《水力压裂设计》ppt课件

1、水力压裂设计 Hydraulic Fracturing背景垂直井单相油流 产量公式SrrBpphCkqwewfro21ln)(000 对详细井，地层条件( ko, h)、流体性质( o, Bo)和井特性( re, rw )曾经确定。提高产量的措施: 注水坚持地层压力; 人工举升降低井底流动压力; 对于低浸透储层：水力压裂第一节第一节 水力压裂概述水力压裂概述水力压裂表示图压裂资料：压裂液和支撑剂施工参数：排量和压力压裂设备：泵车(组)、液罐、砂车、仪表车力学观念：裂痕构成与延伸是力学行为。消费角度：裂痕方位与形状影响压裂改造效果 问题：储层应力环境地应力场(2) 水力裂痕方位(3) 破裂压裂计

2、算与预测根本思绪：注水井采油井 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程度运动及其它要素综协作用引起介质内部单位面积上的作用力。 地下岩石应力形状：为三向不等压紧缩形状.xxy (y)z (z) 主应力: x ， y， z ; 应变: 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 地应力场地应力场原地应力：重力应力 构造应力 孔隙流体压力 热应力 地应力构成：原地应力 + 扰动应力。 其中：r(h) 为上覆岩层密度，由密度测井曲线获得。(1) 重力应力上覆压力Hrzgdhh06)(10szzp 为Boit孔隙弹性常数。 有效垂向应力为)(E1 zy

3、xxzxyxxx由广义虎克定律计算总应变研讨对象：地层中恣意单元体。)(E1 xzyyxyzyyy由于泊松效应，垂向应力产生的侧向压力zyxyx10 岩石类型 杨氏模量，104MPa 泊 松 比 岩石类型 杨氏模量，104MPa 泊 松 比 硬砂岩 4.4 0.15 砾岩 7.4 0.21 中硬砂岩 2.1 0.17 白云岩 4.08.4 0.25 软砂岩 0.3 0.20 花岗岩 2.06.0 0.25 硬灰岩 7.4 0.25 泥岩 2.05.0 0.35 中硬灰岩 - 0.27 页岩 1.03.5 0.30 软灰岩 0.8 0.30 煤 1.02.0 0.30 (2) 构造应力定义：地壳

4、的构造运动引起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，包括： 区域构造宏大构造单元间的相互作用力； 部分构造产生于部分地域岩体之间。如断层、岩层弯曲等。A B C特点构造应力属于程度的平面应力形状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的边境影响使其在传播过程中逐渐衰减。 断层和裂痕发育区 正断层，程度应力x能够只需垂向应力z的1/3。右旋走向滑动断层正断层逆断层 逆断层或褶皱带的程度应力可大到 z的3倍。(3) 热应力缘由：地层温度变化引起的内应力增量。计算方法1TETyx特点：与温度变化、岩石力学性质有关产生环境：火烧油层、注蒸汽开采、注水2 2

5、 人工裂痕方位人工裂痕方位原理：裂痕面垂直于最小主应力方向当z最小时，构成程度裂痕；当Y或xz，构成垂直裂痕。yxxyz显裂痕地层很难出现人工裂痕。微裂痕地层 垂直于最小主应力方向； 根本上沿微裂痕方向开展，把微裂痕串成显裂痕y二、水力压裂造缝机理二、水力压裂造缝机理1 1 井壁最终应力分布井壁最终应力分布rxrRwxy (4)井壁上的总周向应力(应力迭加原理)地应力+井筒内压+渗滤引起的周向应力121)()3(siixyPPP2 2 水力压裂造缝条件水力压裂造缝条件(1) 构成垂直缝岩石破坏条件ht压为正，拉为负最大有效周向应力大于程度方向抗拉强度有液体渗滤ixxyyPPsPshtsisix

6、yPPPP121)()( 23当破裂时，Pi=PFshtxyFPP12123无液体渗滤PshtsixyPP)(3当破裂时，Pi=PFshtxyFPP3htsisixyPPPP121)()( 23(2) 构成程度缝岩石破坏条件vt最大有效周向应力大于垂直方向抗拉强度有液体渗滤121)(sizzPP有效总垂向应力为：vtsizsiizizzPPPPPP121)( 121)( svtzFPP1211当破裂时，Pi=PF1.94无液体渗滤szzP有效总垂向应力为：vtsizizzPPP)( vtsizsiizizzPPPPPP121)( 121)( svtzFPP1当破裂时，Pi=PF0.943 3

