水力压裂基础、设计及现场管理

水力压裂基础、设计及现场管理第六采油厂工程技术大队目录一、概述二、水力压裂概念2.1什么是油层水力压裂2.2完成一口压裂施工井的几个要素2.3压裂机理三、水力压裂工艺3.1压裂地面设备3.2压裂工艺四、压裂方案设计4.1压裂方案设计程序4.2压裂工艺的确定4.3压裂液和支撑剂的选择4.4压裂设计内容五、压裂监督5.1压裂现场监督程序5.2安全要求及注意事项5.3压裂施工中的异常情况第六采油厂工程技术大队一、概述油层水力压裂是在水驱开发油藏的过程中偶然发现的。20世纪早期，为提高油层吸水量，加大地面注水压力，人们发现，当压力提高到一定水平后，地层吸水量陡增，当时人们虽然不能完全解释这一现象，但已把它作为一项增注技术在矿场大量应用。当后来逐渐认识到高压下吸水量陡增是地层被压开裂缝的结果后，又进行了把细粉砂在高压下随注入水带进地层裂缝，以实现一般压力下提高注水量的试验，这就是油层水力压裂的雏形。第六采油厂工程技术大队近三十年来，压裂技术得到快速发展，取得了众多科研成果，形成适用于不同温度条件的压裂液体系、适合不同闭合压力条件的支撑剂系列，研制出高性能的施工设备，创建了新的设计模型和分析、诊断方法，使压裂工艺技术日趋完善，现已成为油田开发过程中不可缺少的一项采油工艺技术。大庆油田自1973年应用水力压裂以来，工艺技术不断创新，设备工具不断完善，下井原材料性能不断改进，应用效果不断提高，目前已达到了国内油层压裂行业的先进水平，为油田实现各阶段的开发目标，作出了巨大贡献。第六采油厂工程技术大队压裂方式经历了笼统压裂、分层压裂，压裂工艺由最初的滑套式分层压裂，发展到目前适应各种井况和地层条件的选择性压裂、多裂缝压裂、限流法完井压裂、平衡限流法压裂、定位平衡压裂工艺、水平缝端部脱砂压裂、热化学压裂工艺、水平井压裂、斜直井压裂、小井眼压裂工艺、高能气体复合压裂、CO2泡沫压裂等13套工艺技术。1、工艺技术方面第六采油厂工程技术大队由初期的水泥车，人工加砂，发展到目前机械混砂、自动控制的1000型及2000型压裂车组。工具方面，先后研制了水力压差式封隔器、水力压缩式封隔器、导压喷砂器、分层滑套装置及井口投球装置、地面投蜡球管汇、不压井不放喷井口控制装置等。管柱方面，由初期的光油管喇叭口，发展到分层滑套、可反洗、外围、气井、小井眼等压裂管柱。2、设备方面

第六采油厂工程技术大队压裂液由初期的清水、原油，发展到海藻、田箐、胍胶、香豆、魔芋、泡沫、高聚物等，支撑剂由石英砂发展到陶粒、树脂砂以及核桃壳等。3、下井原材料方面

另外，在压裂机理研究、设计软件开发方面也都取得了长足进步。总之，经过多年的努力，我们的油层压裂技术水平得到较大提高，同时也取得了较好的应用效果，据统计，自73年压裂工艺在大庆油田工业化生产以来，共压裂油、水、气井3万多口，占油田总完钻井数的70%以上，压后当年累积增油5000×104t,累计增注2460.2887×104m3,为油田高产稳产做出了突出贡献。第六采油厂工程技术大队二、水力压裂概念油层水力压裂是利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，随即在井底附近憋起高压。当压力超过井壁附近地应力及岩石抗张强度后，在地层中形成裂缝。继续将带有支撑剂（一般为石英砂）的压裂液注入裂缝，使裂缝向前延伸，并在裂缝中填充支撑剂。这样，在停泵后即可在地层中形成足够长度、一定宽度及高度的填砂裂缝。由于这个裂缝扩大了油气流动通道，改变了流动方式，降低了渗流阻力，可起到增产增注作用。这一施工过程就叫油层水力压裂。2.1什么是油层水力压裂第六采油厂工程技术大队水力压裂分类笼统压裂分层压裂机械分层压裂填砂压裂桥塞压裂封隔器压裂水力压裂第六采油厂工程技术大队水力压裂工艺流程循环试挤压裂加砂替挤扩散压力施工结束第六采油厂工程技术大队压裂施工时液体的流动过程压裂液储罐地面管线井口管汇加压泵混砂装置支撑剂储罐射孔炮眼油套环空喷砂器井下管线地层第六采油厂工程技术大队施工设备由地面设备和压裂车组两部分组成。地面设备包括压裂管汇、蜡球管汇、压裂井口装置；压裂车组包括泵车、混砂车、罐车（液罐车、砂罐车、添加剂罐车）、仪表车、水泥车。2.2完成一口压裂施工井的几个要素2.2.1施工设备第六采油厂工程技术大队施工管柱由油管和下井工具（封隔器、喷砂器）组成，其作用：一是为传送施工压力提供通道；二是实现分层。目前应用的施工管柱有普通滑套式分层压裂管柱、高砂比管柱、外围压裂管柱。

