水力沖擊波壓裂酸化優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、成人高等教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 水力沖擊波壓裂酸化優(yōu)化設(shè)計(jì) 學(xué) 生指導(dǎo)教師 評(píng) 閱 人 教 學(xué) 站 西安石油大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院 專 業(yè) 石油與天然氣開采 完成日期 成人高等教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 年 月 日 西安石油大學(xué)成人高等教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）水力沖擊波壓裂酸化優(yōu)化設(shè)計(jì)摘 要：在低滲透、特低滲透油層的開發(fā)中主要采用水力壓裂和酸化技術(shù)改造油層，但對(duì)于地層破裂壓力異常高、井溫高等復(fù)雜油層，單靠常規(guī)的水力壓裂和酸化技術(shù)往往難以有效壓開地層。實(shí)施要求泵壓很高，對(duì)壓裂設(shè)備損傷很大，酸化壓裂時(shí)難以將酸液擠入地層深處，大大提高了作業(yè)成本，難以達(dá)到壓裂的目的。對(duì)再次挖掘開發(fā)的老油田，實(shí)施重復(fù)的水力壓

2、裂和酸化壓裂技術(shù)，有效期和有效率也越來越低，成本在不斷加大。為此，開始了水力沖擊波壓裂酸化技術(shù)多元復(fù)合工藝技術(shù)的研究。水力沖擊法籍助簡(jiǎn)單的裝置，簡(jiǎn)易的工藝，賴以下落液柱的能量形成瞬時(shí)高壓而使地層的滲流性能得到改善。同時(shí)，通過在壓裂施工期間加入酸液，消除水力壓裂對(duì)裂縫壁面附近地層的各類損害；消除各類機(jī)械雜質(zhì)對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的損害；迫使壓裂液快速、合理破膠，減少壓裂液殘?jiān)鼘?duì)裂縫壁面附近地層的各類損害和對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的損害；調(diào)節(jié)壓裂液的破膠時(shí)間，使裂縫閉合期間支撐劑的沉降和破膠有合理的時(shí)間匹配，從而提高裂縫的導(dǎo)流能力，提高產(chǎn)量。關(guān)鍵詞：水力沖擊波；壓裂設(shè)備；酸化壓裂；優(yōu)化設(shè)計(jì)；酸化液目 錄1 緒論 .

3、 12 水力壓裂技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 . 42.1 水力壓裂技術(shù)發(fā)展概況 . 43 壓裂設(shè)備 . 73.1 壓裂車 . 73.2 壓裂、酸化泵 . 73.3 國(guó)內(nèi)外壓襲設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì) . 124 水力沖擊波壓裂酸化優(yōu)化設(shè)計(jì) . 134.1 水力沖擊波壓裂酸化技術(shù)研究 . 134.1. 1 基本原理 . 134.1.2 應(yīng)用情況 . 144.1.3 水力沖擊壓裂造縫評(píng)價(jià) . 154.2 水力壓裂復(fù)合酸化技術(shù) . 164.3 壓裂工藝優(yōu)化設(shè)計(jì) . 165 酸化液對(duì)地層適用性分析 . 195.1 酸液的組成及作用 . 195.2 砂巖酸化酸液體系 . 195.2.1 常用砂巖酸化酸液體系特點(diǎn)簡(jiǎn)述 . 195

4、.2.2 酸液添加劑的評(píng)價(jià)與篩選 . 215.2.3 酸化緩蝕劑的評(píng)價(jià)篩選 . 215.2.4 破乳劑的篩選 . 225.3 酸液體系的確定 . 226 結(jié)論 . 23參考文獻(xiàn) . 24致 謝 . 251 緒論水力壓裂技術(shù)經(jīng)過了近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，特別是自80年代末以來，在壓裂設(shè)計(jì)、壓裂液和添加劑支撐劑、壓裂設(shè)備和監(jiān)測(cè)儀器以及裂縫檢測(cè)等方面都獲得了迅速的發(fā)展，使水力壓裂技術(shù)在縫高控制技術(shù)、高滲層防砂壓裂、重復(fù)壓裂、深穿透壓裂以及大砂量多級(jí)壓裂等方面都出現(xiàn)了新的突破?，F(xiàn)在水力壓裂技術(shù)作為油水井增產(chǎn)增注的主要措施，已廣泛應(yīng)用于低滲透油氣田的開發(fā)中，通過水力壓裂改善了井底附近的滲流條件，提高了油井產(chǎn)能

