采油工程伊向藝水力壓裂水力壓裂概念第2頁,共150頁，2024年2月25日，星期天水力壓裂作用(2)開發(fā)階段油氣井增產(chǎn)水井增注調(diào)整層間矛盾改善吸水剖面提高采收率(1)勘探階段增加工業(yè)可采儲量第3頁,共150頁，2024年2月25日，星期天圖6-1

壓裂施工曲線

PF—破裂壓力PE—延伸壓力

PS—地層壓力P井底>=PF時第一節(jié)水力壓裂造縫機(jī)理C壓力時間排量不變，提高砂比，壓力升高反映了正常的裂縫延伸裂縫閉合壓力（靜）裂縫延伸壓力（靜)凈裂縫延伸壓力管內(nèi)摩阻地層壓力（靜）破裂前置液攜砂液裂縫閉合加砂停泵baa—致密巖石b—微縫高滲巖石FHSE第4頁,共150頁，2024年2月25日，星期天一、地應(yīng)力分析

1地應(yīng)力場應(yīng)力狀態(tài)：主應(yīng)力:

x，

y，

z;

應(yīng)變:

x，

y，

z(1)重力應(yīng)力

—孔隙彈性常數(shù)第5頁,共150頁，2024年2月25日，星期天由廣義虎克定律計算總應(yīng)變注意：

的物理意義由于泊松效應(yīng)，垂向負(fù)荷產(chǎn)生的側(cè)向壓力第6頁,共150頁，2024年2月25日，星期天(2)構(gòu)造應(yīng)力定義與來源特點

—構(gòu)造應(yīng)力屬于水平的平面應(yīng)力狀態(tài)

—擠壓構(gòu)造力引起擠壓構(gòu)造應(yīng)力

—張性構(gòu)造力引起拉張構(gòu)造應(yīng)力

—構(gòu)造運動的邊界影響使其在傳播過程中逐漸衰減。在斷層和裂縫發(fā)育區(qū)是應(yīng)力釋放區(qū)。

—

正斷層，水平應(yīng)力

x可能只有垂向應(yīng)力

z的1/3，

—

逆斷層或褶皺帶的水平應(yīng)力可大到

z的3倍。第7頁,共150頁，2024年2月25日，星期天(3)熱應(yīng)力產(chǎn)生原因特點計算方法第8頁,共150頁，2024年2月25日，星期天2人工裂縫方位顯裂縫地層很難出現(xiàn)人工裂縫。微裂縫地層—垂直于最小主應(yīng)力方向；—基本上沿微裂縫的方向發(fā)展，把微裂縫串成顯裂縫。裂縫方向總是垂直于最小主應(yīng)力第9頁,共150頁，2024年2月25日，星期天y二、水力壓裂造縫機(jī)理1井壁最終應(yīng)力分布rxr

rw

x

y第10頁,共150頁，2024年2月25日，星期天

（1）井筒處應(yīng)力分布當(dāng)r=rw，

＝0

及180

時，

＝3

y－

x當(dāng)r=rw，

＝90

及270

時，

＝3

x－

y第11頁,共150頁，2024年2月25日，星期天當(dāng)

x=

y

＝2

y=2

x

說明周向應(yīng)力相等，與

無關(guān)當(dāng)

x>

y(

)0

,180

=(

)min(

)90

，270

=(

)max分析

隨r增加，

迅速降低(平方次)

應(yīng)力集中

PF>PE第12頁,共150頁，2024年2月25日，星期天（2）向井筒注液產(chǎn)生的應(yīng)力分布當(dāng)re

，Pe=0于是r=rw時，

＝-Pi彈性力學(xué)拉梅公式(拉應(yīng)力為負(fù))第13頁,共150頁，2024年2月25日，星期天(3)壓裂液滲入地層引起的井壁應(yīng)力第14頁,共150頁，2024年2月25日，星期天

(4)井壁上的總周向應(yīng)力(應(yīng)力迭加原理)

＝地應(yīng)力+井筒內(nèi)壓+滲濾引起的周向應(yīng)力根據(jù)最小主應(yīng)力原理

—當(dāng)

z最小時，形成水平裂縫;

—

當(dāng)

Y或

x最小時，形成垂直裂縫。

z

x

y

y

x

z第15頁,共150頁，2024年2月25日，星期天2水力壓裂造縫條件(1)形成垂直縫巖石破壞條件－壓為正，拉為負(fù)－最大有效周向應(yīng)力大于水平方向抗拉強度第16頁,共150頁，2024年2月25日，星期天有液體滲濾當(dāng)破裂時，Pi=PF第17頁,共150頁，2024年2月25日，星期天無液體滲濾當(dāng)破裂時，Pi=PF第18頁,共150頁，2024年2月25日，星期天(2)形成水平縫巖石破壞條件－最大有效周向應(yīng)力大于垂直方向抗拉強度第19頁,共150頁，2024年2月25日，星期天有液體滲濾有效總垂向應(yīng)力為：第20頁,共150頁，2024年2月25日，星期天當(dāng)破裂時，Pi=PF1.94第21頁,共150頁，2024年2月25日，星期天無液體滲濾有效總垂向應(yīng)力為：第22頁,共150頁，2024年2月25日，星期天當(dāng)破裂時，Pi=PF0.94第23頁,共150頁，2024年2月25日，星期天例6-1

