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1、“水力压裂”是什么?F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。第1页/共70页基本概念 利用地面高压泵组，以超过地层吸收能力的排量将高粘液体（压裂液）泵入井内，而在井底憋起高压，当该压力克服井壁附近地应力达到岩石抗张强度后，就在井底产生裂缝。继续将带有支撑剂的携砂液注入压裂液，裂缝继续延伸并在裂缝中充填支撑剂。停泵后，由于支撑剂对裂缝的支撑作用，可在地层中形成足够长、有一定导流能力的填砂裂缝。第2页/共70页第3页/共7
2、0页压裂作用及增产机理 沟通油气储集区，扩大供油面积。砂岩储层中的透镜体、裂缝性油藏的裂缝和溶洞 改变井筒周围渗流特征，降低渗流阻力，节约地层能量。克服井底附近污染第4页/共70页在油气勘探开发中的作用 (1)勘探阶段 增加可采储量；美国可采储量的2030%通过压裂获得。(2)开发阶段 增加油气井产量和注水井的注水量;调整油田开发矛盾，改善吸水、出油剖面;提高采油速度，提高油田采收率;(3)其它方面 控制井喷;煤矿开采，工业排污，废核处理等。第5页/共70页为什么要压裂为什么要压裂 增加油气井的生产能力增加油气井的生产能力油气井水力压裂油气井水力压裂u低渗透储层通过压裂达到经济开采产量u中等渗
3、透储层的伤害要消除或需要更优的回报u高渗透储层的伤害要消除或防砂第6页/共70页 1947-1948:水力压裂的发水力压裂的发展展 1947.7 美国开始第一口井的压裂施工，用交美国开始第一口井的压裂施工，用交联的煤油联的煤油/汽油混合油。汽油混合油。1948-获得专利，获得专利，在商业应用前压裂了在商业应用前压裂了 23 口口井井水力压裂的历史水力压裂商业性应用开始于 1949年F1949早期,哈里伯顿油井固井公司获得唯一的“水力压裂”许可证F 当年进行了332口井的压裂F75%成功第7页/共70页1949.3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第8页/共70页F早期施工使
4、用几百磅的手筛河砂和凝胶油F现在使用成百上千吨的砂或人造支撑剂和冻胶或泡沫压裂液F注入排量为第一次压裂施工排量的5到50倍从第一次压裂到现在.第9页/共70页第10页/共70页第11页/共70页第12页/共70页第一次百万磅（454吨）支撑剂的压裂 1974年5月第13页/共70页1988年大型压裂，91MPa下加入817吨20/40 陶粒第14页/共70页在在90年代年代.1997:一口井一口井7层压裂施工加入支撑剂层压裂施工加入支撑剂14,000,000 磅（磅（6356吨）吨）.(2,000 m 水平井水平井,北海北海)1995-98:平均每月压裂2000口井进入 2000年?F理解/控
5、制多裂缝F新方法新技术用在大斜度井或水平井的裸眼段压裂中F3-D 实时裂缝几何尺寸测绘(微地震波监测,井下测斜)第15页/共70页水力裂缝生长过程水力裂缝生长过程12345671234567第一节 压裂机理第16页/共70页时 间 压裂泵注的阶压裂泵注的阶压裂泵注的阶压裂泵注的阶段段段段小型压裂降排量试验前置液 ISIP闭合&滤失排量实际井底压力支撑剂浓度最终 ISIP裂缝净压力增加第17页/共70页裂缝方向总是垂直于最小主应力一.地应力及岩石力学参数xzyF当z最小时，形成水平裂缝。裂缝形态及方位第18页/共70页xzyyxzF当zxy，形成垂直裂缝，裂缝面垂直于y方向；F当zyx，形成垂直
6、裂缝，裂缝面垂直于x方向；第19页/共70页理想裂缝实际可能出现下列情况的裂缝实际可能出现下列情况的裂缝裂缝上下窜 弯曲裂缝液体分流T型裂缝水平裂缝倾斜多裂缝上窜裂缝第20页/共70页射孔方位射孔方位1.射孔方位与最大水平主应力方位平行，最有利；射孔方位与最大水平主应力方位平行，最有利；2.射孔方位与最小水平主应力方位平行，最不利；射孔方位与最小水平主应力方位平行，最不利；3.射孔方位与最大水平主应力方位成一定角度平射孔方位与最大水平主应力方位成一定角度平行，有一定影响。行，有一定影响。第21页/共70页二、地应力测量、解释方法二、地应力测量、解释方法1.1.地应力方位测量；地应力方位测量；2
