水力压裂技术概述ppt课件.ppt

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1、 水力压裂工程水力压裂工程Hydraulic Fracture Engineering1.概念概念 利用利用地面高压泵组地面高压泵组,以超过地层吸收能,以超过地层吸收能力的排量将高粘液体(力的排量将高粘液体(压裂液压裂液)泵入井内,而)泵入井内,而在井底憋起高压,当该压力克服井壁附近地应在井底憋起高压,当该压力克服井壁附近地应力达到岩石抗张强度后,就在井底产生一条或力达到岩石抗张强度后,就在井底产生一条或几条水平或垂直裂缝。继续将带有几条水平或垂直裂缝。继续将带有支撑剂支撑剂的携的携砂液注入压裂液,裂缝继续延伸并在裂缝中充砂液注入压裂液,裂缝继续延伸并在裂缝中充填支撑剂。停泵后,由于支撑剂对裂

2、缝的支撑填支撑剂。停泵后,由于支撑剂对裂缝的支撑作用,可在地层中形成具有一定几何尺寸和导作用,可在地层中形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝。流能力的填砂裂缝。一、水力压裂及发展历程一、水力压裂及发展历程经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用“水力压裂水力压裂”是什么是什么?F液体连续注入使得人工裂缝变得更大。液体连续注入使得人工裂缝变得更大。F液体将高强度的固体颗粒(支

3、撑剂)带入并充填裂缝。液体将高强度的固体颗粒(支撑剂)带入并充填裂缝。F施工结束,液体返排,支撑剂留在裂缝中,形成高流通能施工结束,液体返排,支撑剂留在裂缝中,形成高流通能力的油气通道,并扩大油气的渗流面积。力的油气通道,并扩大油气的渗流面积。F利用液体传递压力在地层岩石中形成人工裂缝。利用液体传递压力在地层岩石中形成人工裂缝。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用从油藏工程的观点出发从油藏工程的观点出发 单井压裂单井压裂 整体压裂整体压裂 以研究单井渗流方式与渗以研究单井渗流方式与渗流阻力的变化实现单

4、井产流阻力的变化实现单井产能提高为目的能提高为目的。它以建立的油藏注水开它以建立的油藏注水开发井网与水力裂缝优化发井网与水力裂缝优化组合的渗流系统实现单组合的渗流系统实现单井产能与扫油效率的提井产能与扫油效率的提高为其主要内容高为其主要内容。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.水力压裂的发展历程水力压裂的发展历程 F我国从五十年代起已开始进行水力压裂技术的研究,我国从五十年代起已开始进行水力压裂技术的研究,1952年在延长油矿开始的年在延长油矿开始的。50、60年代年代 F1949.3在美国俄克拉

5、荷马州的维尔玛进行了第一次商业在美国俄克拉荷马州的维尔玛进行了第一次商业性的压裂施工。性的压裂施工。压裂主要作为单井的增产、增注措施,以追求单井增产压裂主要作为单井的增产、增注措施,以追求单井增产增注效果为目标,没有考虑实施压裂措施后,对油田开增注效果为目标,没有考虑实施压裂措施后,对油田开采动态和开发效果的影响。采动态和开发效果的影响。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.水力压裂的发展历程水力压裂的发展历程 F水力压裂技术发展迅速,在压裂材料、工艺技术和设计方水力压裂技术发展迅速,在压裂材料、工

6、艺技术和设计方法等方面都取得了新的进展。力压裂已不再仅仅被孤立地法等方面都取得了新的进展。力压裂已不再仅仅被孤立地作为单井的增产、增注措施来考虑,而是与油藏工程紧密作为单井的增产、增注措施来考虑,而是与油藏工程紧密结合起来,用于调整层间矛盾、改善驱油效率,成为提高结合起来,用于调整层间矛盾、改善驱油效率,成为提高动用储量、原油采收率和油田开发效益的有力技术措施。动用储量、原油采收率和油田开发效益的有力技术措施。70年代年代 F进入低渗透油田的勘探开发领域,由于压裂技术的应用,进入低渗透油田的勘探开发领域,由于压裂技术的应用,大大增加了油气的可采储量,使本来没有工业开采价值大大增加了油气的可采储

