石油壓裂及配液技概述

1、目目 錄錄 1、油田開采、油田開采 油田開發(fā)初期，油層中油、氣依靠油層壓力克服油田層中滲流阻力流到井底而又舉升上來(lái)的采油叫自噴采油；但隨著開采時(shí)間增加，壓力減小，到某時(shí)地層就沒有足夠能量將石油舉升地面，此時(shí)需給底層補(bǔ)充能量方法：注水、注氣。常采用注水方式，通過注水給油層補(bǔ)充能量，保持地層壓力。延長(zhǎng)自噴采油期，提高采油速率和油藏采收率。 當(dāng)依靠注水補(bǔ)充能量也不能保持油井自噴是，就轉(zhuǎn)入機(jī)械采油，常有有桿泵采油（常用），無(wú)桿泵采油，電潛泵采油（將電動(dòng)機(jī)和泵一起下入井內(nèi)進(jìn)行抽油），目前我國(guó)油田開采很基本都已經(jīng)進(jìn)入低滲透性時(shí)期，基本都進(jìn)行機(jī)械采油方法。一：一：引引 言言 2、采油過程示意圖、采油過程示意

2、圖油層油層采油工程部分采油工程部分水井水井油井油井油藏油藏工程工程部分部分人工補(bǔ)人工補(bǔ)充能量充能量人工人工舉升舉升采油采油液氣液氣集輸油氣集輸油氣脫水處理脫水處理污水污水原油原油回注或排放液回注或排放液氣（天然氣）氣（天然氣）油層改造方法油層改造方法 為改善油層低滲透性，為改善油層低滲透性，油層改造是通過壓裂、酸化、物油層改造是通過壓裂、酸化、物理、化學(xué)等方法對(duì)儲(chǔ)油層進(jìn)行改善措施，達(dá)到油氣井解堵，理、化學(xué)等方法對(duì)儲(chǔ)油層進(jìn)行改善措施，達(dá)到油氣井解堵，提高油層滲透性，解除儲(chǔ)層污染，改善注水井吸水剖面等提高油層滲透性，解除儲(chǔ)層污染，改善注水井吸水剖面等目的，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，穩(wěn)產(chǎn)目的。目的，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，穩(wěn)產(chǎn)目

3、的。 水力壓裂：水力壓裂：簡(jiǎn)稱壓裂，利用水力傳壓作用，將高壓液簡(jiǎn)稱壓裂，利用水力傳壓作用，將高壓液體擠入地層，使地層形成裂縫，并在縫中填入支撐劑使其體擠入地層，使地層形成裂縫，并在縫中填入支撐劑使其不閉合，從而提高油層滲透能力，改善油氣層的物性，實(shí)不閉合，從而提高油層滲透能力，改善油氣層的物性，實(shí)現(xiàn)增注、增產(chǎn)?，F(xiàn)增注、增產(chǎn)。 油層酸化：油層酸化：是將酸液注入地層中，依靠酸處理的化學(xué)溶蝕是將酸液注入地層中，依靠酸處理的化學(xué)溶蝕作用，使酸液與油層巖石中黏土和礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，來(lái)作用，使酸液與油層巖石中黏土和礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，來(lái)提高油層滲透率，改善油氣、水的流動(dòng)情況，從而增加油提高油層滲透率，改善油

4、氣、水的流動(dòng)情況，從而增加油氣井注水井的注入量。氣井注水井的注入量。 壓裂酸化：用酸液做壓裂液，不加支撐劑的酸化過程，一壓裂酸化：用酸液做壓裂液，不加支撐劑的酸化過程，一方面靠水力作用形成裂縫，另一方面靠酸液的溶蝕吧裂縫方面靠水力作用形成裂縫，另一方面靠酸液的溶蝕吧裂縫壁面溶蝕成凹凸不平表面。壁面溶蝕成凹凸不平表面。 物理法：物理法：水力振蕩解堵技術(shù)超聲波處理油層井下低頻電脈沖處理油層低頻振動(dòng)處理油層 其他方法：其他方法：高能氣體壓裂技術(shù)低傷害酸解堵技術(shù)熱酸助排技術(shù)膠束酸增注技術(shù) 常規(guī)油藏常規(guī)油藏注水注水井井采油采油井井 低滲油藏低滲油藏注水注水井井采油采油井井由于滲透率低和啟動(dòng)壓力的作用，導(dǎo)

