水力壓裂設(shè)計(jì)PPT課件

1、背景背景垂直井單相油流 產(chǎn)量公式SrrBpphCkqwewfro21ln)(000 對(duì)具體井，地層條件( ko, h)、流體性質(zhì)( o, Bo)和井特性( re, rw )已經(jīng)確定。提高產(chǎn)量的措施: 注水保持地層壓力; 人工舉升降低井底流動(dòng)壓力; 對(duì)于低滲透儲(chǔ)層：水力壓裂第1頁/共110頁第一節(jié) 水力壓裂概述水力壓裂示意圖壓裂材料：壓裂液和支撐劑施工參數(shù)：排量和壓力壓裂設(shè)備：泵車(組)、液罐、砂車、儀表車第2頁/共110頁力學(xué)觀點(diǎn)：裂縫形成與延伸是力學(xué)行為。生產(chǎn)角度：裂縫方位與形態(tài)影響壓裂改造效果 問題：(1) 儲(chǔ)層應(yīng)力環(huán)境地應(yīng)力場(chǎng)(2) 水力裂縫方位(3) 破裂壓裂計(jì)算與預(yù)測(cè)基本思路：注水井

2、采油井 第3頁/共110頁地應(yīng)力 存在于地殼內(nèi)部的應(yīng)力，是由于地殼內(nèi)部的垂直運(yùn)動(dòng)和水平運(yùn)動(dòng)及其它因素綜合作用引起介質(zhì)內(nèi)部單位面積上的作用力。 地下巖石應(yīng)力狀態(tài)：為三向不等壓壓縮狀態(tài).x（x）y (y)z (z) 主應(yīng)力: x ， y， z ; 應(yīng)變: x， y， z第二節(jié)、地應(yīng)力分析與破裂壓力1 1 地應(yīng)力場(chǎng)第4頁/共110頁原地應(yīng)力：重力應(yīng)力 構(gòu)造應(yīng)力 孔隙流體壓力 熱應(yīng)力 地應(yīng)力構(gòu)成：原地應(yīng)力 + 擾動(dòng)應(yīng)力。 第5頁/共110頁 其中：r(h) 為上覆巖層密度，由密度測(cè)井曲線獲得。(1) 重力應(yīng)力（上覆壓力）Hrzgdhh06)(10szzp 為Boit孔隙彈性常數(shù)。 有效垂向應(yīng)力為第6頁

3、/共110頁)(E1 zyxxzxyxxx由廣義虎克定律計(jì)算總應(yīng)變研究對(duì)象：地層中任意單元體。)(E1 xzyyxyzyyy第7頁/共110頁由于泊松效應(yīng)，垂向應(yīng)力產(chǎn)生的側(cè)向壓力zyxyx10 巖石類型 楊氏模量，104MPa 泊 松 比 巖石類型 楊氏模量，104MPa 泊 松 比 硬砂巖 4.4 0.15 礫巖 7.4 0.21 中硬砂巖 2.1 0.17 白云巖 4.08.4 0.25 軟砂巖 0.3 0.20 花崗巖 2.06.0 0.25 硬灰?guī)r 7.4 0.25 泥巖 2.05.0 0.35 中硬灰?guī)r - 0.27 頁巖 1.03.5 0.30 軟灰?guī)r 0.8 0.30 煤 1.0

4、2.0 0.30 第8頁/共110頁(2) 構(gòu)造應(yīng)力定義：地殼的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的巖體之間的相互作用力。是地應(yīng)力的一個(gè)分量。來源：各種構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，包括： 區(qū)域構(gòu)造巨大構(gòu)造單元間的相互作用力； 局部構(gòu)造產(chǎn)生于局部地區(qū)巖體之間。如斷層、巖層彎曲等。A B C第9頁/共110頁特點(diǎn) 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(yùn)動(dòng)的邊界影響使其在傳播過程中逐漸衰減。第10頁/共110頁 斷層和裂縫發(fā)育區(qū) 正斷層，水平應(yīng)力x可能只有垂向應(yīng)力z的1/3。右旋走向滑動(dòng)斷層正斷層逆斷層 逆斷層或褶皺帶的水平應(yīng)力可大到 z的3倍。第11頁/共110頁(3) 熱應(yīng)力 原

