油水井增產(chǎn)增注技術第一章

1、 低滲透油氣井低效的主要原因： 繼續(xù)將帶有支撐劑的繼續(xù)將帶有支撐劑的攜砂液攜砂液注入裂縫，裂縫邊得到延注入裂縫，裂縫邊得到延 伸，邊得到支撐。停泵后就在油層形成了具有一定寬度的伸，邊得到支撐。停泵后就在油層形成了具有一定寬度的 高滲透填砂裂縫高滲透填砂裂縫，由于這個裂縫擴大了，由于這個裂縫擴大了油氣流動通道油氣流動通道，改，改 變了流動方式，降低了滲流阻力，可起到增產(chǎn)增注作用，變了流動方式，降低了滲流阻力，可起到增產(chǎn)增注作用， 這一施工過程就叫油層水力壓裂。這一施工過程就叫油層水力壓裂。 將液體泵入井中將液體泵入井中 油藏在液體水力壓油藏在液體水力壓 力的作用下開始形力的作用下開始形 成裂縫成

2、裂縫 裂縫開始在裂縫開始在 油藏中擴展油藏中擴展 開來開來 將支撐劑和粘性液將支撐劑和粘性液 體注入裂縫體注入裂縫 粘性液體均勻粘性液體均勻 的分散在裂縫的分散在裂縫 之中之中 粘性液體突破裂粘性液體突破裂 縫后從井內(nèi)回流縫后從井內(nèi)回流 。地層在支撐劑。地層在支撐劑 的作用下形成前的作用下形成前 導性裂縫導性裂縫 前置液前置液支撐劑支撐劑 1 1）擬徑向流動階段）擬徑向流動階段 2）地層線性流動階段）地層線性流動階段 3 3）雙線性流動階段）雙線性流動階段4 4）裂縫線性流動階段）裂縫線性流動階段 水力壓裂后，改變了滲流區(qū)的滲流方式，獲得了雙 線性流動模式，提高了近井地帶的滲透能力。 （一）壓

3、裂液 主要功能：主要功能： 是傳遞能量，使油是傳遞能量，使油 層張開裂縫并沿裂縫輸層張開裂縫并沿裂縫輸 送支撐劑。送支撐劑。其性能好壞其性能好壞 對于能否造出一條足夠對于能否造出一條足夠 尺寸、并具有足夠導流尺寸、并具有足夠導流 能力的填砂裂縫密切相能力的填砂裂縫密切相 關。關。 主要作用：主要作用： 是將地面設備的是將地面設備的 能量傳遞到油層巖石能量傳遞到油層巖石 上，在地層上，在地層形成裂縫，形成裂縫， 并攜帶支撐劑填充到并攜帶支撐劑填充到 裂縫中裂縫中。 按作用 分類 施工結束后大部分注入液體應能返排出 井筒，減少壓裂液對地層的傷害。特別是低 壓井的返排尤其重要。 易返排 因此，壓裂液

4、應具有濾失小、攜砂能力強、摩阻 低、穩(wěn)定性好、配伍性好、低殘渣、易返排等特點。 此外由于壓裂施工規(guī)模越來越大，壓裂液用量越來 越大，壓裂液還應具有貨源逛、成本低、配制簡單 的特點，以滿足大型壓裂和新井壓裂施工的要求。 （四）壓裂液類型 開發(fā)出羥 丙基胍膠 最早最早 20世紀世紀50 年代年代 20世紀世紀 60年代年代 70年代年代 水為壓裂液，開 始應用胍膠稠化 的水基壓裂液 發(fā)展了交聯(lián)胍膠 壓裂液（1969） 最早采用的壓裂液 是用汽油為壓裂液 ，很快發(fā)展為水為 壓裂液 （四）壓裂液類型 80年代年代 90年代年代 97年后年后 2000 年后年后 壓裂液向“清潔”無傷害 壓裂液體系發(fā)展；

