2024水力壓裂技術(shù)

水力壓裂技術(shù)“水力壓裂”是什么?壓裂改造目的:將儲(chǔ)層和井筒有效地溝通基本概念壓裂作用及增產(chǎn)機(jī)理---------溝通油氣儲(chǔ)集區(qū)，擴(kuò)大供油面積。砂巖儲(chǔ)層中的透鏡體、裂縫性油藏的裂縫和溶洞---------改變井筒周圍滲流特征，降低滲流阻力，節(jié)約地層能量。---------克服井底附近污染在油氣勘探開發(fā)中的作用20~30%增加油氣井產(chǎn)量和注水井的注水量;;;控制井噴，煤礦開采，工業(yè)排污，廢核處理等。油氣井水力壓裂水力壓裂的歷史1947-1948:水力壓裂的發(fā)展194771948-23水力壓裂商業(yè)性應(yīng)用開始于1949年1949“水力壓裂”許可證751949.3從第一次壓裂到現(xiàn)在...膠或泡沫壓裂液倍月1988年大型壓裂，91MPa下加入817噸20/40陶粒在90年代......1995-98:20001997:>14,000,000磅（6356噸）.(~2,000m水平井,北海)進(jìn)入2000年……?/3-D()壓裂機(jī)理112312354673456水力裂縫生長(zhǎng)過程7壓裂泵注的階段 量 ISIP降排量試驗(yàn)裂縫凈壓力增加ISIP&時(shí)間地應(yīng)力及巖石力學(xué)參數(shù)裂縫形態(tài)及方位裂縫方向總是垂直于最小主應(yīng)力裂縫方向總是垂直于最小主應(yīng)力zzxyxxxy y實(shí)際可能出現(xiàn)下列情況的裂縫下竄上竄裂縫

T

彎曲裂縫縫 縫射孔方位地應(yīng)力測(cè)量、解釋方法地層巖石破裂機(jī)理和破裂壓力應(yīng)力及巖石的抗張強(qiáng)度。破裂壓力梯度FF地層破裂壓力地層深度pFHp p 2vppF1vzsspFH1v1ps1vH1v H0.015~0.025:<降低破裂壓力措施裂縫設(shè)計(jì)模型2-D3-D3-D裂縫模型PKNCGD（GDK)徑向擬三維集成三維全三維商業(yè)化壓裂軟件FracproorFracproPTM-FracStimPlanTerraFracGOHFERStimPlan水力壓裂增產(chǎn)機(jī)理

