油水井增產(chǎn)增注技術(shù)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(gè)裂縫擴(kuò)大了，由于這個(gè)裂縫擴(kuò)大了油氣流動(dòng)通道油氣流動(dòng)通道，改，改變了流動(dòng)方式，降低了滲流阻力，可起到增產(chǎn)增注作用，變了流動(dòng)方式，降低了滲流阻力，可起到增產(chǎn)增注作用，這一施工過(guò)程就叫油層水力壓裂。這一施工過(guò)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裂縫裂縫開始在裂縫開

2、始在油藏中擴(kuò)展油藏中擴(kuò)展開來(lái)開來(lái)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(dǎo)性裂縫導(dǎo)性裂縫前置液前置液支撐劑支撐劑1 1）擬徑向流動(dòng)階段）擬徑向流動(dòng)階段 2）地層線性流動(dòng)階段）地層線性流動(dòng)階段 3 3）雙線性流動(dòng)階段）雙線性流動(dòng)階段4 4）裂縫線性流動(dòng)階段）裂縫線性流動(dòng)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(dòng)模式，提高了近井地帶的滲透能力。（一）壓裂液主要功能：主要功能： 是傳遞能量，使油是傳遞能量，

3、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(duì)于能否造出一條足夠?qū)τ谀芊裨斐鲆粭l足夠尺寸、并具有足夠?qū)Я鞒叽?、并具有足夠?qū)Я髂芰Φ奶钌傲芽p密切相能力的填砂裂縫密切相關(guān)。關(guān)。主要作用：主要作用：是將地面設(shè)備的是將地面設(shè)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(jié)束后大部分注入液體應(yīng)能返排出井筒，減少壓裂液對(duì)地層的傷害。特別是低壓井的返排尤其重要。易返排因此，壓裂液應(yīng)具有濾失小、攜砂能力強(qiáng)、摩阻低、穩(wěn)定性好、配伍性好、低殘?jiān)?、易返排等特點(diǎn)。此外由于壓裂施工規(guī)

4、模越來(lái)越大，壓裂液用量越來(lái)越大，壓裂液還應(yīng)具有貨源逛、成本低、配制簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，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(jì)世紀(jì)50年代年代20世紀(jì)世紀(jì)60年代年代70年代年代水為壓裂液，開始應(yīng)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(wú)傷害壓裂液體系發(fā)展；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(yè)巖氣開發(fā)，滑溜水壓裂液為頁(yè)巖的主要壓裂液；2000年后逐漸采用混合壓裂液。（四

5、）壓裂液類型按照分散介質(zhì)的不同，壓裂液主要分為：重點(diǎn)介紹目前廣泛應(yīng)用的水基壓裂液。以水作為分散介質(zhì)，添加各種處理劑，特別是水溶性聚以水作為分散介質(zhì)，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(qiáng)綜合性能的工作液。合物，形成具有壓裂工藝要求的較強(qiáng)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)劑，會(huì)形成具有粘彈性的線性膠一旦加入交聯(lián)劑，會(huì)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(zhì)，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(zhì)，但在一定的排量和壓力下能夠流動(dòng)。

6、流動(dòng)。水基壓裂液以安全、清潔和容易以添加劑控制其性質(zhì)得水基壓裂液以安全、清潔和容易以添加劑控制其性質(zhì)得到廣泛的應(yīng)用，除了極少數(shù)特別是水敏性地層外，到廣泛的應(yīng)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(shù)發(fā)展最快、最全面的體系。是壓裂液技術(shù)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(dòng)性，一般屬于非牛頓流體，可近似用冪率模型來(lái)描述。動(dòng)性，一般屬于非牛頓流體，可近似用冪率模型來(lái)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

7、%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(guò)硫酸銨：破膠劑（過(guò)硫酸銨：20-100mg/L20-100mg/L）。）。線性膠壓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(duì)地層傷害小；但對(duì)溫度、剪切速阻性能好，易破膠、對(duì)地層傷害?。坏珜?duì)溫度、剪切速率敏感。一般用于率敏感。一般用于注水井和

