采油工程(水力压裂).ppt

1、采油工程（水力压裂）,石油工程科 王淑娟,水力压裂 水力压裂原理：利用地面高压泵组将压裂液以大大超过油层吸收能力的排量注入井中，使井底产生高压，当压力超过近井带油层岩石的天然应力和抗张强度，油层形成裂缝，然后利用携砂液将支撑剂带入裂缝并支撑裂缝，从而改善油层的导流能力，实现增产，增注的目的。 压力机理 一、裂缝形成 1、油层岩石所承受的地应力 2、井眼引起的井壁应力集中,压裂增产增注原理 1)油层压裂后，虽然岩石渗透率并未变化，但由于产生了填砂裂缝大，使总体的渗透能力提高。其导流能力很 2)由于改变了油层流体的渗流方式，生产壁面由径向流动时的井壁内表面变成大得多的裂缝壁面，使流体在产层中的渗流

2、速度和压降梯度比径向流动时小的多。从而在相同的生产压差下，井的产量明显提高 3)非均质油藏内，压裂裂缝能沟通远处的透镜体或天然裂缝系统，使油气源和能量得到新的补充 4)裂缝能穿过井底近井阻塞地带，形成流通通道消除了井底污染对油水外的影响。,二、裂缝延伸 1、压裂液的滤失性及滤失系数 压裂液的滤失性：指压裂液在裂缝中流动时，在缝内压力（延伸压力）和地层压力之差的作用下，使部分压裂液渗入地层性质。 压裂液的滤失性受压裂液的粘度、地层流体的压缩性和压裂液的造壁滤性。 （1）高粘压裂液的滤失系数 压裂液的粘度大大超过油层原油粘度压裂液滤失速度主要取决于压裂液的粘度,（2）受地层流体压缩性和粘度控制的滤

3、失系数,（3）具有造壁性压裂液的滤失系数 实际上，压裂液的滤失可能同时受到以上三种机理的控制，求出综合滤失系数。,2、裂缝尺寸计算 三、压裂用途 1、解除近井带油层污阻 2、 压开深穿透裂缝，大幅度提高油层渗透率 3、压裂和其他作业结合进行，能发挥单项措施无法达到的效果。 （1）酸压 （2）投产压裂 （3）压裂充填完井 （4）超高正压射孔,压裂液和支撑剂 一、压裂液 压裂液是指油层水力压裂时所用的液体，压裂液 在压裂中起着压开裂缝、延伸裂缝以及将支撑剂充填在裂缝中的作用。 1、压裂液分类：前置液、携砂液、顶替液。 1）前置液：最先泵入井底的压裂液。 作用：破裂地层，形成满足设计几何尺寸的动态裂

4、缝。 2）携砂液：前置液造缝后，立即将所需要的支撑剂投加进去的压裂液。 作用：将地面支撑剂带入裂缝，并充填到预定的位置，同时，还继续发挥着延伸裂缝的作用。 3）顶替液：加完支撑剂后，将地面管线和井下压裂管柱中的携砂液全部顶替到裂缝中去的液体。,2、压裂液的性质 具有的特性：携砂能力、低滤失速度、泵送摩阻小、热稳定性好、易于返出、与地层流体相配伍和低残渣。便于配制、成本低，不污染环境的优点。 3、水基压裂液 水基压裂液：是以水作为溶剂或分散介质配成的压裂液。 优点：施工费用低，摩阻小，密度大，因此能降低所需的泵压，提高压裂液的排量。 常用的水基压裂液有（1）清水（2）稠化水压裂液 （3）水包油压

5、裂液（4）水基凝胶压裂液,4、油基压裂液：以原油或成品（煤油、柴油）作为溶剂或分散介质配成的压裂液。 优点：来源方便，特别适宜亲油地层的处理，不会损害油气层，压后很易排出。 缺点：成本高，粘度随温度升高降低很快，施工不安全，易造成环境污染。 5、酸基压裂液：酸与各种添加剂配制而成，它属于水基压裂液，用于处理碳酸盐地层。 6、压裂液的选择：取决于产层和流体的性质。 （1）根据产层的性质选择压裂液：孔、渗、饱。 （2）根据油气层物理性质确定压裂液的性质。,二、支撑剂 为了支撑水力压裂压开的裂缝壁面，使之在卸压后裂缝不在重新闭合而充填的固体颗粒称支撑剂。 1、裂缝的导流能力 裂缝的导流能力：裂缝的宽