井筒含油氣的多孔儲(chǔ)層巖石”水力裂縫水力裂縫含油氣的多孔儲(chǔ)層巖石流動(dòng)變化初期，地層線性流早期，雙線性流后期，擬徑向流這個(gè)不好說，它取決于儲(chǔ)層與隔層的應(yīng)力分布和應(yīng)力差，需要通過軟件模擬才能估計(jì)。縫高控制是利用漂浮劑來控制裂縫向上延伸，對(duì)于不同構(gòu)造部位的井，裂縫產(chǎn)生的方向有什么規(guī)律？轉(zhuǎn)向壓裂的原理是什么？在文南油田是否使用？重復(fù)壓裂以往：延伸或者重新張開已經(jīng)閉合的水力裂縫，施工規(guī)模必須大于上一次。重復(fù)壓裂裂縫轉(zhuǎn)向與延伸分析重復(fù)壓裂轉(zhuǎn)向分析主應(yīng)力改變方向的機(jī)理）主應(yīng)力改變方向的機(jī)理重復(fù)壓裂裂縫轉(zhuǎn)向與延伸分析重復(fù)壓裂轉(zhuǎn)向三個(gè)階段：①.新裂縫先在應(yīng)力轉(zhuǎn)向區(qū)內(nèi)垂直于老裂縫縫長(zhǎng)方向穩(wěn)定延伸至應(yīng)力各向同性點(diǎn)。②.超過應(yīng)力轉(zhuǎn)向區(qū)后，新裂縫將逐漸轉(zhuǎn)向到垂直于最小水平應(yīng)力方向之前的延伸。③.新裂縫轉(zhuǎn)向到垂直于最小水平應(yīng)力方向上的穩(wěn)定延伸。裂縫堵劑性能要求能完全進(jìn)入地層裂縫中形成濾餅從而有效封堵裂縫；不滲入地層孔隙從而不會(huì)堵塞巖石孔隙。高的強(qiáng)度、良好的粘彈性，即具有很好的抗拉性及與巖石表面的強(qiáng)粘附力。堵劑強(qiáng)度至少要高于產(chǎn)層的破裂壓力。有利于泵入和流動(dòng)，能夠有效溶（降）解。壓裂設(shè)計(jì)選層決策。類別決策要考慮的參數(shù)候選井單井地質(zhì)狀況二、油藏模擬2、單井壓裂油藏模擬儲(chǔ)層滲透率范圍:很低<0.1md<1md低<1md<5md中2-20md10-100md高>50md>200md很低<0.1md<1md低<1md<5md中2-20md10-100md高>50md>200md2、單井壓裂油藏模擬最重要的參數(shù):增產(chǎn)與裂縫長(zhǎng)度低滲透儲(chǔ)層中等滲透儲(chǔ)層高滲透儲(chǔ)層有效支撐縫長(zhǎng)增產(chǎn)與裂縫長(zhǎng)度低滲透地層有效支撐縫長(zhǎng)增產(chǎn)與裂縫長(zhǎng)度中等滲透地層中等滲透地層好的裂縫導(dǎo)流能力中等的裂縫導(dǎo)流能力差的裂縫導(dǎo)流能力有效支撐縫長(zhǎng)增產(chǎn)與裂縫長(zhǎng)度高滲透地層好的裂縫導(dǎo)流能力中等的裂縫導(dǎo)流能力差的裂縫導(dǎo)流能力有效支撐縫長(zhǎng)增產(chǎn)與裂縫長(zhǎng)度高滲透地層(SkinFactor=20.)好的裂縫導(dǎo)流能力中等的裂縫導(dǎo)流能力差的裂縫導(dǎo)流能力有效支撐縫長(zhǎng)10(2010(20)510）5001000Tinsley’s*增產(chǎn)與裂縫長(zhǎng)度105110510500）1000Tinsley’s*增產(chǎn)倍數(shù)裂縫參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化裂縫參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化三、壓裂施工設(shè)計(jì)優(yōu)化壓裂施工設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)裂縫幾何尺寸影響最關(guān)鍵的幾個(gè)參數(shù)：①．濾失系數(shù)：主要取決于地層滲透率及壓裂液的造造壁性。④．壓裂液粘度：在軟件設(shè)計(jì)中通過n’、k’值計(jì)算。⑥．產(chǎn)層厚度及射孔跨距：裂縫高度，多處起裂（多裂縫）。地應(yīng)力數(shù)據(jù)2-D)裂縫參數(shù)….…......壓開縫高11=2,500psi2=2,000psiPay3=1,800psi無因次裂縫導(dǎo)流能力Fcd

力 長(zhǎng)(m)*.andCinco-Ley(1978))RadiusVs.Dim.FractureCond.AtFcd=10;Rw’=43%ofXfAtFcd=1.0;Rw’=19%ofXf1.000AtFcd=10;Rw’=43%ofXfAtFcd=1.0;Rw’=19%ofXf'/Xf0.0100.100

1.000

Fcd

10.000

100.000壓裂液優(yōu)選：要考慮壓裂液的耐溫、配伍、破膠、返排、傷害、減阻性能，通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)確定配方及材料。支撐劑優(yōu)選：施工功率（水馬力）設(shè)備按整臺(tái)計(jì)算，留有備用設(shè)備（指主壓車）壓裂設(shè)計(jì)優(yōu)化）、砂量、砂比（砂濃度）、壓力壓裂施工現(xiàn)場(chǎng)及施工設(shè)備中原井下壓裂施工現(xiàn)場(chǎng)（鄂北）國(guó)外壓裂施工現(xiàn)場(chǎng)中原油田CO2壓裂現(xiàn)場(chǎng)2000水馬力壓裂車組H-2000型儀表車技術(shù)參數(shù)：遙控泵車臺(tái)數(shù)：10H-2000型儀表車技術(shù)參數(shù)：遙控泵車臺(tái)數(shù)：10數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一個(gè)壓裂設(shè)計(jì)系統(tǒng)一個(gè)混砂車遙控系統(tǒng)兩套H-2000型主壓車技術(shù)參數(shù)：額定輸出功率：2024HP最高工作壓力：103MPa最高工作壓力下排量：0.48m3/min最大排量：2.48m3/min最大排量下壓力：36MPa2000水馬力壓裂車組H-2000型混砂車技術(shù)參數(shù)：額定排出壓力H-2000型混砂車技術(shù)參數(shù)：額定排出壓力額定排量：15m3/min最大輸砂能力10000Kg/minH-2000型管匯車技術(shù)參數(shù)：液壓起重機(jī)負(fù)荷：180KN：<32800KN高壓管匯內(nèi)徑：76mm高壓管匯耐壓連接泵車臺(tái)數(shù)：10臺(tái)CO2壓裂設(shè)備增壓泵車主要技術(shù)參數(shù)：增壓泵車主要技術(shù)參數(shù)：最大額定壓力：2.41MPa最大排量：4.65m3/min二氧化碳罐的容積：20m3國(guó)內(nèi)壓裂施工設(shè)備以進(jìn)口為主，有哈里伯頓、雙S、皇冠、西方公司產(chǎn)機(jī)組，為當(dāng)時(shí)的國(guó)際水平；部分單位為國(guó)產(chǎn)2000型。在機(jī)組數(shù)量及配套方面與國(guó)外有差距。

