水力压裂设计PPT课件

1、背景背景垂直井单相油流 产量公式SrrBpphCkqwewfro21ln)(000 对具体井，地层条件( ko, h)、流体性质( o, Bo)和井特性( re, rw )已经确定。提高产量的措施: 注水保持地层压力; 人工举升降低井底流动压力; 对于低渗透储层：水力压裂第1页/共110页第一节 水力压裂概述水力压裂示意图压裂材料：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、仪表车第2页/共110页力学观点：裂缝形成与延伸是力学行为。生产角度：裂缝方位与形态影响压裂改造效果 问题：(1) 储层应力环境地应力场(2) 水力裂缝方位(3) 破裂压裂计算与预测基本思路：注水井

2、采油井 第3页/共110页地应力 存在于地壳内部的应力，是由于地壳内部的垂直运动和水平运动及其它因素综合作用引起介质内部单位面积上的作用力。 地下岩石应力状态：为三向不等压压缩状态.x（x）y (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1 1 地应力场第4页/共110页原地应力：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。 第5页/共110页 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。 有效垂向应力为第6页

3、/共110页)(E1 zyxxzxyxxx由广义虎克定律计算总应变研究对象：地层中任意单元体。)(E1 xzyyxyzyyy第7页/共110页由于泊松效应，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 1.0

4、2.0 0.30 第8页/共110页(2) 构造应力定义：地壳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： 区域构造巨大构造单元间的相互作用力； 局部构造产生于局部地区岩体之间。如断层、岩层弯曲等。A B C第9页/共110页特点 构造应力属于水平的平面应力状态 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 构造运动的边界影响使其在传播过程中逐渐衰减。第10页/共110页 断层和裂缝发育区 正断层，水平应力x可能只有垂向应力z的1/3。右旋走向滑动断层正断层逆断层 逆断层或褶皱带的水平应力可大到 z的3倍。第11页/共110页(3) 热应力 原

5、因：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、注水第12页/共110页2 2 人工裂缝方位原理：裂缝面垂直于最小主应力方向当z最小时，形成水平裂缝；当Y或xz，形成垂直裂缝。yxxyz第13页/共110页显裂缝地层很难出现人工裂缝。微裂缝地层 垂直于最小主应力方向； 基本上沿微裂缝方向发展，把微裂缝串成显裂缝第14页/共110页y二、水力压裂造缝机理1 1 井壁最终应力分布rxrRwxy第15页/共110页 (4) (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(s

6、iixyPPP第16页/共110页2 2 水力压裂造缝条件(1) 形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水平方向抗拉强度第17页/共110页有液体渗滤ixxyyPPsPshtsisixyPPPP121)()( 23当破裂时，Pi=PFshtxyFPP12123第18页/共110页无液体渗滤PshtsixyPP)(3当破裂时，Pi=PFshtxyFPP3htsisixyPPPP121)()( 23第19页/共110页(2) 形成水平缝岩石破坏条件vt最大有效周向应力大于垂直方向抗拉强度第20页/共110页有液体渗滤121)(sizzPP有效总垂向应力为：vtsizsiizi

7、zzPPPPPP121)( 121)( 第21页/共110页svtzFPP1211当破裂时，Pi=PF1.94第22页/共110页无液体渗滤szzP有效总垂向应力为：vtsizizzPPP)( vtsizsiizizzPPPPPP121)( 121)( 第23页/共110页svtzFPP1当破裂时，Pi=PF0.94第24页/共110页3 3 破裂压力梯度定义HPF理论计算(垂直裂缝形态)HpvvHvvHpszFF13112矿场统计当F 0.0220.025 MPa/m, 形成水平裂缝第25页/共110页三、 地应力的测量及计算（1） 矿场测量 水力压裂法 井眼椭圆法（井壁崩落法）（2）岩心分