5、，在美國(guó)有30%的原油產(chǎn)量是通過壓裂獲得的國(guó)內(nèi)低滲油田的產(chǎn)量和通過水力壓裂改造獲得的產(chǎn)量也在逐漸增加，水力壓裂技術(shù)的最優(yōu)實(shí)施和關(guān)鍵性技術(shù)的突破，將給石油工業(yè)帶來不可估量的前景。水力壓裂技術(shù)自發(fā)展半個(gè)多世紀(jì)以來，為增加油氣井產(chǎn)量、提高油氣田開發(fā)水平作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。但不是所有的壓裂措施都能達(dá)到預(yù)期的增產(chǎn)效果，許多油氣井壓裂以后增產(chǎn)效果不理想甚至沒有增產(chǎn)效果，其中一個(gè)重要原因就是壓裂過程中壓裂本身對(duì)油氣層造成了損害。因此有必要對(duì)壓裂過程中的裂縫損害進(jìn)行研究并找出相應(yīng)的解決措施。水力壓裂過程中存在的損害主要包括粘土膨脹與顆粒運(yùn)移損害、機(jī)械雜質(zhì)引起堵塞損害、支撐裂縫導(dǎo)流能力的損害等。所以，要提高壓

6、裂效果，可以從改進(jìn)壓后裂縫導(dǎo)流能力和提高裂縫壁面附近地層的滲透率兩個(gè)方面入手，這就是要進(jìn)行水力壓裂復(fù)合酸化技術(shù)研究的依據(jù)。酸液體系是否合理是能否消除壓裂液對(duì)裂縫壁面及支撐劑層損害的關(guān)鍵因素，因此也是水力壓裂復(fù)合酸化技術(shù)能否取得成功的關(guān)鍵。本文對(duì)己有的幾種酸液配方分別進(jìn)行壓裂液傷害的解堵效果實(shí)驗(yàn)，篩選出最合理有效的酸液配方，并進(jìn)行了對(duì)地層的酸化效果評(píng)價(jià)和對(duì)支撐劑層的解堵效果評(píng)價(jià)。經(jīng)分析對(duì)比表明，通過實(shí)驗(yàn)篩選出的合理的酸液配方能較好的改善裂縫壁面附近地層的滲透率和支撐裂縫的導(dǎo)流能力。通過酸液處理后，如果返排徹底，其導(dǎo)流能力可以恢復(fù)到裂縫初始導(dǎo)流能力。同樣水力壓裂技術(shù)自應(yīng)用以來，已被證明是一項(xiàng)行之有

7、效的增產(chǎn)工藝技術(shù)，但是，隨著壓裂井(層 的開發(fā)生產(chǎn)，第一次產(chǎn)生的水力裂縫會(huì)逐漸失去作用，因此必須進(jìn)行重復(fù)壓裂來提高油氣井的產(chǎn)量，以保證油氣藏實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的開發(fā)目標(biāo)。所謂重復(fù)壓裂是指同層的第二次或更多次的壓裂。早在50年代1，國(guó)內(nèi)外就已開始進(jìn)行重復(fù)壓裂，在美國(guó)將近30%的壓裂屬于重復(fù)壓裂，我國(guó)則更普遍一些。受當(dāng)時(shí)技術(shù)與認(rèn)識(shí)水平的限制，一般認(rèn)為，重復(fù)壓裂是原有水力裂縫的進(jìn)一步延伸或重新張開已經(jīng)閉合的水力裂縫，且施工規(guī)模必須大于第一次壓裂作業(yè)的24倍，才能獲得與前次持平的產(chǎn)量，否則，重復(fù)壓裂是無效的。到了80年代2中、后期，隨著油氣價(jià)格的變化和現(xiàn)代水力壓裂技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外(主要是美國(guó) 又將重復(fù)壓裂作

8、為一項(xiàng)重要的技術(shù)研究課題，從重復(fù)壓裂機(jī)制、油藏?cái)?shù)值模擬、壓裂材料、壓裂設(shè)計(jì)、施工等方面進(jìn)行研究攻關(guān)，獲得的主要認(rèn)識(shí)有：(1重復(fù)壓裂的水力裂縫方位可能與第一次形成的裂縫方位有所不同，即重復(fù)壓裂可能產(chǎn)生出新的水力裂縫；(2重復(fù)壓裂應(yīng)重新優(yōu)選壓裂材料；(3對(duì)于致密氣藏，重復(fù)壓裂設(shè)計(jì)的原則是增加裂縫長(zhǎng)度，對(duì)于高滲透性氣藏，則應(yīng)提高裂縫的導(dǎo)流能力。這些研究成果獲得了現(xiàn)場(chǎng)證實(shí)，如美國(guó)在阿拉斯加的KuparukRiver 油田3在380口生產(chǎn)井中重復(fù)壓裂了185口，壓后采油指數(shù)平均提高了2倍，取得了非常好的增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)效果。目前我國(guó)主要油田已進(jìn)入中、高含水期的開發(fā)階段，重復(fù)壓裂作為老油田綜合治理、控水穩(wěn)油的重要

