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1、国外水力压裂技术新进展国外水力压裂技术新进展张张 士士诚诚新方法新方法水力压裂诊断技术及裂缝模型的标定水力压裂诊断技术及裂缝模型的标定 新工艺新工艺清水压裂及其进展清水压裂及其进展 新材料新材料高强度超低密度支撑剂（高强度超低密度支撑剂（ULWULW）主主 要要 内内 容容国外水力压裂技术新进展国外水力压裂技术新进展 地下水力裂缝的几何尺寸、地下水力裂缝的几何尺寸、方位与位置？方位与位置？对进一步提高压裂技术水平对进一步提高压裂技术水平是重要的是重要的关键问题之一关键问题之一！、新方法新方法水力压裂诊断技术及裂缝模型的标定水力压裂诊断技术及裂缝模型的标定水力压裂诊断技术及裂缝模型的标定水力压裂
2、诊断技术及裂缝模型的标定间接方法直接的近井地带方法直接的远场地带方法新方法水水力力压压裂裂诊诊断断技技术术的的方方法法水水力力压压裂裂诊诊断断技技术术的的方方法法间接方法间接方法诊断方法诊断方法主要限制主要限制可能估计项目可能估计项目长长度度高高度度宽宽度度方方位位倾倾角角体体积积导导流流净压力分析净压力分析 油油藏藏描描述述提提供供的的模拟假设模拟假设 试井试井需需要要准准确确的的渗渗透透率与压力率与压力 生产分析生产分析需需要要准准确确的的渗渗透透率与压力率与压力 诊断方法诊断方法主要限制主要限制可能估计项目可能估计项目长长度度高高度度宽宽度度方方位位倾倾角角体体积积导导流流放射性示踪剂放
3、射性示踪剂探测深度探测深度1”2”温度测井温度测井小小层层岩岩石石的的导导温温系系数数影响结果影响结果 HIT对管柱尺寸改变敏感对管柱尺寸改变敏感 生产测井生产测井只能确定何层生产只能确定何层生产 井眼成像测井井眼成像测井只能由于裸眼井只能由于裸眼井 井下电视井下电视用用于于套套管管井井，有有孔孔眼眼的部分的部分 井径测井井径测井裸裸眼眼井井结结果果，取取决决于于井眼质量井眼质量 近井地带直接方法近井地带直接方法几英尺范围，几英尺范围，察看射孔段的察看射孔段的缝高、砂浓度缝高、砂浓度和生产剖面！和生产剖面！远场直接方法远场直接方法诊断方法诊断方法主要限制主要限制可能估计项目可能估计项目长长度度
4、高高度度宽宽度度方方位位倾倾角角体体积积导导流流地面倾斜图像地面倾斜图像 受深度限制受深度限制 周周围围井井井井下下倾倾斜图像斜图像受井距限制受井距限制 微地震像图微地震像图不不可可能能应应用用与与所所有有地地层层 施施工工井井倾倾斜斜仪仪像图像图要要用用缝缝高高及及缝缝宽宽计计算算缝长缝长 能够被确定能够被确定数十到数百英尺，数十到数百英尺，两大工具：倾斜仪两大工具：倾斜仪和微地震图像和微地震图像可提供宏观尺寸可提供宏观尺寸直接远场裂缝诊断技术解决的问题：直接远场裂缝诊断技术解决的问题：裂缝是否像设计的那样，已经覆盖整个裂缝是否像设计的那样，已经覆盖整个目的层？是否都在目的层以内？目的层？是
5、否都在目的层以内？加砂量的砂比是否恰当？加砂量的砂比是否恰当？形成的裂缝尺寸及与模型计算相比较的形成的裂缝尺寸及与模型计算相比较的结果如何？产量预测情况如何？结果如何？产量预测情况如何？裂缝长度与方位是否影响了原设计的布裂缝长度与方位是否影响了原设计的布井方案？井方案？地层中形成裂缝后的岩体位移情况地层中形成裂缝后的岩体位移情况 原理水力压裂远场裂缝诊断方法之一压裂井井下倾斜仪成象（压裂井井下倾斜仪成象（TWTMTWTM）可直接测量水力裂缝可直接测量水力裂缝缝高与缝宽缝高与缝宽；可用于不加砂的测试压裂和实际加砂可用于不加砂的测试压裂和实际加砂压裂；压裂；压裂井井下倾斜仪成象技术与地面倾压裂井井
6、下倾斜仪成象技术与地面倾斜仪或周边井井倾斜仪相比，可获得高斜仪或周边井井倾斜仪相比，可获得高六个数量级的强信号六个数量级的强信号。特点特点新方法水力压裂水力压裂水力压裂水力压裂远场裂缝断方法远场裂缝断方法远场裂缝断方法远场裂缝断方法之一（之一（之一（之一（TWTMTWTM）压裂作业前先在井中下入一串小尺寸（压裂作业前先在井中下入一串小尺寸（1 11/16”2 7/8”）多达）多达20个的倾斜仪，依据射孔段长度个的倾斜仪，依据射孔段长度与可能的缝高，倾斜仪的布距约与可能的缝高，倾斜仪的布距约20 80英尺，英尺，用用5/16”的细电缆将实时采集到的信号，传递到的细电缆将实时采集到的信号，传递到地