2.2.2施工管柱

第六采油厂工程技术大队普通滑套式管柱名称封隔器K344-114喷甲喷乙喷丙长度

905640640640最大外径114114114114通径58413753管柱工作压力MPa管柱工作温度喷砂器过砂量m3最高砂比

%适用套管内径mm4050

1445124使用条件工具参数第六采油厂工程技术大队

名称Y344-114封隔器导压喷砂器喷咀长度(mm)1161660300最大外径(φmm)11411295最小通径(φmm)542525工具参数外围深井压裂管柱：

工作压力MPa

工作温度℃喷砂器过砂量m3最高砂比%适用套管内径mm5590

60

65

124使用条件第六采油厂工程技术大队包括压裂液和支撑剂两部分。压裂液的主要作用一是造缝，二是携砂。目前常用的压裂液有田菁胶和胍胶。田菁胶主要用于老区基础井网压裂井，胍胶和改性胍胶主要应用于老区二三次加密井和外围低渗透油藏压裂井。支撑剂的作用是支撑裂缝，增加裂缝的导流能力。目前常用的支撑剂有石英砂和陶粒两种。2.2.3下井原材料

第六采油厂工程技术大队压裂液配比%粘度mpa.s交联剪切粘度mpa.s残渣mg/L适用温度℃破胶性能mpa.s田箐0.5≥33≥100≤145030～60＜3胍胶0.38≥33≥100≤40030～90＜3目前常用的压裂液有田菁胶和胍胶：田菁胶主要用于老区基础井网压裂井。

胍胶和改性胍胶主要应用于老区二三次加密井和外围低渗透压裂井。第六采油厂工程技术大队目前常用的支撑剂有石英砂和陶粒：井深及闭合压力地区（层位）支撑剂类型1600m以上，小于28MPa采油一～七厂、八厂（葡萄花层）、九厂（萨、葡层）、十厂石英砂1600-1900m，28-33MPa采油七厂台105区块、八厂（扶余层）、九厂（高台子层）、头台、榆树林油田（扶余层）石英砂尾追部分陶粒1900-2400m，33-40Mpa采油八厂（扶、杨层），布木格油田（杨大城子层）、榆树林（杨大城子层）中强度陶粒大于2400m，40-50MPa目前主要是深层气井勘探压裂高强度陶粒第六采油厂工程技术大队施工设计是指导压裂施工的纲领性文件。其核心内容是根据井层参数、下井原材料参数来优化压裂施工参数（压力、排量、砂比、砂量、液量），最终给出合理的施工工序表。2.2.4施工设计施工工艺是针对井层条件，为达到改造目的而采取的合理施工方法。根据不同施工井的改造要求，先后研究开发了滑套式机械分层、多裂缝、选压、限流法等十三项压裂工艺。2.2.5施工工艺

第六采油厂工程技术大队施工评价包括两部分：一是工艺评价；二是经济评价。工艺评价是为了评估压裂施工成功与否、检验实际施工与设计的符合程度和工艺的适应性，积累经验，指导下步施工。经济评价是为了评价压裂效益，既投入与产出的关系，判断经济合理性。2.2.6施工评价第六采油厂工程技术大队人工裂缝的形态取决于油藏地应力的大小和方向。裂缝类型与地层中的垂向应力和水平应力的相对大小有关。一般认为，人工裂缝面垂直于地层最小主应力,平行于地层最大主应力见图1。2.3压裂机理2.3.1地应力图1裂缝壁面与地应力关系X＞Y＞Z或Y＞X＞Z第六采油厂工程技术大队主应力差具有特殊的意义，因为其倾斜角和最小主应力的倾斜方向是控制人工裂缝的延伸方向的决定性因素。但是，裂缝形态也受断层、褶皱和天然裂缝等因素影响。理论研究时，通常假定裂缝形态为某种简单形式，如图2(a),而实际更接近于图2(b)所示。（a）(b)图2理论与实际裂缝形态第六采油厂工程技术大队经多年的研究与压裂施工实践证明，大庆油田外围油层裂缝形态与前述的垂直缝形态相同，长垣内部属多油层水平缝油藏（见图3、4）。图3水平裂缝理想形态示意图图4多油层压裂形成多条水平缝第六采油厂工程技术大队三、水力压裂工艺3.1压裂地面设备3.1.1泵车泵车的作用

一是泵送液体

二是使液体升压

目前使用的2000型压裂车最高施工压力105MPa,最大单车排量2.33m3/min。在1900r/min转速、45.9MPa条件下，单车排量可达1.87m3/min。完成一般油层压裂需要3台泵车，进行外围探井压裂时，根据需要确定泵车数量。第六采油厂工程技术大队最大排量15.9m3/min，最大输送砂量8165Kg/min,8个泵车接口。3.1.2混砂车混砂车的作用