7、量,使本来没有工业开采价值的低渗透油气藏,成为具有相当工业储量和开发规模的的低渗透油气藏,成为具有相当工业储量和开发规模的大油气田。大油气田。80年代年代 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.水力压裂的发展历程水力压裂的发展历程 90年代年代 F水力压裂逐渐成为决定低渗透油田开发方案的主导因素。在水力压裂逐渐成为决定低渗透油田开发方案的主导因素。在研究制定低渗透油田开发方案时,按水力裂缝处于有利方位研究制定低渗透油田开发方案时,按水力裂缝处于有利方位确定井排方位,通过确定井网类型、布井密度和压裂施

8、工规确定井排方位,通过确定井网类型、布井密度和压裂施工规模,使水力压裂与油藏工程结合的更加紧密,使低渗透油田模,使水力压裂与油藏工程结合的更加紧密,使低渗透油田的高效开发成为可能。的高效开发成为可能。近年来近年来 F国内外在开发极低渗(以微达西计)的油气田中,水力压裂国内外在开发极低渗(以微达西计)的油气田中,水力压裂起到了关键性的作用。本来没有开采价值的油气田,经大型起到了关键性的作用。本来没有开采价值的油气田,经大型压裂后成为有相当储量及开发规模很大的油气田。压裂后成为有相当储量及开发规模很大的油气田。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的

9、金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用F水力压裂造缝及增产机理水力压裂造缝及增产机理二、水力压裂的主要研究内容二、水力压裂的主要研究内容F压前评估(压裂选井选层)压前评估(压裂选井选层)F压裂材料的优化选择压裂材料的优化选择F水力压裂设计水力压裂设计F水力裂缝诊断水力裂缝诊断F压后评估压后评估经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用F压裂是中、低渗透油气田勘探、开发过程中的重要环节压裂是中、低渗透油气田勘探、开发过程中的重要环节三、水力压裂在勘探开发中的作用三、水力压裂在勘探开发中的作用F压裂是非均质

10、、多油层油田调整层间矛盾、平面矛盾,实压裂是非均质、多油层油田调整层间矛盾、平面矛盾,实现分层开采的重要措施。现分层开采的重要措施。F压裂是低渗透油水井实现增产、增注技术的重要措施。压裂是低渗透油水井实现增产、增注技术的重要措施。F压裂是对油层伤害解堵的有效方法。压裂是对油层伤害解堵的有效方法。勘探阶段勘探阶段 开发阶段开发阶段 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用F压裂是实现低渗透、低孔隙度、低丰度油田经济开发的有压裂是实现低渗透、低孔隙度、低丰度油田经济开发的有效手段。效手段。三、水力压裂在勘探开

11、发中的作用三、水力压裂在勘探开发中的作用F压裂是出砂油井进行防砂的有效方法压裂是出砂油井进行防砂的有效方法 F压裂是煤层气开采或煤层采掘过程中排气的一种安全技术压裂是煤层气开采或煤层采掘过程中排气的一种安全技术措施。措施。开发阶段开发阶段 其他方面其他方面 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第一章第一章 岩石力学基础岩石力学基础第一节岩石力学参数第一节岩石力学参数 一、弹性模量一、弹性模量 定义定义 岩石弹性模量是指岩石受拉应力或压应力时岩岩石弹性模量是指岩石受拉应力或压应力时岩石将产生变形,当负荷

12、增加到一定程度后,应石将产生变形,当负荷增加到一定程度后,应力与应变即呈线性关系,应力与应变的比值称力与应变即呈线性关系,应力与应变的比值称为岩石的弹性模量。为岩石的弹性模量。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用一、弹性模量一、弹性模量 作用作用 岩石弹性模量的大小反映了储集层岩石的致密岩石弹性模量的大小反映了储集层岩石的致密程度,它与压开缝宽成反比,与施工泵压成正程度,它与压开缝宽成反比,与施工泵压成正比比。在裂缝高度假设为恒定的二维模型中在裂缝高度假设为恒定的二维模型中 F对牛顿流体,裂缝宽度与弹

