储层改造技术水力压裂课件

油气储层改造 增产措施物理方法（改变油气层的孔隙结构、渗透性质） 主要方法压裂（水力、高能气体）和酸化 压裂增产机理：沟通油气储集区（井产能区）、改变流型（径向流单向流 ）、消除井底污染。 一、引言 低渗透油气储层最有效的投产手段，高中渗透油气储层解堵最有效的措施； 年施工能力5000井次以上； 年增产油量超过1000万吨； 对老油田的稳产、低渗透新油气田开发，起着不可替代的重要作用。 第三节 水力压裂造缝机理 1 第三节 水力压裂造缝机理 在压裂中，了解裂缝的形成条件，裂缝形态及方向对有效地发挥压裂在增 产，增注中的作用是极为重要的。但由于地下条件的复杂性，虽然进行了大量 的研究，但仍未得到较好的解决。 地层中造缝的影响因素 井底附近的地应力及其分布 岩石力学性质及压裂液渗滤性质 注入方式 二、 造缝机理 2 一般情况下，地层中的岩石处于压应力状态。作用在地下某单元体上的 力有垂向主应力 及水平主应力 (其中又分为互相垂直的和 ) 。 (1) 应力 垂向应力：作用在单元体上的垂向应力来自上覆岩层的重量，其数值约 为 1、地应力及其分布 有效垂向应力 第三节 水力压裂造缝机理 3 岩石的水平应力为： 推导：单元体在x轴方向上的应变为 侧向应变为0，令则得 第三节 水力压裂造缝机理 4 有效水平应力 假定： 孔隙中的流体是化学惰性；岩石的渗透性保证传压是处处相等；流 体中的压力是完全由岩石骨架所承受。应用虎克定律得到： 考虑流体压力后， 不成立，应为： 其中：为侧压系数。 第三节 水力压裂造缝机理 5 如果岩石单元体是各向同 性材料，岩石破裂时的裂 缝方向总是垂直于最小主 应力轴。 (2) 地质构造对应力的影响 由于浅地层的垂向应力相对 小些，且近地表地层中构造运 动也较多，水平应力大于垂向 应力的几率也多、且浅地层中 层理发育，所以浅地层多出现 水平裂缝。 深地层垂向应力相对大些， 所以深地层压开的多为垂直裂 缝。 第三节 水力压裂造缝机理 6 (3) 井壁上的应力 1) 井筒对地应力及其分布的影响 圆孔周向的应力分布 ： 第三节 水力压裂造缝机理 7 A）当r=a且 时， B) 当r=a, x y 时， C) 当 , 破裂压力大于延伸压力 第三节 水力压裂造缝机理 8 简化：根据拉梅公式, 当厚壁筒外边界半径re，厚壁筒外边界压力Pe=0 时，井壁上r=a处的周向应力: 2) 井眼内压所引起的井壁应力 第三节 水力压裂造缝机理 9 由于注入井中的高压液体在地层破裂前，渗入井筒周围地层中，形成了 一个附加应力区，它的作用是增大了井壁周围岩石中的应力。增加的周向应 力值为： 岩石骨架压缩系数 岩石体积压缩系数 其中： 3) 压裂液径向渗入地层所引起的井壁应力 第三节 水力压裂造缝机理 10 总周向应力： 总垂向应力： 4) 井壁上的总应力 第三节 水力压裂造缝机理 11 为使地层破裂，必须使井底压力高于井壁上的总应力及岩石的抗张强度 。 条件：如果地层的破裂属于纯张力破坏，那么随井内注入压力 的 不断增加， 当 达到或超过井壁附近地层的最小周向应力及岩石水 平方向的抗张强度 时，在垂直于水平周向应力的方向上产生垂直裂缝， 即： 2、造缝条件 (1) 形成垂直裂缝 第三节 水力压裂造缝机理 12 I、压裂液无滤失（孔隙压力Ps） II、压裂液有滤失 第三节 水力压裂造缝机理 13 条件：当注入压力达到或超过井壁附近地层的最小垂向应力及岩石的垂向 抗张强度时，在垂直于垂向应力的方向上产生水平裂缝，其条件为： (2) 形成水平裂缝 第三节 水力压裂造缝机理 14 1）存在滤失时： 2）无滤失时： 第三节 水力压裂造缝机理 15 1）前置液：作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝以备后面的携砂 液进入，它还起到一定的降温作用。