7、破裂压力梯度破裂压力梯度定义HPF实际计算(垂直裂痕形状)HpvvHvvHpszFF13112矿场统计当F 0.0220.025 MPa/m, 构成程度裂痕三、三、 地应力的丈量及计算地应力的丈量及计算1 矿场丈量 水力压裂法 井眼椭圆法井壁崩落法2岩心分析实验室 滞弹性应变恢复 ASR 微差应变分析 DSCA4 有限元计算3 测井解释第三节第三节 压裂液压裂液 压裂液及其性能要求 压裂液添加剂 压裂液的流动性 压裂液的滤失性 压裂液对储层的损伤 压裂液选择压裂液的组成压裂液的组成 前置液 携砂液 顶替液 完好的压裂泵注程序中还可以有清孔液、前垫液、预前置液对压裂液的性能要求对压裂液的性能要求

8、(1) 与地层岩石和地下流体的配伍性；(2) 有效地悬浮和保送支撑剂到裂痕深部；(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 。压裂液对储层的损伤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损伤压裂液与原油乳化呵斥的地层损伤润湿性发生反转呵斥的损伤压裂液残渣对地层呵斥的损害压裂液对地层的冷却效应呵斥地层损伤压裂液滤饼和浓缩对地层的损伤压裂液液体污染 (1) 粘土水化与微粒运移 (2) 压裂液在孔隙中的滞留 3润湿性 压裂液固相堵塞压裂液固相堵塞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零落下来的微粒化

9、学反响沉淀物等固相颗粒。作用构成滤饼后阻止滤液侵入地层更远处，提高了压裂液效率，减少了对地层的损伤；它又要堵塞地层及裂痕内孔隙和喉道，加强了乳化液的界面膜厚度而难破胶。压裂液浓缩压裂液浓缩压裂液的不断滤失和裂痕闭合，导致交联聚合物在支撑裂痕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，随着铺砂浓度降低，压裂液浓缩因子提高，此时不能够用常规破胶剂用量实现高浓缩压裂液的彻底破胶，构成大量残胶而严重影响支撑裂痕导流才干。第四节第四节 水力压裂设计模型水力压裂设计模型裂痕延伸二维模型 卡特模型 Carter， 1957年 GDK 模型 Christianovich、Geertsma、D

10、eklerk PKN 模型 Perkins和Kern 提出, Norgren完善裂痕延伸三维模型一、卡特模型一、卡特模型1 1 几何模型几何模型HfLfWf2 2 主要假设主要假设(1)裂痕等宽。(2)压裂液从缝壁垂直而又线性地渗入地层;(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, 即:(4)地层中各点速度函数一样。(5)裂痕中各点压力一样, 均等于井底的延伸压力。)(/)(xtctV3 3 计算公式计算公式 忽略紧缩性，由物质平衡： Q(t)=QL(t)+QF(t) 用拉氏变换, 最终得裂痕面积公式: 12)(4)(22xXxerfceCQWtAxWtCX2SpWtCX22YYY

11、YYxerfcex2552. 00.2849- 4235. 14552. 10629. 1)(23452XY328. 011HAL2二、二、 GDK GDK 模型模型1 几何模型Khristianovich、 Geertsma、Deklerk DaneshyW(x,t)L(t)H2 假设条件(1)岩石为均质各向同性。(2)岩石变形服从线弹性应力应变关系。(3)流体在缝内作一维层流流动, 缝高方向裂痕呈矩形。(4)缝中X方向压降由摩阻产生, 不思索动能和势能影响。(5)裂痕高度和施工排量恒定。3 3 实际根底实际根底 运用了体积平衡方程; 压降与宽度关系由泊稷叶实际导出; 用England和Gr