8、析（实验室） 滞弹性应变恢复 （ASR） 微差应变分析 （DSCA）（4） 有限元计算（3） 测井解释第26页/共110页第三节 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 压裂液对储层的伤害 压裂液选择第27页/共110页压裂液的组成前置液携砂液顶替液（完整的压裂泵注程序中还可以有清孔液、前垫液、预前置液）第28页/共110页对压裂液的性能要求(1) 与地层岩石和地下流体的配伍性；(2) 有效地悬浮和输送支撑剂到裂缝深部；(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 。第29页/共110页压裂液对储层的伤害压裂液在

9、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伤害压裂液与原油乳化造成的地层伤害润湿性发生反转造成的伤害压裂液残渣对地层造成的损害压裂液对地层的冷却效应造成地层伤害压裂液滤饼和浓缩对地层的伤害第30页/共110页压裂液液体污染 (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 第31页/共110页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脱落下来的微粒化学反应沉淀物等固相颗粒。作用形成滤饼后阻止滤液侵入地层更远处，提高了压裂液效率，减少了对地层的伤害；它又要堵塞地层及裂缝内孔隙和喉道，增强了乳化液的界面膜厚度而难破胶。第32

10、页/共110页压裂液浓缩压裂液的不断滤失和裂缝闭合，导致交联聚合物在支撑裂缝内的浓度提高（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，此时不可能用常规破胶剂用量实现高浓缩压裂液的彻底破胶，形成大量残胶而严重影响支撑裂缝导流能力。第33页/共110页第四节 水力压裂设计模型裂缝延伸二维模型 卡特模型 Carter， 1957年 GDK 模型 Christianovich、Geertsma、Deklerk PKN 模型 Perkins和Kern 提出, Norgren完善裂缝延伸三维模型第34页/共110页一、卡特模型1 1 几何模型HfLfWf第35

11、页/共110页2 2 主要假设(1)裂缝等宽。(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相同。(5)裂缝中各点压力相同, 均等于井底的延伸压力。)(/)(xtctV第36页/共110页3 3 计算公式 忽略压缩性，由物质平衡： Q(t)=QL(t)+QF(t) 用拉氏变换, 最终得裂缝面积公式: 12)(4)(22xXxerfceCQWtAxWtCX2SpWtCX22第37页/共110页YYYYYxerfcex2552. 00.2849- 4235. 14552. 10629. 1)(23452XY328.

12、011HAL2第38页/共110页二、 GDK GDK 模型1 几何模型Khristianovich、 Geertsma、Deklerk DaneshyW(x,t)L(t)H第39页/共110页2 2 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, 缝高方向裂缝呈矩形。(4)缝中X方向压降由摩阻产生, 不考虑动能和势能影响。(5)裂缝高度和施工排量恒定。第40页/共110页3 3 理论基础 运用了体积平衡方程; 压降与宽度关系由泊稷叶理论导出; 用England和Green公式求缝宽时, 还运用了裂缝平衡延伸理论。 此模型是现在最常用的

13、两个二维延伸模型之一。第41页/共110页4 4 计算公式316133613)1 ()168(), 0(tGHQtW2)(1), 0(),(LxtWtxW第42页/共110页)(12 8), 0(3222erfceVtWHCQLSPSPVtWtC8), 0(8式中第43页/共110页三、 PKN PKN 模型1 1 几何模型 Perkins & Kern NorgrenL(t)W(x,z,t)H第44页/共110页2 2 假设条件(1)裂缝为垂直裂缝, 其高度恒定。(2)裂缝高度方向上为椭圆面, 其横截面最大宽度满足Sneddon方程: W(x,t)=2(1-2 )(p-)H/E(3)

14、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)裂缝前端液体压力等于地层最小水平主应力。第45页/共110页3 3 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第46页/共110页四、 GDK GDK 和PKNPKN模型的比较PKN 模型与模型与 GDK 模型特征比较模型特征比较 项目项目 PKN 模型模型 GDK 模型模型 几何几何 形状形状 垂直剖面为椭园形垂直剖面为椭园形 水平剖面为水平剖面为(2n+2)次抛物线形次抛