一是把支撑剂与压裂液充分混合二是为泵车提供充足的液体。第六采油厂工程技术大队3.1.3仪表车仪表车的作用一是控制泵车和混砂车的运行参数二是适时记录及监测分析施工参数第六采油厂工程技术大队利用不压井、不放喷井口装置，将压裂管柱及其配套工具下入井内预定位置，实现不压井、不放喷作业。当压完第一层（最下一层）后，通过投球器和井口球阀分别投入不同直径的钢球，逐次将滑套憋到已用喷砂器内堵死水眼，打开上部喷砂器通道，然后依次再进行压裂。当最后一层替挤完后，立即活动管柱，并投入堵塞器，从而实现不压井、不放喷起出油管。3.2压裂工艺3.2.1常规分层压裂工艺

⑴原理第六采油厂工程技术大队由投球器、井口球阀、工作筒和堵塞器、水力压差式压裂封隔器、滑套喷砂器组成，见图5。⑵管柱结构图5分层压裂管柱图⑶适用地质条件地质剖面具有一定厚度的泥岩隔层，封隔器可以卡得开，高压下不发生层间窜通。井下技术状况良好，套管无变形、破裂和穿孔，固井质量好。第六采油厂工程技术大队

压前：测分层产液量、含水率；投堵；全井酸化（视井况而定）；下入压裂管柱。

压裂：地面循环，冲管线；地面高压管线试压；试挤；压裂；加砂；替挤；根据情况决定是否返洗井，或活动管柱，或上提管柱，或投球压二层、三层。

压后：压裂完后投堵，探砂面，起出压裂管柱；下完井管柱。⑷施工程序

①可实现不压井、不放喷作业，防止油层污染所造成的堵塞有利于提高压裂增产效果；

②可不动管柱一次连续压多层，从而大幅度减少作业量，提高施工效率，降低压裂施工成本；

③可与其它压裂工艺配套，能适应不同含水期改造挖潜需要；

④工艺简单，成功率高，经济效益显著。⑸工艺优点第六采油厂工程技术大队通过严格限制炮眼的数量和直径，并以尽可能大的注入排量进行施工，利用压裂液流经孔眼时产生的炮眼摩阻，大幅度提高井底压力，并迫使压裂液分流，使破裂压力接近的地层相继被压开，达到一次加砂能够同时处理几个层的目的，见图6。3.2.2限流压裂工艺⑴原理夹层夹层19.5MPa17.5MPa18.5MPa夹层夹层19.5MPa17.5MPa18.5MPa夹层夹层19.5MPa17.5MPa18.5MPa夹层夹层19.5MPa17.5MPa18.5MPa（过程二）（过程一）（过程三）（过程四）图6压裂液分流过程第六采油厂工程技术大队主要适用于纵向及平面上含水分布情况不复杂，渗透率比较低的多层薄油层的完井改造。⑵适用地质条件在限流法完井压裂设计中，制定合理的射孔方案是决定工艺效果的核心，根据限流法工艺特点，结合油层和井网的实际情况确定射孔方案。⑶布孔方案编制的原则①保证足够的炮眼摩阻值，在此条件下充分利用设备能力提高排量，以套管能承受的最高压力为限，尽可能压开破裂压力高的目的层。②对已见水或平面上容易水窜的层，处理强度应严格控制。厚层与薄层划为一个层段处理时，强度应有所区别。第六采油厂工程技术大队④一般选择层内渗透率最好、有出油把握的部位射开，当层内存在薄的夹层时，可考虑在夹层上下分别布孔。⑤考虑裂缝破碎带的影响，当处理层段内层数多，其炮眼总数因受限制而少于待处理层数的情况下，可在紧相邻的几个小层的中间位置布孔。⑥由于目前射孔技术水平有限，个别炮眼的堵塞难以避免，因而允许实际的布孔数量比理论计算的稍多一些，以利于顺利完成施工。⑦一般常用10mm或小于10mm的炮眼直径进行限流，因小直径孔眼有利于增加炮眼摩阻，可减少施工设备。⑧为提高限流法压裂施工成功率，各小层的破裂压力必须相近，即对破裂压力低的层段要减少布孔数和孔径，对于破裂压力高的层段要做相反的处理。第六采油厂工程技术大队在一个压裂层段内，先压开吸液能力大的层后，在低压下挤入高强度暂堵剂将先压开层的炮眼堵住，待泵压明显上升后，再起动泵车压开第二个层，然后再堵第二个层，再压第三个层，这样可以在一个层段内形成多个裂缝。3.2.3多裂缝压裂工艺