7、.2.地应力大小测量。地应力大小测量。三、地层岩石破裂机理和破裂压力F地层岩石破裂，井底压力大于地层有效应力及岩石的抗张强度。第22页/共70页1.定义定义 破裂压力梯度2.理论计算 第23页/共70页3.统计值统计值 油田使用的破裂压力梯度通常是根据大量的压油田使用的破裂压力梯度通常是根据大量的压裂实践统计出来的。一般范围在裂实践统计出来的。一般范围在0.0150.025 MPa/m MPa/m之间之间.根据根据破裂压力梯度可以大致估算压裂裂缝形态破裂压力梯度可以大致估算压裂裂缝形态:当当 0.015 0.022 0.0220.025 MPa/m,0.025 MPa/m,形成水平裂缝形成水平
8、裂缝.降低破裂压力措施 酸化预处理 高效射孔 密集射孔第24页/共70页四、裂缝设计模型四、裂缝设计模型 2-D 2-D 模型模型模型模型 简化简化简化简化 3-D3-D模型模型模型模型 有限元有限元有限元有限元 3-D3-D模型模型模型模型第25页/共70页裂缝模型裂缝模型2D 模型PKNCGD（KGD)径向3D 模型拟三维集成三维全三维非平面三维第26页/共70页商业化压裂软件商业化压裂软件2-D 模型模型(PKN,KGD,Daneshy,Radial)众多众多F简化 3-DlFracpro or Fracpro PTlM-FraclStimPlan or E-StimPlanF有限元 3
9、-DlTerraFraclGOHFER第27页/共70页黑箭头表示油气流动路径无裂缝的油气径向流动井筒含油气的多孔储层岩石五、水力压裂增产机理F降低渗流阻力，增大渗流面积。第28页/共70页有裂缝后油气流动变成“线性”流动含油气的多孔储层岩石水力裂缝第29页/共70页流动变化流动变化后期，拟径向流初期，地层线性流早期，双线性流第30页/共70页第二节第二节 压裂设计压裂设计一、选井选层基本原则：1.油气井必须有足够的剩余储量以及地层能量。2.前次压裂由于施工原因造成施工失败，在对失败原因进一步分析的基础上加以改进，有望获得成功。3.前次压裂成功，但产量下降快，如果是因为改造规模不够或者支撑剂破
10、碎严重，有望获得成功。4.前次压裂后生产情况较好，但未能处理整个气层或者处理规模不够，采取重复压裂有可能成功。第31页/共70页根据油气井生产历史、地质评价结果以及油田开发动态综合分析，找出油气井低产的原因，进行选井选层决策。类别类别决策要考虑的参数决策要考虑的参数候选井单井地质状况候选井单井地质状况目的层跨距、有效厚度、孔隙度、有效渗透率、含油气目的层跨距、有效厚度、孔隙度、有效渗透率、含油气饱和度、原始地层压力、目前地层压力、上下地应力差、饱和度、原始地层压力、目前地层压力、上下地应力差、原始可采储量、剩余可采储量、表皮系数、隔层条件等原始可采储量、剩余可采储量、表皮系数、隔层条件等前次压
11、裂以及裂缝目前次压裂以及裂缝目前状况诊断前状况诊断压裂加砂量、含砂比、油气井的静压、井底流压、支撑压裂加砂量、含砂比、油气井的静压、井底流压、支撑裂缝半长、裂缝导流能力等裂缝半长、裂缝导流能力等邻井或本井压裂生产邻井或本井压裂生产动态数据动态数据施工前产量、施工后产量、日增油气量、增产有效期等施工前产量、施工后产量、日增油气量、增产有效期等第32页/共70页二、油藏模拟二、油藏模拟1 1、区块整体压裂油藏模拟、区块整体压裂油藏模拟 在实际井网和油层条件下，以油藏作为一个工作单元，进行开发井网在实际井网和油层条件下，以油藏作为一个工作单元，进行开发井网与水力裂缝的优化组合设计，并预测其一、二次采
12、油期产量、扫油效率、以与水力裂缝的优化组合设计，并预测其一、二次采油期产量、扫油效率、以及采出程度等动态变化结果，以提高采油速度及油藏采收率。及采出程度等动态变化结果，以提高采油速度及油藏采收率。油藏模拟：油藏模拟：考虑人工压裂裂缝对流体渗流的作用，模拟有、无压裂井时的油藏生考虑人工压裂裂缝对流体渗流的作用，模拟有、无压裂井时的油藏生产动态，模拟任意方位、任意倾向人工裂缝及不同缝长不同裂缝导流能力对产动态，模拟任意方位、任意倾向人工裂缝及不同缝长不同裂缝导流能力对油气井和油气藏动态的影响。以区块整体产量、效益或扫油效率为目标，选油气井和油气藏动态的影响。以区块整体产量、效益或扫油效率为目标，选