7、面地面。可将倾斜仪偏心贴于套管壁上，或置于环形空间，可将倾斜仪偏心贴于套管壁上，或置于环形空间，以避免注液过程中，在井筒内紊流及支撑剂骚动以避免注液过程中，在井筒内紊流及支撑剂骚动所产生的噪音或对倾斜仪的损伤所产生的噪音或对倾斜仪的损伤。方法方法T T WW T T M M 应应 用用 实实 例例新方法水力压裂水力压裂水力压裂水力压裂远场裂缝断方法远场裂缝断方法远场裂缝断方法远场裂缝断方法之一（之一（之一（之一（TWTMTWTM）压裂过程，不同位置倾斜仪测出压裂过程，不同位置倾斜仪测出的缝高随时间的扩展倾角的缝高随时间的扩展倾角反响曲反响曲线线 微地震压裂成象（微地震压裂成象（MFMMFM）目
8、的目的确定裂缝的确定裂缝的缝高、缝长和方位缝高、缝长和方位方法方法在在观察井观察井井下放入检波器，监测压裂过程中产井下放入检波器，监测压裂过程中产 生的地震波生的地震波应用应用东得克萨斯盆地的博西尔砂层组的清水压裂东得克萨斯盆地的博西尔砂层组的清水压裂 砂层埋深：砂层埋深：4000米米，细、粉砂与页岩互层细、粉砂与页岩互层砂层砂层温度：温度：126 126平均孔隙度：平均孔隙度：6-106-10平均渗透率：平均渗透率：0.005-0.050.005-0.05毫达西毫达西 新方法水力压裂水力压裂水力压裂水力压裂远场裂缝断方法远场裂缝断方法远场裂缝断方法远场裂缝断方法之二之二之二之二A A井与观察
9、井的井筒布置图井与观察井的井筒布置图观察井下入观察井下入1212个三分量检波器个三分量检波器新方法水力压裂水力压裂水力压裂水力压裂远场裂缝断方法远场裂缝断方法远场裂缝断方法远场裂缝断方法之二之二之二之二（MFMMFM）A A井压裂过程中的地震平面成像井压裂过程中的地震平面成像新方法水力压裂水力压裂水力压裂水力压裂远场裂缝断方法远场裂缝断方法远场裂缝断方法远场裂缝断方法之二之二之二之二（MFMMFM）A A井压裂过程中的北向及西向地震成像井压裂过程中的北向及西向地震成像新方法水力压裂水力压裂水力压裂水力压裂远场裂缝断方法远场裂缝断方法远场裂缝断方法远场裂缝断方法之二之二之二之二（MFMMFM）地
10、点：地点：东得克萨斯卡尔萨杰气田东得克萨斯卡尔萨杰气田 方法：方法：井下倾斜仪成象井下倾斜仪成象 CGU22-09Monitor WellCGU21-10Monitor WellCGU21-09Monitor WellPhase 2Treatment WellPhase 1Treatment WellEast(ft)North(ft)微地震裂缝监测实例微地震裂缝监测实例（1997年）年）CGU21-10常规冻胶压裂数据表常规冻胶压裂数据表CGU21-09清水压裂数据表清水压裂数据表2.4kg/m3线性胶线性胶1.753.5%砂比砂比3kg/m3交联冻胶交联冻胶135砂比砂比施工参数及工艺缝高向
11、上延伸，缝长不对称！缝高向下延伸，缝长不对称！裂缝在产层延伸，缝长不对称！CGU21-10常规冻胶压裂井测出缝长常规冻胶压裂井测出缝长CGU21-09清水压裂井测出缝长清水压裂井测出缝长东西向相差倍东西向相差倍东西向相差倍东西向相差倍监 测 结 果 缝 长 不 对 称！裂缝诊断结果的裂缝诊断结果的作用作用裂缝裂缝模拟模拟结果与结果与实际实际情况情况不一致不一致的原因的原因 直观显示了裂缝的长度、高度、走向等重直观显示了裂缝的长度、高度、走向等重要信息要信息为裂缝模拟提供了标定的依据为裂缝模拟提供了标定的依据 裂缝模拟软件未经与裂缝实际测量及净压裂缝模拟软件未经与裂缝实际测量及净压力动态结果相标
12、定力动态结果相标定裂缝模拟软件没有与具体区块的真实压裂裂缝模拟软件没有与具体区块的真实压裂几何尺寸相结合几何尺寸相结合裂缝诊断结果的应用标定裂缝模型标定裂缝模型标定后的模型应满足的条件：标定后的模型应满足的条件：接近实际诊断的裂缝高度（例如用接近实际诊断的裂缝高度（例如用TWTMTWTM方法）方法）接近观察到的压裂过程的接近观察到的压裂过程的净压力值净压力值保持原有的岩石性质保持原有的岩石性质对所有井的裂缝模拟具有对所有井的裂缝模拟具有相容性相容性相容性相容性新新 方方 法法 裂裂 缝缝 模模 型型 的的 标标 定定满足：满足：地应力剖面测定地应力剖面测定净压力和三维模拟基础净压力和三维模拟基