已知某砂巖油藏深度地層巖石密度ρr=2300kg/m3，泊松比ν=0.20，地層流體密度ρL=1050kg/m3，孔隙彈性常數(shù)

=0.72。并假設(shè)水平方向地應(yīng)力均勻分布，抗張強度為σth,=3.5MPa,忽略沉積巖的垂向抗張強度。試計算無濾失條件下形成垂直裂縫和水平裂縫的深度界限HC。第24頁,共150頁，2024年2月25日，星期天第25頁,共150頁，2024年2月25日，星期天3破裂壓力梯度定義

理論計算礦場統(tǒng)計當(dāng)αF<0.015～0.018MPa/m,形成垂直裂縫當(dāng)αF>0.022～0.025MPa/m,形成水平裂縫第26頁,共150頁，2024年2月25日，星期天三、地應(yīng)力的測量及計算（1）礦場測量

—

水力壓裂法

—

井眼橢圓法（2）實驗室分析

—滯彈性應(yīng)變恢復(fù)（ASR）

—微差應(yīng)變分析（DSCA）（3）有限元計算第27頁,共150頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)壓裂液壓裂液及其性能要求壓裂液添加劑壓裂液的流動性壓裂液的濾失性壓裂液對儲層的傷害壓裂液選擇第28頁,共150頁，2024年2月25日，星期天壓裂液的組成前置液攜砂液頂替液（完整的壓裂泵注程序中還可以有清孔液、前墊液、預(yù)前置液）第29頁,共150頁，2024年2月25日，星期天對壓裂液的性能要求(1)與地層巖石和地下流體的配伍性；(2)有效地懸浮和輸送支撐劑到裂縫深部；(3)濾失少；(4)低摩阻；(5)低殘渣、易返排；(6)熱穩(wěn)定性和抗剪切穩(wěn)定性。第30頁,共150頁，2024年2月25日，星期天一、壓裂液類型水基壓裂液油基壓裂液乳化壓裂液泡沫壓裂液酸基壓裂液第31頁,共150頁，2024年2月25日，星期天1水基壓裂液發(fā)展活性水壓裂液

稠化水壓裂液

水基凍膠壓裂液水基凍膠壓裂液組成水＋稠化劑（成膠劑）＋添加劑

成膠液水＋添加劑＋交聯(lián)劑

交聯(lián)液水基壓裂液添加劑第32頁,共150頁，2024年2月25日，星期天(1)稠化劑

植物膠及衍生物

—

胍膠

—

田箐

纖維素衍生物

—

羧甲基纖維素鈉鹽（CMC）

—

羥乙基纖維素（HEC）

—

羧甲基羥乙基纖維素（CMHEC）

生物聚多糖

工業(yè)合成聚合物

—

聚丙烯酰胺（PAM）

—

部分水解聚丙酰胺（PHPAM）

—

甲叉基聚丙烯酰胺（MPAM）第33頁,共150頁，2024年2月25日，星期天(2)交聯(lián)劑

兩性金屬（非金屬）含氧酸鹽

—硼酸鹽、鋁酸鹽、銻酸鹽和鈦酸鹽等弱酸強堿鹽

無機(jī)鹽類兩性金屬鹽

—如硫酸鋁、氯化鉻、硫酸銅、氯化鋯等強酸弱堿鹽

無機(jī)酸脂

—如鈦酸脂、鋯酸脂

醛類

—甲醛、乙醛、乙二醛等第34頁,共150頁，2024年2月25日，星期天(3)破膠劑

生物酶體系適用溫度21—54℃,pH值范圍pH=3—8,最佳pH=5

氧化破膠劑適用于pH=3—14。普通氧化破膠劑適用溫度

54—93℃；延遲活化氧化破膠劑適用溫度

83—116℃，常用氧化破膠劑是過硫酸鹽。

有機(jī)弱酸很少用作水基壓裂液的破膠劑,適用溫度大于93

油基壓裂液中典型的破膠劑碳酸銨鹽、氧化鈣和/或氨水溶液第35頁,共150頁，2024年2月25日，星期天2油基壓裂液適應(yīng)性:水敏性地層、有些氣層發(fā)展:礦場原油

稠化油

凍膠油基液:原油、汽油、柴油、煤油、凝析油稠化劑:脂肪酸皂(脂肪酸鋁皂、磷酸脂鋁鹽等)特點:

污染小、遇地層水自動破乳；易燃、成本高、熱穩(wěn)定性較差。第36頁,共150頁，2024年2月25日，星期天3乳化壓裂液常用：兩份油+一份稠化水(聚合物)

油相(內(nèi)相)<50%，壓裂液粘度太低

>80%，不穩(wěn)定或粘度太高類型：水外相型油外相型特點:破乳快、污染??；熱穩(wěn)定性差、成本高第37頁,共150頁，2024年2月25日，星期天4泡沫壓裂液組成：液相+氣相+添加劑

