè)封隔器工作，延長(zhǎng)了封隔器的使用壽命。如圖所示。

原理：下井時(shí)管柱除最下一級(jí)封隔器和噴嘴不帶滑套外，其它各級(jí)封隔器和噴嘴都帶滑套，滑套的作用是密封封隔器和噴嘴上的水眼。壓裂從下往上壓。第一層壓完后，從井口投球，球下落座在第二級(jí)封隔器內(nèi)的滑套上(滑套上部是球座，滑套的外經(jīng)各級(jí)都一樣大小，內(nèi)經(jīng)從上往下逐級(jí)變小)，開(kāi)泵后在壓力作用下剪斷固定滑套的銷(xiāo)釘，滑套在液體推動(dòng)下，帶動(dòng)噴嘴內(nèi)的滑套一起下行，直到特殊接箍處才停止。這樣第二級(jí)封隔器和噴嘴的水眼被打開(kāi)，下部水路被封隔，開(kāi)始?jí)旱诙?，壓完后，再投一個(gè)球，同理依次自下而上壓裂。第五十頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D4—13滑套封隔器壓裂過(guò)程示意圖(a)一壓下數(shù)第一層；(b)一壓下數(shù)第二層l一套管；2一油管；3一滑套封隔器(未工作狀態(tài))；4一噴砂器(未工作狀態(tài))；5一滑套封隔器(工作狀態(tài))；6一噴砂器(工作狀態(tài))；7～絲堵；8一鋼球圖4—12投球法壓裂管柱結(jié)構(gòu)示意圖1一套管；2一油管；3一工作筒；4一封隔器；5一噴砂器(帶滑套)；6一噴砂器(不帶滑套)；7一絲堵第五十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日二．現(xiàn)場(chǎng)施工（一）壓裂前準(zhǔn)備

1．配置壓裂設(shè)備及輔助設(shè)施2．準(zhǔn)備壓裂所用材料（壓裂液、支撐劑、各種添加劑，性能符合要求）3．組配管柱4．準(zhǔn)備地面壓裂流程（彎頭、三通、油壬、管線及配套工具符合設(shè)計(jì)要求，試壓）（二）壓前作業(yè)1．探砂面、沖砂2．起原管柱3．壓井替噴（井內(nèi)有污染物的井壓裂前要進(jìn)行替噴）4．壓裂層段預(yù)處理（清孔或排液，注意回收、不污染環(huán)境）5．下壓裂管柱第五十二頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日（三）壓裂施工第五十三頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日第五十四頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日第五十五頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日壓裂車(chē)組監(jiān)測(cè)與控制流程運(yùn)砂車(chē)混砂車(chē)液罐液罐儀器車(chē)高壓管匯壓裂車(chē)壓裂車(chē)壓裂車(chē)井口第五十六頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日（三）壓裂施工1．循環(huán)：逐臺(tái)啟動(dòng)壓裂車(chē)，用清水循環(huán)地面管線，清洗管線，關(guān)井口。2．試壓：地面壓裂流程、井口閥門(mén)以上設(shè)備進(jìn)行承高壓性能試驗(yàn)。試驗(yàn)壓力為預(yù)測(cè)泵壓1.2—1.5倍，穩(wěn)壓5min。3．試擠：打開(kāi)井口閥門(mén)，關(guān)閉循環(huán)防空閘門(mén)，逐臺(tái)啟動(dòng)壓裂車(chē)，按壓裂施工設(shè)計(jì)規(guī)定試擠排量，將壓裂液試擠入油層，壓力由低到高至穩(wěn)定為止。目的是檢查井下管柱及井下工具情況，檢查欲壓裂層的吸水能力。4．壓裂:

試擠正常后，啟動(dòng)壓裂車(chē)，以高壓大排量向井內(nèi)持續(xù)擠入前置液，造縫延伸。注意：當(dāng)泵工作壓力達(dá)到管柱最高承壓能力還不能壓開(kāi)欲壓裂層位時(shí)，應(yīng)停泵卸壓，分析原因，制定措施。5．加砂：油層裂縫已形成，泵壓及排量穩(wěn)定后便可加砂。注意：加砂要均勻，中途不能停泵，操作要平穩(wěn)圖4一l壓裂過(guò)程井底壓力變化曲線PF—地層破裂壓力，PE—裂縫延伸壓力，PS—地層壓力第五十七頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日6．替擠：完成加砂后，打開(kāi)混砂車(chē)的替擠旁通流程，向井內(nèi)注入替擠液。7．關(guān)井?dāng)U散壓力：壓裂施工結(jié)束后，關(guān)閉井口所有出口閘門(mén)，等待壓裂液破膠、濾失及裂縫閉合，防止支撐劑隨高粘度壓裂液返出裂縫。關(guān)井時(shí)間不小于壓裂液破膠時(shí)間，壓裂液破膠后用小噴嘴放噴，促進(jìn)裂縫閉合。8．活動(dòng)管柱：活動(dòng)管柱時(shí)，上提力不能超過(guò)井內(nèi)管柱懸重200KN，上提速度控制在0.5m/min以?xún)?nèi)，行程不能小于5m，達(dá)到提放自如，拉力計(jì)顯示管柱重量正常。9．壓后作業(yè)：按壓裂設(shè)計(jì)要求探砂面，起壓裂管柱，完井，投產(chǎn)。（四）施工中常見(jiàn)的問(wèn)題1．壓不開(kāi)設(shè)計(jì)層：原因分析：井筒與地層連同不好、管柱砂堵、地層致密吸液差、設(shè)計(jì)問(wèn)題等。2．壓竄：分析原因：隔層較薄、固井質(zhì)量差、封隔器膠筒質(zhì)量問(wèn)題。3．砂堵：分析原因：壓裂液攜砂性差、混砂比高、地層濾失性大、破膠速度快、停泵等。4．砂卡：分析原因：砂堵嚴(yán)重、地層吐砂嚴(yán)重、施工故障沉砂、沖砂不徹底等。這是壓裂后發(fā)生的比較常見(jiàn)的而且危險(xiǎn)的故障。5．管柱斷脫：分析原因：絲扣磨損嚴(yán)重、絲扣沒(méi)有上緊、施工超壓、下井工具質(zhì)量差等。