13、性模量的对牛顿流体,裂缝宽度与弹性模量的四分之一成反比四分之一成反比.F对牛顿流体,裂缝宽度与弹性模量的对牛顿流体,裂缝宽度与弹性模量的关系是:关系是:经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用水力裂缝模型水力裂缝模型PKN模模型型:宽宽度度剖剖面面及及水水平平剖剖面面均均为为一一椭椭圆圆,垂垂直直剖剖面面为为矩矩形形,裂裂缝缝高高度度恒恒定定经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用水力裂缝模型水力裂缝模型GDK模模型

14、型:宽宽度度剖剖面面为为矩矩形形,水水平平剖剖面面为为椭椭圆圆形形经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、弹性模量二、弹性模量 定义定义 岩石泊松比是指岩石受岩应力时,在弹性范围岩石泊松比是指岩石受岩应力时,在弹性范围 内岩石的侧向应变与轴向应变的比值。内岩石的侧向应变与轴向应变的比值。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、弹性模量二、弹性模量 作用作用 岩石岩石泊松比则关系到压开的裂缝高度在纵向上泊松比则

15、关系到压开的裂缝高度在纵向上的延伸程度与地应力剖面的解释。的延伸程度与地应力剖面的解释。需注意:需注意:弹性模量值和泊松比值的大小反映了岩石的软硬弹性模量值和泊松比值的大小反映了岩石的软硬程度。对砂岩而言,当岩石由软变硬时,弹性模程度。对砂岩而言,当岩石由软变硬时,弹性模量值由小至大,而泊松比恰恰相反。量值由小至大,而泊松比恰恰相反。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用现场测试方法现场测试方法 利用长源距声波测井(利用长源距声波测井(LSDSLSDS)取得纵波速度和)取得纵波速度和横波速度,利用密度测

16、井求得岩石密度,可获横波速度,利用密度测井求得岩石密度,可获得岩石力学参数的动态值。得岩石力学参数的动态值。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用三、孔隙弹性系数三、孔隙弹性系数 定义定义 它是反映孔隙压力对岩石变形影响系数它是反映孔隙压力对岩石变形影响系数 作用作用 它是求取水平地应力的一个重要参数它是求取水平地应力的一个重要参数.经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第二节第二节 压裂压力压裂压力 一、岩石的

17、断裂韧性一、岩石的断裂韧性 应力强度因子定义应力强度因子定义 应力强度因子是指裂缝端部附近的应力大小。应力强度因子是指裂缝端部附近的应力大小。根据弹性理论,应力场是以原点位于裂缝端部根据弹性理论,应力场是以原点位于裂缝端部的坐标系坐标系表示的。的坐标系坐标系表示的。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用一、岩石的断裂韧性一、岩石的断裂韧性 对于任意一个三维均匀体来说,裂缝加载有张对于任意一个三维均匀体来说,裂缝加载有张开型、滑开型和撕开型开型、滑开型和撕开型3 3种基本模式。种基本模式。应力模型应力模型

18、I称为张开型,裂缝前方有一法向张力。称为张开型,裂缝前方有一法向张力。模型模型II称为滑开型,伴随有一个纵向剪力。称为滑开型,伴随有一个纵向剪力。模型模型III称为撕开型,伴随有一横向剪力。称为撕开型,伴随有一横向剪力。水力压裂产生的裂水力压裂产生的裂缝只适用于模型缝只适用于模型I。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用一、岩石的断裂韧性一、岩石的断裂韧性 岩石断裂韧性定义岩石断裂韧性定义 为了扩展裂缝,净压力为正,在裂缝端部之前诱发一个为了扩展裂缝,净压力为正,在裂缝端部之前诱发一个张开的张应力为。该

19、应力在端部趋向无限大,离开端部张开的张应力为。该应力在端部趋向无限大,离开端部逐渐降低,在无限远处为零。当裂缝端部的应力值达到逐渐降低,在无限远处为零。当裂缝端部的应力值达到最大,即张开型应力强度因子最大,即张开型应力强度因子 达到临界值,岩石应力达到临界值,岩石应力强度因子的临界值称为岩石的断裂韧性,它决定了裂缝强度因子的临界值称为岩石的断裂韧性,它决定了裂缝在延伸过程中所需要的力。记作在延伸过程中所需要的力。记作 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用一、岩石的断裂韧性一、岩石的断裂韧性 作用作用F