13、础（小型压裂、地应力测试）（小型压裂、地应力测试）施工压力拟合施工压力拟合 确定裂缝延伸状态和几何参数确定裂缝延伸状态和几何参数注意：注意：在模型的标定中，要注意裂缝扩展在模型的标定中，要注意裂缝扩展模型经典理论以外的现象，例如在多层压裂模型经典理论以外的现象，例如在多层压裂中，裂缝的高度就不但受各小层的闭合应力中，裂缝的高度就不但受各小层的闭合应力及渗透率差别的控制，并且也受及渗透率差别的控制，并且也受“多层效应多层效应”的约束。的约束。净净 压压 力力 历历 史史 的的 拟拟 合合实实 例例 分分 析析 常常 规规 缝缝 高高 与与 多多 层层 缝缝 高高 扩扩 展展 的的 差差 别别新新
14、 方方 法法 裂裂 缝缝 模模 型型 的的 标标 定定实实 例例 分分 析析标定前标定后净压力拟合结果裂缝模型的标定裂缝模型的标定 所谓的所谓的清水压裂清水压裂，除了早期用清水不带砂外，除了早期用清水不带砂外，多数是用化学处理剂，如减阻剂、活性剂、防多数是用化学处理剂，如减阻剂、活性剂、防膨剂处理过的清水或线性胶，这种水也常常称膨剂处理过的清水或线性胶，这种水也常常称作作滑溜水（滑溜水（滑溜水（滑溜水（slick water-frac)slick water-frac)slick water-frac)slick water-frac)。作业中带有少量砂的，但也有加砂量较多的，作业中带有少量砂
15、的，但也有加砂量较多的，砂比常为砂比常为3.5%3.5%。用用用用水量多，排量大水量多，排量大水量多，排量大水量多，排量大是它们的共是它们的共性，至于造缝导流能力的大小性，至于造缝导流能力的大小 与储层物性有与储层物性有关。关。、新工艺清水压裂技术及其进展清水压裂技术及其进展低渗透油气藏高效开采的低渗透油气藏高效开采的关键关键：降低压裂液对地层的伤害！降低压裂液对地层的伤害！降低开采成本！降低开采成本！清水压裂技术清水压裂技术清水压裂技术的发展历程清水压裂技术的发展历程两个砂岩地层的应用效果对比两个砂岩地层的应用效果对比清水压裂对致密气藏伤害评价清水压裂对致密气藏伤害评价清水压裂增产机理及适应
16、性清水压裂增产机理及适应性压裂液返排监测技术压裂液返排监测技术70年代中期年代中期，在俄克拉荷马西北的密西西，在俄克拉荷马西北的密西西比裂缝性石灰岩地层进行了有规模的清水比裂缝性石灰岩地层进行了有规模的清水压裂；用大量的清水，每分钟排量为压裂；用大量的清水，每分钟排量为8 12方，砂比为方，砂比为1.75%，由于砂量及砂比都由于砂量及砂比都较低，难以长期支撑形成的裂缝。较低，难以长期支撑形成的裂缝。1986 至至1987年年在吉丁斯油田（澳斯汀白垩在吉丁斯油田（澳斯汀白垩石灰岩石灰岩地层）进行了清水压裂，基质岩石的地层）进行了清水压裂，基质岩石的渗透率为渗透率为0.005至至 0.2毫达西毫达
17、西，地层厚度为，地层厚度为50至至 500英尺。压裂后，油井从平均日产油英尺。压裂后，油井从平均日产油0.640.64方增加至方增加至6.46.4方。压裂规模平均方。压裂规模平均24002400方方清水，排量平均清水，排量平均7 7方，平均用浓度方，平均用浓度7.57.5至至15%15%的盐酸的盐酸500500方。方。清水压裂技术新进展清水压裂技术新进展1988年年联联合合太太平平洋洋能能源源（UPR）公公司司在在其其第第一一口口水水平平井井中中也也进进行行了了清清水水压压裂裂，在作业中使用了蜡珠作为分流剂。在作业中使用了蜡珠作为分流剂。95年以后年以后，广泛应用于，广泛应用于裂缝性致密砂裂缝
18、性致密砂岩岩气藏；提出了冻胶与滑溜水联合的气藏；提出了冻胶与滑溜水联合的混合混合清水压裂技术。清水压裂技术。1995年年UPR公公司司东东得得克克萨萨斯斯盆盆地地棉棉花花谷谷致致密密、低渗砂岩地层低渗砂岩地层施施工工概概况况：泰泰勒勒段段砂砂岩岩，对对150口口井井进进行行了了250次次的清水压裂的清水压裂储层情况：储层情况：渗透率渗透率0.001至至0.05毫达西毫达西无无论论纵纵向向上上和和横横向向上上都都非非常常不不均均质质，纵纵向向上上砂砂页岩交替，砂层总厚为页岩交替，砂层总厚为1000到到1500英尺英尺清水压裂技术应用实例清水压裂技术应用实例1压裂工艺：压裂工艺：压裂工艺：压裂工艺