哈里伯頓2000型壓裂車皇冠2000型壓裂車壓裂施工設(shè)備②.泵注設(shè)備

哈里伯頓HT-3000增壓泵

壓裂施工設(shè)備③.液體混合壓裂液一、壓裂液的作用傳遞能量、壓開地層、輸送支撐劑階段不同分為：%ofTotalJobs20304050607080%ofTotalJobs20304050607080壓裂液技術(shù)9010090100HistoricalFracidTrendsWaterBaseOilBaseFoamFluidsYear0101949195219551979198219851988HistoricalFracidTrendsWaterBaseOilBaseFoamFluidsYear0101949195219551979198219851988

壓裂液類型哈里伯頓新型水基壓裂液體系液體系列稠化劑交聯(lián)劑最高溫度(℃)備注SiroccoCMHPGZr204CMHPG為羧甲基羥丙基改性瓜膠，HPG為羥丙基改性瓜膠，G為瓜膠；Zr為鋯，Ti為鈦，B為硼。CMHPG可在低pH下交聯(lián)與CO2配伍，可用于CO2泡沫壓裂。DeepQuestHPG,CMHPGB,Zr163HyborG,HPGB163SeaQuestHPGB/Ti149Pur-GelIIICMHPGZr135pHaserFracCMHPGZr135DeltaFracG,HPGB93SilverStimLTGB82斯倫貝謝YF100EC硼交聯(lián)壓裂液適用溫度38-177℃；BJ公司MedallionFrac適用溫度27-204℃，SpectraFracG適用溫度15-161℃,可用海水配制。壓裂液類型②清潔壓裂液（無固相、無殘?jiān)廴榛瘔毫岩海ㄟm用于水敏地層）21-149℃。④油基壓裂液）BJ的油基壓裂液適用溫度27-149℃，可與CO2配伍。壓裂液類型⑤泡沫壓裂液適用于低壓、水敏地層，常用N2泡沫(淺井)和CO2泡沫(深井)。斯倫貝謝新型CO2壓裂液，稠化劑用量降低了一半，適用溫度93-149℃。⑥醇基壓裂液以醇類為基液配制的壓裂液，適用于水敏、低壓和低滲透地層。BJ公司醇基壓裂液適用溫度27-150℃。壓裂液類型⑦速溶壓裂液和濃縮壓裂液在現(xiàn)場(chǎng)直接與水混合進(jìn)行泵注，方便、節(jié)省、低污染。⑧新型壓裂液（CMG)是一種稠化劑用量少，能有效改善裂縫導(dǎo)流能力的壓裂液。分子量17-30萬，比常規(guī)壓裂液BJ公司的適用溫度10-177℃。斯倫貝謝公司的在135℃時(shí)稠化劑用量可減少40%。壓裂液類型⑨壓裂液化學(xué)添加劑國(guó)外大服務(wù)公司有自己的專利產(chǎn)品。）如BJ公司的高溫酶破膠劑，在21-150℃的范圍都可使用。國(guó)內(nèi)只有耐溫70℃以內(nèi)的低溫酶，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用也不多。前 前 后壓裂液性能1.:n2.3.:7.常用三種類型壓裂液的優(yōu)缺點(diǎn)油基壓裂液優(yōu)點(diǎn)常用三種類型壓裂液的優(yōu)缺點(diǎn)油基壓裂液缺點(diǎn)常用三種類型壓裂液的優(yōu)缺點(diǎn)水基壓裂液優(yōu)點(diǎn)常用三種類型壓裂液的優(yōu)缺點(diǎn)水基壓裂液缺點(diǎn)常用三種類型壓裂液的優(yōu)缺點(diǎn)泡沫壓裂液優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：60toN2orCO2缺點(diǎn)：水基壓裂液化學(xué)添加劑pH）））溫度對(duì)壓裂液粘度的影響壓裂液的濾失(Sand)壓裂液濾失殘膠濃度增加，影響裂縫導(dǎo)流能力和縫壁的滲流壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害及預(yù)防措施（）（））乳化液）（）（）壓裂液殘膠附著于粘土表面，并堵塞孔道壓裂液殘膠附著于粘土表面，并堵塞孔道 破膠液殘?jiān)婄R掃描對(duì)比降濾失劑）(>20%N2壓裂液可以適當(dāng)降低壓裂液的粘度，也有利于降低管柱摩阻壓裂液返排時(shí)地層吐砂的原因有那些？