泡沫液液相:稠化水、鹽水、水凍膠、原油或成品油、酸液氣相：氮氣、二氧化碳、空氣、天然氣等適用范圍

K<1mD，粘土含量高的砂巖氣藏低壓、低滲淺油氣層壓裂第38頁,共150頁，2024年2月25日，星期天泡沫質(zhì)量泡沫質(zhì)量＝泡沫中氣體體積/泡沫總體積特點：在壓裂時的井底壓力和溫度下，泡沫質(zhì)量一般為６０％—８５％隨著泡沫質(zhì)量的增加,泡沫壓裂液的粘度增加、摩阻增大、濾失減少、壓裂液效率增高濾失少（氣體本身就是降濾劑）排液較徹底，對地層傷害小熱穩(wěn)定性差、粘度不夠高，限制砂比。第39頁,共150頁，2024年2月25日，星期天5酸基壓裂液適用范圍碳酸鹽儲層種類常規(guī)酸稠化酸凍膠酸乳化酸第40頁,共150頁，2024年2月25日，星期天二、壓裂液添加劑降濾劑防膨劑殺菌劑表面活性劑PＨ值調(diào)節(jié)劑穩(wěn)定劑第41頁,共150頁，2024年2月25日，星期天三、壓裂液的流變性各類壓裂液的流變曲線冪律液的視粘度摩阻計算第42頁,共150頁，2024年2月25日，星期天1壓裂液的流變曲線牛頓型液體非牛頓型液體假塑性液體賓漢型液體屈服—假塑性液體脹流型液體觸變性液體流凝性液體粘彈性液體第43頁,共150頁，2024年2月25日，星期天(2)非牛頓型液體定義:

凡是流動時剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系不是線性關(guān)系的液體，統(tǒng)稱為非牛頓型液體。

主要特征:

粘度隨剪切速率的變化而改變，剪切應(yīng)力與剪切速率之間有多個參數(shù)。(1)牛頓型液體流變模型或稱本構(gòu)方程第44頁,共150頁，2024年2月25日，星期天假塑性（冪律）液體假塑性液體的特征是：在很小的剪切應(yīng)力作用下就能流動，并且隨著剪切速率的增加，剪切應(yīng)力的增大速度有所降低。本構(gòu)方程第45頁,共150頁，2024年2月25日，星期天賓漢型液體在一定的剪切應(yīng)力作用下才能流動，最后接近牛頓液體，剪切應(yīng)力與剪切速率成線性關(guān)系。本構(gòu)方程典型壓裂液:泡沫壓裂液第46頁,共150頁，2024年2月25日，星期天粘彈性液體流體特征：當(dāng)除掉剪切力時，這種流體會恢復(fù)或部分恢復(fù)原來受到剪切作用期間所具有的形變。這種具有部分彈性恢復(fù)效應(yīng)，也具有非牛頓性和與時間有關(guān)的全部粘性性質(zhì)的流體稱為粘彈性流體。目前使用的水基凍膠壓裂液大部分都表現(xiàn)出具有部分或全部粘彈特征。第47頁,共150頁，2024年2月25日，星期天2冪律液的視粘度管流：地面管線、井筒、孔眼縫流：裂縫中流動第48頁,共150頁，2024年2月25日，星期天3流變性測定旋轉(zhuǎn)粘度計、小直徑管道、盤管式粘度計、擺動式流變儀。RV系列或FANN系列旋轉(zhuǎn)粘度計應(yīng)用最廣泛第49頁,共150頁，2024年2月25日，星期天4摩阻計算圓管中壓降-------摩阻裂縫中壓降-------摩阻孔眼中壓降-------摩阻第50頁,共150頁，2024年2月25日，星期天四、壓裂液濾失的三個過程濾餅區(qū)的流動濾餅控制過程侵入?yún)^(qū)的流動壓裂液粘度控制過程地層流體的壓縮地層流體粘度及壓縮控制過程第51頁,共150頁，2024年2月25日，星期天壓裂液濾失系數(shù)造壁性影響的濾失系數(shù)壓裂液粘度影響的濾失系數(shù)地層流體的粘度和壓縮性影響的濾失系數(shù)第52頁,共150頁，2024年2月25日，星期天1造壁性影響的濾失系數(shù)Cw假設(shè)：

濾餅的沉積厚度ΔＬｗ與通過縫壁的濾失量成比例關(guān)系。濾餅對壓裂液的滲透率Ｋｗ與其厚度的大小無關(guān)，亦即Ｋｗ不隨時間而變化；濾餅內(nèi)壓裂液的滲濾流動服從達(dá)西定律。第53頁,共150頁，2024年2月25日，星期天數(shù)據(jù)處理當(dāng)

P試驗

P真實時第54頁,共150頁，2024年2月25日，星期天2壓裂液粘度影響的濾失系數(shù)Cv假設(shè)