20、压裂压裂岩石的断裂韧性是阻止裂缝向前扩展的一个量度。裂缝岩石的断裂韧性是阻止裂缝向前扩展的一个量度。裂缝在扩展过程中,受周围岩石的断裂韧性在扩展过程中,受周围岩石的断裂韧性 的控制。根据能量的控制。根据能量条件,内压(或通常所说的破裂载荷)会在裂缝边缘某一点条件,内压(或通常所说的破裂载荷)会在裂缝边缘某一点上诱发一个应力强度因子上诱发一个应力强度因子 当它大于岩石的断裂韧性时,裂当它大于岩石的断裂韧性时,裂缝向前扩展。即:缝向前扩展。即:F岩石断裂韧性的大小与施工泵压(即破裂压力和裂缝延伸压力)岩石断裂韧性的大小与施工泵压(即破裂压力和裂缝延伸压力)的高低呈正比,与水力裂缝缝长的长短呈反比的

21、高低呈正比,与水力裂缝缝长的长短呈反比。F在一定条件下,岩石断裂韧性的大小可使水力裂缝方位不再沿在一定条件下,岩石断裂韧性的大小可使水力裂缝方位不再沿水平最大主应力方位延伸而发生转向。水平最大主应力方位延伸而发生转向。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第二节第二节 压裂压力压裂压力 二、地层破裂压力二、地层破裂压力 地层破裂压力定义地层破裂压力定义 应地层破裂压力定义为使地层产生水力裂缝时应地层破裂压力定义为使地层产生水力裂缝时的井底流体压力。的井底流体压力。地层破裂压力的高低与岩石弹性性质、孔隙压

22、力、天地层破裂压力的高低与岩石弹性性质、孔隙压力、天然裂缝的发育情况以及该地区的地应力等因素有关。然裂缝的发育情况以及该地区的地应力等因素有关。地层破裂压力与地层中部深度的比值称地层破裂压力与地层中部深度的比值称为破裂压力梯度。为破裂压力梯度。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、地层破裂压力二、地层破裂压力作用作用F地层破裂压力是确定井下管柱、井下工具、井口装置与泵注地层破裂压力是确定井下管柱、井下工具、井口装置与泵注设备压力极限的依据。设备压力极限的依据。F根据破裂压力确定压裂施工时的地面最高泵

23、压、泵注排量以及根据破裂压力确定压裂施工时的地面最高泵压、泵注排量以及需用设备功率。需用设备功率。F根据破裂压力梯度可以大致推断水力裂缝的形态。一般认为,根据破裂压力梯度可以大致推断水力裂缝的形态。一般认为,在压力系数为在压力系数为1.0的正常油藏中。的正常油藏中。地如果破裂压力梯度小于地如果破裂压力梯度小于0.0150.018 0.0150.018 时,时,多为水平裂缝;多为水平裂缝;如果破裂压力梯度大于如果破裂压力梯度大于0.023 0.023 时,多为垂时,多为垂直裂缝。直裂缝。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的

24、价款或接受服务的费用二、地层破裂压力二、地层破裂压力 采集方法采集方法 F理论计算方法理论计算方法Eaton法法 该理论认为,地下岩层处于均匀水平地应力状态,其中充满该理论认为,地下岩层处于均匀水平地应力状态,其中充满着层理、微裂隙和(张开或隐形的)天然裂缝,流体在压力着层理、微裂隙和(张开或隐形的)天然裂缝,流体在压力作用下将沿这些薄弱面侵入,使其张开并向岩层延伸,且张作用下将沿这些薄弱面侵入,使其张开并向岩层延伸,且张开裂缝的流体压力只需克服垂直裂缝面的地应力。开裂缝的流体压力只需克服垂直裂缝面的地应力。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿

25、的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、地层破裂压力二、地层破裂压力 采集方法采集方法 F测井分析法测井分析法 利用测井资料得出泊松比后,按下式计算地层破裂压力:利用测井资料得出泊松比后,按下式计算地层破裂压力:对于多数沉积岩,可取对于多数沉积岩,可取 =1,于是,于是 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、地层破裂压力二、地层破裂压力 采集方法采集方法 F利用现场施工参数计算利用现场施工参数计算 施工泵注前置液使的最高井底压裂压力(此时,可认为是 压开地层时的井底破裂压力);泵注前置液时最

