水力压裂设计学习教案.pptx

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1、会计学1水力水力(shul)压裂设计压裂设计第一页，共110页。背景背景背景背景(bijng)(bijng)垂直井单相(dn xin)油流 产量公式 对具体井，地层条件(ko,h)、流体(lit)性质(o,Bo)和井特性(re,rw)已经确定。提高产量的措施:注水保持地层压力;人工举升降低井底流动压力;对于低渗透储层：水力压裂第1页/共110页第二页，共110页。第一节第一节 水力水力(shul)压裂概述压裂概述水力压裂示意图压裂材料：压裂液和支撑剂施工(sh gng)参数：排量和压力压裂设备：泵车(组)、液罐、砂车、仪表车第2页/共110页第三页，共110页。力学观点：裂缝形成与延伸(yns

2、hn)是力学行为。生产角度：裂缝方位与形态影响压裂改造效果 问题(wnt)：储层应力环境地应力场(2)水力裂缝方位(3)破裂压裂计算与预测基本思路：注水井采油井 第3页/共110页第四页，共110页。地应力 存在于地壳内部的应力，是由于地壳内部的垂直运动和水平运动及其它因素综合(zngh)作用引起介质内部单位面积上的作用力。地下岩石应力(yngl)状态：为三向不等压压缩状态.x（x）y(y)z(z)主应力:x，y，z ;应变(yngbin):x，y，z第二节、地应力分析与破裂压力第二节、地应力分析与破裂压力1 1 1 1 地应力场地应力场地应力场地应力场第4页/共110页第五页，共110页。原

3、地应力：重力(zhngl)应力 构造应力 孔隙流体压力 热应力 地应力构成(guchng)：原地应力+扰动应力。第5页/共110页第六页，共110页。其中(qzhng)：r(h)为上覆岩层密度，由密度测井曲线获得。(1)重力应力(yngl)（上覆压力）为Boit孔隙弹性(tnxng)常数。有效垂向应力为第6页/共110页第七页，共110页。由广义虎克定律(dngl)计算总应变研究(ynji)对象：地层中任意单元体。第7页/共110页第八页，共110页。由于泊松效应(xioyng)，垂向应力产生的侧向压力第8页/共110页第九页，共110页。(2)(2)构造构造构造构造(guzo)(guzo)应

4、力应力应力应力定 义：地 壳 的 构 造 运 动 引 起(ynq)的岩体之间的相互作用力。是地应力的一个分量。来源：各种构造运动(u zo yn dn)，包括：区域构造巨大构造单元间的相互作用力；局部构造产生于局部地区岩体之间。如断层、岩层弯曲等。A B C第9页/共110页第十页，共110页。特点构造应力属于水平的平面应力状态挤压构造力引起挤压构造应力张性构造力引起拉张构造应力构造运动(u zo yn dn)的边界影响使其在传播过程中逐渐衰减。第10页/共110页第十一页，共110页。n n断层和裂缝发育区断层和裂缝发育区n n 正正 断断 层层，水水 平平 应应 力力(yngl)(yngl

5、)x x可可能能只只有有垂垂向向应应力力(yngl)(yngl)z z的的1/31/3。右旋走向(zuxing)滑动断层正断层逆断层(duncng)逆断层或褶皱带的水平应力可大到 z的3倍。第11页/共110页第十二页，共110页。(3)(3)热应力热应力热应力热应力原因：地层温度变化(binhu)引起的内应力增量。计算方法特点：与温度变化、岩石力学性质有关(yugun)产生环境：火烧油层、注蒸汽开采、注水第12页/共110页第十三页，共110页。2 2 人工裂缝人工裂缝(li fng)(li fng)方位方位原理：裂缝(li fng)面垂直于最小主应力方向当z最小时，形成水平裂缝；当 Y或

6、xz，形 成 垂 直(chuzh)裂缝。yxxyz第13页/共110页第十四页，共110页。显裂缝地层很难出现人工显裂缝地层很难出现人工(rngng)(rngng)裂缝。裂缝。微裂缝地层微裂缝地层 垂直于最小主应力方向；垂直于最小主应力方向；基本上沿微裂缝方向发展，把微裂缝串成显裂缝基本上沿微裂缝方向发展，把微裂缝串成显裂缝第14页/共110页第十五页，共110页。y二、水力压裂造缝机理二、水力压裂造缝机理1 1 井壁最终应力井壁最终应力(yngl)(yngl)分分布布rxrRwxy第15页/共110页第十六页，共110页。(4)(4)(4)(4)井壁上的总周向应力井壁上的总周向应力井壁上的总