5、由于滲透率低和啟動(dòng)壓力的作用，導(dǎo)致注采井間無(wú)法建立有效的水動(dòng)力系致注采井間無(wú)法建立有效的水動(dòng)力系統(tǒng)，致使注水壓力上升，采油井壓力統(tǒng)，致使注水壓力上升，采油井壓力下降下降注不進(jìn)、采不出！注不進(jìn)、采不出！壓裂的原理壓裂的原理 壓裂壓裂就是利用地面高壓泵就是利用地面高壓泵車車(組組)，以高于儲(chǔ)層吸入能力，以高于儲(chǔ)層吸入能力的速度，向井下注入高粘度壓的速度，向井下注入高粘度壓裂液，使井筒內(nèi)壓力增高，一裂液，使井筒內(nèi)壓力增高，一直達(dá)到克服地層的壓縮應(yīng)力和直達(dá)到克服地層的壓縮應(yīng)力和巖石的張力強(qiáng)度，巖石出現(xiàn)破巖石的張力強(qiáng)度，巖石出現(xiàn)破裂，形成對(duì)稱于井眼的裂縫的裂，形成對(duì)稱于井眼的裂縫的過程。過程。壓裂的作用

6、與目的壓裂的作用與目的 在注入壓裂液時(shí)攜帶一定粒徑的固體支撐物（粒徑在注入壓裂液時(shí)攜帶一定粒徑的固體支撐物（粒徑0.40.41.0mm1.0mm的天然石英砂或人造高強(qiáng)度陶粒），使其按需要模式停的天然石英砂或人造高強(qiáng)度陶粒），使其按需要模式停留在裂縫里，使留在裂縫里，使支撐裂縫支撐裂縫保持一定的張開程度。在壓裂液破膠保持一定的張開程度。在壓裂液破膠返排后，這些裂縫為地層中的油氣提供了高導(dǎo)流能力的通道，返排后，這些裂縫為地層中的油氣提供了高導(dǎo)流能力的通道，從而從而提高了油氣井的產(chǎn)量提高了油氣井的產(chǎn)量。 壓裂作用體現(xiàn)在壓裂作用體現(xiàn)在改造低滲透率的地層物性，改造低滲透率的地層物性， 調(diào)整各調(diào)整各油層之

7、間的層間矛盾，油層之間的層間矛盾， 解決井底附近地層的堵塞。解決井底附近地層的堵塞。壓裂液及其作用壓裂液及其作用 壓裂液壓裂液是壓裂改造油氣層過程中的全部工作液。它起著是壓裂改造油氣層過程中的全部工作液。它起著傳遞壓傳遞壓力力、形成地層裂縫形成地層裂縫和沿著張開的裂縫和沿著張開的裂縫輸送支撐劑輸送支撐劑的作用。的作用。 壓裂液是個(gè)總稱，注入井內(nèi)的壓裂液在不同的階段有各自的任壓裂液是個(gè)總稱，注入井內(nèi)的壓裂液在不同的階段有各自的任務(wù)務(wù)。壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害壓裂液對(duì)儲(chǔ)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(yùn)移產(chǎn)生的傷害 壓裂液與原油乳化造成的地層傷害 潤(rùn)濕性發(fā)生反轉(zhuǎn)造成的傷害

8、 壓裂液殘?jiān)鼘?duì)地層造成的損害 壓裂液對(duì)地層的冷卻效應(yīng)造成地層傷害 壓裂液濾餅和濃縮對(duì)地層的傷害對(duì)地層降溫冷卻和預(yù)處對(duì)地層降溫冷卻和預(yù)處理，以減少后續(xù)主工作理，以減少后續(xù)主工作液對(duì)地層的傷害。一般液對(duì)地層的傷害。一般為活性水。為活性水。傳遞壓力，使地層破裂，傳遞壓力，使地層破裂，產(chǎn)生裂縫以備后面的攜產(chǎn)生裂縫以備后面的攜砂液進(jìn)入。在溫度較高砂液進(jìn)入。在溫度較高的地層，它還可以進(jìn)一的地層，它還可以進(jìn)一步起到降溫作用。一般步起到降溫作用。一般為高粘凍膠。為高粘凍膠。將支撐劑帶入裂縫中并將支撐劑帶入裂縫中并將砂子分布在預(yù)定的位將砂子分布在預(yù)定的位置上。同時(shí)可使裂縫延置上。同時(shí)可使裂縫延伸和繼續(xù)冷卻地層。