19、：采采用用大大量量清清水水与与少少量量的的化化学学剂剂（降降阻阻剂剂、活活性性剂剂、防膨剂等）防膨剂等）20/40目目的的 Ottawa砂砂子子，总总砂砂用用量量在在2273公公斤斤到到136吨之间吨之间砂砂比比3.5%，少少数数作作业业中中使使用用砂砂比比达达到到15%的的尾尾随随支撑剂支撑剂排排量量为为1.6方方到到13方方，用用水水量量约约为为64方方到到3180方方，前置液占前置液占40%到到50%棉花谷泰勒砂层棉花谷泰勒砂层A A气田大型清水压裂与常规压裂的比较气田大型清水压裂与常规压裂的比较 新工艺清水压裂与冻胶压裂效果比较清水压裂与冻胶压裂效果比较泰勒砂层气藏泰勒砂层气藏清水压裂
20、清水压裂与与常规压裂常规压裂产量对比产量对比 新工艺清水压裂与冻胶压裂效果比较清水压裂与冻胶压裂效果比较泰勒砂层泰勒砂层C C气田气田清水压裂清水压裂与与常规压裂常规压裂产量的比较产量的比较造缝后导流能力不足！造缝后导流能力不足！所以要根据地层物性设所以要根据地层物性设计合理的导流能力、选计合理的导流能力、选择施工工艺择施工工艺新工艺清水压裂与冻胶压裂效果比较清水压裂与冻胶压裂效果比较90 年代中期安纳达柯石油公司东得克萨斯棉花谷上侏罗年代中期安纳达柯石油公司东得克萨斯棉花谷上侏罗纪博西尔砂层纪博西尔砂层储层情况：储层情况：储层情况：储层情况：博西尔砂层位于棉花谷砂岩之下，是黑灰色页岩间夹有博
21、西尔砂层位于棉花谷砂岩之下，是黑灰色页岩间夹有细砂、粉细泥质砂岩的大厚层细砂、粉细泥质砂岩的大厚层粘土的主要成分是绿泥石与伊利石粘土的主要成分是绿泥石与伊利石平均孔隙度与渗透率分别为平均孔隙度与渗透率分别为610%及及0.005 0.05毫达西毫达西 低渗储层的含水饱和度为低渗储层的含水饱和度为50%，高渗透率储层为，高渗透率储层为5%清水压裂技术应用清水压裂技术应用实例实例2混合清水压裂混合清水压裂工艺技术工艺技术混合混合清水压裂法：清水压裂法：在工艺实践中发现，对某些储层清水压裂导流在工艺实践中发现，对某些储层清水压裂导流能力得不到保证，采用了混合清水压裂工艺：用清能力得不到保证，采用了混
22、合清水压裂工艺：用清水造一定的缝长及缝宽后，继以硼交链的水造一定的缝长及缝宽后，继以硼交链的3.6 4.2 公斤公斤/方的胍胶压裂液，带有方的胍胶压裂液，带有20/40、40/70目砂子，目砂子，从而产生较高导流能力的水力裂缝。从而产生较高导流能力的水力裂缝。EXT-4EXT-4气井气井清水压裂加清水压裂加少量砂子少量砂子压后采气曲线压后采气曲线EXT-9EXT-9气井气井清水压裂清水压裂加加大量砂子大量砂子压后采气曲线压后采气曲线EXT-15EXT-15气井气井混合清水压裂混合清水压裂压后采气曲线压后采气曲线研研 究究 的的 目目 的的 在上侏罗系砂岩的博西尔地层进行了清水压在上侏罗系砂岩的
23、博西尔地层进行了清水压裂，施工中泵入大量清水并在裂缝扩展过程中又裂，施工中泵入大量清水并在裂缝扩展过程中又毫无防滤措施，在这样致密的砂层内毛管力自吸毫无防滤措施，在这样致密的砂层内毛管力自吸现象又严重地存在；同时考虑到泵入水在裂缝扩现象又严重地存在；同时考虑到泵入水在裂缝扩展过程中，也会受到应力依赖的渗透率的影响。展过程中，也会受到应力依赖的渗透率的影响。所以采用数值模拟方法所以采用数值模拟方法研究这些因素对气井产能研究这些因素对气井产能的影响。的影响。清水压裂对致密砂岩地层伤害评价清水压裂对致密砂岩地层伤害评价压裂施工及监测情况滑溜水滑溜水1590方方40/70目涂层砂目涂层砂（RCS）50
24、方方 平均排量平均排量12方方 井口平均作业压力井口平均作业压力53 MPa 微地震成象监测微地震成象监测 有有有有 效效效效 厚厚厚厚 度：度：度：度：169ft169ft169ft169ft孔孔孔孔 隙隙隙隙 度：度：度：度：8.89%8.89%8.89%8.89%水平渗透率：水平渗透率：水平渗透率：水平渗透率：0.0297 md0.0297 md0.0297 md0.0297 md垂向渗透率：垂向渗透率：垂向渗透率：垂向渗透率：0.00297md0.00297md0.00297md0.00297md新工艺新工艺清水压裂中水锁及岩石物性应力依赖性的影响清水压裂中水锁及岩石物性应力依赖性的影