8、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(duì)比，凍膠壓裂液具有更強(qiáng)與線性膠壓裂液對(duì)比，凍膠壓裂液具有更強(qiáng)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(duì)困難，因于線形膠壓裂液，但由于破膠降粘相對(duì)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 。（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

9、-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(jī)硼、有機(jī)鋯、有機(jī)：交聯(lián)劑（硼砂、有機(jī)硼、有機(jī)鋯、有機(jī)鈦）鈦）+ +破膠劑（過(guò)硫酸銨），按照交聯(lián)比和交聯(lián)性能破膠劑（過(guò)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(yīng)不同井層的情況，通過(guò)調(diào)節(jié)添加劑用量，為了適應(yīng)不同井層的情況，通過(guò)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

10、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(wú)交聯(lián)劑影響關(guān)系圖交聯(lián)劑粘度受溫度和有無(wú)交聯(lián)劑影響關(guān)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 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

11、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(guò)交聯(lián)離子將溶解于水中的高分子鏈上的活性基團(tuán)以化學(xué)鏈連接起來(lái)形成三維網(wǎng)狀凍膠的化學(xué)劑。比較常用且形成工業(yè)化的交聯(lián)劑為硼砂、有機(jī)硼、有機(jī)鋯、有機(jī)鈦等。（五）水基壓裂液（3）水基壓裂液添加劑 4)殺菌劑使用水基壓裂液，將引起粘土沉積、顆粒膨脹或運(yùn)移。在施工中壓裂液對(duì)儲(chǔ)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(jié)果。水溶性介質(zhì)能使粘土礦物膨脹、分散或運(yùn)移；同時(shí)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

12、合物降解，同時(shí)阻止儲(chǔ)集層內(nèi)的細(xì)菌生長(zhǎng)。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(chǔ)集層應(yīng)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(xué)降解，由大分子變成小分子，有利于壓后返排，減少對(duì)儲(chǔ)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

13、破膠體系適用于54-93，而有機(jī)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進(jìn)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(shí)間以及控制細(xì)菌的生長(zhǎng)。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(yīng)用田箐膠、香豆粉和胍爾膠壓裂液；對(duì)比三種壓裂液的性能指標(biāo)，可以看出田箐膠水不溶物高，壓裂液殘?jiān)繛?200mg/L，對(duì)地層和裂縫導(dǎo)流能力傷害較大，而且其流變性和攜

14、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?jiān)堅(jiān)╩g/l）田箐膠田箐膠3045.51200香豆粉香豆粉923.1334胍膠胍膠1634.3356（五）水基壓裂液 4）常用水基壓裂液增稠劑 二、壓裂液基礎(chǔ)水基壓裂液技術(shù)指標(biāo)表序號(hào)項(xiàng)目指標(biāo)1基液粘度 mpas332凍膠初始粘度 （mpas）3003凍膠剪切 30min 粘度（mpas）1504破膠性能（mpas）24h 粘度小于 10mPa.s5殘?jiān)浚╩g/l）4006稠度系數(shù)（mpa.sn）101027流動(dòng)行為指數(shù)0.2-0.78破膠液表面張力（mN/m）309破膠液煤油界面張力（mN/m）510初

15、濾失量 m3/m2210-311濾失系數(shù) m/min-2110-3 支撐劑是水力壓裂時(shí)地層壓開裂縫后，用來(lái)支撐裂縫阻止裂縫重新閉合的一種固體顆粒。 作用是在裂縫中鋪置排列后形成支撐裂縫，從而在儲(chǔ)集層中形成遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于儲(chǔ)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(dòng)阻力，達(dá)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(guó)內(nèi)的蘭州砂、承德砂、內(nèi)蒙砂。天然石英砂的化學(xué)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(zhì)量的重要指標(biāo)。壓裂用石英砂石英含量在80%左右，伴有少量長(zhǎng)