15、物线形 裂缝长而窄裂缝长而窄 垂直剖面为矩形垂直剖面为矩形 水平剖面为椭园形水平剖面为椭园形 裂缝短而宽裂缝短而宽 应变应变 平面应变发生于垂直剖面，层间无滑动平面应变发生于垂直剖面，层间无滑动 裂缝张开在垂直剖面求解裂缝张开在垂直剖面求解 平面应变主要发生于水平剖面，层间有滑动平面应变主要发生于水平剖面，层间有滑动 裂缝张开在水平剖面求解裂缝张开在水平剖面求解 压力压力 行为行为 井底压力随时间增加而升高，随缝长增加井底压力随时间增加而升高，随缝长增加 P(t) te，321441nen 井底压力随施工时间逐渐降低， 随缝长增加而井底压力随施工时间逐渐降低， 随缝长增加而递减递减 P(t)

16、t , 31 PKN 与与 GDK 模型适用范围模型适用范围 模型模型 PKN 模型模型 GDK 模型模型 井底压力井底压力 垂向延伸受限，缝长延伸快，井底压力增加垂向延伸受限，缝长延伸快，井底压力增加 垂向延伸与径向延伸相近，使井底压力降低垂向延伸与径向延伸相近，使井底压力降低 储层深度储层深度 大于大于 1000m (不易产生层间滑动不易产生层间滑动) 小于小于 1000m （容易产生层间滑动）（容易产生层间滑动） 井的类型井的类型 油井（符合压力行为）油井（符合压力行为） 气井（符合压力行为）气井（符合压力行为） 油气层油气层 地应力差大于地应力差大于 13.8MPa，遮挡良好的薄层，遮

17、挡良好的薄层 块状厚油层或长射孔段井块状厚油层或长射孔段井 施工参数施工参数 低粘高滤失压裂液低粘高滤失压裂液, 小排量注液小排量注液, 施工规模大施工规模大 高粘低滤失压裂液高粘低滤失压裂液, 大排量注液大排量注液,施工规模小施工规模小 第47页/共110页第五节 支撑剂输送 支撑剂的沉降特性 沉降布砂设计 悬浮布砂设计第48页/共110页受力分析 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、 支撑剂的沉降特性 1 1 单颗粒自由沉降速度概念 自由沉降 干扰沉降第49页/共110页重力浮力阻力gdFPPg36gdFfPb362228 21PPfDPfDdUdCAU

18、CF重力浮力阻力颗粒第50页/共110页213)(4fDfPpPCgdU F=Fg-Fb当FFd时 CD与雷诺数有关，雷诺数与UP有关fPpUdNRe第51页/共110页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.

19、1 Cf 2 注注：1. 希希勒勒与与诺诺曼曼建建议议NRep(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。 第52页/共110页Novotny公式 当NRe2时 UH/UP=5.5 当 2 Nr e 5 0 0 时 UH/UP=3.5 当 NRe 500时 UH/UP=22 2 干扰沉降Brown 公式)1(10/ 82.12PHUU第53页

20、/共110页3 3 壁面影响543)(0644.0)(131.0 )(147.0)(6526.01WdPWdPWdPWdPFW当 NRe1当 NRe10023)2(1WdPFW当 1Nre100 用内插法求FW第54页/共110页4 4 颗粒形状对沉降速度的影响 支撑剂颗粒是不规则的颗粒，而不是规则的球体（有些接近于球形） 颗粒的形状是不规则的，比同体积的球体表面积大； 颗粒的表面是粗糙的； 颗粒的形状是不对称的不规则颗粒的沉降速度小于球形颗粒的沉降速度第55页/共110页支撑剂在幂律液体中的沉降用视粘度a代替 12118)(nfPPPnaDKgdUDK第56页/共110页思路支撑剂在裂缝高度