7、周向应力井壁上的总周向应力(应力迭加原理应力迭加原理应力迭加原理应力迭加原理(yunl)(yunl)(yunl)(yunl)地应力地应力地应力地应力+井筒内压井筒内压井筒内压井筒内压+渗滤引起的周向应力渗滤引起的周向应力渗滤引起的周向应力渗滤引起的周向应力第16页/共110页第十七页，共110页。2 2 2 2 水力水力水力水力(shul)(shul)(shul)(shul)压裂造缝条件压裂造缝条件压裂造缝条件压裂造缝条件(1)形成垂直缝岩石破坏(phui)条件压为正，拉为负最大有效(yuxio)周向应力大于水平方向抗拉强度第17页/共110页第十八页，共110页。有液体(yt)渗滤当破裂(p

8、li)时，Pi=PF第18页/共110页第十九页，共110页。无液体(yt)渗滤当破裂(pli)时，Pi=PF第19页/共110页第二十页，共110页。(2)形成(xngchng)水平缝岩石(ynsh)破坏条件最大有效(yuxio)周向应力大于垂直方向抗拉强度第20页/共110页第二十一页，共110页。有液体(yt)渗滤有效(yuxio)总垂向应力为：第21页/共110页第二十二页，共110页。当破裂(pli)时，Pi=PF第22页/共110页第二十三页，共110页。无液体(yt)渗滤有效(yuxio)总垂向应力为：第23页/共110页第二十四页，共110页。当破裂(pli)时，Pi=PF第2

9、4页/共110页第二十五页，共110页。3 3 3 3 破裂破裂破裂破裂(pli)(pli)(pli)(pli)压力梯度压力梯度压力梯度压力梯度定义(dngy)理论计算(垂直裂缝(li fng)形态)矿场统计当F MPa/m,形成垂直裂缝当F MPa/m,形成水平裂缝第25页/共110页第二十六页，共110页。三、三、地应力的测量地应力的测量(cling)(cling)及计及计算算（1 1）矿场测量矿场测量(cling)(cling)水力压裂法水力压裂法 井眼椭圆法（井壁崩落法）井眼椭圆法（井壁崩落法）（2）岩心分析(fnx)（实验室）滞弹性应变恢复（ASR）微差应变分析(fnx)（DSCA）

10、（4）有限元计算（3）测井解释第26页/共110页第二十七页，共110页。第三节第三节 压裂液压裂液 压裂液及其性能(xngnng)要求 压裂液添加剂 压裂液的流动性 压裂液的滤失性 压裂液对储层的伤害 压裂液选择第27页/共110页第二十八页，共110页。压裂液的组成压裂液的组成(z chn)n n前置前置(qin zh)(qin zh)液液n n携砂液携砂液n n顶替液顶替液n n（完整的压裂泵注程序中还可以有（完整的压裂泵注程序中还可以有清孔液、前垫液、预前置清孔液、前垫液、预前置(qin(qin zh)zh)液）液）第28页/共110页第二十九页，共110页。对压裂液的性能对压裂液的性

11、能(xngnng)要求要求(1)与地层岩石和地下流体的配伍(piw)性；(2)有效地悬浮和输送支撑剂到裂缝深部；(3)滤失少 ；(4)低摩阻 ；(5)低残渣、易返排；(6)热稳定性和抗剪切稳定性。第29页/共110页第三十页，共110页。压裂液对储层的伤害(shnghi)压裂液在地层中滞留产生液堵地层粘土矿物水化膨胀和分散运移产生的伤害压裂液与原油乳化(rhu)造成的地层伤害润湿性发生反转造成的伤害压裂液残渣对地层造成的损害压裂液对地层的冷却效应造成地层伤害压裂液滤饼和浓缩对地层的伤害第30页/共110页第三十一页，共110页。压裂液液体(yt)污染(1)粘土水化与微粒运移(yn y)(2)压

12、裂液在孔隙中的滞留（3）润湿性 第31页/共110页第三十二页，共110页。压裂液固相堵塞压裂液固相堵塞(ds)来源基液或成胶物质的不溶物降滤剂或支撑剂中的微粒压裂液对地层岩石浸泡而脱落下来的微粒化学反应(huxu fnyng)沉淀物等固相颗粒。作用形成滤饼后阻止滤液侵入地层更远处，提高了压裂液效率，减少了对地层的伤害；它又要堵塞地层及裂缝内孔隙和喉道，增强了乳化液的界面膜厚度而难破胶。第32页/共110页第三十三页，共110页。压裂液浓缩压裂液浓缩(nn su)压裂液的不断滤失和裂缝闭合(b h)，导致交联聚合物在支撑裂缝内的浓度提高（即浓缩）。支撑剂铺置浓度对压裂液浓缩因子有较大影响，随着