5、因：地層溫度變化引起的內(nèi)應(yīng)力增量。 計(jì)算方法1TETyx特點(diǎn)：與溫度變化、巖石力學(xué)性質(zhì)有關(guān)產(chǎn)生環(huán)境：火燒油層、注蒸汽開采、注水第12頁/共110頁2 2 人工裂縫方位原理：裂縫面垂直于最小主應(yīng)力方向當(dāng)z最小時(shí)，形成水平裂縫；當(dāng)Y或xz，形成垂直裂縫。yxxyz第13頁/共110頁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； 基本上沿微裂縫方向發(fā)展，把微裂縫串成顯裂縫第14頁/共110頁y二、水力壓裂造縫機(jī)理1 1 井壁最終應(yīng)力分布rxrRwxy第15頁/共110頁 (4) (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121)()3(s

6、iixyPPP第16頁/共110頁2 2 水力壓裂造縫條件(1) 形成垂直縫巖石破壞條件ht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(qiáng)度第17頁/共110頁有液體滲濾ixxyyPPsPshtsisixyPPPP121)()( 23當(dāng)破裂時(shí)，Pi=PFshtxyFPP12123第18頁/共110頁無液體滲濾PshtsixyPP)(3當(dāng)破裂時(shí)，Pi=PFshtxyFPP3htsisixyPPPP121)()( 23第19頁/共110頁(2) 形成水平縫巖石破壞條件vt最大有效周向應(yīng)力大于垂直方向抗拉強(qiáng)度第20頁/共110頁有液體滲濾121)(sizzPP有效總垂向應(yīng)力為：vtsizsiizi

7、zzPPPPPP121)( 121)( 第21頁/共110頁svtzFPP1211當(dāng)破裂時(shí)，Pi=PF1.94第22頁/共110頁無液體滲濾szzP有效總垂向應(yīng)力為：vtsizizzPPP)( vtsizsiizizzPPPPPP121)( 121)( 第23頁/共110頁svtzFPP1當(dāng)破裂時(shí)，Pi=PF0.94第24頁/共110頁3 3 破裂壓力梯度定義HPF理論計(jì)算(垂直裂縫形態(tài))HpvvHvvHpszFF13112礦場(chǎng)統(tǒng)計(jì)當(dāng)F 0.0220.025 MPa/m, 形成水平裂縫第25頁/共110頁三、 地應(yīng)力的測(cè)量及計(jì)算（1） 礦場(chǎng)測(cè)量 水力壓裂法 井眼橢圓法（井壁崩落法）（2）巖心分

8、析（實(shí)驗(yàn)室） 滯彈性應(yīng)變恢復(fù) （ASR） 微差應(yīng)變分析 （DSCA）（4） 有限元計(jì)算（3） 測(cè)井解釋第26頁/共110頁第三節(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(dòng)性 壓裂液的濾失性 壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害 壓裂液選擇第27頁/共110頁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28頁/共110頁對(duì)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?jiān)?、易返?；(6) 熱穩(wěn)定性和抗剪切穩(wěn)定性 。第29頁/共110頁壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害壓裂液在

9、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)地層的傷害第30頁/共110頁壓裂液液體污染 (1) 粘土水化與微粒運(yùn)移 (2) 壓裂液在孔隙中的滯留（3）潤(rùn)濕性 第31頁/共110頁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(duì)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(duì)地層的傷害；它又要堵塞地層及裂縫內(nèi)孔隙和喉道，增強(qiáng)了乳化液的界面膜厚度而難破膠。第32

10、頁/共110頁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(duì)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(shí)不可能用常規(guī)破膠劑用量實(shí)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33頁/共110頁第四節(jié) 水力壓裂設(shè)計(jì)模型裂縫延伸二維模型 卡特模型 Carter， 1957年 GDK 模型 Christianovich、Geertsma、Deklerk PKN 模型 Perkins和Kern 提出, Norgren完善裂縫延伸三維模型第34頁/共110頁一、卡特模型1 1 幾何模型HfLfWf第35

11、頁/共110頁2 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(diǎn)的濾失速度取決于此點(diǎn)暴露于液體中的時(shí)間, 即:(4)地層中各點(diǎn)速度函數(shù)相同。(5)裂縫中各點(diǎn)壓力相同, 均等于井底的延伸壓力。)(/)(xtctV第36頁/共110頁3 3 計(jì)算公式 忽略壓縮性，由物質(zhì)平衡： Q(t)=QL(t)+QF(t) 用拉氏變換, 最終得裂縫面積公式: 12)(4)(22xXxerfceCQWtAxWtCX2SpWtCX22第37頁/共110頁YYYYYxerfcex2552. 00.2849- 4235. 14552. 10629. 1)(23452XY328.