12、een公式求缝宽时, 还运用了裂痕平衡延伸实际。 此模型是如今最常用的两个二维延伸模型之一。4 4 计算公式计算公式316133613)1 ()168(), 0(tGHQtW2)(1), 0(),(LxtWtxW)(12 8), 0(3222erfceVtWHCQLSPSPVtWtC8), 0(8式中三、三、 PKN PKN 模型模型1 1 几何模型几何模型 Perkins & Kern Perkins & Kern NorgrenNorgrenL(t)W(x,z,t)H2 2 假设条件假设条件(1)裂痕为垂直裂痕, 其高度恒定。(2)裂痕高度方向上为椭圆面, 其横截面最大宽度

13、满足Sneddon方程: W(x,t)=2(1-2 )(p-)H/E(3)施工排量恒定(4)长度方向的变化采用物质平衡原理求得(5)裂痕前端液体压力等于地层最小程度主应力。3 3 计算公式计算公式 压降方程HWQdxdP364 最终得长度方程tHCQL2 宽度方程81412413)1()128(), 0(tGHCQtW4122)(1 )arcsin(),0(),(LxLxLxLxtWtxW四、四、 GDK GDK 和和PKNPKN模型的比较模型的比较PKN模模型型与与GDK模模型型特特征征比比较较 项项目目 PKN模模型型 GDK模模型型 几几何何 形形状状 垂垂直直剖剖面面为为椭椭园园形形

14、水水平平剖剖面面为为(2n+2)次次抛抛物物线线形形 裂裂缝缝长长而而窄窄 垂垂直直剖剖面面为为矩矩形形 水水平平剖剖面面为为椭椭园园形形 裂裂缝缝短短而而宽宽 应应变变 平平面面应应变变发发生生于于垂垂直直剖剖面面，层层间间无无滑滑动动 裂裂缝缝张张开开在在垂垂直直剖剖面面求求解解 平平面面应应变变主主要要发发生生于于水水平平剖剖面面，层层间间有有滑滑动动 裂裂缝缝张张开开在在水水平平剖剖面面求求解解 压压力力 行行为为 井井底底压压力力随随时时间间增增加加而而升升高高，随随缝缝长长增增加加 P(t) te，321441nen 井井底底压压力力随随施施工工时时间间逐逐渐渐降降低低， 随随缝缝

15、长长增增加加而而递递减减 P(t) t , 31 PKN与与GDK模模型型适适用用范范围围 模模型型 PKN模模型型 GDK模模型型 井井底底压压力力 垂垂向向延延伸伸受受限限，缝缝长长延延伸伸快快，井井底底压压力力增增加加 垂垂向向延延伸伸与与径径向向延延伸伸相相近近，使使井井底底压压力力降降低低 储储层层深深度度 大大于于1000m (不不易易产产生生层层间间滑滑动动) 小小于于1000m （容容易易产产生生层层间间滑滑动动） 井井的的类类型型 油油井井（符符合合压压力力行行为为） 气气井井（符符合合压压力力行行为为） 油油气气层层 地地应应力力差差大大于于13.8MPa，遮遮挡挡良良好好

16、的的薄薄层层 块块状状厚厚油油层层或或长长射射孔孔段段井井 施施工工参参数数 低低粘粘高高滤滤失失压压裂裂液液, 小小排排量量注注液液, 施施工工规规模模大大 高高粘粘低低滤滤失失压压裂裂液液, 大大排排量量注注液液,施施工工规规模模小小 第五节 支撑剂保送 支撑剂的沉降特性 沉降布砂设计 悬浮布砂设计受力分析 固体颗粒的重力 流体对固体颗粒的浮力 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 单颗粒自在沉降速度单颗粒自在沉降速度概念 自在沉降 干扰沉降重力浮力阻力gdFPPg36gdFfPb362228 21PPfDPfDdUdCAUCF重力浮力阻力颗粒2

17、13)(4fDfPpPCgdU F=Fg-Fb当FFd时 CD与雷诺数有关，雷诺数与UP有关fPpUdNRe雷雷诺诺数数与与阻阻力力系系数数和和浓浓度度校校正正系系数数的的关关系系 NRep 流流态态 阻阻力力系系数数CD 自自由由沉沉降降速速度度vp 浓浓度度校校正正系系数数fc 2 层层流流 24/NRep 18/2gdfpp Cf 5.5 (2,500) 过过渡渡流流 18.5/Nrep0.6 43.029.044.171.034.20ffpdp Cf 3.5 500 紊紊流流(湍湍流流) 0.44 ffpdpg/)(74. 1 Cf 2 注注：1. 希希勒勒与与诺诺曼曼建建议议NRep