13、铺砂浓度降低，压裂液浓缩因子提高，此时不可能用常规破胶剂用量实现高浓缩压裂液的彻底破胶，形成大量残胶而严重影响支撑裂缝导流能力。第33页/共110页第三十四页，共110页。第四节第四节 水力压裂设计水力压裂设计(shj)(shj)模型模型裂缝延伸二维模型 卡特模型 Carter，1957年 GDK 模型 Christianovich、Geertsma、Deklerk PKN 模型 Perkins和Kern 提出(t ch),Norgren完善裂缝延伸三维模型第34页/共110页第三十五页，共110页。一、卡特模型一、卡特模型(mxng)(mxng)1 1 几何模型几何模型(mxng)(mxng

14、)HfLfWf第35页/共110页第三十六页，共110页。2 2 2 2 主要主要主要主要(zhyo)(zhyo)(zhyo)(zhyo)假设假设假设假设(1)(1)裂缝等宽。裂缝等宽。(2)(2)压裂液从缝壁垂直而又线性地渗入压裂液从缝壁垂直而又线性地渗入(shnr)(shnr)地层地层;(3)(3)地层中某点的滤失速度取决于此点暴露于液体中的时间地层中某点的滤失速度取决于此点暴露于液体中的时间,即即:(4)地层中各点速度函数(hnsh)相同。(5)裂缝中各点压力相同,均等于井底的延伸压力。第36页/共110页第三十七页，共110页。3 3 计算公式计算公式n n忽略压缩性，由物质平衡：n

15、n Q(t)=QL(t)+QF(t)n n用拉氏变换,最终(zu zhn)得裂缝面积公式:第37页/共110页第三十八页，共110页。第38页/共110页第三十九页，共110页。二、二、二、二、GDK GDK GDK GDK 模型模型模型模型(mxng)(mxng)(mxng)(mxng)1 几何(j h)模型Khristianovich、Geertsma、Deklerk DaneshyW(x,t)L(t)H第39页/共110页第四十页，共110页。2 2 2 2 假设假设假设假设(jish)(jish)(jish)(jish)条件条件条件条件(1)(1)岩石为均质各向同性。岩石为均质各向同性

16、。(2)(2)岩石变形服从岩石变形服从(fcng)(fcng)线弹性应力应变关系。线弹性应力应变关系。(3)(3)流体在缝内作一维层流流动流体在缝内作一维层流流动,缝高方向裂缝呈矩形。缝高方向裂缝呈矩形。(4)(4)缝中缝中X X方向压降由摩阻产生方向压降由摩阻产生,不考虑动能和势能影响。不考虑动能和势能影响。(5)(5)裂缝高度和施工排量恒定。裂缝高度和施工排量恒定。第40页/共110页第四十一页，共110页。3 3 3 3 理论理论理论理论(lln)(lln)(lln)(lln)基础基础基础基础n n运用了体积平衡运用了体积平衡(pnghng)(pnghng)方程方程;n n压降与宽度关系

17、由泊稷叶理论导出压降与宽度关系由泊稷叶理论导出;n n用用EnglandEngland和和GreenGreen公式求缝宽时公式求缝宽时,还运用了裂还运用了裂缝平衡缝平衡(pnghng)(pnghng)延伸理论。延伸理论。n n此模型是现在最常用的两个二维延伸模型之一。此模型是现在最常用的两个二维延伸模型之一。第41页/共110页第四十二页，共110页。4 4 计算公式计算公式第42页/共110页第四十三页，共110页。式中第43页/共110页第四十四页，共110页。三、三、PKN PKN 模型模型(mxng)(mxng)1 1 几何几何(j(j h)h)模型模型 Perkins&Perkins

18、&Kern Kern NorgrenNorgrenL(t)W(x,z,t)H第44页/共110页第四十五页，共110页。2 2 2 2 假设假设假设假设(jish)(jish)(jish)(jish)条件条件条件条件(1)(1)裂缝为垂直裂缝裂缝为垂直裂缝,其高度恒定其高度恒定(hngdng)(hngdng)。(2)(2)裂缝高度方向上为椭圆面裂缝高度方向上为椭圆面,其横截面最大宽度其横截面最大宽度满足满足SneddonSneddon方程方程:W(x,t)=2(1-2)(p-)H/E W(x,t)=2(1-2)(p-)H/E(3)(3)施工排量恒定施工排量恒定(hngdng)(hngdng)(