⑴原理低渗透中渗透高渗透第六采油厂工程技术大队①适用于夹层厚度小于2米，层段内有较发育的多层不含水或低含水薄油层；②压裂井层必须与注水井连通，且见到注水效果；③必须经测试找水资料证实，高含水井中具有低含水或不含水层段。高含水层段内或重复压裂层段内具有不含水或低含水油层。⑵适用地质条件第六采油厂工程技术大队利用油层内不同部位或各油层间吸液能力不同的特点，通过投入暂堵剂将渗透率高、吸液能力强、启动压力低的高含水部位、层或人工裂缝暂时封堵，迫便压裂液分流，从而在其它部位或层内压开新裂缝，达到选择性压裂的目的，暂堵剂是油溶性的，在一定温度条件下，可变软溶于原油中，压后开井即可解堵。常用的暂堵剂有石蜡、高压聚乙稀、松香和重晶石粉。3.2.４选择性压裂工艺⑴原理低渗透中渗透高渗透第六采油厂工程技术大队

油层经过压裂后，形成水平裂缝的非均质中、低渗透砂岩油层，具体选层条件如下：①对于层内非均质差异大，并有一定物性夹层，射开厚度大于４米的含水厚油层，可以暂时封堵高含水部位，压开低含水或不含水部位，达到层内挖潜的目的；②对油、水层交错分布而封隔器又卡不开的油层，可以选择压裂低含水或不含水层，达到调整层间差异，实现层间挖潜的目的。③对重复压裂层可以用暂堵剂堵塞原裂缝，而在油层其它部位压开新的裂缝，达到多次挖潜增产的目的。⑵适用地质条件压裂前利用测试管柱对目的层段进行细分测试，确定水淹厚度，从而计算堵剂用量，这一点非常重要，很大程度上决定了施工效果。选择性压裂工艺简单，施工成功率在95%以上，施工成本低，与普通分层压裂比较，费用只增加1～2%左右。第六采油厂工程技术大队在压裂层段上部或下部具有厚度小的薄夹层时，为防止压裂层段与高含水层在高压下窜通，在压裂过程中通过对高含水层射孔进行平衡限流，达到顺利压开油层的目的。首先要确定高含水层与目的层的布孔方案，在施工中恰当控制压裂强度防止压开高含水层，采用套管补贴或堵剂封堵方法一次封堵射开的多个平衡炮眼。3.2.5平衡限流压裂工艺⑴原理第六采油厂工程技术大队

平衡限流适用于水淹层与压裂目的层的厚度在0.4m至0.3m内的低渗透油层的压裂改造，也适用于层内具有岩性或物性夹层的非均质水淹厚油层中低含水部位的改造挖潜。⑵适用地质条件第六采油厂工程技术大队定位平衡压裂是一种在已按常规密度布孔的老井，对低渗透差油层实施薄隔层平衡限流法压裂改造的方法。通过特定工具，实现常规孔密下的压裂目的层与相邻高含水层在吸液量上的合理分配，达到平衡限流的目的，从而使压裂目的层与相邻高含水层间的薄隔层在整个压裂过程中的上下压力平衡。3.2.6定位平衡压裂工艺第六采油厂工程技术大队⑴原理定位平衡压裂技术是针对1.5m以下薄夹层采用常规压裂工艺无法实施分层压裂的问题而研究开发的。其压裂管柱如图1所示。高渗透层安装一个平衡器，平衡器的作用是只进液不进砂。在挖潜层正常压裂同时，压裂液也从平衡器进入下油层裂缝，根据水力学的液体传压原理，夹层上下没有压力差，所以不能压窜夹层。压裂结束后，薄夹层下油层裂缝因没有支撑剂而闭合，挖潜层因正常压裂施工造缝而收到挖潜效果。人工井底封隔器喷砂器封隔器封隔器丝堵平衡器工作筒高含水层薄夹层图1定位平衡压裂管柱示意图挖潜层第六采油厂工程技术大队研究了6种平衡压裂工艺管柱:结构界面与挖潜部位相对位置的不同根据1.保护第一压裂层上隔层管柱2.保护第二压裂层上隔层管柱3.保护第一压裂层下隔层管柱4.保护第二压裂层下隔层管柱5.保护两个压裂层中间隔层管柱6.压裂一层同时保护上下隔层管柱

可用于常规射孔中的薄互层的挖潜，也可用在与水淹层相邻的隔层较薄的多个薄油层的挖潜，还可用于具有稳定物性隔层的厚油层低含水部位挖潜。⑵适用地质条件第六采油厂工程技术大队与常规压裂工艺技术原理基本相同，可与限流法压裂、投球法压裂、选择性压裂及常规上提等方法相结合。主要区别是小井眼的套管直径较小（一般为101.6mm和114.3mm），因此给压裂施工带来一定难度，易造成砂卡，下井工具的结构设计和功能配套难度大。在进行小井眼压裂施工中，需要部分在结构和功能上相适应的工具。3.2.7小井眼压裂工艺第六采油厂工程技术大队脱砂压裂是利用压裂液的滤失特性，在压裂过程中，当裂缝扩展到预定的长度时，在裂缝端部人为地造成砂堵，从而阻止裂缝进一步扩展。裂缝端部形成砂堵以后，以大于裂缝向地层中滤失量的排量，继续按设计的加砂方案向裂缝中注入混砂液。随着注入时间的增加，注入压力和裂缝宽度会逐渐增加，裂缝中的支撑剂浓度也越来越高，当地面泵压达到预定的压力时停止施工，就可以获得较高的裂缝导流能力，这样既控制了裂缝半径，又实现了较高的裂缝导流能力。3.2.8脱砂压裂工艺