18、(0.2,1000)时时，)15. 01 (/24687. 01REPREPDNNC； 2. 支支撑撑剂剂在在幂幂律律液液中中的的沉沉降降速速度度，用用视视粘粘度度代代替替进进行行计计得得即即可可。 3. Cf 为为砂砂液液混混合合物物中中液液体体所所占占体体积积分分数数，相相当当于于孔孔隙隙度度。 N o v o t n y 公 式 当 N R e 2 时 UH/UP=5.5 当 2 N r e 5 0 0 时 UH/UP=3.5 当 N R e 5 0 0 时 UH/UP=22 2 干扰沉降干扰沉降Brown 公式)1(10/ 82.12PHUU3 3 壁面影响壁面影响543)(0644.

19、0)(131.0 )(147.0)(6526.01WdPWdPWdPWdPFW当 NRe1当 NRe10023)2(1WdPFW当 1Nre100 用内插法求FW4 4 颗粒外形对沉降速度的影响颗粒外形对沉降速度的影响 支撑剂颗粒是不规那么的颗粒，而不是规那么的球体有些接近于球形 颗粒的外形是不规那么的，比同体积的球体外表积大； 颗粒的外表是粗糙的； 颗粒的外形是不对称的不规那么颗粒的沉降速度小于球形颗粒的沉降速度支撑剂在幂律液体中的沉降用视粘度a替代 12118)(nfPPPnaDKgdUDK思绪支撑剂在裂痕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、沉降型布砂设计二、沉降

20、型布砂设计1 1 支撑剂在裂痕高度上的分布支撑剂在裂痕高度上的分布 概念：平衡形状 平衡流速 平衡高度颗粒浓度分布(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2 2 平衡流速与阻力流速平衡流速与阻力流速平衡流速HEQhEQVEQ)2Q(Q EQEQWhQVEQEQHHh0平衡高度 67.160EQEQWVQHH问题 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 砂堤堆起速度与流速和平衡流速的关系6 砂堤堆起高度与时间的阅历关系7 平衡时间的计算方法 例例6-3 6-3

21、牛顿型压裂液粘度牛顿型压裂液粘度f=30mPa.sf=30mPa.s，密，密度度f=1000kg/m3f=1000kg/m3；石英砂支撑剂颗粒密度；石英砂支撑剂颗粒密度s=2650kg/m3s=2650kg/m3，平均粒径，平均粒径dp=1.143dp=1.14310-3m10-3m，砂比，砂比S=10%S=10%；裂痕高度；裂痕高度Hf=10mHf=10m，裂痕宽度，裂痕宽度w=4.76w=4.7610-3m10-3m；试计算双翼裂痕中排量；试计算双翼裂痕中排量Q Q为为0.80.8和和2.0m3/min2.0m3/min时的平衡高度和平衡时间。时的平衡高度和平衡时间。解 (1) 计算支撑剂

22、沉降速度 假设支撑剂沉降处于层流形状，按表6-8中公式计算自在沉降速度，vp=0.039m/s。 校核流态：颗粒雷诺数NRep=1.49 3000 , 故平衡流速为vEQ = 3.88m/s(4) 计算砂堤平衡高度 平衡时流动断面高度： mhQEQ36. 08 . 0 mhQEQ90. 00 . 2 平衡时砂堤高度： mHQEQ64. 98 . 0 mHQEQ10. 90 . 2 (5) 计算平衡时间 按公式求系数 k 38 . 01012. 1Qk 30 . 21035. 1Qk 按公式求系数 k 48 . 01052. 4Qk 40 . 21077. 5Qk 平衡时间： min392349