19、4)(4)长度方向的变化采用物质平衡原理求得长度方向的变化采用物质平衡原理求得(5)(5)裂缝前端液体压力等于地层最小水平主应力。裂缝前端液体压力等于地层最小水平主应力。第45页/共110页第四十六页，共110页。3 3 3 3 计算公式计算公式n n压降方程(fngchng)最终得长度(chngd)方程宽度(kund)方程第46页/共110页第四十七页，共110页。四、四、GDK GDK 和和PKNPKN模型模型(mxng)(mxng)的的比较比较第47页/共110页第四十八页，共110页。第五节 支撑剂输送(sh sn)支撑剂的沉降特性(txng)沉降布砂设计 悬浮布砂设计第48页/共11

20、0页第四十九页，共110页。受力分析 固体颗粒的重力 流体(lit)对固体颗粒的浮力 颗粒的运动阻力重力浮力阻力颗粒一、一、支撑剂的沉降特性支撑剂的沉降特性 1 1 单颗粒单颗粒(kl)(kl)自由沉降速度自由沉降速度概念(ginin)自由沉降 干扰沉降第49页/共110页第五十页，共110页。重力(zhngl)浮力(fl)阻力(zl)重力浮力阻力颗粒第50页/共110页第五十一页，共110页。F=Fg-Fb当FFd时 CD与雷诺数有关(yugun)，雷诺数与UP有关(yugun)第51页/共110页第五十二页，共110页。第52页/共110页第五十三页，共110页。Novotny公式(gng

21、sh)当NRe2时 UH/UP=当 2Nre 500时 UH/UP=当 NRe 500时 UH/UP=22 2 干扰沉降干扰沉降Brown 公式(gngsh)第53页/共110页第五十四页，共110页。3 3 壁壁 面面 影影 响响(yngxing)(yngxing)当 NRe1当 NRe100当 1Nre100 用内插法求FW第54页/共110页第五十五页，共110页。4 4 颗粒颗粒(kl)(kl)形状对沉降速度的影响形状对沉降速度的影响 支撑剂颗粒是不规则的颗粒，而不是支撑剂颗粒是不规则的颗粒，而不是(b shi)(b shi)规则的球体规则的球体（有些接近于球形）（有些接近于球形）颗粒

22、的形状是不规则的，比同体积的球体表面积大；颗粒的形状是不规则的，比同体积的球体表面积大；颗粒的表面是粗糙的；颗粒的表面是粗糙的；颗粒的形状是不对称的颗粒的形状是不对称的不规则颗粒的沉降速度小于球形颗粒的沉降速度不规则颗粒的沉降速度小于球形颗粒的沉降速度第55页/共110页第五十六页，共110页。支撑剂在幂律液体(yt)中的沉降用视粘度(zhn d)a代替 第56页/共110页第五十七页，共110页。思路(sl)支撑剂在裂缝高度上的分布平衡流速、平衡高度的计算砂堤的堆起速度平衡时间二、沉降二、沉降(chnjing)型布砂设计型布砂设计第57页/共110页第五十八页，共110页。1 1 支撑剂在裂

23、缝高度支撑剂在裂缝高度(god)(god)上的分布上的分布 概念：平衡(pnghng)状态 平衡(pnghng)流速 平衡(pnghng)高度颗粒浓度(nngd)分布(垂向)区域I：砂堤区域II：砂堤上的滚流区区域III：悬浮区区域IV：无砂区 分析第58页/共110页第五十九页，共110页。2 2 平衡流速与阻力平衡流速与阻力(zl)(zl)流速流速平衡流速HEQhEQVEQ平衡(pnghng)高度第59页/共110页第六十页，共110页。问题(wnt)1 阻力速度的定义2 区别牛顿流体和非牛顿流体的计算公式3 复习湿周与过流面积的关系4 区别层流和紊流下阻力速度与平衡流速的关系5 砂堤堆起

24、速度与流速和平衡流速的关系6 砂堤堆起高度与时间的经验关系7 平衡时间的计算方法第60页/共110页第六十一页，共110页。n n例例6-3 6-3 牛顿型压裂液粘度牛顿型压裂液粘度f=30mPa.sf=30mPa.s，密度，密度f=1000kg/m3f=1000kg/m3；石英砂支撑剂颗；石英砂支撑剂颗粒密度粒密度s=2650kg/m3s=2650kg/m3，平均粒径，平均粒径dpdp10-3m10-3m，砂比，砂比S=10%S=10%；裂缝高；裂缝高度度(god)Hf=10m(god)Hf=10m，裂缝宽度，裂缝宽度10-3m10-3m；试计算双翼裂缝中排量；试计算双翼裂缝中排量Qm3/m