5、胍膠 （交聯(lián)）壓裂液一致為全 球主要的壓裂液； 采用了延遲交聯(lián) 的水基壓裂液； 隨著頁巖氣開發(fā)， 滑溜水壓裂液為頁 巖的主要壓裂液； 2000年后逐漸 采用混合壓裂 液。 （四）壓裂液類型 按照分散介質的不同，壓裂液主要分為： 重點介紹目前廣泛應用的水基壓裂液。 以水作為分散介質，添加各種處理劑，特別是水溶性聚以水作為分散介質，添加各種處理劑，特別是水溶性聚 合物，形成具有壓裂工藝要求的較強綜合性能的工作液。合物，形成具有壓裂工藝要求的較強綜合性能的工作液。 一般水溶性聚合物和添加劑的水溶液稱為一般水溶性聚合物和添加劑的水溶液稱為線性膠或稠化線性膠或稠化 水壓裂液水壓裂液。 線性膠一旦加入交聯(lián)

6、劑，會形成具有粘彈性的線性膠一旦加入交聯(lián)劑，會形成具有粘彈性的交聯(lián)凍膠交聯(lián)凍膠， 交聯(lián)凍膠具有部分固體性質，但在一定的排量和壓力下能夠交聯(lián)凍膠具有部分固體性質，但在一定的排量和壓力下能夠 流動。流動。 水基壓裂液以安全、清潔和容易以添加劑控制其性質得水基壓裂液以安全、清潔和容易以添加劑控制其性質得 到廣泛的應用，除了極少數(shù)特別是水敏性地層外，到廣泛的應用，除了極少數(shù)特別是水敏性地層外，水基壓裂水基壓裂 液液是壓裂液技術發(fā)展最快、最全面的體系。是壓裂液技術發(fā)展最快、最全面的體系。 （五）水基壓裂液 由水溶性聚合物稠化劑和其他添加劑組成，具有流由水溶性聚合物稠化劑和其他添加劑組成，具有流 動性，一

7、般屬于非牛頓流體，可近似用冪率模型來描述。動性，一般屬于非牛頓流體，可近似用冪率模型來描述。 典型配方典型配方：稠化劑（香豆膠：稠化劑（香豆膠：0.4-0.6%0.4-0.6%，胍膠：，胍膠： 0.3- 0.5%0.3- 0.5%，羥丙基胍膠：，羥丙基胍膠：0.2-0.5%0.2-0.5%）+ +殺菌劑（甲醛：殺菌劑（甲醛： 0.2-0.5%0.2-0.5%）+ +粘土穩(wěn)定劑（粘土穩(wěn)定劑（KCLKCL：2%2%）+ +破乳劑（破乳劑（SP169 SP169 ： 0.1-0.2%0.1-0.2%）+ +破膠劑（過硫酸銨：破膠劑（過硫酸銨：20-100mg/L20-100mg/L）。）。 線性膠壓

8、裂液具有一定的表觀粘度與低濾失性，減線性膠壓裂液具有一定的表觀粘度與低濾失性，減 阻性能好，易破膠、對地層傷害?。坏珜囟?、剪切速阻性能好，易破膠、對地層傷害小；但對溫度、剪切速 率敏感。一般用于率敏感。一般用于注水井和淺層油氣藏壓裂注水井和淺層油氣藏壓裂。 （五）水基壓裂液 （1）線性膠壓裂液 與線性膠壓裂液對比，凍膠壓裂液具有更強與線性膠壓裂液對比，凍膠壓裂液具有更強 的粘彈性和塑性，在攜砂能力等綜合性能方面優(yōu)的粘彈性和塑性，在攜砂能力等綜合性能方面優(yōu) 于線形膠壓裂液，但由于破膠降粘相對困難，因于線形膠壓裂液，但由于破膠降粘相對困難，因 而破膠劑的使用尤為重要而破膠劑的使用尤為重要 。 （

9、五）水基壓裂液 (2) 交聯(lián)凍膠壓裂液 典型壓裂液配方：典型壓裂液配方： 基液基液：稠化劑（：稠化劑（0.3-0.7%0.3-0.7%香豆膠、胍膠、羥丙基香豆膠、胍膠、羥丙基 胍膠）胍膠）+ +殺菌劑（甲醛殺菌劑（甲醛0.2-0.5%0.2-0.5%）+ +粘土穩(wěn)定劑粘土穩(wěn)定劑 （KCLKCL2 2% %）+ +破乳劑破乳劑+ +助排劑（助排劑（0.2-0.6%DL0.2-0.6%DL）+ +降濾失劑降濾失劑 +PH+PH值調(diào)節(jié)劑值調(diào)節(jié)劑+ +溫度穩(wěn)定劑。溫度穩(wěn)定劑。 交聯(lián)液交聯(lián)液：交聯(lián)劑（硼砂、有機硼、有機鋯、有機：交聯(lián)劑（硼砂、有機硼、有機鋯、有機 鈦）鈦）+ +破膠劑（過硫酸銨），按照交