第五十八頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日§5—5增產(chǎn)增注新技術(shù)介紹一．端部脫砂壓裂技術(shù)

1．端部脫砂壓裂原理：

主要用于中、高滲透油氣藏和不穩(wěn)定疏松地層的油井解堵防砂增產(chǎn)作業(yè)。端部脫砂壓裂技術(shù)也成為一種新的完井方法。是在水力壓裂過(guò)程中，有控制地使支撐劑在裂縫的端部脫出、橋架形成一個(gè)端部砂堵，從而阻止裂縫進(jìn)一步延伸。再繼續(xù)注人高砂比砂漿時(shí)，可沿縫壁形成全面砂堵，縫中儲(chǔ)液量增加，泵壓增大，促使裂縫膨脹變寬、縫內(nèi)填砂濃度增大，從而造成一條具有很高導(dǎo)流能力的裂縫。2．端部脫砂壓裂過(guò)程：分為兩個(gè)階段，即：造縫到出現(xiàn)端部脫砂階段；裂縫膨脹變寬及支撐劑大量充填階段。3．端部脫砂壓裂的適用范圍第五十九頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日二、高能氣體壓裂技術(shù)4）化學(xué)作用：高能氣體壓裂的化學(xué)作用指的是在燃?xì)庵械腃O2，HCl、H2S成分遇水形成的酸液對(duì)巖層的酸化作用。1．高能氣體壓裂：就是利用火藥或火箭推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓氣體處理油層以取得增產(chǎn)效果的方法。2．高能氣體壓裂的作用1）機(jī)械作用：產(chǎn)生裂縫。2）水力振蕩作用：高能氣體引起液體振動(dòng)，產(chǎn)生壓力周期波動(dòng)，有助于裂縫形成和清理堵塞。3）高溫?zé)嶙饔茫夯鹚幦紵a(chǎn)生高溫，降低原油粘度。高能氣體壓裂在井筒附近油層中產(chǎn)生和保持多條多方位的徑向裂縫，從而達(dá)到增產(chǎn)增注目的的工藝措施。第六十頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日一定頻率的振動(dòng)波會(huì)使液體中原有的或新的氣泡產(chǎn)生共振，在波的稀疏階段，氣泡迅速膨脹，在波的壓縮階段，氣泡又很快消滅，在消滅的瞬間，氣泡的內(nèi)部可產(chǎn)生很高的溫度、壓力和加速度，這是“空化現(xiàn)象”，對(duì)油層的作用就是空化作用。在一定的頻率和聲強(qiáng)下，其能量足以粉碎一定尺寸的物質(zhì)顆粒。

三、水力振蕩增產(chǎn)增注技術(shù)1．基本原理：就是利用振動(dòng)原理處理油層的技術(shù)。將水力振蕩器對(duì)準(zhǔn)油層，依靠水泥車(chē)把液體輸入井下，通過(guò)振蕩器產(chǎn)生高頻脈沖式液流直接噴射油層，以清除近井地帶的機(jī)械雜質(zhì)、鉆井液及瀝青質(zhì)和鹽的沉積等堵塞。2．增產(chǎn)增注機(jī)理（1）機(jī)械作用：振動(dòng)波能迫使傳媒介質(zhì)做劇烈的機(jī)械振動(dòng)，并產(chǎn)生強(qiáng)大的單項(xiàng)作用力，疏通泄油通道。（2）空化作用：（3）熱效應(yīng)：振動(dòng)波穿過(guò)介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)吸收一定的能量，就會(huì)引起局部升溫。頻率越高，熱效應(yīng)越顯著，對(duì)降粘、溶蠟有一定的作用。第六十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日四、電脈沖井底處理技術(shù)

1．原理：

是通過(guò)井下液體中電容電極的高壓放電，在油層中造成定向傳播的壓力脈沖和強(qiáng)電磁場(chǎng)，產(chǎn)生空化作用，解除油層污染，并且可對(duì)油層造成微裂縫，從而達(dá)到增產(chǎn)增注的目的。其物理實(shí)質(zhì)是