壓裂液為牛頓型液體且作線性層流流動；壓裂液呈活塞式侵入，即侵入段地層流體被頂替；壓裂液和地層巖石均不可壓縮；壓差ΔＰv為常數(shù)。理論基礎(chǔ)：達(dá)西定律計算實際濾失速度第55頁,共150頁，2024年2月25日，星期天最終得到:

m2MPamPa.S第56頁,共150頁，2024年2月25日，星期天3地層流體壓縮性影響的濾失系數(shù)Cc

假設(shè)：

地層流體可壓縮，其壓縮系數(shù)為Ｃf（等于常數(shù)）；ΔＰc為常數(shù)；滲濾前緣的位置不隨時間變化。第57頁,共150頁，2024年2月25日，星期天地層中的滲流方程為：邊界條件：初始條件：第58頁,共150頁，2024年2月25日，星期天最終解得：MPamPaS

m2MPa-1第59頁,共150頁，2024年2月25日，星期天4綜合濾失系數(shù)PwPvPcPs通常，用

P代替

PW，

PV，

PC第60頁,共150頁，2024年2月25日，星期天C3C1C2第61頁,共150頁，2024年2月25日，星期天綜合濾失系數(shù)調(diào)和平均法：電容串聯(lián)壓力平衡法：非造壁性壓裂液造壁性壓裂液第62頁,共150頁，2024年2月25日，星期天調(diào)和平均法第63頁,共150頁，2024年2月25日，星期天壓力平衡法非造壁性壓裂液

P=

PV+

PC第64頁,共150頁，2024年2月25日，星期天造壁性壓裂液

P=

Pw+

PV+

PC第65頁,共150頁，2024年2月25日，星期天例6-2已知油層滲透率k=2.5×10-3μm2,孔隙度φ=0.2,地層流體粘度μR=2mPa.s,綜合壓縮系數(shù)cf=6×10-3MPa-1,壓裂液粘度μf=30mPa.s，壓裂液造壁性濾失系數(shù)cw=1.8×10-3m/，裂縫壁面面內(nèi)外壓差Δp=18MPa。按調(diào)和法計算綜合濾失系數(shù)c第66頁,共150頁，2024年2月25日，星期天第67頁,共150頁，2024年2月25日，星期天五、壓裂液對儲層的傷害及保護(hù)按壓裂液作用位置分：地層基質(zhì)傷害支撐裂縫傷害按流體性質(zhì)分：液體傷害固體傷害壓裂液濾餅和濃縮膠第68頁,共150頁，2024年2月25日，星期天壓裂液對儲層的傷害壓裂液在地層中滯留產(chǎn)生液堵地層粘土礦物水化膨脹和分散運移產(chǎn)生的傷害壓裂液與原油乳化造成的地層傷害潤濕性發(fā)生反轉(zhuǎn)造成的傷害壓裂液殘渣對地層造成的損害壓裂液對地層的冷卻效應(yīng)造成地層傷害壓裂液濾餅和濃縮對地層的傷害第69頁,共150頁，2024年2月25日，星期天壓裂液液體污染

(1)粘土水化與微粒運移

(2)壓裂液在孔隙中的滯留

(3)潤濕性第70頁,共150頁，2024年2月25日，星期天壓裂液固相堵塞來源—基液或成膠物質(zhì)的不溶物—降濾劑或支撐劑中的微粒—壓裂液對地層巖石浸泡而脫落下來的微?！瘜W(xué)反應(yīng)沉淀物等固相顆粒。作用—形成濾餅后阻止濾液侵入地層更遠(yuǎn)處，提高了壓裂液效率，減少了對地層的傷害；—它又要堵塞地層及裂縫內(nèi)孔隙和喉道，增強了乳化液的界面膜厚度而難破膠。第71頁,共150頁，2024年2月25日，星期天壓裂液濃縮壓裂液的不斷濾失和裂縫閉合，導(dǎo)致交聯(lián)聚合物在支撐裂縫內(nèi)的濃度提高（即濃縮）。支撐劑鋪置濃度對壓裂液濃縮因子有較大影響，隨著鋪砂濃度降低，壓裂液濃縮因子提高，此時不可能用常規(guī)破膠劑用量實現(xiàn)高濃縮壓裂液的徹底破膠，形成大量殘膠而嚴(yán)重影響支撐裂縫導(dǎo)流能力。第72頁,共150頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)支撐劑支撐劑性質(zhì)及種類裂縫導(dǎo)流能力及其影響因素支撐劑的選擇支撐劑顆粒的沉降第73頁,共150頁，2024年2月25日，星期天支撐劑特性要求強度高、硬度適中粒徑均勻圓球度好化學(xué)惰性、溫度穩(wěn)定性好質(zhì)量高，雜質(zhì)含量少密度低貨源廣、價格低第74頁,共150頁，2024年2月25日，星期天一、支撐劑類型硬脆性支撐劑其特點是硬度大，變形很?。?/p>