⑴原理第六采油厂工程技术大队①脱砂压裂工艺适用于需要提供较高裂缝导流能力的中、高渗透率地层和软地层；②对于注采井距较小的加密开发油藏，可以采用脱砂压裂工艺，合理地控制裂缝长度，实现短宽缝压裂；③在压裂液性质一定时，目的层应具有一定厚度和渗透率，以满足实现预定裂缝长度的滤失要求。④脱砂压裂的最终施工压力较常规压裂要高，要求目的层的上下隔层要具有一定的厚度和较好的固井质量；⑤脱砂压裂在控制不利的情况下，易造成砂堵，因此应有与脱砂压裂工艺相配套的压裂工具和管柱，以便能顺利施工或及时处理施工中发生的异常情况；⑵适用地质条件第六采油厂工程技术大队从脱砂压裂的工艺原理和工艺过程可以看出，要通过脱砂压裂在地层中实现预定的裂缝参数，在设计时必须在综合考虑地层和压裂液性能的条件下，研究解决好三个关键问题：一是确定使裂缝半径延伸到预定长度时，能够在缝端产生脱砂的前置液用量和第一批混砂液的浓度；二是模拟计算缝端脱砂后，缝内压力随注入排量和混砂液量的上升规律；三是根据压力上升到最大允许值时可以注入的混砂液量，制定出能够实现预定裂缝导流能力的加砂方案。第六采油厂工程技术大队高能气体复合压裂是一项把高能气体压裂和水力压裂结合起来压裂技术。高能气体压裂是利用特定的火药或火箭推进剂在目的油层井段进行燃烧，产生高温高压气体，以脉冲加载方式冲击油层，使井筒周围的岩层产生多方位径向裂缝，并沟通天然裂缝。高能气体压裂后,利用水力压裂使其微小裂缝扩张，进行填砂支撑，从而使近井地带导流能力增强，增加生产层的出液强度，提高油井产量。3.2.9高能气体复合压裂工艺⑴原理①处理层的上下夹层厚度不小于3m，以保证不致于因爆炸对固井质量的影响造成层间窜流；②复合改造层应有较好的有效厚度和连通厚度。⑵适用地质条件第六采油厂工程技术大队用化学药剂作为前置液，利用化学药剂反应产生的气体和热量来处理油层，降低原油粘度，改变压裂目的层内流体的流变性。化学药剂反应产生的气体和热量对压裂液返排很有利，从而减少对油层的污染。化学药剂反应产生的气体和热量作用于近井地带，改变了堵塞微粒和孔隙张力的重新分布，这种重新分布一般是有利于油层内液体流动。3.2.10热化学压裂工艺⑴原理就是利用化学药剂反应产生的气体和热量改善地层流体物性、岩石的空隙渗透性等，从而利于地层流体进入井底，提高油井产量和采油速度等。可用于含蜡高、地层温度低、原油稠的油层改造。⑵适用地质条件第六采油厂工程技术大队

斜直井压裂斜直井压裂原理与普通压裂基本相同。但由于井眼轴线偏离垂线，一是使胶筒密封性变差，二是倾斜状态下卡段内的油套环空存砂严重，容易造成砂堵或砂卡管柱，因此,斜直井对工具性能和压裂技术有较高的要求。3.2.11斜直井分层压裂工艺⑴原理安全接头套管死堵导压喷砂封隔器反洗井封隔器油管水力锚压裂油层待压油层斜直井压裂管柱主要由以下部件组成：油管、安全接头、水力锚、返洗井封隔器、导压喷砂封隔器。第六采油厂工程技术大队

是通过在水平井的水平段进行射孔、压裂，形成高波及效率的与井筒垂直（或平行）的水力压裂裂缝的工艺技术。3.2.12水平井多段压裂工艺第六采油厂工程技术大队

利用原井套管做压裂管柱，在水平段内低密度分段射孔，依据限流法压裂原理，以较大排量注入，由于炮眼摩阻，井底压力升高，迫使压裂液分流，达到一次施工压开多条裂缝的目的。⑴原理第六采油厂工程技术大队

它是以液态CO2或CO2与其它压裂液混合，加入相应添加剂，来代替压裂施工中所使用的常规水基压裂液的压裂施工工艺技术。3.2.13CO2泡沫压裂工艺⑴原理

CO2压裂液主要成分是液态CO2、原胶液和若干种化学添加剂。在压裂施工注入过程中，随深度的增加，温度逐渐升高，达到一定温度后，CO2开始汽化，形成原胶为外相，CO2为内相的两相泡沫液。由于泡沫液具有气泡稠密的密封结构，气泡间的相互作用而影响其流动性，从而使泡沫具有“粘度”，因而具有良好的携砂性能，在压裂施工中起到与常规水基压裂液相同的作用。第六采油厂工程技术大队