26、高地面泵注压力;井筒的静液柱压力;井筒管柱的沿程摩阻;射孔孔眼的孔眼摩阻;瞬时停泵压力;地层破裂压力梯度;经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用三、裂缝延伸压力和裂缝净压力三、裂缝延伸压力和裂缝净压力 定义定义 裂缝延伸压力是指一旦产生水力裂缝,该缝欲在长、宽、高裂缝延伸压力是指一旦产生水力裂缝,该缝欲在长、宽、高三方位扩展所需的初始流体压力。三方位扩展所需的初始流体压力。一般,裂缝延伸压力小于地层破裂压力而大于裂缝的一般,裂缝延伸压力小于地层破裂压力而大于裂缝的闭合压力。该值的高低与储集层岩石断裂韧性

27、、压开闭合压力。该值的高低与储集层岩石断裂韧性、压开的裂缝体积,即与施工规模的大小有关。的裂缝体积,即与施工规模的大小有关。裂裂由图可见,地层破裂后,裂缝在较破裂压力低的压力下向由图可见,地层破裂后,裂缝在较破裂压力低的压力下向地层深处延伸。在这一过程中,由于流体在缝中流动阻力的地层深处延伸。在这一过程中,由于流体在缝中流动阻力的增加,使裂缝延伸压力随之稍有增大增加,使裂缝延伸压力随之稍有增大。作用作用 施工中,裂缝延伸压力与裂缝净压力随时间的变化,施工中,裂缝延伸压力与裂缝净压力随时间的变化,是判断裂缝延伸状态的重要依据,用来进行压裂设是判断裂缝延伸状态的重要依据,用来进行压裂设计和指导现场

28、压裂施工。计和指导现场压裂施工。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用三、裂缝延伸压力和裂缝净压力三、裂缝延伸压力和裂缝净压力 裂缝延伸压力采集裂缝延伸压力采集 进行现场阶梯式泵注试验是确认裂缝延伸压力最可靠的方法。进行现场阶梯式泵注试验是确认裂缝延伸压力最可靠的方法。如果井底未下压力计,应将地面上测定的裂缝延伸压力换算如果井底未下压力计,应将地面上测定的裂缝延伸压力换算到井

29、底条件:到井底条件:井底裂缝延伸压力;井底裂缝延伸压力;地面测量的裂缝延伸压力。地面测量的裂缝延伸压力。试验中或试验结束后,如取得地面瞬时关井压力,则井底的试验中或试验结束后,如取得地面瞬时关井压力,则井底的裂缝延伸压力为:裂缝延伸压力为:瞬时停泵瞬时停泵延伸压力;延伸压力;地面瞬时关井压力。地面瞬时关井压力。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用四、裂缝闭合压力四、裂缝闭合压力 定义定义 裂缝闭合压力有两种不同的定义,但其实质一样。裂缝闭合压力有两种不同的定义,但其实质一样。(1)开始张开一条已存在的

30、水力裂缝所必须的流体压力。)开始张开一条已存在的水力裂缝所必须的流体压力。(2)使裂缝恰好保持不至于闭合所需要的流体压力。)使裂缝恰好保持不至于闭合所需要的流体压力。这一流体压力与地层中垂直于裂缝面上的最小主应这一流体压力与地层中垂直于裂缝面上的最小主应力大小相等,方向相反。闭合压力小于开始形成水力大小相等,方向相反。闭合压力小于开始形成水力裂缝所需要的破裂压力,并始终小于裂缝的延伸力裂缝所需要的破裂压力,并始终小于裂缝的延伸压力,即使产层存在天然裂缝也是如此。压力,即使产层存在天然裂缝也是如此。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费

31、者购买商品的价款或接受服务的费用四、裂缝闭合压力四、裂缝闭合压力 作用作用(1 1)裂缝闭合压力是所有压裂压力分析的参考,或作裂缝闭合压力是所有压裂压力分析的参考,或作为基准压力。该压力相当于油藏渗流分析中的原始为基准压力。该压力相当于油藏渗流分析中的原始地层压力。因此,它是压裂设计与压裂效果评价的地层压力。因此,它是压裂设计与压裂效果评价的重要参数。重要参数。(2 2)裂缝闭合压力是选择支撑剂类型、粒径尺寸、铺)裂缝闭合压力是选择支撑剂类型、粒径尺寸、铺置浓度和确定导流能力的主要依据。置浓度和确定导流能力的主要依据。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失