——

石英砂（砂子）

——陶粒

——鋁球

——玻璃珠韌性支撐劑其特點是變形大，在高壓下不易破碎

——

核桃殼

——

樹脂包層支撐劑第75頁,共150頁，2024年2月25日，星期天1石英砂（砂子）主要成分：SiO2

和少量雜質(zhì)主要特點：

1)園球度較好的石英砂破碎后，仍可保持一定的導(dǎo)流能力。

2)密度相對低，便于泵送。

3)強度較低，適用于低閉合壓力儲層。

4)砂子在篩選或清洗不好，含粉砂雜質(zhì)時，導(dǎo)流能力都會明顯降低。

5)石英砂貨源廣、價格便宜。主要產(chǎn)地：甘肅蘭州砂、江西永修砂、福建福州砂、湖南岳陽砂、湖北蒲圻砂、山東榮城砂、河北承德砂、吉林農(nóng)安砂、陜西定邊砂及新疆和豐砂等。第76頁,共150頁，2024年2月25日，星期天2陶粒類型：中強度支撐劑(ISP)（鋁礬土或鋁質(zhì)陶土）高強度陶粒支撐劑（鋁礬土或氧化鋁）特點：

a.強度很高；

b.高溫堿性液中陶粒溶解率低（3.5%）；而石英達(dá)50%；

c.長期導(dǎo)流能力高；

d.密度較高(2700~3600kg/m3)，泵送困難；

e.加工工藝?yán)щy，價格昂貴。第77頁,共150頁，2024年2月25日，星期天3塑料包層支撐劑特殊工藝將酸性苯酚甲醛樹脂包裹在石英砂表面，并經(jīng)熱固處理而成，比重約為2.55。種類：預(yù)固化樹脂包層砂固化樹脂包層砂第78頁,共150頁，2024年2月25日，星期天二、支撐劑物理性質(zhì)評價(1)支撐劑粒度組成及分布(2)園球度和表面光滑度。(3)濁度(4)密度：真密度(或顆粒密度)

視密度(或體積密度)(5)酸溶解度(6)抗壓強度第79頁,共150頁，2024年2月25日，星期天我國支撐劑物理性質(zhì)評價結(jié)果表第80頁,共150頁，2024年2月25日，星期天三、裂縫導(dǎo)流能力評價定義：裂縫導(dǎo)流能力是指裂縫傳導(dǎo)流體的能力。填砂裂縫的導(dǎo)流能力定義為支撐后的裂縫滲透率Ｋf與支撐后的裂縫寬度w之積。即填砂裂縫導(dǎo)流能力。ＦＲＣＤ＝Ｋfw

類型:長期導(dǎo)流能力短期導(dǎo)流能力第81頁,共150頁，2024年2月25日，星期天第82頁,共150頁，2024年2月25日，星期天我國部分支撐劑導(dǎo)流能力(1998)第83頁,共150頁，2024年2月25日，星期天1支撐劑性質(zhì)對FRCD的影響

(1)支撐劑類型和形狀低應(yīng)力情況下，有棱角的支撐劑相互搭接、相互支撐，有更高的孔隙度及滲透率，因此，導(dǎo)流能力更高。但在高應(yīng)力情況下，園球度好的支撐劑受到的表面應(yīng)力更均勻，能承受更高的載荷不破碎，因此有更高的導(dǎo)流能力。第84頁,共150頁，2024年2月25日，星期天(2)支撐劑粒度組成圖6-12反映了粒度分布對導(dǎo)流能力的影響，圖中曲線A,B均為φ0.5~0.9成都陶粒，其中0.63mm以上顆粒重量分別約為81.5%和56.6%。支撐劑粒徑對裂縫導(dǎo)流能力有很大的影響;給定粒度范圍內(nèi)，大顆粒所占比例越多，導(dǎo)流能力越高。顆粒越均勻，導(dǎo)流能力越高。第85頁,共150頁，2024年2月25日，星期天(3)鋪砂濃度方式

—單層局部排列

—單層全排列

—多層排列實驗結(jié)果定義：單位面積上的支撐劑重量。第86頁,共150頁，2024年2月25日，星期天(4)支撐劑質(zhì)量長石含量對導(dǎo)流能力的影響微粒對蘭州砂導(dǎo)流能力的影響第87頁,共150頁，2024年2月25日，星期天

2地層條件對FRCD的影響

（1）閉合壓力第88頁,共150頁，2024年2月25日，星期天（2）地層巖石硬度

地層巖石的軟硬對導(dǎo)流能力的影響與支撐劑顆粒的強度和硬度有關(guān)。

當(dāng)支撐劑強度低時，影響導(dǎo)流能力的主要是破碎問題;

當(dāng)支撐劑強度高時，支撐劑顆粒嵌入裂縫壁面是影響導(dǎo)流能力的主要因素。第89頁,共150頁，2024年2月25日，星期天(3)環(huán)境條件圖６－１６流體介質(zhì)圖６－１７地層溫度第90頁,共150頁，2024年2月25日，星期天3壓裂液性能對FRCD的影響殘渣降低支撐帶滲透率。胍膠壓裂液，殘渣含量取決于成膠劑濃度、破膠劑類型及濃度。4流動條件對FRCD的影響非達(dá)西流動多相流效應(yīng)5承壓時間對FRCD的影響第91頁,共150頁，2024年2月25日，星期天四、支撐劑的選擇內(nèi)容—