10、聯(lián)比和交聯(lián)性能破膠劑（過硫酸銨），按照交聯(lián)比和交聯(lián)性能 配制交聯(lián)液濃度。配制交聯(lián)液濃度。 為了適應不同井層的情況，通過調(diào)節(jié)添加劑用量，為了適應不同井層的情況，通過調(diào)節(jié)添加劑用量， 壓裂液還可以分為壓裂液還可以分為低溫低溫（20-6020-60）、）、中溫中溫（60-60- 120120）、）、高溫高溫（120120以上）體系。以上）體系。 （五）水基壓裂液 (2) 交聯(lián)凍膠壓裂液（續(xù)） 交聯(lián)劑粘度受溫度和有無交聯(lián)劑影響關系圖交聯(lián)劑粘度受溫度和有無交聯(lián)劑影響關系圖 溫度溫度 黏度黏度 含硼酸鹽交聯(lián)劑的含硼酸鹽交聯(lián)劑的 HPG(30 Ibm/1000gal) 不含交聯(lián)劑的不含交聯(lián)劑的HPG（60

11、1bm/1000gal） 不含交聯(lián)劑的不含交聯(lián)劑的HPG（40 1bm/1000gal） （五）水基壓裂液 （3）水基壓裂液添加劑 1)稠化劑2)交聯(lián)劑 水溶性聚合物作為稠化劑是水 基壓裂液的基本添加劑，用以提高 粘度、降低濾失、懸浮和攜帶支撐 劑?？梢杂弥参锬z（如胍膠、香豆 膠、田箐膠）及其衍生物（羧甲基 纖維素、羥乙基纖維素等）、生物 聚合物（黃胞膠）以及合成聚合物 （聚丙烯酰胺）。 交聯(lián)劑是通過交聯(lián)離子將溶 解于水中的高分子鏈上的活性基 團以化學鏈連接起來形成三維網(wǎng) 狀凍膠的化學劑。比較常用且形 成工業(yè)化的交聯(lián)劑為硼砂、有機 硼、有機鋯、有機鈦等。 （五）水基壓裂液 （3）水基壓裂液添加

12、劑 4)殺菌劑 使用水基壓裂液，將引起粘土沉積、 顆粒膨脹或運移。在施工中壓裂液對儲集 層粘土礦物的傷害通常是水敏性和堿敏性 疊加作用的結果。水溶性介質能使粘土礦 物膨脹、分散或運移；同時水基壓裂液以 堿性交聯(lián)為主，濾液粘土穩(wěn)定劑，使用濃 度為1-2%。 3)粘土穩(wěn)定劑 用于抑制和殺死微生物，使配制的 基液性能穩(wěn)定，防止聚合物降解，同時 阻止儲集層內(nèi)的細菌生長。甲醛、乙二 醛、戊二醛具有良好的殺菌防腐作用， 使用濃度 0.5-1.0%。 （五）水基壓裂液 （3）水基壓裂液添加劑 （五）水基壓裂液 （3）水基壓裂液添加劑 7)降濾失劑8）破膠劑 水基線形膠與凍膠壓裂液 由于具有較高的表觀粘度和能

13、 形成濾餅的特性，可控制壓裂 液降解的速度，但一般天然裂 縫發(fā)育的儲集層應加入降濾失 劑。常用的為柴油、油溶性樹 脂、聚合物和硅粉。 是壓裂液中的一種重要添加 劑，主要使壓裂液中 的凍膠發(fā)生 化學降解，由大分子變成小分子， 有利于壓后返排，減少對儲集層 的傷害。常用的破膠劑包括酶、 氧化劑、和酸。生物酶和催化氧 化劑系列適用于20-54的低溫破 膠劑；一般氧化破膠體系適用于 54-93，而有機酸適用于93 以上的破膠作用。 （五）水基壓裂液 （3）水基壓裂液添加劑 壓裂液在施工中由于濾失性 造成聚合物濃縮，使壓裂液在裂 縫和裂縫表面形成致密的濾餅， 常規(guī)破膠劑不能將其破壞，因此 需要濾餅溶解劑