16、石、燧石和其他噴出巖、變質(zhì)巖等巖屑。從石英的微觀結(jié)構(gòu)看，可分為單晶石英和復(fù)晶石英兩種，單晶石英的顆粒質(zhì)量越大，石英砂抗壓強(qiáng)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(jié)或噴吹而成的，具有較高的抗壓強(qiáng)度，可劃分中等強(qiáng)度和高強(qiáng)度兩種陶粒。 中等強(qiáng)度陶粒是由鋁礬土或鋁質(zhì)陶土制成，視密度2.7- 3.3g/cm3。組分為氧化鋁或鋁質(zhì)，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)46%-77%，硅質(zhì)含量12%-55%，氧化物約10%。承壓55-80MPa。高強(qiáng)度陶粒是由鋁礬土或氧化鎬制成，視密度3.4g/cm3?；瘜W(xué)組分：氧化

17、鋁85%-90%，氧化硅3%-6%，氧化鐵約4-7%。氧化鈦、氧化鋯3%-4%。承壓100MPa。（一）支撐劑的種類2、陶粒 優(yōu)點(diǎn)：（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(lái)，減少了顆粒的運(yùn)移與堵塞孔道的機(jī)會(huì)，從而改善了導(dǎo)流能力；（3）樹脂砂的總的體積密度比中強(qiáng)度和高強(qiáng)度人造支撐劑低，便于懸浮，降低了對(duì)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(yù)固化砂 在地層溫度下固結(jié)，這對(duì)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

18、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(duì)銳度或曲率的量度。（3）酸溶解度:在規(guī)定的酸溶液及酸溶解時(shí)間內(nèi)，確定一定質(zhì)量的支撐劑被酸溶解的質(zhì)量與支撐劑總質(zhì)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：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的支撐劑與其顆粒體積之比。 體密度：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的支撐劑與其堆積體積之比。（6）抗破碎能力:對(duì)一定體積的支撐劑，在額定壓力下進(jìn)行承壓測(cè)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(biāo)

19、（1）粒徑分布粒徑范圍，粒徑范圍，mm1.25-0.90.9-0.450.45-0.24目目數(shù)數(shù)16/2020/4040/70標(biāo)準(zhǔn)篩組合標(biāo)準(zhǔn)篩組合 mm1.61.250.631.250.90.451.00.630.350.90.50.280.750.450.2240.630.350.125底盤底盤底盤底盤底盤底盤標(biāo)準(zhǔn)篩檢測(cè)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(jìn)行檢測(cè):落在公稱直徑范圍內(nèi)的樣品質(zhì)量不低于樣品總質(zhì)量的90%；小于支撐劑下限的質(zhì)量不應(yīng)超過(guò)總質(zhì)量的2%；大于頂篩的樣品質(zhì)量不應(yīng)超過(guò)總質(zhì)量

20、的0.1%；落在支撐劑下限篩子的樣品質(zhì)量不低于樣品總質(zhì)量的10%；（2）支撐劑的球度、圓度 天然石英砂的球度應(yīng)大于0.6，人造陶粒的球度應(yīng)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(yīng)符合同一標(biāo)準(zhǔn)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，%1.25-0.950.9-0.4550.45-0.247（二）支撐劑的主要性能（4）支撐劑的濁度 支撐劑的濁度應(yīng)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(yīng)符合下表：石英砂抗破碎指標(biāo)表粒徑范圍，粒

21、徑范圍，mm閉合壓力，閉合壓力，MPa破碎時(shí)受力，破碎時(shí)受力，KN破碎率，破碎率，%1.25-0.92142.56140.9-0.452856.75140.45-0.243570.948（二）支撐劑的主要性能人造陶?？蛊扑橹笜?biāo)表粒徑范圍，粒徑范圍，mm破碎率，破碎率，%1.25-0.9250.9-0.45100.45-0.248（三）支撐裂縫導(dǎo)流能力的影響因素 支撐裂縫導(dǎo)流能力是指裂縫傳導(dǎo)儲(chǔ)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(lái)表示。 影響支撐劑導(dǎo)流能力的因素主要有：（1）地應(yīng)力與地層孔隙壓力的影響 對(duì)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PP，它是地層地