21、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、沉降型布砂设计第57页/共110页1 1 支撑剂在裂缝高度上的分布 概念：平衡状态 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 分析第58页/共110页2 2 平衡流速与阻力流速平衡流速HEQhEQVEQ)2Q(Q EQEQWhQVEQEQHHh0平衡高度 67.160EQEQWVQHH第59页/共110页问题 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

22、关系6 砂堤堆起高度与时间的经验关系7 平衡时间的计算方法第60页/共110页 例例6-3 6-3 牛顿型压裂液粘度f=30mPa.s，密度f=1000kg/m3；石英砂支撑剂颗粒密度s=2650kg/m3，平均粒径dp=1.14310-3m，砂比S=10%；裂缝高度Hf=10m，裂缝宽度w=4.7610-3m；试计算双翼裂缝中排量Q为0.8和2.0m3/min时的平衡高度和平衡时间。第61页/共110页解 (1) 计算支撑剂沉降速度 假设支撑剂沉降处于层流状态，按表6-8中公式计算自由沉降速度，vp=0.039m/s。 校核流态：颗粒雷诺数NRep=1.49 3000 , 故平衡流速为vEQ

23、 = 3.88m/s第63页/共110页(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： min3923498 . 0stQEQ min3621600 . 2stQEQ 第64页/共110页三、全悬浮布砂设计技术背景研究目的1. 计算缝内砂比沿缝长变化基础上

24、，找出满足设计要求的导流能力的加砂步骤2. 避免在缝中出现砂比过高的砂卡现象第65页/共110页1 1 假设条件2 2 计算单元划分 设携砂液单元体积为P，则泵入时间为 t=P/Q3 3 滤失计算 滤失百分数（t时间后） i=滤失Fi/F Fi 滤失体积 F 单元体积滤失后的剩余体积第66页/共110页滤失体积tWFtC2VltWCtFtWFtC212i 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第67页/共110页4 4 裂缝体积计算 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

25、 ( 第68页/共110页nnSiPSCiPPSCPC)1()1(nSnStWCtCiCPSC)21 ()1 (因此，已知缝内砂浓度，可确定相应的地面砂浓度第69页/共110页分析： S越小，滤失次数越多，要求地面加入的砂浓度越小SSPSTtSSWCtCPSC)(21 (用ST-S代替n SSSTtWCtCPSC)21( 考虑滤失速度随注入液量而变化 第70页/共110页5 5 支撑裂缝几何尺寸停泵时的裂缝体积(即剩余体积) tSSWCtSVVPTTTF)2(21支撑裂缝长度支撑裂缝宽度 第71页/共110页说明：全悬浮式砂子分布应用 悬浮压裂液适合于低渗透储层，因为这里并不需要很高的裂缝导流

26、能力就能获得较好的增产效果。 优点：支撑面积大 缺点：导流能力不及沉降式砂子分布 具体分析，择优采用改善支撑剂在裂缝中分布的方法第72页/共110页第六节 水力压裂效果分析 工艺效果：评价所实施压裂工艺技术的适应性和有效性 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：寻求压裂提高技术水平和改善其经营管理的基本途径第73页/共110页一、工艺效果分析增产有效期 ：某井从压裂施工后增产见效开始至压裂前后产量递减到相同的日产水平所经历的时间。增产倍比：指相同生产条件下压裂后与压裂前的日产水平之比。 图版法 近似解析法 数值模拟法第74页/共110页1 McGuire & Siko

27、ra1 McGuire & Sikora图版 纵坐标为增产倍比 Akwkxff4010471. 240wefrrJJy472.0ln13.70横坐标为：第75页/共110页 a. 对低渗透储层（k0.510-3m2. m。3) 含油饱和度：含油饱和度一般应大于35%。4) 孔隙度：一般孔隙度为615%才值得压裂；若储层厚度大，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。第85页/共110页二、确定入井材料1 1优选压裂液体系(1) 筛选基本添加剂（增稠剂、交联剂、破胶剂），配制适合本井的冻胶交联体系。(2) 筛选与目的层配伍性好的粘土稳定剂、润湿剂、破乳剂、防