14、進行處理。 9）濾餅溶解劑10）緩沖劑 在水基壓裂液中，通常用pH 值調(diào)節(jié)劑控制稠化劑水合增粘速 度、所需的PH值范圍和交聯(lián)時間 以及控制細菌的生長。常用的PH 值調(diào)節(jié)劑為碳酸氫鈉、碳酸鈉、 檸檬酸、福馬酸和氫氧化鈉。 目前應用田箐膠、香豆粉和胍爾膠壓裂液；對比三種壓裂液的性能 指標，可以看出田箐膠水不溶物高，壓裂液殘渣含量為1200mg/L，對 地層和裂縫導流能力傷害較大，而且其流變性和攜砂能力較差。 壓裂液類型壓裂液類型 水不溶物水不溶物 （%） 巖心傷害率巖心傷害率 （%） 殘渣（殘渣（mg/l） 田箐膠田箐膠3045.51200 香豆粉香豆粉923.1334 胍膠胍膠1634.3356

15、 （五）水基壓裂液 4）常用水基壓裂液增稠劑 二、壓裂液基礎 水基壓裂液技術指標表 序號項目指標 1基液粘度 mpas 33 2凍膠初始粘度 （mpas） 300 3凍膠剪切 30min 粘度（mpas） 150 4破膠性能（mpas） 24h 粘度小于 10mPa.s 5殘渣含量（mg/l） 400 6稠度系數(shù)（mpa.sn） 10102 7流動行為指數(shù) 0.2-0.7 8破膠液表面張力（mN/m） 30 9破膠液煤油界面張力（mN/m） 5 10初濾失量 m3/m2 210-3 11濾失系數(shù) m/min-2 110-3 支撐劑是水力壓裂時地層壓開裂縫后，用來 支撐裂縫阻止裂縫重新閉合的一種

16、固體顆粒。 作用是在裂縫中鋪置排列后形成支撐裂縫， 從而在儲集層中形成遠遠高于儲集層滲透率的支撐 裂縫帶，使流體在支撐劑中有較高的流通性，減少 流體的流動阻力，達到增產(chǎn)、增注的目的。 支撐劑通常分為天然和人造兩大類。 石英砂多產(chǎn)于沙漠、河灘和沿海地帶。如國內(nèi)的蘭州砂、承德砂、內(nèi)蒙 砂。 天然石英砂的化學成分是氧化硅，伴有少量的氧化鋁、氧化鐵、氧化鉀、 氧化鈣和氧化鎂。 天然石英砂礦物組分以石英為主。其含量是衡量石英砂質量的重要指標。 壓裂用石英砂石英含量在80%左右，伴有少量長石、燧石和其他噴出巖、變 質巖等巖屑。 從石英的微觀結構看，可分為單晶石英和復晶石英兩種，單晶石英的顆 粒質量越大，石

17、英砂抗壓強度越高。一般石英砂的視密度2.65g/cm3，體積 密度1.70g/cm3，承壓20-34MPa。 （一）支撐劑的種類 1、石英砂 人造陶粒主要由鋁礬土（氧化鋁）燒結或噴吹而成的，具有較 高的抗壓強度，可劃分中等強度和高強度兩種陶粒。 中等強度陶粒是由鋁礬土或鋁質陶土制成，視密度2.7- 3.3g/cm3。組分為氧化鋁或鋁質，其質量分數(shù)46%-77%，硅質含 量12%-55%，氧化物約10%。承壓55-80MPa。 高強度陶粒是由鋁礬土或氧化鎬制成，視密度3.4g/cm3?；瘜W 組分：氧化鋁85%-90%，氧化硅3%-6%，氧化鐵約4-7%。氧化 鈦、氧化鋯3%-4%。承壓100MP