6、度与裂缝本身渗透率的乘积 地层系数（地层流通能力）：油层渗透率与有效厚度的乘积。 垂直裂缝的地层系数：油层渗透率与供油半径的乘积。 1）裂缝的导流能力（KfWf）越大，增产倍数越大。 2）裂缝越长，增产倍数越多。,3）当比值KfWf/Kh（水平裂缝）或 KfWf/K（垂直裂缝）较小时，增产水平裂缝的半径或垂直裂缝的长度，增产效果不显著；当水平裂缝的半径或垂直裂缝的长度较小时，增大比值KfWf/Kh（水平裂缝）或 KfWf/K（垂直裂缝），即增大裂缝的导流能力，增产效果提高不显著。 5）对垂直裂缝而言，增产倍数与产层厚度无关。水平裂缝的增产倍数与产层厚度有关，产层越薄增产倍数越多。另一方面，厚油

7、层形成水平裂缝时，如多压开几条缝，相当增大了裂缝的宽度，可以获得更高的增产效果。 压裂实践证明，孔隙性油气层，压裂增产倍数一般几倍，若裂缝沟通了天然裂缝或高渗透区，增产倍数可以达到几十倍。,2、常用的支撑剂 分类：硬脆性支撑剂和韧性支撑剂 硬脆性支撑剂：石英砂、陶粒和玻璃球。 特点：硬度大，几乎不变形 韧性支撑剂：各种塑料球、核桃壳、铝合金。 特点：变形大，不易碎。 目前普遍用的还是石英砂 理想的支撑剂应满足以下要求： （1）粒径均匀 （2）强度高 （3）杂质含量高 （4）圆球度好 （5）来源广、价格低。,3、支撑剂对裂缝的导流能力的影响 支撑剂的强度、尺寸、排列及浓度都会直接影响到裂缝的宽度

8、和渗透率，同时还要考虑到支撑剂与地层特性的相互关系。 1）在不同的闭合压力及岩性条件下，支撑剂的强度对裂缝的导流能力的影响 2）不同类型支撑剂及其在裂缝内的铺置浓度对裂缝的导流能力的影响 3）支撑剂颗粒大小、均匀程度对裂缝的导流能力的影响 4）支撑剂裂缝的导流能力的影响 4、支撑剂在裂缝中运行,压裂机械设备 一、压裂车 压裂车是压裂的主要设备。作用是向井内注入高压的压裂液，将地层压开，并把支撑剂挤入裂缝。 组成：运载、动力、传动、泵体和操作平面 二、混砂车 混砂车用来将压裂液和支持剂按一定比例混合，然后在供给压裂车泵入井内。 三、仪表车 仪表车是在施工时为现场工程技术人员及时提供准确的各种施工

9、参数，帮助了解和判断井下作业动态，正确指挥施工的专用压裂配套车辆。,四、运砂车 运砂车是为加砂压裂作业提供机械化运送支撑砂的专用压裂配套车辆。运砂车还在作业中向立式砂罐供砂或直接向混砂车供砂。 五、管汇车 管汇车是为压裂作业提供泵注设备的出口和井下压裂管柱连接起来的专用井口连接管汇。,压裂工艺 一、压裂选井的一般的原则 压裂增产的前提是：油层应当具备有足够 的油气，同时还具有相对的压力梯度，驱使油层流体压开高渗透裂缝后进入井内。 压裂选井的一般的原则： 1）在油层渗透率和含油饱和度低的地区，应优先选择油层显示好，地层压力高的井。如果油层能量已经枯竭，压裂增加的产量一般都不足以补充作业费用。 2

10、）油气层受污染和被堵塞的油井。 3）注水见效区内未受效的油井 4）储量大、连通性好、产量低的油井 5）重复压裂井,二、压裂方法 1、单层压裂（合层压裂） 指在一次压裂作业中，压裂目的层常是包括若干小层的一个层组，不加选择的只压开其中一个层位，或是针对一个厚层位只压开一条裂缝。 有井下管柱可分为：油管压裂、套管压裂和油、套和压三种方式。 2、多层压裂（选择性压裂） 多层压裂：指在一次压裂作业压开多层或有选择地压开预定油层的方法。（多用于射孔井） （1）填层选压（2）上提封隔器法 （3）滑套压裂（4）投球压裂,3、限流压裂 限流压裂：通过严格限制油层的射孔孔眼数，提高泵注排量，增大孔眼摩阻，使井眼压力上升，直到另一层压开。 4、深井压裂 深井压裂：适应岩石致密坚硬，闭合压力高，油层温度高，摩阻大。 5、定向压裂 指能够控制裂缝形成方向的压裂方法。压裂前先利用水力喷砂器将地层切开一个环行缺口，能够选择性的压开水平裂缝。,三、施工设计 1、经验方法 2、油层破裂压力 3、井筒液柱压力 4、压裂液沿程摩阻 5、压裂液在射孔孔眼摩阻 6、井口施工压力，既压裂车泵压 7、压裂井口选择 8、压裂泵所需要的功率 9、计算压裂车的台数 10、裂缝闭合压力,11、确定裂缝的导流能力 12、确定增产率和缝长 13、计算裂缝的平均宽度 14、确定填砂裂缝的面积 15、计算压裂液的滤失系数