9、它伸和繼續(xù)冷卻地層。它在壓裂液中的份量最大。在壓裂液中的份量最大。一般為交聯(lián)凍膠。一般為交聯(lián)凍膠。將攜砂液送到預(yù)定的位將攜砂液送到預(yù)定的位置。一般為活性水。置。一般為活性水。 壓裂液壓裂液預(yù)前置液預(yù)前置液前前 置置 液液攜攜 砂砂 液液頂頂 替替 液液壓裂液在壓裂過程作用不同壓裂液在壓裂過程作用不同1.濾失量低濾失量低;2.懸浮性能好懸浮性能好;3.摩阻損失小摩阻損失小;4.對(duì)地層滲透率損害?。ㄅ湮樾院?、低殘?jiān)?、易返排）?duì)地層滲透率損害?。ㄅ湮樾院?、低殘?jiān)?、易返排?5.性能穩(wěn)定（熱穩(wěn)定性、剪切穩(wěn)定性）；性能穩(wěn)定（熱穩(wěn)定性、剪切穩(wěn)定性）；6.成本低。成本低。對(duì)壓裂液的性能要求對(duì)壓裂液的性能要求

10、常見壓裂液類型及特性常見壓裂液類型及特性壓裂液類型壓裂液類型主要特性主要特性應(yīng)用對(duì)象應(yīng)用對(duì)象水基壓裂液水基壓裂液耐溫性好，摩阻小，攜砂能力強(qiáng)，耐溫性好，摩阻小，攜砂能力強(qiáng)，成本低，操作安全成本低，操作安全砂巖或灰?guī)r地層砂巖或灰?guī)r地層油基壓裂液油基壓裂液配伍性好，摩阻大，攜砂能力差，配伍性好，摩阻大，攜砂能力差，成本較高，操作不安全成本較高，操作不安全水敏性地層水敏性地層醇基壓裂液醇基壓裂液傷害小，易返排，耐溫性差，傷害小，易返排，耐溫性差，攜砂能力差，操作不安全攜砂能力差，操作不安全低壓，水敏性地層低壓，水敏性地層泡沫壓裂液泡沫壓裂液易返排，對(duì)油層污染小，易返排，對(duì)油層污染小，攜砂能力差，耐溫

11、性差攜砂能力差，耐溫性差低壓，水敏性地層低壓，水敏性地層乳狀壓裂液乳狀壓裂液傷害小，但摩阻很大，傷害小，但摩阻很大，攜砂能力差，耐溫性差攜砂能力差，耐溫性差水敏、致密型地層水敏、致密型地層酸基壓裂液酸基壓裂液可提高裂縫導(dǎo)流能力，可提高裂縫導(dǎo)流能力，對(duì)設(shè)備腐蝕性強(qiáng)，操作不安全對(duì)設(shè)備腐蝕性強(qiáng)，操作不安全碳酸鹽地層碳酸鹽地層 目前，國(guó)外廣泛使用的壓裂液體系包括前四類；目前，國(guó)外廣泛使用的壓裂液體系包括前四類； 20世紀(jì)世紀(jì)50年代年代以油基壓裂液為主；以油基壓裂液為主； 50年代末年代末60年代初年代初，隨著胍爾膠稠化劑的問世，水基壓裂液不，隨著胍爾膠稠化劑的問世，水基壓裂液不斷地發(fā)展與完善，水力壓