25、inQm3/min时的平衡高度时的平衡高度(god)(god)和和平衡时间。平衡时间。第61页/共110页第六十二页，共110页。解解 (1)(1)计算支撑剂沉降速度计算支撑剂沉降速度 假假设设支支撑撑剂剂沉沉降降处处于于层层流流状状态态(zhungti)(zhungti)，按按表表6-86-8中公式计算自由沉降速度，中公式计算自由沉降速度，vp=0.039m/svp=0.039m/s。校校核核流流态态：颗颗粒粒雷雷诺诺数数NRep=1.49 NRep=1.49 3000,故平衡流速为vEQ 第63页/共110页第六十四页，共110页。第64页/共110页第六十五页，共110页。三、全悬浮三、

26、全悬浮(xunf)布砂设计布砂设计技术(jsh)背景研究目的1.计算缝内砂比沿缝长变化基础上，找出满足设计要求的导流能力的加砂步骤2.避免在缝中出现砂比过高的砂卡现象第65页/共110页第六十六页，共110页。1 1 假设假设(jish)(jish)条条件件2 2 2 2 计算计算计算计算(j sun)(j sun)(j sun)(j sun)单元划分单元划分单元划分单元划分 设携砂液单元体积为设携砂液单元体积为设携砂液单元体积为设携砂液单元体积为P P P P，则泵入时间为，则泵入时间为，则泵入时间为，则泵入时间为 t=P/Qt=P/Qt=P/Qt=P/Q3 3 滤失计算滤失计算 滤失百分数

27、（滤失百分数（t t时间时间(shjin)(shjin)后）后）i=i=滤失滤失Fi/FFi/F Fi Fi 滤失体积滤失体积 F F 单元体积滤失后的剩余体积单元体积滤失后的剩余体积第66页/共110页第六十七页，共110页。滤失体积(tj)滤失百分数 i=滤失Fi/F Fi 滤失体积 F 单元(dnyun)体积滤失后的剩余体积第67页/共110页第六十八页，共110页。4 4 4 4 裂缝裂缝裂缝裂缝(li fng)(li fng)(li fng)(li fng)体积计算体积计算体积计算体积计算注入单元(dnyun)体积P=剩余体积F+滤失体积Fi 利用计算复利的方法，n次滤失后的剩余(s

28、hngy)体积 第68页/共110页第六十九页，共110页。因此，已知缝内砂浓度，可确定(qudng)相应的地面砂浓度第69页/共110页第七十页，共110页。分析(fnx)：S越小，滤失次数越多，要求地面加入的砂浓度越小用ST-S代替(dit)n 考虑(kol)滤失速度随注入液量而变化 第70页/共110页第七十一页，共110页。5 5 5 5 支撑裂缝几何支撑裂缝几何支撑裂缝几何支撑裂缝几何(j(j(j(j h)h)h)h)尺寸尺寸尺寸尺寸停泵时的裂缝(li fng)体积(即剩余体积)支撑(zh chng)裂缝长度支撑裂缝宽度 第71页/共110页第七十二页，共110页。说明：全悬浮式砂子

29、说明：全悬浮式砂子(sh z)分布应用分布应用n n悬浮压裂液适合于低渗透储层，因为这里并不需要很高的裂缝导流能力就能获得较好的增产效果。n n优点：支撑面积大n n缺点：导流能力不及(bj)沉降式砂子分布n n具体分析，择优采用改善支撑剂在裂缝中分布(fnb)的方法第72页/共110页第七十三页，共110页。第六节第六节 水力水力(shul)(shul)压裂效果分析压裂效果分析工艺效果：评价所实施压裂工艺技术的适应性和有效性开发效果：评价水力压裂在油田(yutin)改造中的作用经济效益分析：寻求压裂提高技术水平和改善其经营管理的基本途径第73页/共110页第七十四页，共110页。一、工艺一、

30、工艺(gngy)(gngy)效果分析效果分析增增产产有有效效期期 ：某某井井从从压压裂裂施施工工(sh(sh gng)gng)后后增增产产见见效效开开始始至至压压裂裂前前后后产产量量递递减减到到相相同同的的日日产水平所经历的时间。产水平所经历的时间。增增产产倍倍比比：指指相相同同生生产产条条件件下下压压裂裂后后与与压压裂裂前前的的日产水平之比。日产水平之比。图版法图版法 近似解析法近似解析法 数值模拟法数值模拟法第74页/共110页第七十五页，共110页。1 McGuire&Sikora1 McGuire&Sikora1 McGuire&Sikora1 McGuire&Sikora图版图版图版