23、8 . 0stQEQ min3621600 . 2stQEQ 三、全悬浮布砂设计三、全悬浮布砂设计技术背景研讨目的1. 计算缝内砂比沿缝长变化根底上，找出满足设计要求的导流才干的加砂步骤2. 防止在缝中出现砂比过高的砂卡景象1 1 假设条件假设条件2 2 计算单元划分计算单元划分 设携砂液单元体积为设携砂液单元体积为P P，那么泵入时，那么泵入时间为间为 t=P/Qt=P/Q3 滤失计算滤失计算 滤失百分数滤失百分数t t时间后时间后 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单元体积滤失后的剩余体积积滤失体积tWFtC2VltWCtFtW

24、FtC212i 滤失百分数 i=滤失Fi/F Fi 滤失体积 F 单元体积滤失后的剩余体积4 4 裂痕体积计算裂痕体积计算 注入单元体积P=剩余体积F+滤失体积Fi i)F(1 iFFPiPF1 利用计算复利的方法，n次滤失后的剩余体积 niPF)1 ( nnSiPSCiPPSCPC)1()1(nSnStWCtCiCPSC)21 ()1 (因此，知缝内砂浓度，可确定相应的地面砂浓度分析： S越小，滤失次数越多，要求地面参与的砂浓度越小SSPSTtSSWCtCPSC)(21 (用ST-S替代n SSSTtWCtCPSC)21( 思索滤失速度随注入液量而变化 5 5 支撑裂痕几何尺寸支撑裂痕几何尺

25、寸停泵时的裂痕体积(即剩余体积) tSSWCtSVVPTTTF)2(21支撑裂痕长度支撑裂痕宽度 阐明：全悬浮式砂子分布运用 悬浮压裂液适宜于低浸透储层，由于这里并不需求很高的裂痕导流才干就能获得较好的增产效果。 优点：支撑面积大 缺陷：导流才干不及沉降式砂子分布 详细分析，择优采用改善支撑剂在裂痕中分布的方法第六节第六节 水力压裂效果分析水力压裂效果分析工艺效果：评价所实施压裂工艺技术的顺应性和有效性开发效果：评价水力压裂在油田改造中的作用经济效益分析：寻求压裂提高技术程度和改善其运营管理的根本途径一、工艺效果分析一、工艺效果分析增产有效期 ：某井从压裂施工后增产见效开场至压裂前后产量递减到

26、一样的日产程度所阅历的时间。增产倍比：指一样消费条件下压裂后与压裂前的日产程度之比。 图版法 近似解析法 数值模拟法1 McGuire & Sikora1 McGuire & Sikora图版图版 纵坐标为增产倍比 Akwkxff4010471. 240wefrrJJy472.0ln13.70横坐标为： a. 对低浸透储层k0.510-3m2. m。3) 含油饱和度：含油饱和度普通应大于35%。4) 孔隙度：普通孔隙度为615%才值得压裂；假设储层厚度大，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。二、确定入井资料1 1优选压裂液体系优选压裂液体系(1

27、) (1) 挑选根本添加剂增稠剂、交联剂、破胶剂，配制适宜本挑选根本添加剂增稠剂、交联剂、破胶剂，配制适宜本井的冻胶交联体系。井的冻胶交联体系。(2) (2) 挑选与目的层配伍性好的粘土稳定剂、润湿剂、破乳剂、防挑选与目的层配伍性好的粘土稳定剂、润湿剂、破乳剂、防蜡剂等添加剂系列。蜡剂等添加剂系列。(3) (3) 挑选适宜现场施工的耐温剂、防腐剂、消泡剂、降阻剂、降挑选适宜现场施工的耐温剂、防腐剂、消泡剂、降阻剂、降滤剂、助排剂、滤剂、助排剂、pHpH值调理剂、发泡剂和转向剂等。值调理剂、发泡剂和转向剂等。(4) (4) 对选择的压裂液，在室内模拟井下温度、剪切速率、剪切历对选择的压裂液，在室