25、响 采用采用油藏油藏油藏油藏地质力学地质力学地质力学地质力学压裂模拟压裂模拟压裂模拟压裂模拟的综合模型的综合模型进行拟合，拟合时的限制条件如下：进行拟合，拟合时的限制条件如下：压裂压力约在压裂压力约在8184.5 MPa之间之间;裂缝微震成像的半长约为裂缝微震成像的半长约为106 137106 137米，垂直于缝米，垂直于缝的宽度很大（每边可达的宽度很大（每边可达1515米地层变形的范围！）米地层变形的范围！）;返排期间水产量递减很快，到生产晚期基本为常数返排期间水产量递减很快，到生产晚期基本为常数;不稳定试井得出的缝长较短，缝导流能力约为不稳定试井得出的缝长较短，缝导流能力约为1.521.5
26、23dc.cm3dc.cm。研究方法数值模拟方法（地层裂缝模型，单相与气水两相）（地层裂缝模型，单相与气水两相）拟合时的计算参数拟合时的计算参数拟合时的计算参数拟合时的计算参数1 渗渗 透透 率：率：0.030.0107 md2 导流能力：导流能力：1.52 dc.cm3 填砂缝长：填砂缝长：67 m压压 裂裂 作作 业业 拟拟 合合 结结 果果QgQw排液与生产时间的拟合停泵时，滤停泵时，滤失区达到了失区达到了15英尺英尺停泵时刻裂缝壁面附近地层含水饱和度分布平均进水深度平均进水深度5-10英尺英尺停泵时井筒附近地层含水饱和度分布水水侵侵入入区区域域在在井井底底周周围围已已大大大大减减少少，
27、但但在在缝缝端端部部的的含含水水饱饱和和度度仍仍然然很很高高，此此处处的的排排液液程程度度较较低低，排排液液的的初初速速度度与与井井底底周周围围的的水水饱饱和和度度、滤滤失失区区的的厚厚度度有有关关，并并受受控控于于随应力而变化的渗透率。随应力而变化的渗透率。生产生产1010天后裂缝附近地层含水饱和度的分布天后裂缝附近地层含水饱和度的分布水锁和水相渗透率对产量影响单相气与气水两相流对产量影响不大！因此，水锁影响并不大！渗透率伤害（粘土膨胀、堵塞等）对产量影响裂缝附近地层渗透率降低裂缝附近地层渗透率降低2 2 2 2，产量降低产量降低1010101015151515！因此，清水压裂也应因此，清水
28、压裂也应针对性地选择添加剂，针对性地选择添加剂，以减少对储层的伤害！以减少对储层的伤害！岩石中的天然裂缝多半是表面粗糙，闭合后仍能保持岩石中的天然裂缝多半是表面粗糙，闭合后仍能保持一定的缝隙，这样形成的导流能力，对低渗储层来说一定的缝隙，这样形成的导流能力，对低渗储层来说已经足够了。这种情况已在实验室中观察到。已经足够了。这种情况已在实验室中观察到。常规冻胶压裂，由于排液不完善，裂缝的导流能力受常规冻胶压裂，由于排液不完善，裂缝的导流能力受残渣伤害等有所降低，清水压裂基本上不存在不易排残渣伤害等有所降低，清水压裂基本上不存在不易排液的问题。液的问题。清清水水（线线性性胶胶）易易于于使使砂砂子子
29、沉沉到到垂垂直直缝缝周周边边较较细细的的天天然裂缝中，扩大了渗滤面积。然裂缝中，扩大了渗滤面积。压裂过程中岩石脱落下来的碎屑（特别是在页岩地层压裂过程中岩石脱落下来的碎屑（特别是在页岩地层中）它们可能形成中）它们可能形成“自撑自撑”式的支撑剂。式的支撑剂。清水压裂增产机理常规解释 认为剪切力能使裂缝壁面从原位置上移动，从而认为剪切力能使裂缝壁面从原位置上移动，从而产生不重合并出现许多粗糙泡体表面，由于存在剪切产生不重合并出现许多粗糙泡体表面，由于存在剪切滑移，在裂缝延伸过程中也能使已存在的微隙裂开，滑移，在裂缝延伸过程中也能使已存在的微隙裂开，并使断层面及其它弱面张开，这些现象可以发生在水并使
30、断层面及其它弱面张开，这些现象可以发生在水力裂缝的端部或裂缝周围的滤失带中。力裂缝的端部或裂缝周围的滤失带中。剪剪切切膨膨胀胀扩扩展展裂裂缝缝基基本本假假设设清水压裂增产机理清水压裂增产机理新解释新解释剪切膨胀扩展裂缝剪切膨胀扩展裂缝物理过程物理过程当裂缝周边的岩石在当裂缝周边的岩石在压力超过门槛压力后，压力超过门槛压力后，即发生即发生“滑移滑移”破坏，破坏，两个裂缝粗糙面的滑动，两个裂缝粗糙面的滑动，使垂直于缝面的缝隙膨使垂直于缝面的缝隙膨胀。停泵后，张开了的胀。停泵后，张开了的粗糙面使它们不能再滑粗糙面使它们不能再滑回到原来的位置，从而回到原来的位置，从而剪切膨胀的裂缝渗透率剪切膨胀的裂缝