12、裂在油田的應(yīng)用日漸廣泛，增產(chǎn)效果也更斷地發(fā)展與完善，水力壓裂在油田的應(yīng)用日漸廣泛，增產(chǎn)效果也更加顯著。加顯著。 1969年年首次使用交聯(lián)胍膠壓裂液；首次使用交聯(lián)胍膠壓裂液； 進(jìn)入進(jìn)入70年代年代，由于胍爾膠稠化劑化學(xué)改性的成功，以及交聯(lián)劑，由于胍爾膠稠化劑化學(xué)改性的成功，以及交聯(lián)劑體系的完善，水基壓裂液迅速發(fā)展，在壓裂液類型中占主導(dǎo)地位。體系的完善，水基壓裂液迅速發(fā)展，在壓裂液類型中占主導(dǎo)地位。目前，目前，水基壓裂液在生產(chǎn)中的應(yīng)用依然廣泛水基壓裂液在生產(chǎn)中的應(yīng)用依然廣泛，占，占70%以上。以上。壓裂液的發(fā)展歷程壓裂液的發(fā)展歷程水基壓裂液水基壓裂液 水基壓裂液水基壓裂液的發(fā)展經(jīng)歷了活性水壓裂液、

13、稠化水壓裂液、水的發(fā)展經(jīng)歷了活性水壓裂液、稠化水壓裂液、水基凍膠壓裂液三個(gè)階段?；鶅瞿z壓裂液三個(gè)階段。 (1)活性水壓裂液活性水壓裂液:是表面活性劑的稀的水溶液。是表面活性劑的稀的水溶液。 (2)稠化水壓裂液稠化水壓裂液：是以稠化劑及表面活性劑配制的粘稠水溶：是以稠化劑及表面活性劑配制的粘稠水溶液，即增稠了的活性水壓裂液。液，即增稠了的活性水壓裂液。 (3)水凍膠壓裂液水凍膠壓裂液：是用交聯(lián)劑將溶于水的增稠劑高分子進(jìn)：是用交聯(lián)劑將溶于水的增稠劑高分子進(jìn)行不完全交聯(lián)，使具有線性結(jié)構(gòu)的高分子水溶液變成線型和網(wǎng)狀行不完全交聯(lián)，使具有線性結(jié)構(gòu)的高分子水溶液變成線型和網(wǎng)狀體型結(jié)構(gòu)混存的高分子水凍膠。其中

14、亦添加了表面活性劑。它實(shí)體型結(jié)構(gòu)混存的高分子水凍膠。其中亦添加了表面活性劑。它實(shí)際上就是交聯(lián)了的稠化水壓裂液。際上就是交聯(lián)了的稠化水壓裂液。因?yàn)榧羟忻舾?、溫度穩(wěn)定性差只適因?yàn)榧羟忻舾?、溫度穩(wěn)定性差只適用于低溫、淺井、低砂量和低砂比用于低溫、淺井、低砂量和低砂比的小型解堵性壓裂。的小型解堵性壓裂。解決了線型壓裂液進(jìn)行高溫深井壓解決了線型壓裂液進(jìn)行高溫深井壓裂施工引起的剪切敏感、溫度穩(wěn)定裂施工引起的剪切敏感、溫度穩(wěn)定性差等許多問題。性差等許多問題。水水基基壓壓裂裂液液線型壓裂液線型壓裂液交聯(lián)壓裂液交聯(lián)壓裂液活性水壓裂液活性水壓裂液稠化水壓裂液稠化水壓裂液水凍膠壓裂液水凍膠壓裂液 水基壓裂液主要由瓜

15、爾膠作為稠化劑，并加入其它添加劑水基壓裂液主要由瓜爾膠作為稠化劑，并加入其它添加劑組成，具有價(jià)廉、安全、可操作性強(qiáng)、綜合性能好、運(yùn)用組成，具有價(jià)廉、安全、可操作性強(qiáng)、綜合性能好、運(yùn)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。 院主要產(chǎn)品：院主要產(chǎn)品： 瓜爾膠在食品中可作為增稠劑、粘合劑、懸混劑和穩(wěn)定瓜爾膠在食品中可作為增稠劑、粘合劑、懸混劑和穩(wěn)定劑用于罐裝食品、調(diào)味品、甜食、餡餅添料、乳制品、軟劑用于罐裝食品、調(diào)味品、甜食、餡餅添料、乳制品、軟飲料、方便面等產(chǎn)品中飲料、方便面等產(chǎn)品中, ,起到增稠、穩(wěn)定、保水、絮凝等起到增稠、穩(wěn)定、保水、絮凝等作用。作用。 由于瓜爾膠的非離子性，膠液一般不受陰、陽(yáng)離子的由于