由于液态CO2在地层中既能溶于油，也能溶于水，所以可改善原油物性，降低油水界面张力。CO2泡沫可在裂缝壁面形成阻挡层，可大大减少滤失及对地层的伤害。另外，泡沫压裂液的PH值在3.5左右，可有效防止粘土膨胀，还对地层起到一定的解堵作用。因此，泡沫压裂液比水基压裂液更适用于对深层气井、低渗低压油井、水敏性地层和稠油井的压裂改造。⑵适用地质条件第六采油厂工程技术大队由于CO2压裂液与普通水基压裂液在性能上有许多差异，所以施工设备也不同于一般压裂设备，2000年分公司引进了一套CO2压裂设备，包括2台泵车，8台罐车。已投入现场应用。第六采油厂工程技术大队四、压裂优化设计

4.1压裂方案设计程序

⑴接收地质方案

⑵组织相关人员讨论，根据地层条件和地质要求确定该批次井的特殊工艺。

⑶确定支撑剂的数量和种类，并确定压裂液、替剂量和压后完井管柱的相关要求。

⑷经二级审核后把压裂设计和地质设计送交油田科。

⑸每日早晨给井下调度打电话询问当天的作业井和压裂井施工安排。第六采油厂工程技术大队4.2压裂工艺的确定第六采油厂工程技术大队4.3压裂液和支撑剂的选择4.3.1压裂液压裂液选择是依据目的井层的温度、渗透率、粘土矿物含量、流体性质等条件，即要保证压裂施工顺利，又要最大限度的减小伤害，保证施工效果。长垣内部油井：（基础井网，一、二次加密井网）。井深小于1200m、渗透率率大于0.05μm2，温度45℃左右。由于地层温度低、渗透率高、对压裂液残渣要求较低，可采取田菁胶压裂液，也可以使用胍胶、香豆胶压裂液。第六采油厂工程技术大队基础配方：基液：胍胶液(香豆胶)粘度≥33mPa.s，加入0.05%助排剂；交联剂:硼砂0.9%，过硫酸钾0.04%；交联比:20:1(注:如果溶胶液稳定性小于8h，则加入0.015%NaOH，交联剂硼砂为0.45%，过硫酸钾0.06%。)第六采油厂工程技术大队长垣内部水井：(含聚合物注入井、低于40℃的低温油井及三次加密井)水井地层条件与油井类似，但注水井为防止残渣及破胶不彻底，压裂液随注入水进入油层,造成二次伤害,要求残渣含量要低,破胶要迅速彻底；对于低温井(<40℃)要防止压裂液破胶不彻底,三次加密表外层,渗透率低,要减小压裂液伤害。对于这几类油层，建议采用低残渣，低伤害的快速破胶压裂液，基液采用胍胶或香豆胶，对于聚合物注入井，建议采用改性胍胶。第六采油厂工程技术大队基础配方：基液：胍胶（香豆、改性胍胶）粘度≥30mPa.s加入0.05%助排剂交联剂:

硼砂0.2%+K2S2O80.06%+JXP-300.06%交联比:5:1过渡带油水井：过渡带地区由于原油较稠，粘度较大，为保证效果，在压裂前置液中加入PB-1降粘剂，加量为1.5-2%。第六采油厂工程技术大队4.3.2支撑剂支撑剂选用原则确定综合不同闭合压力下不同支撑剂导流能力及大庆油田不同埋深地层闭合压力分析结果，确定大庆油田压裂施工的支撑剂选用原则如下：

对于深度小于1600米，闭合压力小于28MPa的地层，施工可采用石英砂作支撑剂，其中1200米以下，闭合压力在24MPa以下地层，可采用0.9-1.25mm的石英砂；深度在1200-1600米，闭合压力在20-27MPa地层，首选0.45-0.9mm石英砂，也可用0.9-1.25mm的石英砂。第六采油厂工程技术大队