31、渗透率得到保持。得到保持。清清水水压压裂裂在在这这种种情情况况下下的的成成功功与与否否，取取取取决决决决于于于于是是否否存存在在着着有有利利的的天天然然裂缝系统以及它们对压力及原有的就地应力的响应程度。裂缝系统以及它们对压力及原有的就地应力的响应程度。质地强硬的岩石有许多粗糙的节理，很高的抗剪程度，很好的剪切质地强硬的岩石有许多粗糙的节理，很高的抗剪程度，很好的剪切 与裂缝导流能力的耦合性，清水压裂适用（与裂缝导流能力的耦合性，清水压裂适用（裂缝性致密砂岩、灰岩裂缝性致密砂岩、灰岩裂缝性致密砂岩、灰岩裂缝性致密砂岩、灰岩 地层地层地层地层等）；等）；强度较弱的岩石如泥质砂岩就不适合清水压裂；强
32、度较弱的岩石如泥质砂岩就不适合清水压裂；储层的裂缝网状分布及流体流动过程都可以用以评价是否应该采用储层的裂缝网状分布及流体流动过程都可以用以评价是否应该采用 清水压裂。清水压裂。清清 水水 压压 裂裂 增增 产产 的的 适适 应应 性性由于由于由于由于清水压裂清水压裂可免去制备冻胶所消耗的化学剂量，包括成胶剂、交链剂可免去制备冻胶所消耗的化学剂量，包括成胶剂、交链剂与破胶剂，不含残渣，不会堵塞地层；与破胶剂，不含残渣，不会堵塞地层；减少了砂（支撑剂）的用量及运砂的费用减少了砂（支撑剂）的用量及运砂的费用所以所以所以所以 清水压裂与常规冻胶压裂在相同规模的作业中可节省费用清水压裂与常规冻胶压裂在
33、相同规模的作业中可节省费用40%40%60%60%。对于那些渗透率很低的。对于那些渗透率很低的边际油气田边际油气田，清水压裂，清水压裂将是开采这类油气田的重要措施，也是降低采油成本，增加将是开采这类油气田的重要措施，也是降低采油成本，增加动用储量的有效途径。动用储量的有效途径。清清 水水 压压 裂裂 技技 术术 结结 论论、记录泵入水的回采率，但是此值受地层产记录泵入水的回采率，但是此值受地层产出水的影响很大。出水的影响很大。、计量排液中的聚合物浓度，此方法操作上计量排液中的聚合物浓度，此方法操作上非常复杂，测试结果也不十分确切，由于滤失而非常复杂，测试结果也不十分确切，由于滤失而使聚合物浓度
34、提高，在泵入水回采率的计算方面，使聚合物浓度提高，在泵入水回采率的计算方面，可能产生误导。可能产生误导。、分析注入前后的聚合物溶液以确定碳水化分析注入前后的聚合物溶液以确定碳水化合物的总含量，从而计算水的回采率。此方法同合物的总含量，从而计算水的回采率。此方法同样受缝中滤失的影响。样受缝中滤失的影响。压裂液排液或回排的监测压裂液排液或回排的监测常规方法常规方法返排率？返排率？问问 题题F获得的水回采率都不是从作业中各个压获得的水回采率都不是从作业中各个压裂液段中得到，是笼统的整个作业过程裂液段中得到，是笼统的整个作业过程中的情况。中的情况。F有时返排率很高，但压后生产动态很差！有时返排率很高，
35、但压后生产动态很差！（往往是最后注入的一段液体未排出堵（往往是最后注入的一段液体未排出堵塞了裂缝！）塞了裂缝！）？特点：特点：示踪剂具有独特性质，各不相同：它们彼示踪剂具有独特性质，各不相同：它们彼此不起反应，与岩层或金属管类也没有化学此不起反应，与岩层或金属管类也没有化学反应；不随时间或温度的变化而发生降解，反应；不随时间或温度的变化而发生降解，示踪剂在极低浓度（示踪剂在极低浓度（50ppt50ppt）下仍可被察觉。）下仍可被察觉。无论在运输、泵入或废弃时，都是安全的。无论在运输、泵入或废弃时，都是安全的。易溶于水，滤失后也不会浓集。易溶于水，滤失后也不会浓集。性质各异的压裂用化学示踪剂（性
36、质各异的压裂用化学示踪剂（CFTCFT）压裂液排液或回排的监测新方法新方法方法：方法：在泵的低压部分注入，浓度是在泵的低压部分注入，浓度是1ppm1ppm。压裂。压裂后返排每隔后返排每隔1515分钟采样一次一直到有天然气分钟采样一次一直到有天然气突破，可以分析到样品中突破，可以分析到样品中1 ppb1 ppb的含量。由于的含量。由于分层分液段泵入性质独特的分层分液段泵入性质独特的CFTCFT，可用物质平，可用物质平衡方法计算分层，分液段回排效率，从而获衡方法计算分层，分液段回排效率，从而获得每口井的回排效率。得每口井的回排效率。一是井底附近一是井底附近 从井底附近地区回排是由于井底附近的从井底