16、瓜爾膠的非離子性，膠液一般不受陰、陽(yáng)離子的影響，不產(chǎn)生鹽析現(xiàn)象。膠液均勻、光滑、透明而且具有影響，不產(chǎn)生鹽析現(xiàn)象。膠液均勻、光滑、透明而且具有很強(qiáng)的韌性、延展性、分散性和絮凝性；并且耐剪切性強(qiáng)很強(qiáng)的韌性、延展性、分散性和絮凝性；并且耐剪切性強(qiáng)，具有很好的機(jī)械性能和穩(wěn)定性因此瓜爾膠廣泛應(yīng)用于印，具有很好的機(jī)械性能和穩(wěn)定性因此瓜爾膠廣泛應(yīng)用于印染、石化、冶金、造紙、建筑、酶制劑、制藥行業(yè)。染、石化、冶金、造紙、建筑、酶制劑、制藥行業(yè)。壓裂液的關(guān)鍵壓裂液的關(guān)鍵 壓裂液粘度控制壓裂液粘度控制是獲得最佳壓裂效果的最重要前提條是獲得最佳壓裂效果的最重要前提條件之一。件之一。 壓裂液的粘度控制大體分為壓裂液

17、的粘度控制大體分為泵送入井泵送入井、造縫造縫和和排液排液三三個(gè)階段。由于不同階段的粘度控制直接影響到最終的壓裂個(gè)階段。由于不同階段的粘度控制直接影響到最終的壓裂效果，因而不同階段對(duì)壓裂液粘度特性的要求也就不同。效果，因而不同階段對(duì)壓裂液粘度特性的要求也就不同。壓裂液的關(guān)鍵壓裂液的關(guān)鍵相應(yīng)階段的壓裂液粘度控制應(yīng)滿足以下要求：相應(yīng)階段的壓裂液粘度控制應(yīng)滿足以下要求： 泵送階段泵送階段的壓裂液初始粘度控制在的壓裂液初始粘度控制在滿足懸砂滿足懸砂和和低摩阻低摩阻的適中的適中水平；水平；造縫階段造縫階段的壓裂液粘度盡可能達(dá)到的壓裂液粘度盡可能達(dá)到最大造縫能力的高水平最大造縫能力的高水平；排液階段排液階段

18、的水化液粘度降到的水化液粘度降到最低水平最低水平。從而獲得最佳的壓裂。從而獲得最佳的壓裂效果。效果。配液方式：配液方式： 1.固定式配液站固定式配液站 2.移動(dòng)式配液車移動(dòng)式配液車固定式配液站固定式配液站 這是傳統(tǒng)配制壓裂液的方法，在一個(gè)固定的廠房?jī)?nèi)，這是傳統(tǒng)配制壓裂液的方法，在一個(gè)固定的廠房?jī)?nèi)，在能容納上百立方米的大池子加入水和膠粉配制，配制在能容納上百立方米的大池子加入水和膠粉配制，配制的壓裂液需在池內(nèi)停放充分溶脹才能達(dá)到要求的壓裂液的壓裂液需在池內(nèi)停放充分溶脹才能達(dá)到要求的壓裂液黏度，然后再通過罐車運(yùn)至壓裂現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工。該配液黏度，然后再通過罐車運(yùn)至壓裂現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工。該配液站應(yīng)盡可能離壓