32、,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用四、裂缝闭合压力四、裂缝闭合压力 采集方法采集方法 现场进行微型压裂、注入现场进行微型压裂、注入返排试验或注入返排试验或注入关井关井试验可直接求取裂缝闭合压力,计算式如下:试验可直接求取裂缝闭合压力,计算式如下:试试在微型压裂中有:在微型压裂中有:试试最大水平主应力估算为:最大水平主应力估算为:在小型测试压裂注入在小型测试压裂注入返排试验中:返排试验中:由于:由于:所以所以 微型压裂中再次开泵后重新张开裂缝的压力;微型压裂中再次开泵后重新张开裂缝的压力;微型压裂中第一次瞬时关井压力(井底)。微型压裂中第一次瞬时关井压力(井底)。经营者提供商

33、品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第三节第三节 就地应力场就地应力场课程内容就地应力场影响就地应力场的因素就地应力场在水力压裂中的作用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第三节第三节 就地应力场就地应力场就地应力场 作用在地壳任一深度下某一岩石质点(单元体)上作用在地壳任一深度下某一岩石质点(单元体)上实时的三维地应力及其方位(走向)称之为就地应实时的三维地应力及其方位(走向)称之为就地应力场。力场。(1)它是控制水力

34、裂缝几何形态、方位与)它是控制水力裂缝几何形态、方位与扩展的主要因素。扩展的主要因素。(2)在注水开发的油藏中压裂,这一参数)在注水开发的油藏中压裂,这一参数决定了水里裂缝的缝长及其施工规模,以便决定了水里裂缝的缝长及其施工规模,以便与给定的注采井网相匹配与给定的注采井网相匹配 (3)它)它而对尚待压裂开发的油藏而言,它而对尚待压裂开发的油藏而言,它又是部署注采井网和制定压裂措施的根本依又是部署注采井网和制定压裂措施的根本依据。据。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第三节第三节 就地应力场就地应力场

35、就地应力场地应力地应力 存在于地壳中的内应力称之为地应力。它是地壳岩石存在于地壳中的内应力称之为地应力。它是地壳岩石受垂向上的重力、水平方向上的各种构造动力和其他受垂向上的重力、水平方向上的各种构造动力和其他动力作用,在岩石内部某一深处质点(单元体)上引动力作用,在岩石内部某一深处质点(单元体)上引起相应变形的一个岩石力学参数。起相应变形的一个岩石力学参数。油气储集层岩石的地应力主要由重力应力、构造应力、孔隙油气储集层岩石的地应力主要由重力应力、构造应力、孔隙压力和热应力耦合而成。地应力随储集层所在构造、埋藏深压力和热应力耦合而成。地应力随储集层所在构造、埋藏深度、岩石性质和孔隙压力的不同而变

36、化,是以变量。度、岩石性质和孔隙压力的不同而变化,是以变量。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第三节第三节 就地应力场就地应力场就地应力场地应力分布地应力分布 地应力呈三维分布,即在地应力呈三维分布,即在x x、y y和和z z轴上各有一个地应力轴上各有一个地应力存在,统称为主应力。其中一个基本上是垂直的,称存在,统称为主应力。其中一个基本上是垂直的,称之为垂向主应力之为垂向主应力 (或(或 ),另两个主应力),另两个主应力 和和 则呈水则呈水平状,相互垂直地分布在平状,相互垂直地分布在360360

37、平面的任一区间上,它平面的任一区间上,它们均称为水平主应力。这三个主应力相互垂直,又不们均称为水平主应力。这三个主应力相互垂直,又不相等,有相等,有 的关系。的关系。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第三节第三节 就地应力场就地应力场就地应力场地应力大小地应力大小 (1 1)三个主应力值大小不等。垂向主应力)三个主应力值大小不等。垂向主应力 (或(或 )来)来自上覆岩石的重力;两个水平主应力自上覆岩石的重力;两个水平主应力 和和 则由构造应则由构造应力构成。在两个水平主应力中,量值大的称为最大水力构