中原油田低傷害壓裂液（瓜膠）技術(shù)指標(biāo)壓裂支撐劑）支撐劑選擇：根據(jù)地層閉合壓力、支撐劑導(dǎo)流能力、成本支撐劑圓球度定義支撐劑圓球度支撐劑粒徑支撐劑篩析樹脂包裹并未提高單顆陶粒的強(qiáng)度7500psi條件下支撐劑顆粒對(duì)破碎率的影響單個(gè)支撐劑顆粒對(duì)破碎率的影響支撐劑顆粒大小對(duì)破碎率的影響裂縫寬度對(duì)破碎率的影響支撐劑對(duì)比支撐劑 石英砂支撐劑 陶粒視比重(g/cc)2.723.273.56體積密度(g/cc)1.621.842.0樹脂裹石砂支撐劑 樹脂包裹陶粒支撐劑支撐劑對(duì)比-成本低-用于淺井，特別是低滲儲(chǔ)層的低產(chǎn)井-預(yù)固化–使應(yīng)力分布均勻并防止微粒運(yùn)移-可固化–用于減少支撐劑回流-價(jià)格高:井 溫-支撐劑選擇會(huì)影響產(chǎn)量!支撐劑導(dǎo)流能力md-ft60003.0lb/ft60003.0lb/ft2500040002.0lb/ft2300020001.0lb/ft210000.5lb/ft20020004000閉合壓力,psi600080000 0 md-ft20,00012/20-mesh20,00012/20-mesh15,00010,00016/30-mesh500020/40-mesh020004000閉合壓力,psi600080002.0lb/ft210,00020/40Ceramic10,00020/40Ceramic8000AllDatafor2.0lb/ft2600020/40Bauxite4000200020/40Sand00500010,00015,000,中原油田常用陶粒砂技術(shù)指標(biāo)BJ0.66-1.25視密度1.05-1.75超低密度支撐劑適用范圍名稱LitePropTM108LitePropTM1250LitePropTM175視密度(kg/cm3)1.0541.251.501.75體積密度(kg/cm3)0.660.840.871.25適用最大溫度(℃)107107121135最大閉合壓力(MPa)4534.54155用途壓裂壓裂壓裂超低密度支撐劑五大優(yōu)點(diǎn)：斜井壓裂工藝附加摩阻，避免產(chǎn)生多裂縫。壓裂砂堵分析壓裂施工過程中出現(xiàn)砂堵，通常由兩種原因造成：這兩種脫砂在壓裂施工曲線上具有不同的曲線特征近井地帶脫砂裂縫端部脫砂砂堵井的壓力降落曲線””時(shí)間平方根“理想”裂縫min裂縫垂直于最小主應(yīng)力方向裂縫方向min水力裂縫垂直于最小主應(yīng)力方向彎曲裂縫min由于鉆井中造成井底應(yīng)力變化，裂縫初始延伸可能不垂直于地層最小主應(yīng)力方向射孔方向的影響射孔方向的影響實(shí)際裂縫圖片壓裂后開挖（美國(guó)）降排量注入測(cè)試分析近井摩阻多裂縫示意圖多裂縫斜井壓裂工藝措施及方法消除彎曲裂縫造成的附加摩阻斜井壓裂工藝措施及方法防止產(chǎn)生多裂縫，也可減少多裂縫的產(chǎn)生。斜井壓裂工藝措施及方法保證縫寬，防止砂堵，對(duì)潛在的過早脫砂問題進(jìn)行識(shí)別和采取有效補(bǔ)救措施。大創(chuàng)5井裂縫剖面圖巖巖巖巖巖巖巖巖 巖巖巖大創(chuàng)5井裂縫剖面圖巖巖巖巖巖巖巖巖 巖巖巖巖巖巖巖 巖?..巖巖巖?..0 100 0.1 0.520.2 0.5S-SlS-Sl100010251050Shally-Sand1075Sandstone1100Sandstone1125巖巖巖巖巖巖(11500 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800FracproPT模擬的多層裂縫GR20