19、裂現(xiàn)場(chǎng)近。采用這種方法混配的壓裂液站應(yīng)盡可能離壓裂現(xiàn)場(chǎng)近。采用這種方法混配的壓裂液中膠粉的分散不均勻，壓裂液存在粉包團(tuán)的現(xiàn)象、泡沫中膠粉的分散不均勻，壓裂液存在粉包團(tuán)的現(xiàn)象、泡沫多；配制時(shí)間長(zhǎng)，質(zhì)量不能保證，在存放和運(yùn)輸?shù)倪^程多；配制時(shí)間長(zhǎng)，質(zhì)量不能保證，在存放和運(yùn)輸?shù)倪^程中，壓裂液黏度降解嚴(yán)重，如不能及時(shí)使用，壓裂液將中，壓裂液黏度降解嚴(yán)重，如不能及時(shí)使用，壓裂液將全部損失掉。所以存在弊端，但目前仍然在大量使用。全部損失掉。所以存在弊端，但目前仍然在大量使用。大慶油田高平配液站大慶油田高平配液站大慶油田高平配液站大慶油田高平配液站移動(dòng)式配液車移動(dòng)式配液車 隨著目前石油開采野外施工任務(wù)的逐漸增

20、多，壓裂隨著目前石油開采野外施工任務(wù)的逐漸增多，壓裂現(xiàn)場(chǎng)可能會(huì)距離配液站很遠(yuǎn)，如采用現(xiàn)場(chǎng)快速配液，配現(xiàn)場(chǎng)可能會(huì)距離配液站很遠(yuǎn)，如采用現(xiàn)場(chǎng)快速配液，配合作業(yè)大隊(duì)隨時(shí)在野外進(jìn)行施工，將加強(qiáng)油田壓裂施工合作業(yè)大隊(duì)隨時(shí)在野外進(jìn)行施工，將加強(qiáng)油田壓裂施工的機(jī)動(dòng)性，不再受傳統(tǒng)壓裂液配制方法的限制。的機(jī)動(dòng)性，不再受傳統(tǒng)壓裂液配制方法的限制。移動(dòng)式配液車移動(dòng)式配液車目前該技術(shù)已用于大慶油田，吉林油田，遼河油田，延長(zhǎng)油目前該技術(shù)已用于大慶油田，吉林油田，遼河油田，延長(zhǎng)油田，克拉瑪依油田。田，克拉瑪依油田。壓裂液配液技術(shù)壓裂液配液技術(shù) 壓裂液質(zhì)量好和配液速度快是高效配液技術(shù)的兩個(gè)特點(diǎn)壓裂液質(zhì)量好和配液速度快是高效

21、配液技術(shù)的兩個(gè)特點(diǎn)。提高壓裂液質(zhì)量的技術(shù)路線是：消除水包粉團(tuán)又稱魚眼（。提高壓裂液質(zhì)量的技術(shù)路線是：消除水包粉團(tuán)又稱魚眼（魚眼是水粉混合不均勻的產(chǎn)物，表現(xiàn)為許多懸浮在基液中的魚眼是水粉混合不均勻的產(chǎn)物，表現(xiàn)為許多懸浮在基液中的水包粉團(tuán)）、增加原料混合均勻性、提高原料添加精確度。水包粉團(tuán)）、增加原料混合均勻性、提高原料添加精確度。配液效率則從加快基液黏度釋放速度和發(fā)液速度人手。配液效率則從加快基液黏度釋放速度和發(fā)液速度人手。 壓裂液快速配制的三大核心工藝及裝置：壓裂液快速配制的三大核心工藝及裝置： 均勻混合工藝：研制一種高速射流裝置，保證水和均勻混合工藝：研制一種高速射流裝置，保證水和膠粉迅速均勻混合，不產(chǎn)生水包粉的現(xiàn)象并釋放的黏度。膠粉迅速均勻混合，不產(chǎn)生水包粉的現(xiàn)象并釋放的黏度。 黏度充分釋放：研制一種幫助膠粉黏度快速釋放的靜黏度充分釋放：研制一種幫助膠粉黏度快速釋放的靜態(tài)分散裝置，保證壓裂液的充分溶脹，瞬間達(dá)到最佳釋放態(tài)分散裝置，保證壓裂液的充分溶脹，瞬間達(dá)到最佳釋放狀態(tài)。狀態(tài)。 連續(xù)配制工藝：研制一種能連續(xù)高速攪拌裝置，以保連續(xù)配制工藝：研制一種能連續(xù)高速攪拌裝置，以保證壓裂液的連續(xù)配制，黏度更好地釋放。證壓裂液的連續(xù)配制，黏度更好地釋放。均勻混合工藝技術(shù)均勻混合工藝技術(shù) 1