37、附近地区回排是由于井底附近的滤失量太大，前置液阶段的液体滤失于此地。滤失量太大，前置液阶段的液体滤失于此地。当作业井回排时，井底附近滤失液先排出来。当作业井回排时，井底附近滤失液先排出来。二是从裂缝端部二是从裂缝端部 当井筒附近的渗透率低或没有滤失时，当井筒附近的渗透率低或没有滤失时，前置液回流至井中并将它前面的液段推向井底，前置液回流至井中并将它前面的液段推向井底，先泵入的最后排出。先泵入的最后排出。压裂液的两种压裂液的两种回排类型回排类型常规冻胶压裂液与滑溜水压裂液回排区别冻胶液可以冻胶液可以看作全悬浮看作全悬浮液，靠粘度液，靠粘度和排量携砂，和排量携砂，液段和支撑液段和支撑剂分布密切，剂
38、分布密切，最后注入的最后注入的最先回排！最先回排！（受破胶剂（受破胶剂的影响）的影响）滑溜水靠排量携砂，砂子沉降后滑溜水靠排量携砂，砂子沉降后液体在砂堤形成漩涡流，使先后液体在砂堤形成漩涡流，使先后加入的液段混合在一起，在相同加入的液段混合在一起，在相同的时间以相同的浓度排出！的时间以相同的浓度排出！博西尔砂层冻胶压裂的回排剖面博西尔砂层冻胶压裂的回排剖面化学压裂示踪剂技术的应用冻胶化学压裂示踪剂技术的应用冻胶博西尔砂层滑溜水基清水压裂的回排剖面博西尔砂层滑溜水基清水压裂的回排剖面化学压裂示踪剂技术的应用化学压裂示踪剂技术的应用清水清水高密度高密度高密度高密度 支撑剂材料强度的提高，支撑剂材料
39、强度的提高，密度也随着加大，颗粒密度密度也随着加大，颗粒密度的增加，直接导致了输砂的的增加，直接导致了输砂的难度，也很难做到在水力裂难度，也很难做到在水力裂缝内均匀的布砂。沉降速度缝内均匀的布砂。沉降速度过快，也会导致压裂过程中过快，也会导致压裂过程中在地层中出现桥堵。在地层中出现桥堵。低密度低密度低密度低密度 低密度支撑剂能够在低排低密度支撑剂能够在低排量下保证支撑剂的输送，能提量下保证支撑剂的输送，能提供在绝大部分裂缝面积上得到供在绝大部分裂缝面积上得到支撑剂的机会，降低支撑剂密支撑剂的机会，降低支撑剂密度还可以减少配制压裂液系统度还可以减少配制压裂液系统的复杂性从而减少了对填砂裂的复杂性
40、从而减少了对填砂裂缝的伤害。缝的伤害。高强度超低密度支撑剂高强度超低密度支撑剂高强度超低密度支撑剂高强度超低密度支撑剂ULW、新材料高强度超低密度支撑剂高强度超低密度支撑剂高强度超低密度支撑剂高强度超低密度支撑剂美国美国BJBJ服务公司服务公司20032003年年两种两种ULWULW支撑剂支撑剂ULW ULW 1.251.25支支撑撑剂剂被被树树脂脂浸浸透透并并涂涂层层的的化化学改性核桃壳学改性核桃壳ULW 1.75 ULW 1.75 支撑剂树脂涂层的多孔陶粒支撑剂树脂涂层的多孔陶粒新材料新材料高强度超低密度支撑剂高强度超低密度支撑剂ULWULW 1.25ULW 1.25支撑剂化学改性核桃壳支
41、撑剂化学改性核桃壳ULW 1.75 ULW 1.75 支撑剂树脂涂层的多孔陶粒支撑剂树脂涂层的多孔陶粒新材料ULW1.25支撑剂支撑剂制作工序：制作工序：先先将将粒粒径径比比较较接接近近的的核核桃桃壳壳微微粒粒（20/3020/30目目）用用强强树树脂脂浸浸渍渍，然然后后将将浸浸透透的的核核桃桃壳壳用用酚酚醛醛树树脂脂涂涂层层，后后一一步步与与现现今今用用的涂层砂的工艺相似。的涂层砂的工艺相似。主要特点：主要特点：视密度为视密度为0.850.85克克/毫升毫升(是石英砂的一半是石英砂的一半)7979摄氏度下能承受摄氏度下能承受41.4 MPa41.4 MPa的闭合应力，的闭合应力，温度升高则强
42、度降低，温度升高则强度降低，107107时仅为时仅为27.6MPa27.6MPa；可破碎到任意可破碎到任意APIAPI（泰勒网目）的大小，（泰勒网目）的大小，6 6100100目。目。新材料ULW1.75支撑剂支撑剂 为为树树脂脂涂涂层层的的多多孔孔陶陶粒粒，制制造造过过程程与与常常规规低低比比重重的的陶陶粒粒支支撑撑剂剂（LWPLWP）相相似似，二二者者性性能能也比较接近，密度有较大的差别。也比较接近，密度有较大的差别。ULWULW的的密密度度约约在在1.75 1.75 到到1.91.9克克/毫毫升升之之间间，与与制制造造过过程程中中控控制制颗颗粒粒的的孔孔隙隙度度有有关关。涂涂层层的的多多