38、成。在两个水平主应力中,量值大的称为最大水平主应力,记作平主应力,记作 (或(或 ),小的叫做最小水平主应力),小的叫做最小水平主应力 (或(或 )。)。(2)垂向主应力值是其上覆岩石密度与其埋藏深度的函数。)垂向主应力值是其上覆岩石密度与其埋藏深度的函数。对给定的油气储集层,该值可视为常数。两个水平主应力除受储对给定的油气储集层,该值可视为常数。两个水平主应力除受储集层构造、埋深、岩性等因素的影响之外,更受制于储集层孔隙集层构造、埋深、岩性等因素的影响之外,更受制于储集层孔隙压力因注水、采油所带来的变化,并与之共增减。压力因注水、采油所带来的变化,并与之共增减。经营者提供商品或者服务有欺诈行

39、为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第三节第三节 就地应力场就地应力场就地应力场地应力大小地应力大小 如以垂向主应力为参照,则在储集层岩石的某一质如以垂向主应力为参照,则在储集层岩石的某一质点上三个主应力的大小可分为以下三种类型:点上三个主应力的大小可分为以下三种类型:I类,垂向应力为最小主应力,即类,垂向应力为最小主应力,即 ;II类,垂向应力为最大主应力,即类,垂向应力为最大主应力,即 ;III类,垂向主应力为中间应力,即类,垂向主应力为中间应力,即 ;经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损

40、失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第三节第三节 就地应力场就地应力场就地应力场地应力大小地应力大小 (3 3)有效地应力。作用在油气储集层上的地应力,一有效地应力。作用在油气储集层上的地应力,一部分由储集层孔隙中的流体所支持,即由储集层孔隙压部分由储集层孔隙中的流体所支持,即由储集层孔隙压力所承担,另一部分则直接作用在岩石颗粒的骨架上,力所承担,另一部分则直接作用在岩石颗粒的骨架上,称为有效地应力,也称为岩石骨架应力。称为有效地应力,也称为岩石骨架应力。(4)垂向主应力与水平主应力的相对大小决定了水力裂缝的产状)垂向主应力与水平主应力的相对大小决定了水力裂缝的产状(形态)

41、。(形态)。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第三节第三节 就地应力场就地应力场就地应力场地应力方位地应力方位 地应力具有方位(走向)性。在原始状态下垂向主应力地应力具有方位(走向)性。在原始状态下垂向主应力与两个水平主应力呈平衡状,而一旦受(挖掘、钻井或与两个水平主应力呈平衡状,而一旦受(挖掘、钻井或压裂等)外力作用,破坏了这一平衡,根据最小主应力压裂等)外力作用,破坏了这一平衡,根据最小主应力原理,储集层岩石的破裂总是产生于强度最弱、阻力最原理,储集层岩石的破裂总是产生于强度最弱、阻力最小处的方

42、位,即在垂直于最小主应力的方位上破裂。或小处的方位,即在垂直于最小主应力的方位上破裂。或者说,岩石总是沿最大主应力的方位破裂。者说,岩石总是沿最大主应力的方位破裂。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第三节第三节 就地应力场就地应力场就地应力场相关术语相关术语 构造应力是指由构造运动引起的岩体引起的岩体中的地构造应力是指由构造运动引起的岩体引起的岩体中的地应力增量。这一增量导致了构造运动、产生构造变形和应力增量。这一增量导致了构造运动、产生构造变形和形成各种构造形迹。它以矢量形式叠加在地层重力应力形成

43、各种构造形迹。它以矢量形式叠加在地层重力应力场中,使两个水平应力既相互垂直,又不相等。场中,使两个水平应力既相互垂直,又不相等。构造应力构造应力经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第三节第三节 就地应力场就地应力场就地应力场相关术语相关术语 根据测井资料和地应力剖面,按地质分层给出每层地应根据测井资料和地应力剖面,按地质分层给出每层地应力值的做法叫做分层地应力。层与层之间的地应力差值力值的做法叫做分层地应力。层与层之间的地应力差值叫做地应力差。地应力差是压裂设计的关键参数,也是叫做地应力差。地应力差是

