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采油工艺培训班油井水力压裂基础 中石化胜利采油院2009年5月 油井压裂的目的 在地层和井筒之间形成高导流能力的通道 使油气流更容易通过 从而达到增产的效果 表皮系数 描述井筒周围地层伤害程度的参数 地层伤害及表皮系数地层伤害通常由钻井过程造成 但之后的各种作业也都可能造成地层伤害 表皮系数 渗透率 高 低 伤害带 井筒 它会在井筒周围造成附加压降 表皮系数 渗透率降低 P DPskin 表皮系数 表皮系数 P1hr Pwf m k fmcTrw2 log10 3 23 S 1 151 API表皮系数计算公式 根据测试数据计算 表皮系数 S 0理想井S 0真实 被伤害的 井S 0增产井 采取增产措施后 大多数井的表皮系数在2 50之间 尽管有的高渗井可能高达200 裂缝导流能力 FC 描述裂缝让流体通过能力的参数 类似于油井测试得到的kh 或者说能有多少流体通过裂缝产出 裂缝导流能力 FC FC wkp 式中 w 平均支撑缝宽kp 支撑渗透率 注意 kp不是常数 AdvancedConcepts DimensionlessFractureConductivity AlsocalledFCD orRelativeFractureConductivity FCDisaMeasureofHowConductiveAFractureisComparedtotheFormation FCD 1FractureMoreConductiveFCD 1FractureLessConductive FCD 20 InfiniteConductivity DimensionlessFractureConductivity FCD FC xfk wkp xfk AdvancedConcepts wherexf fracturehalflengthk formationpermeability AdvancedConcepts DimensionlessFractureConductivity InordertoIncreaseProduction FCDmustbeGreaterthanOne ThisdoesnotAccountfortheEffectsofBypassingSkinDamage InHighPermeabilityFormations theFractureMustbeDesignedforMinimumLengthandMaximumWidth 流体滤失 当压裂液泵注进裂缝时 其中一部分会通过裂缝面滤失进地层 裂缝体积等于泵入流体总体积减去滤失流体体积 流体滤失 与压力无关 VL pCeffA t 与压力相关 流体滤失 与压力相关 流体滤失 与压力相关 CI2 1 CIII2 1 1 4CII2 1 2CII Ceff 可用压裂模拟软件计算 三种主要的压裂酸化类型 1 基岩酸化2 加砂压裂3 酸压 基岩酸化是将酸液注入岩石孔隙中 使其与各种矿物反应 扩展孔隙 增加地层渗透率 基岩酸化 基岩酸化 在井筒周围形成一个孔隙扩展的区域 酸液进入孔隙中 与地层中各种矿物反应 可以用现有完井管柱挤酸 也可以用连续油管注酸 基岩酸化 挤酸 酸液由现有完井管柱注入井内 经过炮眼进入地层 连续油管 酸液经过直径较小的连续油管注入 连续油管可上下移动 在地层内造成裂缝 并用支撑剂支撑 使其保持张开 为油流提供从地层到井筒的高导流能力通道 水力压裂 图8 16垂缝扩展及其有关的压力 应力和岩石性质 压裂 流体在大排量 高压下被泵注入地层 井筒两翼均形成裂缝 裂缝形成后 泵入支撑剂 缝高 缝长 缝宽 裂缝基本参数 加砂压裂 裂缝形成后 用支撑剂使其保持张开状态 成为导流通道 酸压 前置液造缝 酸溶解缝壁周围地层 裂缝闭合后 留下高渗油流通道 加砂压裂和酸压通常采用挤入方式 但有时也用其他方式 压裂 一次成功的增产措施应该 1 减小表皮系数2 降低生产压差3 