13、择与油藏相匹配的裂缝参数（裂缝半长、裂缝导流能力择与油藏相匹配的裂缝参数（裂缝半长、裂缝导流能力)。第33页/共70页压裂裂缝与注采井连线间成15角注采井连线压裂裂缝WELL4WELL1WELL2WELL3WELL5 压裂裂缝与注采井连线间成0角注采井连线压裂裂缝WELL4WELL1WELL2WELL3WELL5压裂裂缝与注采井连线间成30角注采井连线压裂裂缝WELL4WELL1WELL2WELL3WELL5压裂裂缝与注采井连线间成45角注采井连线压裂裂缝WELL4WELL1WELL2WELL3WELL5第34页/共70页生产井裂缝长度对日产量的影响生产井裂缝长度对日产量的影响 第35页/共7
14、0页生产井裂缝长度对采出程度的油影响生产井裂缝长度对采出程度的油影响 第36页/共70页生产井裂缝长度对累产油量影响生产井裂缝长度对累产油量影响 第37页/共70页生产井裂缝长度对含水率的影响生产井裂缝长度对含水率的影响 第38页/共70页 裂缝的导流能力对累积产量的影响裂缝的导流能力对累积产量的影响 第39页/共70页储层渗透率范围:渗透率范围 气井 油井很低低中高 0.1 md50 md 1 md200 md 2、单井压裂油藏模拟第40页/共70页2 2、单井压裂油藏模拟、单井压裂油藏模拟在地层实际物性参数条件下，计算不同支撑缝长、不同裂缝导流能力下井的产量。支撑裂缝对井生产能力的影响支撑
15、裂缝对井生产能力的影响最重要的参数最重要的参数:有效支撑缝长有效支撑缝长 裂缝导流能力裂缝导流能力 支撑的产层厚度支撑的产层厚度第41页/共70页增产与裂缝长度有效支撑缝长高渗透储层中等渗透储层低渗透储层增产因数第42页/共70页增产与裂缝长度低渗透地层 差的裂缝导流能力中等的裂缝导流能力好的裂缝导流能力增产因数有效支撑缝长第43页/共70页增产与裂缝长度差的裂缝导流能力中等的裂缝导流能力好的裂缝导流能力增产因数中等渗透地层 有效支撑缝长第44页/共70页增产与裂缝长度增产因数高渗透地层有效支撑缝长差的裂缝导流能力中等的裂缝导流能力好的裂缝导流能力第45页/共70页增产与裂缝长度增产因数高渗透
16、地层(Skin Factor=20.)有效支撑缝长中等的裂缝导流能力好的裂缝导流能力差的裂缝导流能力第46页/共70页增产与裂缝长度(产层全部被支撑)Tinsleys*增产因数有效支撑裂缝半长（英尺）511001000500高渗透中渗透低渗透Tinsleys*增产因数有效支撑裂缝半长（英尺）511001000500高渗透中渗透低渗透(只有产层厚度的 20%被支撑)第47页/共70页裂缝参数设计优化裂缝参数设计优化第48页/共70页三、压裂软件三、压裂软件1.1.国内：国内：石油大学、西南石油学院、万庄分石油大学、西南石油学院、万庄分院早期开发的软件，现已基本不用院早期开发的软件，现已基本不用2
17、.2.国外国外商业化压裂软件商业化压裂软件2-D 模型模型(PKN,KGD,Daneshy,Radial)众多众多F简化 3-DlFracpro or Fracpro PTlM-FraclStimPlan or E-StimPlanF有限元 3-DlTerraFraclGOHFER第49页/共70页第三节第三节 压裂液压裂液一、压裂液的作用一、压裂液的作用 传递能量、压开地层、输送支撑剂传递能量、压开地层、输送支撑剂阶段不同分为：阶段不同分为：1.预前置液（预处理液）预前置液（预处理液）2.前置液前置液3.携砂液携砂液4.顶替液顶替液第50页/共70页二、压裂液性能二、压裂液性能1.流变性流变
18、性:n k，粘温曲线，粘温曲线2.滤失性滤失性3.稳定性稳定性:热稳定、剪切稳定、放置稳定热稳定、剪切稳定、放置稳定4.降阻性降阻性5.携砂性携砂性6.配伍性配伍性7.低残渣、低伤害低残渣、低伤害8.易返排易返排9.低成本低成本第51页/共70页液体类型液体类型油基油基水基水基乳化液乳化液N2 和和 CO2 泡沫泡沫表面活性胶束（清洁压裂液）表面活性胶束（清洁压裂液）常用三种类型压裂液的优缺点常用三种类型压裂液的优缺点三、压裂液分类第52页/共70页油基压裂液优点油基压裂液优点不会造成粘土膨胀不会造成粘土膨胀低界面张力低界面张力与地层流体配伍与地层流体配伍第53页/共70页油基压裂液缺点油基压