28、内模拟井下温度、剪切速率、剪切历程、阶段携砂液浓度来测定其流变性及摩阻系数，并按石油行程、阶段携砂液浓度来测定其流变性及摩阻系数，并按石油行业规范进展全面评定。业规范进展全面评定。2 2选择支撑剂选择支撑剂 根据目的层闭合压力选择支撑剂类型，并按石油行业规范对其性根据目的层闭合压力选择支撑剂类型，并按石油行业规范对其性能进展全面评定，经过选择支撑剂粒径，铺砂浓度和加砂方式能进展全面评定，经过选择支撑剂粒径，铺砂浓度和加砂方式满足闭合压力下无因次导流才干要求。满足闭合压力下无因次导流才干要求。压 裂 设 计 主 要 输 入 参 数 一 览 表参 数 名 称获 取 方 法用 途储层参数地 层 压

29、力闭 合 压 力延 伸 压 力破 裂 压 力储 层 温 度有 效 渗 透 率孔 隙 度饱 和 度 分 布储 层 厚 度伤 害 半 径伤 害 渗 透 率水 平 主 应 力 *杨 氏 模 量 *泊 松 比 *断 裂 韧 性 值 *天 然 裂 缝流 体 粘 度体 积 系 数压 缩 系 数岩 石 硬 度试 井 、 生 产 分 析 、 邻 井 对 比注 入 -返 排 试 验 ， 注 入 -关 井 测 试阶 梯 式 注 入 试 验 、 经 验 公 式理 论 计 算 、 试 验 测 试 、 测 井井 温 测 井 、 经 验 估 计试 井 、 生 产 分 析 、 岩 心 测 试 、 数 值 模 拟岩 心 测

30、试 、 测 井 解 释岩 心 分 析岩 心 资 料 分 析 、 试 油 与 测 井 解 释试 井试 井ASR、 DSCA、 LSDS、 压 裂 测 试 、 有 限 元岩 心 实 验 、 长 源 距 声 波 测 井 ， 由 岩 性 估 计同 上岩 心 实 验测 井PV T 分 析 、 经 验 相 关 式PV T 分 析 、 经 验 相 关 式同 上同 上选 井 选 层 、 选 压 裂 液 、 预 测 效 果选 择 支 撑 剂 、 压 力 降 落 解 释模 拟 裂 缝 三 维 延 伸确 定 管 柱 结 构 , 井 口 装 置 , 裂 缝 形 态选 择 压 裂 液 与 添 加 剂 ， 影 响 压 裂

31、 液 参 数压 裂 规 模 、 滤 失 ,支 撑 剂 参 数 , 预 测 产 量计 算 滤 失 ， 预 测 产 量评 价 压 后 效 果选 井 层 、 评 价 压 裂 效 果评 价 压 后 效 果评 价 压 后 效 果影 响 几 何 尺 寸 ， 决 定 裂 缝 形 态影 响 裂 缝 几 何 尺 寸同 上同 上影 响 裂 缝 方 位 和 最 优 缝 长试 井 解 释 、 计 算 滤 失 、 预 测 生 产 动 态计 算 滤 失计 算 滤 失预 测 生 产 动 态压裂液参数密 度稠 度 系 数流 态 指 数滤 失 系 数初 滤 失减 阻 率降 解 温 度排 量密 度 计Fann 系 列 或 RV

32、系 列 旋 转 粘 度 计同 上滤 失 仪滤 失 仪实 验设 计 值 （ 受 多 种 因 素 影 响 ）计 算 井 筒 静 液 压 力 ， 影 响 支 撑 剂 沉 降影 响 裂 缝 尺 寸 ， 支 撑 剂 的 沉 降 运 移同 上影 响 裂 缝 尺 寸 和 施 工 规 模同 上计 算 井 筒 摩 阻选 择 压 裂 液 , 压 后 压 力 分 析 解 释计 算 裂 缝 几 何 尺 寸 和 支 撑 剂 运 移 分 布支撑剂参数密 度粒 径球 形 度加 砂 浓 度导 流 能 力常 规 方 法筛 分目 测 法 、 图 象 比 较 法设 计 值设 计 值影 响 支 撑 剂 输 送影 响 支 撑 剂 输