支撐劑強度—

地巖巖石硬度—

支撐劑顆粒大小—

支撐劑密度—

支撐劑濃度（排列方式）考慮因素—

地質(zhì)條件（如閉合壓力、巖石硬度、溫度、物性）—

工程條件（壓裂液性質(zhì)、泵注設(shè)備）—

經(jīng)濟(jì)效益第92頁,共150頁，2024年2月25日，星期天1裂縫導(dǎo)流能力確定原則(1)McGuire&Sikora(1960)圖版法—給定閉合壓力下，從現(xiàn)有支撐劑的導(dǎo)流能力入手，得到不同穿透比時期望獲得的增產(chǎn)倍數(shù)(壓后產(chǎn)量)；—從預(yù)期的產(chǎn)量出發(fā)，按照不同穿透比所需要的導(dǎo)流能力選擇支撐劑（2）Cinco(辛科)準(zhǔn)則P265第93頁,共150頁，2024年2月25日，星期天2支撐劑類型選擇在閉合壓力較高時，應(yīng)考慮使用高強度支撐劑，如陶粒等。在閉合壓力較低時，只要砂子不破碎，低強度支撐劑仍能起到支撐裂縫的作用。它在淺井淺層應(yīng)用的特別廣泛。當(dāng)閉合壓力達(dá)到４0MPa時,原則上不再使用石英砂,應(yīng)使用象陶粒等更高強度的支撐劑,陶粒在閉合壓力為70MPa時也很少破碎。第94頁,共150頁，2024年2月25日，星期天3支撐劑粒徑選擇(1)閉合壓力(2)允許支撐劑填充的裂縫寬度(3)輸送支撐劑的要求4支撐劑鋪置濃度第95頁,共150頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)水力壓裂設(shè)計模型裂縫延伸二維模型卡特模型Carter，1957年

CGD模型Christianovich、Geertsma、Deklerk、

DanesshyPKN模型Perkins和Kern提出,Norgren完善裂縫延伸三維模型第96頁,共150頁，2024年2月25日，星期天一、卡特模型HfLfWf1幾何模型第97頁,共150頁，2024年2月25日，星期天2主要假設(shè)(1)裂縫等寬。(2)壓裂液從縫壁垂直而又線性地滲入地層(3)地層中某點的濾失速度取決于此點暴露于液體中的時間,即:(4)忽略流體壓縮性。(5)裂縫中各點壓力相同,均等于井底的延伸壓力。第98頁,共150頁，2024年2月25日，星期天3計算公式忽略壓縮性，由物質(zhì)平衡：

Q=QL+QF+

Qs用拉氏變換,最終得裂縫面積公式:第99頁,共150頁，2024年2月25日，星期天第100頁,共150頁，2024年2月25日，星期天二、CGD模型1幾何模型

Christianovich、

Geertsma、DeklerkDaneshyW(x,t)L(t)H第101頁,共150頁，2024年2月25日，星期天2假設(shè)條件(1)巖石為均質(zhì)各向同性。(2)巖石變形服從線彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。(3)流體在縫內(nèi)作一維層流流動,縫高方向裂縫呈矩形。(4)縫中X方向壓降由摩阻產(chǎn)生,不考慮動能和勢能影響。(5)裂縫高度和施工排量恒定。第102頁,共150頁，2024年2月25日，星期天3理論基礎(chǔ)運用了體積平衡方程壓降與寬度關(guān)系由泊稷葉理論導(dǎo)出用England和Green公式求縫寬時,還運用了裂縫平衡延伸理論。此模型是現(xiàn)在最常用的兩個二維延伸模型之一。第103頁,共150頁，2024年2月25日，星期天4計算公式對于單翼縫f1=o.68;f2=1.87;f3=2.27對于雙翼縫f1=o.48;f2=1.32;f3=1.19第104頁,共150頁，2024年2月25日，星期天三、PKN模型1幾何模型

Perkins&Kern

NorgrenL(t)W(0,t)HW(x,t)第105頁,共150頁，2024年2月25日，星期天2假設(shè)條件(1)裂縫為垂直裂縫,其高度恒定，裂縫高度方向上為橢圓面。(2)壓裂液沿縫長作穩(wěn)定的一維層流流動，且沿裂縫面線性濾失；(3)裂縫前端液體壓力等于地層最小水平主應(yīng)力(4)t時刻x斷面上橫截面最大寬度與縫中凈壓力成正比:W(x,t)=2(1-

2)pHf/E(5)施工排量恒定。第106頁,共150頁，2024年2月25日，星期天(1)不濾失情形寬度方程3計算公式（牛頓型壓裂液）壓降方程第107頁,共150頁，2024年2月25日，星期天（2）濾失情況寬度方程對于單翼縫f1=1.0;f2=2.016;對于雙翼縫f1=0.5;f2=1.425;對于單翼縫f1=0.6;f2=3.00;f3=3.0

對于雙翼縫f1=0.395;f2=2.52;f3=2.52第108頁,共150頁，2024年2月25日，星期天四、PKN和CGD模型的比較第109頁,共150頁，2024年2月25日，星期天第五節(jié)支撐劑輸送