31、图版(tbn)(tbn)(tbn)(tbn)纵坐标为增产(zng chn)倍比 横坐标为：第75页/共110页第七十六页，共110页。n na.a.对对低低渗渗透透储储层层（k1k0.510-3m2.m。3)含油饱和度：含油饱和度一般应大于35%。4)孔隙度：一般孔隙度为615%才值得压裂；若储层厚度大，最低孔隙度为67%。5)高污染井：压裂作业只能改善受污染的表皮效应。第85页/共110页第八十六页，共110页。二、确定二、确定(qudng)(qudng)入井材料入井材料1 1 1 1优选压裂液体系优选压裂液体系优选压裂液体系优选压裂液体系(1)(1)(1)(1)筛筛筛筛选选选选基基基基本本

32、本本添添添添加加加加剂剂剂剂（增增增增稠稠稠稠剂剂剂剂、交交交交联联联联剂剂剂剂、破破破破胶胶胶胶剂剂剂剂），配配配配制制制制适适适适合合合合本本本本井井井井的的的的冻冻冻冻胶胶胶胶交交交交联体系。联体系。联体系。联体系。(2)(2)(2)(2)筛筛筛筛选选选选与与与与目目目目的的的的层层层层配配配配伍伍伍伍性性性性好好好好的的的的粘粘粘粘土土土土稳稳稳稳定定定定剂剂剂剂、润润润润湿湿湿湿剂剂剂剂、破破破破乳乳乳乳剂剂剂剂、防防防防蜡蜡蜡蜡剂剂剂剂等等等等添添添添加加加加剂系列。剂系列。剂系列。剂系列。(3)(3)(3)(3)筛筛筛筛选选选选适适适适合合合合现现现现场场场场施施施施工工工工的的

33、的的耐耐耐耐温温温温剂剂剂剂、防防防防腐腐腐腐剂剂剂剂、消消消消泡泡泡泡剂剂剂剂、降降降降阻阻阻阻剂剂剂剂、降降降降滤滤滤滤剂剂剂剂、助助助助排排排排剂、剂、剂、剂、pHpHpHpH值调节剂、发泡剂和转向剂等。值调节剂、发泡剂和转向剂等。值调节剂、发泡剂和转向剂等。值调节剂、发泡剂和转向剂等。(4)(4)(4)(4)对对对对选选选选择择择择的的的的压压压压裂裂裂裂液液液液，在在在在室室室室内内内内模模模模拟拟拟拟井井井井下下下下温温温温度度度度、剪剪剪剪切切切切速速速速率率率率、剪剪剪剪切切切切历历历历程程程程(lchng)(lchng)(lchng)(lchng)、阶阶阶阶段段段段携携携携砂

34、砂砂砂液液液液浓浓浓浓度度度度来来来来测测测测定定定定其其其其流流流流变变变变性性性性及及及及摩摩摩摩阻阻阻阻系系系系数数数数，并并并并按按按按石石石石油油油油行行行行业业业业标标标标准准准准进进进进行行行行全全全全面面面面评定。评定。评定。评定。2 2 2 2选择支撑剂选择支撑剂选择支撑剂选择支撑剂 依依依依据据据据目目目目的的的的层层层层闭闭闭闭合合合合压压压压力力力力选选选选择择择择支支支支撑撑撑撑剂剂剂剂类类类类型型型型，并并并并按按按按石石石石油油油油行行行行业业业业标标标标准准准准对对对对其其其其性性性性能能能能进进进进行行行行全全全全面面面面评评评评定定定定，通通通通过过过过选选

35、选选择择择择支支支支撑撑撑撑剂剂剂剂粒粒粒粒径径径径，铺铺铺铺砂砂砂砂浓浓浓浓度度度度和和和和加加加加砂砂砂砂方方方方式式式式满满满满足足足足闭闭闭闭合合合合压压压压力力力力下下下下无无无无因因因因次次次次导流能力要求。导流能力要求。导流能力要求。导流能力要求。第86页/共110页第八十七页，共110页。第87页/共110页第八十八页，共110页。三、水力三、水力(shul)(shul)压裂设计计算压裂设计计算必须大于地层的吸液能力必须大于地层的吸液能力必须大于地层的吸液能力必须大于地层的吸液能力Q Q Q Q吸吸吸吸考虑所需压裂液量考虑所需压裂液量考虑所需压裂液量考虑所需压裂液量考虑摩阻压力

36、考虑摩阻压力考虑摩阻压力考虑摩阻压力考虑设备考虑设备考虑设备考虑设备(shbi)(shbi)(shbi)(shbi)能力这个能力这个能力这个能力这个约束条件约束条件约束条件约束条件支撑剂输送支撑剂输送支撑剂输送支撑剂输送2.2.2.2.井口施工压力井口施工压力井口施工压力井口施工压力第88页/共110页第八十九页，共110页。3 3 压裂设计压裂设计(shj)(shj)n n单井压裂设计包括：n n选井选层n n确定施工参数n n方案设计计算n n经济(jngj)技术分析和评价第89页/共110页第九十页，共110页。4 4 压裂施工模拟压裂施工模拟(mn)(mn)设设计计根据压裂施工规模预测