33、送 与 裂 缝 导 流 能 力影 响 支 撑 剂 输 送影 响 砂 堤 剖 面 和 导 流 能 力影 响 增 产 效 果三、水力压裂设计计算三、水力压裂设计计算1.1.施工排量施工排量必需大于地层的吸液才干必需大于地层的吸液才干Q Q吸吸思索所需压裂液量思索所需压裂液量思索摩阻压力思索摩阻压力思索设备才干这个约束条思索设备才干这个约束条件件支撑剂保送支撑剂保送2. 2. 井口施工压力井口施工压力perfcftHkpppppp)(1440()0wfSwfFppppqBQ吸3 3 压裂设计压裂设计 单井压裂设计包括： 选井选层 确定施工参数 方案设计计算 经济技术分析和评价 4 4 压裂施工模拟设

34、计压裂施工模拟设计根据压裂施工规模预测增产倍数 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.计算动态裂痕几何尺寸； d.支撑剂在裂痕中运移分布，确定支撑裂痕几何尺寸； e.预测增产倍比。前置液量确定 根据增产要求确定裂痕长度和导流才干； Nolte提出了基于压裂液效率确定前置液量的近似解析法。支撑剂用量确定ippVwC总携砂液体积支撑剂重量ipfVwC裂缝体积支撑剂重量 padipadfpttttCtCfPfPCCCC11施工泵压及水功率 施工水功率 式中: 井口施工水功率,； 施工泵压，； 施工排量，压裂车台数 按功率计算 按排量计算 例6-4 知油藏开

35、发井网井距400400m，压裂井深度H=2500m，岩石弹性模量E=25000MPa，泊松比=0.15，破裂压力梯度=0.018MPa/m；油层有效厚度Hf=10m，浸透率k=2.010-3m2，孔隙度=20%，地层温度80 oC，地层流体压力pS=25.0MPa，地层流体粘度r=2mPa.s，流体紧缩系数cf=610-3/MPa；射孔孔眼密度10孔/m，孔径10，消费流压pWf=15MPa，套管直径127，油管直径62，；兰州石英砂粒径dP=0.4-0.8mm，颗粒密度r=2650kg/m3。牛顿型压裂液粘度=0.03Pa.s，密度f =1000 kg/m3，初滤失系数SP=0，造壁性滤失系

36、数c=8.6210-4。施工排量Q=2.0m3/min。假设采用油管注液工艺，压裂液在油管中的为摩阻0.6MPa/100m。试进展水力压裂设计。 解 1井口破裂压力 pbreak = pF - pH + pf pbreak = 0.0182500 - 10-610009.82500 + 0.62500/100 = 35.5MPa (2) 闭合应力 选择支撑剂时，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 = 0.0182500 - 15 = 30MPa (3) 要求的裂痕长度 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

37、导流才干为FRCD=0.15m2-m，按MicGuire & Sikora 图版，其横坐标为 要求裂痕长度: Lf = 40% 200 = 80 m (4 确定填砂面积 为保证80 m的有效缝长，取Lf = 90 m；而且实践裂痕高度比油层厚度大5m。因此，填砂面积为 A = 2HfLf = 215 90 = 2700m2 (5 确定用液量 按PKN模型计算裂痕宽度 w=0.0038m 平均缝宽 wAVG = 0.785w = 0.003m 铺砂浓度为5kg/m2时要求的裂痕宽度为 0.0028m 比较计算平均缝宽和要求缝宽，二者相近；否那么重新计算。 压裂液滤失系数 由于造壁性滤失系

38、数较小，近似取为 c=8.6210-4 075. 010 . 215. 010471. 24004042kKWf 试 算 法 计 算 用 液 量 假 设 注 液 时 间 为 t=20min, 88. 40028. 0201062. 8224wtcx 12exp422xxerfcxcQwA 2950188. 4288. 488. 4exp1062. 84003. 00 . 2223erfcA m2 要 求 的 裂 缝 面 积 为2700m2， 因 此 ， 认 为 注 液20分 钟 即 可 满 足 面 积 要 求 。 故 ， 用 液 量 为 V=2.0 20 = 40 m3 用砂量 按每平方米5kg计算，考虑有效填砂面积为21580 = 2400 m2，则 7265035. 0124005sandVm3 支撑剂沉降速度 a. 自由沉降速度 假设处于层流状态，取支撑剂颗粒平均直径为 0.7mm, 则 0146. 003. 0188 . 9100026500007. 01822KgdvfsPP m/s 雷诺数 34. 003. 00146. 00007. 01000RefP