支撐劑的沉降特性沉降布砂設(shè)計

懸浮布砂設(shè)計第110頁,共150頁，2024年2月25日，星期天受力分析

—固體顆粒的重力

—流體對固體顆粒的浮力

—顆粒的運動阻力重力浮力阻力顆粒一、支撐劑的沉降特性

1單顆粒自由沉降速度概念

—自由沉降

—干擾沉降第111頁,共150頁，2024年2月25日，星期天重力浮力阻力重力浮力阻力顆粒第112頁,共150頁，2024年2月25日，星期天

F=Fg-Fb當(dāng)F＝Fd時

CD與雷諾數(shù)有關(guān)，雷諾數(shù)與vP有關(guān)第113頁,共150頁，2024年2月25日，星期天第114頁,共150頁，2024年2月25日，星期天Novotny公式當(dāng)NRep

<

2時fc=Cf5.5

當(dāng)2

Nrep

500時fc=Cf3.5

當(dāng)NRep

>500時fc=Cf22干擾沉降Brown公式第115頁,共150頁，2024年2月25日，星期天3壁面影響當(dāng)NRep<1當(dāng)NRep>100當(dāng)1

Nre

100用內(nèi)插法求fw第116頁,共150頁，2024年2月25日，星期天4顆粒形狀對沉降速度的影響支撐劑顆粒都是不規(guī)則的顆粒，而不是規(guī)則的球體。（有些接近于球形）—

顆粒的形狀是不規(guī)則的，比同體積的球體表面積大；—

顆粒的表面是粗糙的；—

顆粒的形狀是不對稱的不規(guī)則顆粒的沉降速度小于球形顆粒的沉降速度第117頁,共150頁，2024年2月25日，星期天支撐劑在冪律液體中的沉降用視粘度

a代替

（層流）第118頁,共150頁，2024年2月25日，星期天思路：支撐劑在裂縫高度上的分布平衡流速、平衡高度的計算砂堤的堆起速度平衡時間二、沉降型布砂設(shè)計第119頁,共150頁，2024年2月25日，星期天1支撐劑在裂縫高度上的分布

概念：平衡狀態(tài)：懸浮狀態(tài)平衡流速：相應(yīng)的液流速度平衡高度：相應(yīng)的砂堤高度顆粒濃度分布(垂向)區(qū)域I：砂堤區(qū)域II：砂堤上的滾流區(qū)區(qū)域III：懸浮區(qū)區(qū)域IV：無砂區(qū)ⅠⅡⅢⅣ濃度縫高圖6-20砂濃度沿縫高分布第120頁,共150頁，2024年2月25日，星期天2平衡流速與阻力流速平衡流速HEQhEQVEQ平衡高度第121頁,共150頁，2024年2月25日，星期天自學(xué)P273~P275問題

1區(qū)別牛頓流體和非牛頓流體的計算公式2復(fù)習(xí)濕周與過流面積的關(guān)系3區(qū)別層流和紊流下阻力速度與平衡流速的關(guān)系4砂堤堆起速度與流速和平衡流速的關(guān)系5由砂堤堆起高度與時間的經(jīng)驗關(guān)系得到什么？6平衡時間的計算方法第122頁,共150頁，2024年2月25日，星期天三、全懸浮布砂設(shè)計技術(shù)背景研究目的1.計算縫內(nèi)砂比沿縫長變化基礎(chǔ)上，找出滿足設(shè)計要求的導(dǎo)流能力的加砂步驟。2.避免在縫中出現(xiàn)砂比過高的砂卡現(xiàn)象。第123頁,共150頁，2024年2月25日，星期天第六節(jié)水力壓裂評價水力裂縫評價：評價壓裂設(shè)計、壓裂施工有效性和壓后效果。工藝效果：評價所實施壓裂工藝技術(shù)的適應(yīng)性和有效性。經(jīng)濟(jì)效益分析：尋求提高技術(shù)水平和改善其經(jīng)營管理的基本途徑。第124頁,共150頁，2024年2月25日，星期天直接測試法(裸眼井):井下電視法、地層微掃描儀和噪聲測井等。間接測試方法(裸眼井和套管井)微地震法、井溫測井、伽瑪測井和聲波測井等。1979，Nolte創(chuàng)造性地提出了利用壓裂壓力降落曲線確定裂縫和壓裂參數(shù)的方法,開辟了解釋地下裂縫參數(shù)的新途徑。一、水力裂縫評價確定壓裂裂縫高度的方法：第125頁,共150頁，2024年2月25日，星期天ⅣⅠⅡⅢlgtlgp四種典型壓力曲線：(2)斜率為0的線段Ⅱ：表示縫高穩(wěn)定增長到應(yīng)力遮擋層內(nèi)，也可能是地層內(nèi)天然微裂縫張開，使濾失量與注入量持平。(3)斜率為1的線段Ⅲ：表示裂縫端部受阻，縫內(nèi)壓力急劇上升；應(yīng)合理控制砂比和排量，以免縫內(nèi)發(fā)生砂堵。而對于縫端脫砂壓裂施工，則希望在一定縫長時形成砂堵，通過控制砂比和排量，使裂縫完全填滿。(4)斜率為負(fù)段Ⅳ：表示裂縫穿過低應(yīng)力區(qū)，縫高不穩(wěn)定增長；也可能是溝通了天然裂縫，使濾失量大大增加。此結(jié)果會造成裂縫內(nèi)砂堵，壓力又將很快上升（如Ⅲ段）。(1)正斜率很小的線段Ⅰ：斜率范圍0.125~0.2。表示裂縫在高度方向延伸受阻，為正常的施工曲線。第126頁,共150頁，2024年2月25日，星期天二、工藝效果分析增產(chǎn)有效期：某井從壓裂施工后增產(chǎn)見效開始至壓裂前后產(chǎn)量遞減到相同的日產(chǎn)水平所經(jīng)歷的時間。增產(chǎn)倍比：指相同生產(chǎn)條件下壓裂后與壓裂前的日產(chǎn)水平之比。