12、011HAL2第38頁/共110頁二、 GDK GDK 模型1 幾何模型Khristianovich、 Geertsma、Deklerk DaneshyW(x,t)L(t)H第39頁/共110頁2 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(dòng), 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(dòng)能和勢(shì)能影響。(5)裂縫高度和施工排量恒定。第40頁/共110頁3 3 理論基礎(chǔ) 運(yùn)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(shí), 還運(yùn)用了裂縫平衡延伸理論。 此模型是現(xiàn)在最常用的

13、兩個(gè)二維延伸模型之一。第41頁/共110頁4 4 計(jì)算公式316133613)1 ()168(), 0(tGHQtW2)(1), 0(),(LxtWtxW第42頁/共110頁)(12 8), 0(3222erfceVtWHCQLSPSPVtWtC8), 0(8式中第43頁/共110頁三、 PKN PKN 模型1 1 幾何模型 Perkins & Kern NorgrenL(t)W(x,z,t)H第44頁/共110頁2 2 假設(shè)條件(1)裂縫為垂直裂縫, 其高度恒定。(2)裂縫高度方向上為橢圓面, 其橫截面最大寬度滿足Sneddon方程: W(x,t)=2(1-2 )(p-)H/E(3)

14、施工排量恒定(4)長(zhǎng)度方向的變化采用物質(zhì)平衡原理求得(5)裂縫前端液體壓力等于地層最小水平主應(yīng)力。第45頁/共110頁3 3 計(jì)算公式 壓降方程HWQdxdP364 最終得長(zhǎng)度方程tHCQL2 寬度方程81412413)1()128(), 0(tGHCQtW4122)(1 )arcsin(), 0(),(LxLxLxLxtWtxW第46頁/共110頁四、 GDK GDK 和PKNPKN模型的比較PKN 模型與模型與 GDK 模型特征比較模型特征比較 項(xiàng)目項(xiàng)目 PKN 模型模型 GDK 模型模型 幾何幾何 形狀形狀 垂直剖面為橢園形垂直剖面為橢園形 水平剖面為水平剖面為(2n+2)次拋物線形次拋

15、物線形 裂縫長(zhǎng)而窄裂縫長(zhǎng)而窄 垂直剖面為矩形垂直剖面為矩形 水平剖面為橢園形水平剖面為橢園形 裂縫短而寬裂縫短而寬 應(yīng)變應(yīng)變 平面應(yīng)變發(fā)生于垂直剖面，層間無滑動(dòng)平面應(yīng)變發(fā)生于垂直剖面，層間無滑動(dòng) 裂縫張開在垂直剖面求解裂縫張開在垂直剖面求解 平面應(yīng)變主要發(fā)生于水平剖面，層間有滑動(dòng)平面應(yīng)變主要發(fā)生于水平剖面，層間有滑動(dòng) 裂縫張開在水平剖面求解裂縫張開在水平剖面求解 壓力壓力 行為行為 井底壓力隨時(shí)間增加而升高，隨縫長(zhǎng)增加井底壓力隨時(shí)間增加而升高，隨縫長(zhǎng)增加 P(t) te，321441nen 井底壓力隨施工時(shí)間逐漸降低， 隨縫長(zhǎng)增加而井底壓力隨施工時(shí)間逐漸降低， 隨縫長(zhǎng)增加而遞減遞減 P(t)

16、t , 31 PKN 與與 GDK 模型適用范圍模型適用范圍 模型模型 PKN 模型模型 GDK 模型模型 井底壓力井底壓力 垂向延伸受限，縫長(zhǎng)延伸快，井底壓力增加垂向延伸受限，縫長(zhǎng)延伸快，井底壓力增加 垂向延伸與徑向延伸相近，使井底壓力降低垂向延伸與徑向延伸相近，使井底壓力降低 儲(chǔ)層深度儲(chǔ)層深度 大于大于 1000m (不易產(chǎn)生層間滑動(dòng)不易產(chǎn)生層間滑動(dòng)) 小于小于 1000m （容易產(chǎn)生層間滑動(dòng)）（容易產(chǎn)生層間滑動(dòng)） 井的類型井的類型 油井（符合壓力行為）油井（符合壓力行為） 氣井（符合壓力行為）氣井（符合壓力行為） 油氣層油氣層 地應(yīng)力差大于地應(yīng)力差大于 13.8MPa，遮擋良好的薄層，遮