37、增产倍数 a.确定前置液量、混砂液量以及砂量；b.选择适当的施工排量、计算施工时间；c.计算动态裂缝几何(j h)尺寸；d.支撑剂在裂缝中运移分布，确定支撑裂缝几何(j h)尺寸；e.预测增产倍比。第90页/共110页第九十一页，共110页。前置前置(qin zh)液量确定液量确定n n根据增产要求确定裂缝长度和导流能力；根据增产要求确定裂缝长度和导流能力；n nNolteNolte提出了基于提出了基于(jy)(jy)压裂液效率确定前置压裂液效率确定前置液量的近似解析法。液量的近似解析法。第91页/共110页第九十二页，共110页。支撑剂用量确定支撑剂用量确定(qudng)(qudng)第92

38、页/共110页第九十三页，共110页。施工施工(sh gng)泵压及水功泵压及水功率率n n施工(sh gng)水功率n n n n式中:井口施工(sh gng)水功率,；n n 施工(sh gng)泵压，；n n 施工(sh gng)排量，压裂车台数 按功率(gngl)计算 按排量计算第93页/共110页第九十四页，共110页。n n例例6-4 6-4 已知油藏开发井网井距已知油藏开发井网井距400400m400400m，压裂井深度，压裂井深度H=2500mH=2500m，岩石弹性模量，岩石弹性模量E=25000MPaE=25000MPa，泊松比，泊松比=0.15=0.15，破裂，破裂压力梯

39、度压力梯度=0.018MPa/m=0.018MPa/m；油层有效；油层有效(yuxio)(yuxio)厚度厚度Hf=10mHf=10m，渗透率渗透率10-3m210-3m2，孔隙度，孔隙度=20%=20%，地层温度，地层温度80 oC80 oC，地层，地层流体压力流体压力pS=25.0MPapS=25.0MPa，地层流体粘度，地层流体粘度r=2mPa.sr=2mPa.s，流体压缩，流体压缩系数系数cf=610-3/MPacf=610-3/MPa；射孔孔眼密度；射孔孔眼密度1010孔孔/m/m，孔径，孔径1010，生，生产流压产流压pWf=15MPapWf=15MPa，套管直径，套管直径1271

40、27，油管直径，油管直径6262，；兰州，；兰州石英砂粒径石英砂粒径dP-0.8mmdP-0.8mm，颗粒密度，颗粒密度r=2650kg/m3r=2650kg/m3。牛顿型压。牛顿型压裂液粘度裂液粘度=0.03Pa.s=0.03Pa.s，密度，密度f=1000 kg/m3f=1000 kg/m3，初滤失系数，初滤失系数SP=0SP=0，造壁性滤失系数，造壁性滤失系数10-410-4。施工排量。施工排量3/min3/min。MPa/100mMPa/100m。试进行水力压裂设计。试进行水力压裂设计。第94页/共110页第九十五页，共110页。解（1）井口破裂压力 pbreak=pF-pH+pf p

41、break 2500-10-6(2)闭合应力 选择(xunz)支撑剂时，为保险起见，通常按地层破裂压力与井底流压之差计算，即 pc=pF-pwf=2500-15=30MPa(3)要求的裂缝长度 要求最低铺砂浓度为5kg/m2，查表6-4，所用支撑剂在闭合应力为30MPa下 的 导 流 能 力 为 2-m，按MicGuire&Sikora 图版，其横坐标为第95页/共110页第九十六页，共110页。n n 要求裂缝长度要求裂缝长度:Lf=40%200=80 m:Lf=40%200=80 mn n(4(4）确定填砂面积确定填砂面积n n 为为保保证证80 80 m m的的有有效效缝缝长长，取取Lf

42、 Lf=90 90 m m；而而且且实实际际(shj)(shj)裂裂缝高度比油层厚度大缝高度比油层厚度大5m5m。因此，填砂面积为。因此，填砂面积为n n A=2HfLf=215 90=2700m2 A=2HfLf=215 90=2700m2n n(5(5）确定用液量确定用液量n n按按PKNPKN模型计算裂缝宽度模型计算裂缝宽度 n n平均缝宽平均缝宽 wAVG wAVG n n 铺砂浓度为铺砂浓度为5kg/m2m5kg/m2mn n比较计算平均缝宽和要求缝宽，二者相近；否则重新计算。比较计算平均缝宽和要求缝宽，二者相近；否则重新计算。n n压压 裂裂 液液 滤滤 失失 系系 数数 由由 于