有时为了提高前置液的工作效率，在一部 分前置液中加细砂以堵塞地层中的微隙，减少液体的滤失。 2）携砂液：作用是将支撑剂带入裂缝中并将砂子放到预定位置上去。在 压裂液的总量中，这部分占的比重较大。有造缝及冷却地层的作用。 3）顶替液：作用是打完携砂液后，用于将井筒中全部携砂液替入裂缝中 。中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有预防砂卡的作用。 一、压裂液分类及作用 第四节 压裂液 压裂液是为造缝与携砂使用的液体，是水力压裂的关键组成部分。 压裂液是一个总称，根据其在压裂过程中的任务不同可分为前置液、 携砂液和顶替液。 16 前置液及携砂液必须具备的性能要求： 1)滤失少 压裂液的滤失性主要取决于它的粘度与造壁性，粘度高则滤失少 。在压裂液中添加防滤失剂，能改善造壁性并大大减少滤失量。 2)悬砂能力强 压裂液的悬砂能力主要取决于粘度，压裂液只要有足够高的 粘度，砂子即可完全悬浮，这对砂子在缝中分布是非常有利的。 3)摩阻低 压裂液的摩阻愈小则在设备功率一定的条件下，利用造缝的有效 功率愈大。摩阻过高不仅降低了有效功率的利用，且由于井口压力过高，排 量降低。 4)稳定性 压裂液应具有热稳定性，不能由于温度的升高而使粘度有较大的 降低；液体还应有抗机械剪切的稳定性，不因流速的增加而发生大幅度的降 解。 二、性能要求 第四节 压裂液 17 5)配伍性 压裂液进入地层后与各种岩石矿物及流体相接触，不应产生不利于 油气渗滤的物理化学反应。 6)低残渣 要尽量降低压裂液中水不溶物的数量，以免降低岩石及填砂裂缝的 渗透率。 7)易反排 施工结束后大部分注入液体反排出井外，排液愈完全，效果愈好 8)货源广 便于配制，价钱便宜。 第四节 压裂液 18 （一）水基压裂液体系 以水为分散介质，添加各种处理剂，特别是水溶性聚合物，形成具有 压裂工艺所需的较强综合性能的工作液。 一般水溶性聚合物与添加剂的水溶液称为线性胶或稠化水压裂液。加入交 联剂后会形成具有粘弹性的交联冻胶（具有部分固体性质，但在一定排量 下又能流动） 特点：安全、清洁和容易以添加剂控制其性质而得到广泛应用。除少数水 敏地层外几乎可用到所有油气储层。是发展最快最全面的体系。 三、 压裂液的类型 水基压裂液主要是用水溶胀性聚合物作为成胶剂，制成能悬浮支撑剂的稠 化溶液，具有粘度高、摩阻低及悬砂能力强的优点。 缺点：但热稳定性和机械剪切稳定性较差。为了克服这一缺点，又发展了 交链压裂液和延迟交链压裂液。 19 1、添加剂 多达数十种 不同水基压裂液之间的特点都是通 过其添加剂的调整表现出来的。 具体命名与分类也是要参考其主要 添加剂的。 一般了解水基压裂液应从添加剂入 手。 1）稠化剂、 2）交联剂、 3）粘土稳定剂、 4）杀菌剂、 5）表面活性剂、 6）抗高温稳定剂、 7）降滤失添加剂、 8）破胶剂、 9）滤饼溶解剂、 10）缓冲剂 20 21 22 23 24 25 26 （二）泡沫压裂液体系 实质是一种液包气乳化液，或者说泡沫是气体分散于液体中的分散体系。 施工中最重要：保持泡沫稳定，干度范围。 干度：压裂液中气相所占百分比。30时：增加不能提 高经济效益； 2.当FCD30时：增加能提高 经济效益(增产比提高)； 第七节 压裂设计与效果评价 126 4.2 在稳态与非稳态条件下，对于油层受伤害的生产井压后的增产预测 Raymond与Binder提出的油层受伤害时在圆形泄流面积下，有限裂缝导流 能力的水力裂缝在拟稳态下的增产倍数明显大于McGuire和 Sikora曲线预 测结果： rd可合理估算（30-90cm）后，可求 Kd 第七节 压裂设计与效果评价 127 4.3 非稳态渗流条件下水力裂缝的增产作用与效果预测方法 这是当前通用分析