17、擋良好的薄層 塊狀厚油層或長(zhǎng)射孔段井塊狀厚油層或長(zhǎng)射孔段井 施工參數(shù)施工參數(shù) 低粘高濾失壓裂液低粘高濾失壓裂液, 小排量注液小排量注液, 施工規(guī)模大施工規(guī)模大 高粘低濾失壓裂液高粘低濾失壓裂液, 大排量注液大排量注液,施工規(guī)模小施工規(guī)模小 第47頁/共110頁第五節(jié) 支撐劑輸送 支撐劑的沉降特性 沉降布砂設(shè)計(jì) 懸浮布砂設(shè)計(jì)第48頁/共110頁受力分析 固體顆粒的重力 流體對(duì)固體顆粒的浮力 顆粒的運(yùn)動(dòng)阻力重力浮力阻力顆粒一、 支撐劑的沉降特性 1 1 單顆粒自由沉降速度概念 自由沉降 干擾沉降第49頁/共110頁重力浮力阻力gdFPPg36gdFfPb362228 21PPfDPfDdUdCAU

18、CF重力浮力阻力顆粒第50頁/共110頁213)(4fDfPpPCgdU F=Fg-Fb當(dāng)FFd時(shí) CD與雷諾數(shù)有關(guān)，雷諾數(shù)與UP有關(guān)fPpUdNRe第51頁/共110頁雷雷諾諾數(shù)數(shù)與與阻阻力力系系數(shù)數(shù)和和濃濃度度校校正正系系數(shù)數(shù)的的關(guān)關(guān)系系 NRep 流流態(tài)態(tài) 阻阻力力系系數(shù)數(shù)CD 自自由由沉沉降降速速度度vp 濃濃度度校校正正系系數(shù)數(shù)fc 2 層層流流 24/NRep 18/2gdfpp Cf 5.5 (2,500) 過過渡渡流流 18.5/Nrep0.6 43.029.044.171.034.20ffpdp Cf 3.5 500 紊紊流流(湍湍流流) 0.44 ffpdpg/)(74.

19、1 Cf 2 注注：1. 希希勒勒與與諾諾曼曼建建議議NRep(0.2,1000)時(shí)時(shí)，)15. 01 (/24687. 01REPREPDNNC； 2. 支支撐撐劑劑在在冪冪律律液液中中的的沉沉降降速速度度，用用視視粘粘度度代代替替進(jìn)進(jìn)行行計(jì)計(jì)得得即即可可。 3. Cf 為為砂砂液液混混合合物物中中液液體體所所占占體體積積分分?jǐn)?shù)數(shù)，相相當(dāng)當(dāng)于于孔孔隙隙度度。 第52頁/共110頁Novotny公式 當(dāng)NRe2時(shí) UH/UP=5.5 當(dāng) 2 Nr e 5 0 0 時(shí) UH/UP=3.5 當(dāng) NRe 500時(shí) UH/UP=22 2 干擾沉降Brown 公式)1(10/ 82.12PHUU第53頁

20、/共110頁3 3 壁面影響543)(0644.0)(131.0 )(147.0)(6526.01WdPWdPWdPWdPFW當(dāng) NRe1當(dāng) NRe10023)2(1WdPFW當(dāng) 1Nre100 用內(nèi)插法求FW第54頁/共110頁4 4 顆粒形狀對(duì)沉降速度的影響 支撐劑顆粒是不規(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(duì)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55頁/共110頁支撐劑在冪律液體中的沉降用視粘度a代替 12118)(nfPPPnaDKgdUDK第56頁/共110頁思路支撐劑在裂縫高度

21、上的分布平衡流速、平衡高度的計(jì)算砂堤的堆起速度平衡時(shí)間二、沉降型布砂設(shè)計(jì)第57頁/共110頁1 1 支撐劑在裂縫高度上的分布 概念：平衡狀態(tài) 平衡流速 平衡高度顆粒濃度分布(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) 分析第58頁/共110頁2 2 平衡流速與阻力流速平衡流速HEQhEQVEQ)2Q(Q EQEQWhQVEQEQHHh0平衡高度 67.160EQEQWVQHH第59頁/共110頁問題 1 阻力速度的定義2 區(qū)別牛頓流體和非牛頓流體的計(jì)算公式3 復(fù)習(xí)濕周與過流面積的關(guān)系4 區(qū)別層流和紊流下阻力速度與平衡流速的關(guān)系5 砂堤堆起速度與流速和平衡流速的