地层深度1600—1900米，闭合压力28-33MPa,可选0.9-1.25mm郑州陶粒和宜兴陶粒，也可采用0.45-0.9mm的石英砂，尾追部分陶粒。

地层深度1900-2400米，闭合压力33-40MPa,应全部使用陶粒施工，0.45-0.9mm、0.9-1.25mm粒径的陶粒均可使用。

地层深度在2400米以上，闭合压力大于40MPa,应全部使用0.45-0.9mm宜兴低密度高强度陶粒。第六采油厂工程技术大队4.4压裂设计内容4.4.1压裂方案设计内容压裂方案设计内容根据油水井的不同内容有所变化，下面分别进行说明。油井压裂方案设计：一是地质开发数据，如井网类型、开发层系、井斜和射开地层系数等；二是完井数据填写（可查阅施工总结）；三是生产数据填写（可从网上日报查阅）；四是压裂层段工艺参数，除地质方案中已涉及数据外，还包括裂缝半长、导流能力和设计砂量；五是目前井下管柱情况；六是工艺方案要求，包括工艺要求、压裂液要求、支撑剂要求、扩散时间和相关环保要求等；七是完井要求，包括完井管柱、特殊工艺要求和预产。水井压裂方案设计：一是基础数据（可查阅施工总结）；二是原井管柱及生产情况（查阅施工总结和日报）；三是设计压裂层位（参考地质方案设计）；四是完井要求。第六采油厂工程技术大队水驱井：机型最大冲程3m及以下井，下二级泵；最大冲程4.2m以上下整筒泵。根据预产、液面和压裂规模适当上提泵挂。聚驱油井：压后下三级泵，聚驱油井需要防砂，固砂反应3天后下泵，泵挂不能太深，以原泵挂为准；根据预产选择泵径，要考虑到机型和冲程、冲次。井下有堵水管柱的井，是否拔出根据地质方案要求。井下有防顿弯装置，磁防蜡器的井，压裂后不再下入。⑵电泵井起、下泵和螺杆泵井下泵设计由机采室另外出一份。4.4.2下泵方案设计内容⑴抽油机下泵方案设计分水驱和聚驱两种。第六采油厂工程技术大队4.4.3扶正器水驱井：根据偏磨情况决定全井或半井下扶正器，由采油矿根据现场决定型号和数量。聚驱井：全井下扶正器。4.4.4抽油杆、油管检测根据大队下发的有关油管检测文件要求，实施现场油管检测。根据大队下发的有关换杆文件要求，全井更换抽油杆。第六采油厂工程技术大队五、压裂监督5.1压裂现场监督程序⑴起出的原井油管及抽油杆根数是否与上次施工管杆记录一样，损坏程度如何。⑵压前探砂柱高多少，是否冲砂。⑶下压裂管柱是否遇阻，是否刮蜡。⑷压前地面管线循环要干净，否则憋压。⑸破裂压力、施工排量是多少，砂量是否符合设计要求，加砂时的压力变化，砂罐中的砂量是否加完。⑹是否按照设计梯形加入破胶剂。技术大队压裂组主要负责对压裂施工这道工序的监督，根据井下调度的通知掌握施工进度，主要监督内容包括：第六采油厂工程技术大队⑺替挤要符合设计要求，替挤量是井筒、管线容积的1.1-1.3倍。⑻暂堵剂（蜡球）用量，多裂缝第二条缝的破裂压力要高于前裂缝2MPa以上，否则重新投暂堵剂。⑼压裂中井场管线有无异常，如漏、串等。⑽压裂后水驱井稳压40分钟，聚驱井稳压120分钟，如果采用树脂砂固砂，必须稳压180分钟后再活动压裂管柱。⑾压裂管柱活动开后是否探砂面、砂柱高，是否冲砂。⑿压裂施工禁止使用原井油管。选择堵球数量的经验公式：N＝（1.1－1.2）NP其中：N－堵球数量

NP－孔眼数量第六采油厂工程技术大队并且，现场得到压裂施工曲线，以备分析压裂效果、验收压裂井时使用。矿、小队的监督机构主要负责监督原井管柱的起下，及压裂后生产管柱的下井质量，确保油井压裂后能够正常生产。压裂井的验收由厂油田管理部组织，工程技术大队、地质大队参加，三方联合验收。对有施工质量问题的压裂井不验收或相应做出扣款处理，并且，只有三方签字，方能付款。发动机压裂泵传动箱运载车仪表监控系统液气控制系统5.2地面设备结构及监督部位运载车发动机仪表监控系统液气控制系统管汇系统输砂系统液体添加剂系统干添加剂系统监控系统显示和分析单元控制单元单机控制单元通讯连接单元5.3支撑剂的评价方法㈠支撑剂样品的取样方法

1、样品的代表性是指该样品应与生产厂家出厂成品或用户供应点送往压裂施工现场的支撑剂一样。

2、取样地点运至施工井场待用的支撑剂。

3、需要的样品数量在压裂现场，每5000kg支撑剂提取一个样品(每个样品约重8~12kg)，至少取够2袋(50kg)。这些样品必须混合成一个样品，经样品减少器处理后可得到3kg的试样进行评价试验。4、取样装置取样器长、宽、高各为210、100和150mm，并带有12.7mm开口的容器，其体积约3270cm3。样品减少器其大小可以处理一袋样品(25kg),一次处理可减少到原量1/4(6.3kg)。样品分离器取样器分离器5、取样方法将取样器垂直于纵轴并以均匀的速度通过支撑剂流的宽度。当取样器取满第一批支撑剂后，至少应停2min再取下一批样品。6、减少样品成为试样以2袋(50kg)支撑剂样品为一组来减少样品。减少每一组(2袋，50kg)支撑剂样品至原量的1/6(约3kg)。将每组得到的样品原量的1/16试样均匀地混合在一起成为一个支撑剂试样。一个支撑剂试样至少应有3kg。㈡评价标准第一层筛网上的支撑剂最大不能超过样品总量的0.1%；符合规定筛网尺寸的支撑剂量最低不可能低于样品总量的90%；落在底盘上的支撑剂量最大可超过1.0%。