28、蜡剂等添加剂系列。(3) 筛选适合现场施工的耐温剂、防腐剂、消泡剂、降阻剂、降滤剂、助排剂、pH值调节剂、发泡剂和转向剂等。(4) 对选择的压裂液，在室内模拟井下温度、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，并按石油行业标准进行全面评定。2 2选择支撑剂 依据目的层闭合压力选择支撑剂类型，并按石油行业标准对其性能进行全面评定，通过选择支撑剂粒径，铺砂浓度和加砂方式满足闭合压力下无因次导流能力要求。第86页/共110页压 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 力闭 合 压 力延 伸 压 力破 裂 压 力储 层 温

29、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 试 、 测 井 解 释岩 心 分 析岩 心 资 料 分

30、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 液 参 数压 裂 规 模 、 滤 失 ,支 撑 剂 参

31、 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 系 列 旋 转 粘 度 计同 上滤 失 仪滤 失 仪实

32、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 送 与 裂 缝 导 流 能 力影 响 支 撑 剂 输 送

33、影 响 砂 堤 剖 面 和 导 流 能 力影 响 增 产 效 果第87页/共110页三、水力压裂设计计算1.1.施工排量必须大于地层的吸液能力Q吸考虑所需压裂液量考虑摩阻压力考虑设备能力这个约束条件支撑剂输送2. 2. 井口施工压力perfcftHkpppppp)(1440()0wfSwfFppppqBQ吸第88页/共110页3 3 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第89页/共110页 4 4 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.计算动态裂缝几何尺

34、寸； d.支撑剂在裂缝中运移分布，确定支撑裂缝几何尺寸； e.预测增产倍比。第90页/共110页前置液量确定 根据增产要求确定裂缝长度和导流能力； Nolte提出了基于压裂液效率确定前置液量的近似解析法。第91页/共110页支撑剂用量确定ippVwC总携砂液体积支撑剂重量ipfVwC裂缝体积支撑剂重量 padipadfpttttCtCfPfPCCCC11第92页/共110页施工泵压及水功率 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 按排量计算第93页/共110页 例6-4 已知油藏开发井网井距400400m，压裂井深度H=2500m，岩石弹性模量E

35、=25000MPa，泊松比=0.15，破裂压力梯度=0.018MPa/m；油层有效厚度Hf=10m，渗透率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，流体压缩系数cf=610-3/MPa；射孔孔眼密度10孔/m，孔径10，生产流压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，密度f =1000 kg/m3，初滤失系数SP=0，造壁性滤失系数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

36、在油管中的为摩阻0.6MPa/100m。试进行水力压裂设计。第94页/共110页 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) 要求的裂缝长度 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 3 0 M P a 下 的 导 流 能 力 为FRCD=0

37、.15m2-m，按MicGuire & Sikora 图版，其横坐标为第95页/共110页 要求裂缝长度: 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；而且实际裂缝高度比油层厚度大5m。因此，填砂面积为 A = 2HfLf = 215 90 = 2700m2 (5） 确定用液量 按PKN模型计算裂缝宽度 w=0.0038m 平均缝宽 wAVG = 0.785w = 0.003m 铺 砂 浓 度 为 5 k g / m2时 要 求 的 裂 缝 宽 度 为 0.0028m 比较计算平均缝宽和要求缝宽，二者相近；否则重新计算。

38、 压裂液滤失系数 由于造壁性滤失系数较小，近似取为 c=8.6210-4 075. 010 . 215. 010471. 24004042kKWf第96页/共110页 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 第97页/共110页 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. 00