22、關(guān)系6 砂堤堆起高度與時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系7 平衡時(shí)間的計(jì)算方法第60頁/共110頁 例例6-3 6-3 牛頓型壓裂液粘度f=30mPa.s，密度f=1000kg/m3；石英砂支撐劑顆粒密度s=2650kg/m3，平均粒徑dp=1.14310-3m，砂比S=10%；裂縫高度Hf=10m，裂縫寬度w=4.7610-3m；試計(jì)算雙翼裂縫中排量Q為0.8和2.0m3/min時(shí)的平衡高度和平衡時(shí)間。第61頁/共110頁解 (1) 計(jì)算支撐劑沉降速度 假設(shè)支撐劑沉降處于層流狀態(tài)，按表6-8中公式計(jì)算自由沉降速度，vp=0.039m/s。 校核流態(tài)：顆粒雷諾數(shù)NRep=1.49 3000 , 故平衡流速為vEQ

23、 = 3.88m/s第63頁/共110頁(4) 計(jì)算砂堤平衡高度 平衡時(shí)流動(dòng)斷面高度： mhQEQ36. 08 . 0 mhQEQ90. 00 . 2 平衡時(shí)砂堤高度： mHQEQ64. 98 . 0 mHQEQ10. 90 . 2 (5) 計(jì)算平衡時(shí)間 按公式求系數(shù) k 38 . 01012. 1Qk 30 . 21035. 1Qk 按公式求系數(shù) k 48 . 01052. 4Qk 40 . 21077. 5Qk 平衡時(shí)間： min3923498 . 0stQEQ min3621600 . 2stQEQ 第64頁/共110頁三、全懸浮布砂設(shè)計(jì)技術(shù)背景研究目的1. 計(jì)算縫內(nèi)砂比沿縫長(zhǎng)變化基礎(chǔ)上

24、，找出滿足設(shè)計(jì)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65頁/共110頁1 1 假設(shè)條件2 2 計(jì)算單元?jiǎng)澐?設(shè)攜砂液?jiǎn)卧w積為P，則泵入時(shí)間為 t=P/Q3 3 濾失計(jì)算 濾失百分?jǐn)?shù)（t時(shí)間后） i=濾失Fi/F Fi 濾失體積 F 單元體積濾失后的剩余體積第66頁/共110頁濾失體積tWFtC2VltWCtFtWFtC212i 濾失百分?jǐn)?shù) i=濾失Fi/F Fi 濾失體積 F 單元體積濾失后的剩余體積第67頁/共110頁4 4 裂縫體積計(jì)算 注入單元體積P=剩余體積F+濾失體積Fi i)F(1 iFFPiPF1 利用計(jì)算復(fù)利的方法，n次濾失后的剩余體積 niPF)1

25、 ( 第68頁/共110頁nnSiPSCiPPSCPC)1()1(nSnStWCtCiCPSC)21 ()1 (因此，已知縫內(nèi)砂濃度，可確定相應(yīng)的地面砂濃度第69頁/共110頁分析： S越小，濾失次數(shù)越多，要求地面加入的砂濃度越小SSPSTtSSWCtCPSC)(21 (用ST-S代替n SSSTtWCtCPSC)21( 考慮濾失速度隨注入液量而變化 第70頁/共110頁5 5 支撐裂縫幾何尺寸停泵時(shí)的裂縫體積(即剩余體積) tSSWCtSVVPTTTF)2(21支撐裂縫長(zhǎng)度支撐裂縫寬度 第71頁/共110頁說明：全懸浮式砂子分布應(yīng)用 懸浮壓裂液適合于低滲透儲(chǔ)層，因?yàn)檫@里并不需要很高的裂縫導(dǎo)流