增加有效井筒半径 压裂液 压裂液种类 水基压裂液体系 线性胶 基液 将各种聚合物水化后 获得一定粘度的胶体 交联冻胶 将线性胶交联 以获得可在较高温度下应用的高粘度胶体 水基压裂液体系 线性胶 Guar 瓜胶 HPG 羟丙基瓜胶 CMHPG 羧甲基羟丙基瓜胶 水基压裂液体系 线性胶 纤维素 羟乙基纤维素 HEC 黄原胶 羧甲基羟乙基纤维素 CMHEC 水基压裂液体系 线性胶 GuarHPGCMHPGHECCMHECXanthan 残渣含量 水基压裂液 pH值调节剂 所有稠化剂的水化过程都只在一定的pH值范围内进行 超出此范围则水化很缓慢 pH值调节剂用于调节水的pH值 一般为6 5 8 0 以满足胶体的需要pH值调节一般在稠化剂在水中分散均匀后进行 以避免产生 鱼眼 水基压裂液 pH值调节剂 高pH BF 7 7L BF 9 BF 1BF 3 烧碱 低pH 醋酸 BF 10L BF 2 水基压裂液 聚合物浓度 聚合物浓度取决于胶体的用途 1 5 降低摩阻至8 0 压裂液 防砂液 水基压裂液 交联冻胶 在线性胶中加入交联剂 使其分子间产生化学链接 从而粘度大大提高 水基压裂液 交联冻胶 线性胶 水基压裂液 pH值调节剂 大多数交联剂都只在一定pH值范围内起作用 所以需要用pH值调节剂 通常胶体需要调节两次pH值 分别在稠化剂水化和交联时进行 水基压裂液 破胶剂 氧化剂 可用于任一种聚合物 过硫酸铵 过硫酸铵胶囊 其他 水基压裂液 破胶剂 酶类 用于特定的聚合物 比氧化剂更 清洁 应用温度和pH值范围有限 油基压裂液体系 基液 柴油 煤油 原油或其他 压裂用油 总需要试验 特别是原油 油基压裂液体系 所有组分都可现场添加 使用方便 缺点 费用和HSE问题 油基压裂液体系 聚合物乳化液 两份油 一般为柴油 加一份水基胶体 水基胶体用标准稠化剂和破胶剂配制 乳化剂加在水相中 油基压裂液体系 聚合物乳化液 油 水相在现场施工时混配 乳化液与地层接触后破乳 需要进一步进行应用研究 支撑剂 支撑剂 1 支撑剂基本要求 能承受闭合应力的作用不能破碎不能产生粉末 支撑剂 2 颗粒尺寸分布 支撑剂 3 总体颗粒尺寸 颗粒大渗透率高 支撑剂 4 球度和圆度 圆球度高则渗透率大 支撑剂 渗透率 5 压裂液残渣 压裂液破胶后有残渣残渣会堵塞支撑剂孔道渗透率恢复一般为30 to95 压裂液质量破胶剂效率 支撑剂 6 闭合应力 闭合应力越大 渗透率越低 通常是支撑剂产生的粉末造成的 闭合应力越大 需要的材料强度越高 支撑剂 7 非达西流 在高流速下发现附加压降 圆球度越低 颗粒尺寸分布越不均匀则附加压降越大 支撑剂 8 多相流 相对渗透率影响 与非达西流一样 降低有效渗透率 支撑剂 支撑剂的选择 根据井况对渗透率的要求进行支撑剂的优选 用厂方提供的一定闭合应力下的渗透率值 记住闭合应力可能增加 考虑非达西流和多相流情况 支撑剂 支撑剂的选择 一般人造支撑剂的渗透率是天然压裂砂的2 3倍 即使在低闭合应力下也如此 支撑剂 支撑剂的选择 典型的粒径范围 8 12 12 20 16 30 20 40 40 60等 数字代表筛眼孔径 20 40目的颗粒可通过20目的筛子 但会被40目的筛子挡住 压裂设计及施工流程 ExampleTreatments FracJobFlowChart ExampleTreatments FracJobFlowChart ExampleTreatments FracJobFlowChart ExampleTreatments FracJobFlowChart AnalyzeSRTData ExampleTreatments FracJobFlowChart PressureMatchSimulatorOutputtoMinifracData ExampleTreatments FracJobFlowChart PrematureScreenout TypicalFracJobs TightGasFracturing StageFluid