NEUT0.5

RocktypeSand9200SandSand

(Stressi5000 7000

(Modulus(psi

Permea0 0.5

9200

(ConcentrationofProppantin

9200

(Width

92009300SandSand

9300

9300

9300Sand9400Sand

9400

9400

9400Sand9500

9500

9500

9500ShaleSand29600

9600

9600

96009700Sand2

9700

9700

97009800

Shale

9800

(PropptContration(lb/ft2

9800

98009900Sand

990000.150.300.450.600.750.901.11.21.41.5100 200 300

9900

0.5

0.5

9900FracproPT模擬的裂縫剖面裂縫一般在離井筒多遠(yuǎn)處形成一條主縫？在FracproPT中多裂縫多裂縫的近似模擬3313223133裂縫寬度等價(jià)數(shù)量(MO)濾失等價(jià)數(shù)量(ML)裂縫情況前置液加粉砂的作用是什么，哪些井需要在前置液中加粉砂？低濾失，其次可以降低裂縫彎曲摩阻，但效果不如支撐劑段塞。小型壓裂試驗(yàn)小型壓裂試驗(yàn)計(jì)算壓裂液效率： T

1.5cccc

T T 1 Tc

pT

pT

或 ccT Tcc

Tc+Tp p p式中:F.E.---壓裂液效率（小數(shù)）壓裂液效率試驗(yàn)確定前置液百分比%前置液=(1F.E.)2+0.05%前置液=(1-F.E.)2=(1-F.E.)/(1F.E.))/(1-%前置液)非線性壓力的原因G-函數(shù)壓降剖面后續(xù)流動(dòng)裂縫延伸高度縮小在關(guān)井后裂縫長(zhǎng)度延伸500450400

4950dP/dG疊加導(dǎo)數(shù)特有形狀：dP/dG疊加導(dǎo)數(shù)特有形狀：PGdP/dG4850,,480030047502504700200465015010050

4600455000 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 GFunction = )

4500在裂縫閉合期間端部后退正常的濾失特性1000 4900900800700

48004700600500400300200100

PdP/dGGdP/dG

460044004300420000 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 G函數(shù)(=1.0)

4100取決于濾失的壓力曲線1000900800700600500

4700特征曲線:特征曲線:Pfo，疊加導(dǎo)數(shù)曲線在直線段之上。PfodP/dGGdP/dG4400P400P300

43004200200100

410000 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 G－函數(shù)(=1.0)

4000取決于濾失的壓力曲線實(shí)例縫高從高應(yīng)力層中后退高度后退的實(shí)例多加前置液有什么利弊？周期加長(zhǎng)，有可能造成不必要的裂縫尺寸，成本增加。砂堵的主要原因是什么？100mPa.s），才會(huì)因支撐劑沉降而形成砂堵。壓前酸處理降低壓裂施工難度的機(jī)理是什么？是否有必要對(duì)不同的井層采用不同的液量及配方？目的：管柱、封隔器密封不嚴(yán)時(shí)，在什么情況下可以繼續(xù)施工？要視封隔器隔離的目標(biāo)和施工壓力和套管承壓而定線性加砂的原理是什么，對(duì)設(shè)備有什么要求，有哪些優(yōu)、缺點(diǎn)？2000HHP機(jī)組的混砂車具備線性加砂功能裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)①.間接監(jiān)測(cè)技術(shù)②.直接近井筒監(jiān)測(cè)劑 井 視井 F.）③.直接遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)井下微地震法Fiber-opticWirelinetoLoggingTruckforDataHandling