26、能力就能獲得較好的增產(chǎn)效果。 優(yōu)點(diǎn)：支撐面積大 缺點(diǎn)：導(dǎo)流能力不及沉降式砂子分布 具體分析，擇優(yōu)采用改善支撐劑在裂縫中分布的方法第72頁/共110頁第六節(jié) 水力壓裂效果分析 工藝效果：評(píng)價(jià)所實(shí)施壓裂工藝技術(shù)的適應(yīng)性和有效性 開發(fā)效果：評(píng)價(jià)水力壓裂在油田改造中的作用 經(jīng)濟(jì)效益分析：尋求壓裂提高技術(shù)水平和改善其經(jīng)營(yíng)管理的基本途徑第73頁/共110頁一、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(shí)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74頁/共110頁1 McGuire & Siko

27、ra1 McGuire & Sikora圖版 縱坐標(biāo)為增產(chǎn)倍比 Akwkxff4010471. 240wefrrJJy472.0ln13.70橫坐標(biāo)為：第75頁/共110頁 a. 對(duì)低滲透儲(chǔ)層（k0.510-3m2. 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615%才值得壓裂；若儲(chǔ)層厚度大，最低孔隙度為67%。5) 高污染井：壓裂作業(yè)只能改善受污染的表皮效應(yīng)。第85頁/共110頁二、確定入井材料1 1優(yōu)選壓裂液體系(1) 篩選基本添加劑（增稠劑、交聯(lián)劑、破膠劑），配制適合本井的凍膠交聯(lián)體系。(2) 篩選與目的層配伍性好的粘土穩(wěn)定劑、潤(rùn)濕劑、破乳劑、防

28、蠟劑等添加劑系列。(3) 篩選適合現(xiàn)場(chǎng)施工的耐溫劑、防腐劑、消泡劑、降阻劑、降濾劑、助排劑、pH值調(diào)節(jié)劑、發(fā)泡劑和轉(zhuǎn)向劑等。(4) 對(duì)選擇的壓裂液，在室內(nèi)模擬井下溫度、剪切速率、剪切歷程、階段攜砂液濃度來測(cè)定其流變性及摩阻系數(shù)，并按石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面評(píng)定。2 2選擇支撐劑 依據(jù)目的層閉合壓力選擇支撐劑類型，并按石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其性能進(jìn)行全面評(píng)定，通過選擇支撐劑粒徑，鋪砂濃度和加砂方式滿足閉合壓力下無因次導(dǎo)流能力要求。第86頁/共110頁壓 裂 設(shè) 計(jì) 主 要 輸 入 參 數(shù) 一 覽 表參 數(shù) 名 稱獲 取 方 法用 途儲(chǔ)層參數(shù)地 層 壓 力閉 合 壓 力延 伸 壓 力破 裂 壓 力儲(chǔ) 層 溫

29、度有 效 滲 透 率孔 隙 度飽 和 度 分 布儲(chǔ) 層 厚 度傷 害 半 徑傷 害 滲 透 率水 平 主 應(yīng) 力 *楊 氏 模 量 *泊 松 比 *斷 裂 韌 性 值 *天 然 裂 縫流 體 粘 度體 積 系 數(shù)壓 縮 系 數(shù)巖 石 硬 度試 井 、 生 產(chǎn) 分 析 、 鄰 井 對(duì) 比注 入 -返 排 試 驗(yàn) ， 注 入 -關(guān) 井 測(cè) 試階 梯 式 注 入 試 驗(yàn) 、 經(jīng) 驗(yàn) 公 式理 論 計(jì) 算 、 試 驗(yàn) 測(cè) 試 、 測(cè) 井井 溫 測(cè) 井 、 經(jīng) 驗(yàn) 估 計(jì)試 井 、 生 產(chǎn) 分 析 、 巖 心 測(cè) 試 、 數(shù) 值 模 擬巖 心 測(cè) 試 、 測(cè) 井 解 釋巖 心 分 析巖 心 資 料 分

30、析 、 試 油 與 測(cè) 井 解 釋試 井試 井ASR、 DSCA、 LSDS、 壓 裂 測(cè) 試 、 有 限 元巖 心 實(shí) 驗(yàn) 、 長(zhǎng) 源 距 聲 波 測(cè) 井 ， 由 巖 性 估 計(jì)同 上巖 心 實(shí) 驗(yàn)測(cè) 井PV T 分 析 、 經(jīng) 驗(yàn) 相 關(guān) 式PV T 分 析 、 經(jīng) 驗(yàn) 相 關(guān) 式同 上同 上選 井 選 層 、 選 壓 裂 液 、 預(yù) 測(cè) 效 果選 擇 支 撐 劑 、 壓 力 降 落 解 釋模 擬 裂 縫 三 維 延 伸確 定 管 柱 結(jié) 構(gòu) , 井 口 裝 置 , 裂 縫 形 態(tài)選 擇 壓 裂 液 與 添 加 劑 ， 影 響 壓 裂 液 參 數(shù)壓 裂 規(guī) 模 、 濾 失 ,支 撐 劑 參