支撑剂尺寸筛析试验的筛网组合规定的支撑剂尺寸，目12/2016/2020/4040/70筛网孔径尺寸mｍ中国1.6/0.91.25/0.90.9/0.450.45/0.224美国1.7/0.851.18/0.850.85/0.4250.425/0.212试验用的筛网组合812163012162040161830501820356020254070303050100底盘底盘底盘底盘㈢支撑剂的圆度和球度1、定义圆度：支撑剂颗粒棱角相对尖锐的程度；球度：支撑剂颗粒接近球体形状的程度。2、试验方法(1)目测比较法在试样中任取20-30粒支撑剂颗粒；在10-20倍显微镜下观察每一颗粒的外形，并与圆度与球度目测图版对照比较；(2)图象比较法任取部分支撑剂，把它们铺置成单层。然后，用胶带压在颗粒上，使其粘上单层支撑剂颗粒；用扫描电子显微镜或体视显微镜对粘在胶带上的颗粒放大拍照,与标准圆度、球度图版进行比较。国内外支撑剂圆度和球度最低标准支撑剂类别SY5108-86标准API推荐标准圆度球度圆度球度天然石英砂0.50.70.60.6人造陶粒0.90.90.70.7㈣支撑剂的表面光滑度1、试验方法以测定圆度和球度的颗粒来测定支撑剂的表面光滑度；将支撑剂颗粒置于可放大60倍的体视显微镜下观察，并对照支撑剂表面光滑度图版确定支撑剂的表面光滑度。2、评价标准支撑剂的表面光滑度程度分为优、中等和差三个级别。㈤支撑剂的密度1、定义支撑剂密度：在充满一个单位体积内支撑剂颗粒的质量。体积密度：“充满一个单位体积”包括自身所占有的体积以及支撑剂颗粒之间的空隙体积；颗粒密度：“充满一个单位体积”仅指实体支撑剂或空心支撑剂实体占有的体积。2、评价标准

SY5108-86标准及API推荐标准对支撑剂密度均无评价标准。一般认为，如支撑剂的绝对密度（颗粒密度）小于2.70属低密度范围，2.70-3.40为中等密度，大于3.40则为高密度。㈥支撑剂的抗压强度1、主要指标定义单颗粒抗压强度：压碎单颗粒支撑剂的力与该颗粒直径平方的比值。群体破碎率：一定量的支撑剂在规定的压力级别下产生的低于规定粒径尺寸下限的碎屑量与原试样总量的比值。2、评价标准按SY5108-86标准规定，生产厂家出厂或入井的20/40目成品支撑剂，其平均粒径允许的最小单颗粒抗压强度，天然石英砂为7×107，人造陶粒支撑剂为2×108。第六采油厂工程技术大队5.4安全要求及注意事项5.4.1距压裂施工现场20m的范围内不能有易燃易爆的危险品；5.4.2压裂施工现场严禁抽烟和使用明火，并做好消防准备；5.4.3井场布置要紧凑，高压管线不交叉、不重叠、不悬空；5.4.4压裂施工时，应分工明确，井口和压裂车组各部位设专人负责，操作人员不准跨越地面压裂流程管线，其他人员要撤出高压区20m以外；5.4.5压裂车安全定压超压表严禁超过Q/SYDQ0489规定的最高限压；第六采油厂工程技术大队5.4.6地面压裂流程管线或设施出现渗漏或故障等异常情况时，必须先停泵、关井、放压，然后才能进行处理；5.4.7压裂施工时，作业机不能熄火，以备出现情况及时处理；5.4.8正常压裂中，无特殊情况不准进行套管放空；5.4.9整个压裂施工过程严格控制放喷量，不准随意放喷，特使情况下须经有关部门批准，并将排出的废液放到指定的废液容器中进行妥善的处理，避免污染环境；5.4.10压裂完工时，关严井口阀门后才能放空、拆卸地面压裂流程。第六采油厂工程技术大队5.5压裂施工中的异常情况5.5.1压堵压堵原因：⑴加砂时混砂比过大；⑵加砂时混入赃物；⑶压裂液滤失系数大或压裂液变质；⑷地层裂缝发育容易脱砂。处理方法：⑴立即停止加砂进行反洗井；⑵活动管柱以防砂卡；⑶反洗不通则活动开管柱后起出压裂管柱重新压裂。第六采油厂工程技术大队5.5.2压不开压不开的原因⑴管柱堵塞；⑵喷砂器凡尔打不开；⑶施工管柱深度差错，使封隔器卡在未射孔井段；⑷地层岩石致密破裂压力异常；⑸近井地层污染严重、新井泥浆替喷不彻底