9、組成部分，急需以技術(shù)進(jìn)步來克服我國(guó)重復(fù)壓裂成功率低、增產(chǎn)量低、有效期短、科研落后于現(xiàn)場(chǎng)施工等被動(dòng)局面。本文結(jié)合了勝利樁74斷塊油藏的特點(diǎn)，研究了不同含水期低滲透油藏的重復(fù)壓裂技術(shù)。借助復(fù)壓前油藏評(píng)估和水力裂縫診斷，對(duì)原有水力裂縫失效原因、潛力所在、改進(jìn)途徑進(jìn)行了研究論證，提出高砂液比進(jìn)行重復(fù)壓裂的技術(shù)路線；使用油藏模擬、水力裂縫模擬研究了不同含水階段對(duì)重復(fù)壓裂后產(chǎn)油量和產(chǎn)水量增長(zhǎng)幅度的影響及重復(fù)壓裂設(shè)計(jì)；在先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的支持下選擇了適用于兩油藏的重復(fù)壓裂材料；并在兩油藏的8口井(層 上開展了重復(fù)壓裂現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得了較好的效果，其中在勝利樁74斷塊的3口試驗(yàn)井，復(fù)壓8個(gè)月后已累計(jì)增產(chǎn)原油42510

10、t ，獲得1669萬元的經(jīng)濟(jì)效益。這些初步研究成果將進(jìn)一步推動(dòng)重復(fù)壓裂技術(shù)研究，對(duì)注水開發(fā)老油田綜合治理，實(shí)現(xiàn)控水穩(wěn)油具有重要意義。水力壓裂技術(shù)是有效開發(fā)低滲透油氣藏必不可少的主要技術(shù)措施，但經(jīng)過水力壓裂后的油氣井，在生產(chǎn)過程中由于種種原因可能導(dǎo)致水力裂縫失效對(duì)這類油氣井很自然就會(huì)采取重復(fù)壓裂措施以保證油氣藏穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)、提高油氣田采收率。早在五、六十年代國(guó)內(nèi)外就開展了大量的重復(fù)壓裂實(shí)踐，但由于重復(fù)壓裂開展的理論研究工作遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于現(xiàn)場(chǎng)要求，使重復(fù)壓裂缺乏必要的、科學(xué)的、系統(tǒng)的理論指導(dǎo)，導(dǎo)致大量的重復(fù)壓裂作業(yè)沒有取得理想的效果主要表現(xiàn)在施工成功率低、增產(chǎn)效果差、增產(chǎn)有效期短，部分重復(fù)壓裂甚至無效。我

11、國(guó)許多油氣田在投入開發(fā)初期就普遍進(jìn)行了壓裂改造，獲得了很好的開發(fā)效果。目前多數(shù)主力油氣田都已進(jìn)入開發(fā)中后期，重復(fù)壓裂作為老油氣田綜合治理的技術(shù)措施，是急待解決的重大課題。本文從原有裂縫失效的可能原因與重復(fù)壓裂的系統(tǒng)評(píng)估技術(shù)、重復(fù)壓裂裂縫延伸方式及判斷方法、重復(fù)壓裂的選井選層原則與方法以及重復(fù)壓裂裂縫延伸模擬方法等方面系統(tǒng)進(jìn)行了研究，對(duì)于指導(dǎo)和實(shí)施重復(fù)壓裂具有重要意義。2 水力壓裂技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀水力壓裂就是利用地面大功率高壓機(jī)泵組，以大大超過地層吸收能力的排量將高粘液體注入井中，隨即在井底憋起高壓而劈開地層形成裂縫；繼續(xù)注入液體，促使裂縫延伸擴(kuò)張，而后將帶有支撐劑的液體注入地層。這樣停泵卸壓后即可

12、在地層中形成具有一定長(zhǎng)度、一定寬度和高度的填砂裂縫。由于壓裂形成的裂縫有很高的導(dǎo)流能力，有效地改善了油氣層的滲流條件，為流體提供了很好的滲流通道，降低了流體滲流阻力，從而大幅度提高油、氣、水井的產(chǎn)液、產(chǎn)氣量或吸水能力。隨著油田開發(fā)水平的提高，水力壓裂技術(shù)越來越受到人們的重視。21 水力壓裂技術(shù)發(fā)展概況水力壓裂自1947年在美國(guó)堪薩斯州胡果頓氣田試驗(yàn)成功以來4經(jīng)過50多年的發(fā)展，不僅已成為油氣井增產(chǎn)、水井增注的重要技術(shù)措施，而且是油藏整體開發(fā)的重要組成部分和評(píng)價(jià)認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層的重要方法。近年來，水力壓裂己廣泛用于調(diào)整油氣層開采中的三大矛盾、提高注水效果和加快油氣田的開發(fā)速度等領(lǐng)域。此外，它可用于極低滲