31、 數(shù) , 預(yù) 測(cè) 產(chǎn) 量計(jì) 算 濾 失 ， 預(yù) 測(cè) 產(chǎn) 量評(píng) 價(jià) 壓 后 效 果選 井 層 、 評(píng) 價(jià) 壓 裂 效 果評(píng) 價(jià) 壓 后 效 果評(píng) 價(jià) 壓 后 效 果影 響 幾 何 尺 寸 ， 決 定 裂 縫 形 態(tài)影 響 裂 縫 幾 何 尺 寸同 上同 上影 響 裂 縫 方 位 和 最 優(yōu) 縫 長(zhǎng)試 井 解 釋 、 計(jì) 算 濾 失 、 預(yù) 測(cè) 生 產(chǎn) 動(dòng) 態(tài)計(jì) 算 濾 失計(jì) 算 濾 失預(yù) 測(cè) 生 產(chǎn) 動(dòng) 態(tài)壓裂液參數(shù)密 度稠 度 系 數(shù)流 態(tài) 指 數(shù)濾 失 系 數(shù)初 濾 失減 阻 率降 解 溫 度排 量密 度 計(jì)Fann 系 列 或 RV 系 列 旋 轉(zhuǎn) 粘 度 計(jì)同 上濾 失 儀濾 失 儀實(shí)

32、驗(yàn)設(shè) 計(jì) 值 （ 受 多 種 因 素 影 響 ）計(jì) 算 井 筒 靜 液 壓 力 ， 影 響 支 撐 劑 沉 降影 響 裂 縫 尺 寸 ， 支 撐 劑 的 沉 降 運(yùn) 移同 上影 響 裂 縫 尺 寸 和 施 工 規(guī) 模同 上計(jì) 算 井 筒 摩 阻選 擇 壓 裂 液 , 壓 后 壓 力 分 析 解 釋計(jì) 算 裂 縫 幾 何 尺 寸 和 支 撐 劑 運(yùn) 移 分 布支撐劑參數(shù)密 度粒 徑球 形 度加 砂 濃 度導(dǎo) 流 能 力常 規(guī) 方 法篩 分目 測(cè) 法 、 圖 象 比 較 法設(shè) 計(jì) 值設(shè) 計(jì) 值影 響 支 撐 劑 輸 送影 響 支 撐 劑 輸 送 與 裂 縫 導(dǎo) 流 能 力影 響 支 撐 劑 輸 送

33、影 響 砂 堤 剖 面 和 導(dǎo) 流 能 力影 響 增 產(chǎn) 效 果第87頁/共110頁三、水力壓裂設(shè)計(jì)計(jì)算1.1.施工排量必須大于地層的吸液能力Q吸考慮所需壓裂液量考慮摩阻壓力考慮設(shè)備能力這個(gè)約束條件支撐劑輸送2. 2. 井口施工壓力perfcftHkpppppp)(1440()0wfSwfFppppqBQ吸第88頁/共110頁3 3 壓裂設(shè)計(jì) 單井壓裂設(shè)計(jì)包括： 選井選層 確定施工參數(shù) 方案設(shè)計(jì)計(jì)算 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析和評(píng)價(jià)第89頁/共110頁 4 4 壓裂施工模擬設(shè)計(jì) 根據(jù)壓裂施工規(guī)模預(yù)測(cè)增產(chǎn)倍數(shù) a.確定前置液量、混砂液量以及砂量； b.選擇適當(dāng)?shù)氖┕づ帕?、?jì)算施工時(shí)間； c.計(jì)算動(dòng)態(tài)裂縫幾何尺