44、压裂设计的关键参数,也是制定工艺措施的主要依据制定工艺措施的主要依据 分层应力或地应力差分层应力或地应力差经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第三节第三节 就地应力场就地应力场就地应力场相关术语相关术语 根据地应力剖面,仅按地应力的数值大小进行分层的做根据地应力剖面,仅按地应力的数值大小进行分层的做法称为地应力分层。相邻的不同地质层因其力学性质相法称为地应力分层。相邻的不同地质层因其力学性质相近而被归为同一地应力层;或在同一地质层内因各种原近而被归为同一地应力层;或在同一地质层内因各种原因使地应力突变

45、成为两个、甚至多个不同的地应力层。因使地应力突变成为两个、甚至多个不同的地应力层。地应力分层地应力分层经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第三节第三节 就地应力场就地应力场就地应力场相关术语相关术语 地层温度变化使其内部引起的应力增量称为热应力。热地层温度变化使其内部引起的应力增量称为热应力。热应力与该地层温度变化的幅度及该层岩石的热力学性质应力与该地层温度变化的幅度及该层岩石的热力学性质有关。例如火烧油层、注热水或注热蒸汽都会改变油藏有关。例如火烧油层、注热水或注热蒸汽都会改变油藏局部乃至整个油层的

46、地应力大小和方位。局部乃至整个油层的地应力大小和方位。热应力热应力经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第三节第三节 就地应力场就地应力场影响就地应力场的因素 影响就地应力场影响就地应力场最主要的是油气储集层的地质构造、埋藏深度、最主要的是油气储集层的地质构造、埋藏深度、岩性及其力学性质和油气藏的开采活动(孔隙压力和储集层温度岩性及其力学性质和油气藏的开采活动(孔隙压力和储集层温度的变化)。的变化)。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买

47、商品的价款或接受服务的费用第三节第三节 就地应力场就地应力场影响就地应力场的因素地质构造地质构造局部应力场与区域应力场局部应力场与区域应力场 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第三节第三节 就地应力场就地应力场影响就地应力场的因素地质构造地质构造断层断层 断层是地层在地应力作用下发生破裂和滑动的结果,在一定的断层是地层在地应力作用下发生破裂和滑动的结果,在一定的应力场下所形成的断层类型基本固定应力场下所形成的断层类型基本固定 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损

48、失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第三节第三节 就地应力场就地应力场影响就地应力场的因素地质构造地质构造断层断层 正断层正断层上盘沿断层面相对下降,下盘相对上升的断层称为正断上盘沿断层面相对下降,下盘相对上升的断层称为正断层。在正断层中垂向应力层。在正断层中垂向应力(或(或 )是最大主应力)是最大主应力 ,断层走向为,断层走向为中等应力中等应力 (最大水平主应力(最大水平主应力 )的方向,且在这一以正断层为)的方向,且在这一以正断层为标志的地壳松弛区,水平主应力标志的地壳松弛区,水平主应力 (或或 )约为垂向主应力)约为垂向主应力 的的13。经营者提供商品或者服务有欺诈行

49、为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第三节第三节 就地应力场就地应力场影响就地应力场的因素地质构造地质构造断层断层 逆断层逆断层上盘沿断层面相对上升,下盘相对下降的断层上盘沿断层面相对上升,下盘相对下降的断层称为逆断层。若弱断层面倾角小于称为逆断层。若弱断层面倾角小于4545则称为逆掩断层。则称为逆掩断层。在逆断层中垂向应力在逆断层中垂向应力 (或)是最小主应力或)是最小主应力 ,断层走,断层走向为中等主应力向为中等主应力 (最小水平主应力(最小水平主应力 )的方向,且在)的方向,且在这种地壳压缩区内,水平主应力这种地壳压缩区内,

50、水平主应力 则是垂向主应力则是垂向主应力 的的3 3倍。即:倍。即:经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第三节第三节 就地应力场就地应力场影响就地应力场的因素地质构造地质构造断层断层 滑移断层滑移断层断层两盘沿断层面走向相对移动的断层称为滑移断层。断层两盘沿断层面走向相对移动的断层称为滑移断层。在这种断层中,垂向主应力在这种断层中,垂向主应力 (或(或 )是中等主应力)是中等主应力 ,断层走向,断层走向与最大水平主应力(与最大水平主应力()的方向的交角小于的方向的交角小于45。经营者提供商品或者服务有

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