—

圖版法

—

近似解析法

—

數(shù)值模擬法第127頁,共150頁，2024年2月25日，星期天1McGuire&Sikora圖版縱坐標(biāo)為增產(chǎn)倍比橫坐標(biāo)為：第128頁,共150頁，2024年2月25日，星期天a.對低滲透儲層（k<1

10-3

m2）,很容易得到較高的裂縫導(dǎo)流能力比值（大于0.4），欲提高壓裂效果，應(yīng)以增加裂縫長度為主。b.高滲透地層，不容易獲得較高的裂縫導(dǎo)流能力比值，提高裂縫導(dǎo)流能力是提高壓裂效果的主要途徑，不能片面追求壓裂規(guī)模而增加縫長。c.對一定縫長，存在一個最佳裂縫導(dǎo)流能力，超過該值而增加導(dǎo)流能力的效果甚微。d.無傷害油井最大增產(chǎn)比為13.6倍。第129頁,共150頁，2024年2月25日，星期天2典型曲線法（教材p281）4數(shù)值模擬計算法3Raymond&Binder公式法第130頁,共150頁，2024年2月25日，星期天三、水力壓裂經(jīng)濟(jì)評價壓裂經(jīng)濟(jì)分析準(zhǔn)則(1)壓裂施工現(xiàn)值(2)壓裂施工凈現(xiàn)值(3)貼現(xiàn)償還時間(4)壓裂效益指數(shù)第131頁,共150頁，2024年2月25日，星期天第七節(jié)水力壓裂設(shè)計

—是在滿足地質(zhì)、工程和設(shè)備條件下作出經(jīng)濟(jì)有效的最優(yōu)方案。(1)正設(shè)計；(2)反設(shè)計

—優(yōu)化壓裂設(shè)計任務(wù):（1）在給定的儲層與井網(wǎng)條件下，根據(jù)不同縫長和導(dǎo)流能力預(yù)測壓后生產(chǎn)動態(tài);（2）根據(jù)儲層條件選擇壓裂液、支撐劑和加砂濃度，并確定合理用量；（3）根據(jù)井下管柱與井口裝置的壓力極限選擇合理的泵注排量與泵注方式、地面泵壓和壓裂車數(shù)（4）確定壓裂泵注程序；（5）進(jìn)行壓裂經(jīng)濟(jì)評價，使壓裂作業(yè)最優(yōu)化。第132頁,共150頁，2024年2月25日，星期天一、選井選層

考慮因素：儲層地質(zhì)特征、巖石力學(xué)性質(zhì)、孔滲飽特性、油層油水接觸關(guān)系、巖層間界面性質(zhì)與致密性、井筒技術(shù)要求。

油氣井低產(chǎn)原因：（1）由于鉆井、完井、修井等作業(yè)過程對地層傷害使近井地帶造成嚴(yán)重的堵塞；（2）油氣層滲透率很低,常規(guī)完井方法難以經(jīng)濟(jì)開采（3）“土豆?fàn)睢蓖哥R體地層，單井控油面積有限,難以獲得高產(chǎn)；（4）油氣藏壓力已經(jīng)枯竭。第133頁,共150頁，2024年2月25日，星期天1儲層物性評估儲層地質(zhì)特征粘土礦物分析巖石力學(xué)性質(zhì)巖心分析試井分析第134頁,共150頁，2024年2月25日，星期天2井筒技術(shù)要求壓裂設(shè)計符合套管強度要求；固井質(zhì)量合格；井底無落物。第135頁,共150頁，2024年2月25日，星期天3儲層條件

地質(zhì)條件：儲量和能量。

壓裂侯選井：1）低滲透地層：滲透率越低，越要優(yōu)先壓裂，越要加大壓裂規(guī)模。2)足夠的地層系數(shù)：一般要求kh>0.5×10-3μm2.m。3)含油飽和度：含油飽和度一般應(yīng)大于35%。4)孔隙度：一般孔隙度為6～15%才值得壓裂；若儲層厚度大，最低孔隙度為6～7%。5)高污染井:解堵不是壓裂的主要任務(wù),而是必然結(jié)