18、a。 （一）支撐劑的種類 2、陶粒 優(yōu)點： （1）樹脂薄膜包裹的砂子，增加了砂粒間的接觸面積，從而提高 了抗閉合能力； （2）樹脂薄膜可將壓碎了的砂粒、粉砂包裹起來，減少了顆粒的 運移與堵塞孔道的機會，從而改善了導流能力； （3）樹脂砂的總的體積密度比中強度和高強度人造支撐劑低，便 于懸浮，降低了對壓裂液的要求。 （一）支撐劑的種類 3、樹脂砂 （一）支撐劑的種類 3、樹脂砂 固化砂 預固化砂 在地層溫度下固結， 這對防止壓后出砂及防止 地層吐砂有一定的效果。 在地面已形成完 好的樹脂薄膜包裹的 砂。 （1）支撐劑球度:就是指支撐劑顆粒接近球形的程度 （2）支撐劑圓度:圓度指支撐劑棱角的相對銳

19、度或曲率的量度。 （3）酸溶解度:在規(guī)定的酸溶液及酸溶解時間內(nèi)，確定一定質量的 支撐劑被酸溶解的質量與支撐劑總質量的百分比，稱為酸溶解度。 （4）支撐劑濁度:在規(guī)定體積的蒸餾水中加入一定體積的支撐劑， 攪拌后液體的渾濁程度稱為支撐劑濁度。 （5）支撐劑的密度 視密度：單位質量的支撐劑與其顆粒體積之比。 體密度：單位質量的支撐劑與其堆積體積之比。 （6）抗破碎能力:對一定體積的支撐劑，在額定壓力下進行承壓測 試，確定的破碎率表征了支撐劑抗破碎能力，破碎率高，抗破碎能 力低。 （二）支撐劑的主要性能 1、支撐劑性能的定義 （二）支撐劑的主要性能 2、支撐劑性能指標 （1）粒徑分布 粒徑范圍，粒徑范

20、圍， mm 1.25-0.90.9-0.450.45-0.24 目目數(shù)數(shù)16/2020/4040/70 標準篩組合標準篩組合 mm 1.61.250.63 1.250.90.45 1.00.630.35 0.90.50.28 0.750.450.224 0.630.350.125 底盤底盤底盤底盤底盤底盤 標準篩檢測組合 支撐劑的粒徑范圍: 0.24-0.45mm（40/70) 0.45-0.9mm(20/40) 0.9-1.25mm(16/20) 可以根據(jù)表進行檢測: 落在公稱直徑范圍內(nèi)的樣品質量不低于樣品總質量的90%； 小于支撐劑下限的質量不應超過總質量的2%； 大于頂篩的樣品質量不應超

21、過總質量的0.1%； 落在支撐劑下限篩子的樣品質量不低于樣品總質量的10%； （2）支撐劑的球度、圓度 天然石英砂的球度應大于0.6，人造陶粒的球度應大于0.8。 （二）支撐劑的主要性能 （3）支撐劑酸溶解度 各種支撐劑的允許的酸溶解度數(shù)值見下表，天然石英砂和人造支撐 劑的酸溶解度數(shù)值應符合同一標準 支撐劑酸溶解度表支撐劑酸溶解度表 粒徑范圍，粒徑范圍，mm酸溶解度最大值，酸溶解度最大值，% 1.25-0.95 0.9-0.455 0.45-0.247 （二）支撐劑的主要性能 （4）支撐劑的濁度 支撐劑的濁度應低于100NTU或100度。 （5）支撐劑的破碎率 石英砂、陶粒的抗破碎能力應符合下

22、表： 石英砂抗破碎指標表 粒徑范圍，粒徑范圍， mm 閉合壓力，閉合壓力， MPa 破碎時受力，破碎時受力， KN 破碎率，破碎率，% 1.25-0.92142.5614 0.9-0.452856.7514 0.45-0.243570.948 （二）支撐劑的主要性能 人造陶?？蛊扑橹笜吮?粒徑范圍，粒徑范圍，mm破碎率，破碎率，% 1.25-0.925 0.9-0.4510 0.45-0.248 （三）支撐裂縫導流能力的影響因素 支撐裂縫導流能力是指裂縫傳導儲集層流體的能力，并 以支撐帶的滲透率（Kf）與寬度（Wf）的乘積（KfWf）來表 示。 影響支撐劑導流能力的因素主要有： （1）地應力與地層孔隙壓力的影響 對于壓裂井，壓裂后形成的支撐帶中的支撐劑承受著裂縫閉合壓力 P