43、于 造造 壁壁 性性 滤滤 失失 系系 数数 较较 小小，近近 似似 取取 为为 c=8.6210-4 c=8.6210-4 第96页/共110页第九十七页，共110页。第97页/共110页第九十八页，共110页。第98页/共110页第九十九页，共110页。第99页/共110页第一百页，共110页。石英砂从裂缝顶部沉到底部的时间为石英砂从裂缝顶部沉到底部的时间为 ts ts=15/0.28 15/0.28=53.5 53.5 minmin 可可见见，施施工工结结束束时时尚尚有有部部分分支支撑撑剂剂呈呈悬悬浮状态。浮状态。加砂程序加砂程序 前置前置(qin zh)(qin zh)液液 10 m3

44、 10 m3 m3 m3，砂比，砂比15%15%，携砂量，携砂量 10 m3 10 m3 20/4020/40目目石石英英砂砂5.5 5.5 m3m3，砂砂比比25%25%，携砂量，携砂量 20 m3 20 m3 顶替液顶替液 10 m3 10 m3第100页/共110页第一百零一页，共110页。第八节第八节 压裂施工压力压裂施工压力(yl)(yl)分析分析检测确定压裂裂缝高度是检验压裂设计、评价(pngji)压裂施工有效性和压后效果的关键。直接测试法（裸眼井）井下电视法、地层微扫描仪和噪声测井等，还有适用于裸眼井和套管井的间接测试方法（裸眼井和套管井）微地震法、井温测井、伽玛测井和声波测井等

45、。Nolte(1979)压裂压力降落分析 创造性地提出了利用压裂压力降落曲线确定裂缝和压裂参数的方法，开辟了解释地下裂缝参数的新途径。第101页/共110页第一百零二页，共110页。施工施工(sh gng)压力曲线类型压力曲线类型（1）正 斜 率(xil)很小的线段I(2)斜率(xil)为1的线段III (3)负斜率(xil)线段IV(4)压力不变的线段IIlgPlgt 典型(dinxng)的施工压力曲线第102页/共110页第一百零三页，共110页。第九节第九节 压裂工艺技术压裂工艺技术多层压裂技术暂堵剂分层压裂工艺孔眼(kn yn)堵塞球法压裂工艺限流法分层压裂技术填砂法压裂技术氮气压裂技

46、术控缝高压裂技术端部脱砂压裂技术第103页/共110页第一百零四页，共110页。一、分层及选择性压裂一、分层及选择性压裂1 1 1 1封隔器分层压裂封封隔器分层压裂封封隔器分层压裂封封隔器分层压裂封(1)(1)单封隔器分层压裂单封隔器分层压裂 (2)(2)双封隔器分层压裂双封隔器分层压裂 (3)(3)桥塞封隔器分层压裂桥塞封隔器分层压裂 (4)(4)滑套封隔器分层压裂滑套封隔器分层压裂 (a)(a)单封隔器分层压裂单封隔器分层压裂 (b)(b)双封隔器分层压裂双封隔器分层压裂 (c)(c)桥塞封隔器分层压裂桥塞封隔器分层压裂第104页/共110页第一百零五页，共110页。2 2 2 2限流法分

47、层压裂限流法分层压裂限流法分层压裂限流法分层压裂 第105页/共110页第一百零六页，共110页。3 3 3 3 蜡球选择性压裂蜡球选择性压裂蜡球选择性压裂蜡球选择性压裂第106页/共110页第一百零七页，共110页。堵塞球选择压裂堵塞球选择压裂影响堵球效果的主要影响堵球效果的主要(zhyo)(zhyo)因素因素(1)(1)堵球在孔眼口上座封堵球在孔眼口上座封(2)(2)保持堵塞不脱落保持堵塞不脱落(3)(3)压裂投产后，堵球从孔压裂投产后，堵球从孔眼脱落。眼脱落。第107页/共110页第一百零八页，共110页。二、控缝高压二、控缝高压(goy)裂裂技术背景：裂缝高度(god)穿层的危害技术途径：影响压裂裂缝高度(god)的因素分析技术方法（1）：常规控缝高压裂技术第108页/共110页第一百零九页，共110页。技技术术(jsh)(jsh)方方法法2 2：人人工工隔隔层层控控缝缝高高压压裂技术裂技术(jsh)(jsh)原理原理 导向剂的性能要求导向剂的性能要求 适用范围适用范围 导向剂用量导向剂用量第109页/共110页第一百一十页，共110页。