19、裂液缺点安全和环境的危害要考虑安全和环境的危害要考虑高成本高成本应用温度范围有限应用温度范围有限配制不容易配制不容易第54页/共70页水基压裂液优点水基压裂液优点安全安全有效有效经济经济批量或连续配制批量或连续配制破胶时间可控破胶时间可控应用温度范围广应用温度范围广第55页/共70页水基压裂液缺点水基压裂液缺点地层配伍性地层配伍性与地层矿物反应与地层矿物反应与地层流体反应与地层流体反应液体滤失的影响液体滤失的影响低渗透储层排液问题低渗透储层排液问题低压井的排液问题低压井的排液问题 排液时间及裂缝清理问题排液时间及裂缝清理问题第56页/共70页泡沫压裂液优缺点泡沫压裂液优缺点优点：优点：60 t
20、o 85%N2 or CO2粘度高粘度高低滤失低滤失输砂好输砂好进入地层液体少进入地层液体少足够的裂缝导流足够的裂缝导流最少的地层伤害最少的地层伤害返排好返排好缺点：缺点：施工压力高、成本高施工压力高、成本高第57页/共70页压裂液化学添加剂压裂液化学添加剂杀菌剂杀菌剂粘土稳定剂粘土稳定剂pH 调节剂调节剂稠化剂稠化剂降滤失剂降滤失剂表面活性剂表面活性剂交联剂交联剂破胶剂破胶剂第58页/共70页降滤失剂降滤失剂硅粉、粉砂、粉陶硅粉、粉砂、粉陶可降解的可降解的油溶性树脂油溶性树脂柴油柴油不能溶解的气体不能溶解的气体(20%N2)第59页/共70页第四节第四节 压裂支撑剂压裂支撑剂 石英砂、陶粒石
21、英砂、陶粒石英砂、陶粒石英砂、陶粒 主要指标主要指标主要指标主要指标1.1.抗压强度、破碎率抗压强度、破碎率抗压强度、破碎率抗压强度、破碎率2.2.圆球度圆球度圆球度圆球度3.3.粒径粒径粒径粒径4.4.密度（视密度、体积密度）密度（视密度、体积密度）密度（视密度、体积密度）密度（视密度、体积密度）5.5.导流能力导流能力导流能力导流能力支撑剂选择：主要根据地层的闭合压力大小支撑剂选择：主要根据地层的闭合压力大小支撑剂选择：主要根据地层的闭合压力大小支撑剂选择：主要根据地层的闭合压力大小第60页/共70页支撑剂样品支撑剂样品第61页/共70页不同铺砂浓度的导流能力不同铺砂浓度的导流能力3.0
22、lb/ft2010002000300040005000600002000400060008000闭合压力,psi导流能力,md-ft0.5 lb/ft21.0 lb/ft22.0 lb/ft2第62页/共70页不同粒径支撑剂导流能力不同粒径支撑剂导流能力020008000闭合压力,psi导流能力,md-ft2.0 lb/ft212/20-mesh16/30-mesh20/40-mesh4000600020,00015,00010,000500002000第63页/共70页不同支撑剂的导流能力不同支撑剂的导流能力 15,000All Data for 2.0 lb/ft2闭合压力,psi导流能力
23、,md-ft20/40 Bauxite20/40 Sand20/40 Ceramic10,000800060004000200000500010,000第64页/共70页常用陶粒砂技术指标常用陶粒砂技术指标第65页/共70页1.1.达到限压不能压开地层达到限压不能压开地层高进入摩阻高孔眼摩阻严重的裂缝弯曲重新射孔用支撑剂段塞开始用高粘液体增加凝胶量增加排量以后的井少射孔第五节 常见问题及处理第66页/共70页常见问题及处理常见问题及处理2.2.压窜：压窜：压窜隔层、压窜水泥环、封隔器窜压窜隔层、压窜水泥环、封隔器窜 停砂、停止压裂，反洗井（管柱上有反循环阀）停砂、停止压裂，反洗井（管柱上有反循
24、环阀）3.3.砂堵：砂堵：停砂、放喷、反洗井停砂、放喷、反洗井4.4.砂卡、管柱断脱：砂卡、管柱断脱：作业或大修作业或大修第67页/共70页第六节第六节 压裂监督压裂监督一、压裂施工设计执行情况（作业、压裂）一、压裂施工设计执行情况（作业、压裂）二、压裂液数量及性能（现场观测、室内实验）二、压裂液数量及性能（现场观测、室内实验）三、支撑剂数量及质量（现场观测、室内实验）三、支撑剂数量及质量（现场观测、室内实验）四、设备数量、性能；压裂流程安装四、设备数量、性能；压裂流程安装五、压裂施工程序及施工参数五、压裂施工程序及施工参数六、安全、卫生及环保六、安全、卫生及环保七、压后作业、排液七、压后作业、排液八、资料录取（作业、压裂）八、资料录取（作业、压裂）第68页/共70页本本 章章 结结 束束第69页/共70页感谢您的观看！第70页/共70页