43、孔孔陶陶粒粒，一一方方面面增增加加了了它它的的强强度度并并封封闭闭了了颗颗粒粒外外部部的的孔孔隙隙，防防止止了了外外部部液液体体的的入入浸浸从从而而也也保持了低密度的特点。保持了低密度的特点。经经1#树脂处理后，树脂处理后，产生了共价键结构，产生了共价键结构，不仅增加了颗粒变不仅增加了颗粒变形尺寸的能力，并形尺寸的能力，并且提高了抗压强度。且提高了抗压强度。用用2#树树脂脂处处理理后后，由由于于产产生生了了巨巨大大的的共共价价键键力力及及在在核核桃桃壳壳基基质质内内聚聚合合物物链链间间交交混混的的,所所以以颗颗粒粒的强度达到最大值。的强度达到最大值。新材料新材料ULWULW支撑剂性能评价支撑剂
44、性能评价天然核桃壳、超低密核桃壳支撑剂的渗透率和导流能力随闭合压力变化的曲线天然核桃壳、超低密核桃壳支撑剂的渗透率和导流能力随闭合压力变化的曲线温度：温度：温度：温度：6666摄氏度摄氏度摄氏度摄氏度 铺砂浓度：铺砂浓度：铺砂浓度：铺砂浓度：4.884.88公斤公斤公斤公斤/平方米平方米平方米平方米 砂粒径：砂粒径：砂粒径：砂粒径：20/40 20/40 渗透率、导流能力渗透率、导流能力与闭合压力的关系与闭合压力的关系ULWULW支撑剂性能评价支撑剂性能评价温度：温度：温度：温度：135135摄氏度摄氏度摄氏度摄氏度 铺砂浓度：铺砂浓度：铺砂浓度：铺砂浓度：9.769.76公斤公斤公斤公斤/平
45、方米平方米平方米平方米(Ottawa(Ottawa砂与经济陶粒砂与经济陶粒砂与经济陶粒砂与经济陶粒)6.83 6.83公斤公斤公斤公斤/平方米平方米平方米平方米(涂层与未涂层超低密支撑剂涂层与未涂层超低密支撑剂涂层与未涂层超低密支撑剂涂层与未涂层超低密支撑剂)涂层与未涂层超低密支撑剂及标准涂层与未涂层超低密支撑剂及标准涂层与未涂层超低密支撑剂及标准涂层与未涂层超低密支撑剂及标准OttawaOttawa砂、经济陶粒的渗透率与闭合应力的关系砂、经济陶粒的渗透率与闭合应力的关系砂、经济陶粒的渗透率与闭合应力的关系砂、经济陶粒的渗透率与闭合应力的关系渗透率、导流能力渗透率、导流能力与闭合压力的关系与闭
46、合压力的关系ULWULW支撑剂性能评价支撑剂性能评价ULWULW支撑剂性能评价支撑剂性能评价静态沉降静态沉降动态沉降动态沉降ULWULW支撑剂性能评价支撑剂性能评价流流 动动 实实 验验支撑剂的平衡高度与水平流速的关系支撑剂的平衡高度与水平流速的关系支撑剂的平衡高度与水平流速的关系支撑剂的平衡高度与水平流速的关系支撑剂（支撑剂（20/40）Ottawa砂、砂、ULW1.25、ULW1.75液体（液体（7cp）添加有聚丙稀酰胺降阻剂的水溶液（滑溜水）添加有聚丙稀酰胺降阻剂的水溶液（滑溜水）浓度（浓度（kg/m3）120（砂）（砂）60（超低密支撑剂）（超低密支撑剂）0.19m3/min0.037
47、85m3/min0.095m3/min压压裂裂条条件件地点地点美国德州某气田美国德州某气田气藏埋深气藏埋深2484 2484 米米闭合压力闭合压力35.2 MPa35.2 MPa层厚层厚40 40 米米滑溜水滑溜水738.2 738.2 方方排量排量1212方分方分支撑剂支撑剂OttawaOttawa砂、砂、ULW1.25ULW1.25模模拟拟结结果果由由于于砂砂重重大大部部分分砂砂子子在在井井底底附附近近很很快快沉沉到到气气层层以以下下，形形成成砂砂堤堤，所所以以支支撑撑长长度度也也比比压压裂裂长长度度短短很很多多。ULW1.25 ULW1.25 支支撑撑剂剂则则均均匀匀地地分分布布在在裂裂缝缝内内，改改善善了了缝缝的的支支撑撑长长度度，从从而而无无论论在在长长度度上上还还是是纵纵向向上都改善了导流能力。上都改善了导流能力。目前测得的井初产能力为每日目前测得的井初产能力为每日5667756677方，后来稳定在方，后来稳定在4534045340方。方。ULWULW支撑剂应用实例支撑剂应用实例Ottawa砂支撑裂缝模拟结果OttawaOttawaOttawaOttawa砂砂砂砂28077kg28077kg，基本沉入底层！，基本沉入底层！ULW1.7ULW1.7支撑剂支撑剂支撑裂缝模拟结果支撑裂缝模拟结果28835kg28835kg支撑剂基支撑剂基本在产层内！本在产层内！谢谢！