34、寸； d.支撐劑在裂縫中運(yùn)移分布，確定支撐裂縫幾何尺寸； e.預(yù)測(cè)增產(chǎn)倍比。第90頁/共110頁前置液量確定 根據(jù)增產(chǎn)要求確定裂縫長(zhǎng)度和導(dǎo)流能力； Nolte提出了基于壓裂液效率確定前置液量的近似解析法。第91頁/共110頁支撐劑用量確定ippVwC總攜砂液體積支撐劑重量ipfVwC裂縫體積支撐劑重量 padipadfpttttCtCfPfPCCCC11第92頁/共110頁施工泵壓及水功率 施工水功率 式中: 井口施工水功率,； 施工泵壓，； 施工排量，壓裂車臺(tái)數(shù) 按功率計(jì)算 按排量計(jì)算第93頁/共110頁 例6-4 已知油藏開發(fā)井網(wǎng)井距400400m，壓裂井深度H=2500m，巖石彈性模量E

35、=25000MPa，泊松比=0.15，破裂壓力梯度=0.018MPa/m；油層有效厚度Hf=10m，滲透率k=2.010-3m2，孔隙度=20%，地層溫度80 oC，地層流體壓力pS=25.0MPa，地層流體粘度r=2mPa.s，流體壓縮系數(shù)cf=610-3/MPa；射孔孔眼密度10孔/m，孔徑10，生產(chǎn)流壓pWf=15MPa，套管直徑127，油管直徑62，；蘭州石英砂粒徑dP=0.4-0.8mm，顆粒密度r=2650kg/m3。牛頓型壓裂液粘度，密度f =1000 kg/m3，初濾失系數(shù)SP=0，造壁性濾失系數(shù)c=8.6210-4。施工排量Q=2.0m3/min。假設(shè)采用油管注液工藝，壓裂液

36、在油管中的為摩阻0.6MPa/100m。試進(jìn)行水力壓裂設(shè)計(jì)。第94頁/共110頁 解 （1）井口破裂壓力 pbreak = pF - pH + pf pbreak = 0.0182500 - 10-610009.82500 + 0.62500/100 = 35.5MPa (2) 閉合應(yīng)力 選擇支撐劑時(shí)，為保險(xiǎn)起見，通常按地層破裂壓力與井底流壓之差計(jì)算，即 pc = pF - pwf = 0.0182500 - 15 = 30MPa (3) 要求的裂縫長(zhǎng)度 要求最低鋪砂濃度為5kg/m2，查表6-4，所用支撐 劑 在 閉 合 應(yīng) 力 為 3 0 M P a 下 的 導(dǎo) 流 能 力 為FRCD=0

37、.15m2-m，按MicGuire & Sikora 圖版，其橫坐標(biāo)為第95頁/共110頁 要求裂縫長(zhǎng)度: Lf = 40% 200 = 80 m (4） 確定填砂面積 為保證80 m的有效縫長(zhǎng)，取Lf = 90 m；而且實(shí)際裂縫高度比油層厚度大5m。因此，填砂面積為 A = 2HfLf = 215 90 = 2700m2 (5） 確定用液量 按PKN模型計(jì)算裂縫寬度 w=0.0038m 平均縫寬 wAVG = 0.785w = 0.003m 鋪 砂 濃 度 為 5 k g / m2時(shí) 要 求 的 裂 縫 寬 度 為 0.0028m 比較計(jì)算平均縫寬和要求縫寬，二者相近；否則重新計(jì)算。

38、 壓裂液濾失系數(shù) 由于造壁性濾失系數(shù)較小，近似取為 c=8.6210-4 075. 010 . 215. 010471. 24004042kKWf第96頁/共110頁 試 算 法 計(jì) 算 用 液 量 假 設(shè) 注 液 時(shí) 間 為 t=20min, 88. 40028. 0201062. 8224wtcx 12exp422xxerfcxcQwA 2950188. 4288. 488. 4exp1062. 84003. 00 . 2223erfcA m2 要 求 的 裂 縫 面 積 為2700m2， 因 此 ， 認(rèn) 為 注 液20分 鐘 即 可 滿 足 面 積 要 求 。 故 ， 用 液 量 為 V=2.0 20 = 40 m3 第97頁/共110頁 用砂量 按每平方米5kg計(jì)算，考慮有效填砂面積為21580 = 2400 m2，則 7265035. 0124005sandVm3 支撐劑沉降速度 a. 自由沉降速度 假設(shè)處于層流狀態(tài)，取支撐劑顆粒平均直徑為 0.7mm, 則 0146. 003. 0188 . 9100026500007. 01822KgdvfsPP m/s 雷諾數(shù) 34. 003. 00