13、透率氣田的開發(fā)，使本來沒有工業(yè)價(jià)值的氣田成為具有相當(dāng)工業(yè)儲(chǔ)量和開發(fā)規(guī)模的大氣田。如今，水力壓裂技術(shù)在裂縫模型、壓裂井動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、壓裂液、支撐劑、壓裂施工設(shè)備、應(yīng)用領(lǐng)域等方面均取得了驚人的發(fā)展。壓裂液方面：目前，國(guó)內(nèi)壓裂液已形成系列，品種達(dá)30多種，常見的水基壓裂液，占90%，泡沫壓裂液占約10%，油基壓裂液使用很少。90年代，研制出了延遲交聯(lián)技術(shù)和新型膠囊破膠劑技術(shù)，從而研制出低傷害壓裂液，但如前所述，硼酸鹽交聯(lián)壓裂液溶具有10%20%的傷害率，這對(duì)于低滲透油層乃是十分有害的，于是國(guó)外一些公司有相繼研制出新型無傷害壓裂液。這類壓裂液的最大特點(diǎn)是不含聚合物綢化劑，或綢化劑濃度極低。如液態(tài)CO 2壓

14、裂液就是用100%的純液態(tài)CO 2，它具有返排徹底、無殘?jiān)?、?duì)地層無傷害等特點(diǎn)。再如粘彈性表面活性劑基壓裂液不含聚合物而是含有一種從長(zhǎng)鏈脂肪酸得來的基胺鹽，這種壓裂液也具有不需要破膠劑，壓后返徘徹底、無傷害等特點(diǎn)。自進(jìn)行大規(guī)模水力壓裂以來，壓裂液無論從單項(xiàng)添加劑研制、整體壓裂液配方體系的形成、室內(nèi)研究?jī)x器設(shè)備和方法以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工藝技術(shù)等均發(fā)生了重大變化，特別是20世紀(jì)90年代以來，壓裂液體系研究趨于完善，在壓裂液化學(xué)和應(yīng)用工藝技術(shù)方面又取得了許多新的突破，并在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用。支撐劑方面：近年來，中等強(qiáng)度和高強(qiáng)度支撐劑發(fā)展較快，與石英砂形成了支撐劑系列，可滿足不同目的的壓裂要求。中等強(qiáng)

15、度的支撐劑有樹脂包層石英砂。樹脂包層支撐劑是70年代末研究出來的，80年代發(fā)展完善，目前己代替燒結(jié)鋁鋇土支撐劑。它有兩種：固化和預(yù)固化。固化砂在地層溫度下固結(jié)，這對(duì)于防止壓后裂縫吐砂和防止地層出砂有一定效果；預(yù)固化砂則是在地面上已形成完好的樹脂薄膜包囊，它的優(yōu)點(diǎn)是：樹脂薄膜包囊起來的砂子，增加了粒間的接觸面積，提高了抵抗閉合應(yīng)力的能力；樹脂薄膜可將壓碎的砂粒小塊、粉砂包囊起來，減少了微粒的運(yùn)移與堵塞孔道的機(jī)會(huì)；樹脂包層砂總的體積密度比高強(qiáng)度人造支撐劑要低，便于懸浮，降低了對(duì)攜砂液的要求。支撐劑回流一直是困擾油氣采輸?shù)碾y題之一，也是支撐劑發(fā)展急需解決的問題。近年來，國(guó)外包膠支撐劑及支撐劑回流控制

16、技術(shù)得到了不斷完善和發(fā)展。近期支撐劑的技術(shù)進(jìn)展是：a 雙涂層技術(shù)；b 部分固化支撐劑：c 吠喃樹脂包層支撐劑；d HTL-PCP 支撐劑系統(tǒng)；e 支撐劑返排控制技術(shù)；f 支撐劑的優(yōu)化設(shè)計(jì)。壓裂監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展：近幾年來，各種壓裂監(jiān)測(cè)設(shè)備和監(jiān)測(cè)技術(shù)都得到了較大的發(fā)展。裂縫高度檢測(cè)方法包括井溫測(cè)量法和放射性同位素示蹤法。裂縫方位和幾何尺寸的主要檢測(cè)方法是在裸眼井中下井下電視測(cè)量、微地震測(cè)量、無線電脈沖測(cè)量等方法對(duì)裂縫進(jìn)行探測(cè)，通過傳送系統(tǒng)在地面進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，根據(jù)圖像觀察和分析裂縫的方位和幾何形態(tài)。裂縫模型的發(fā)展：壓裂設(shè)計(jì)模型是綜合巖石斷裂力學(xué)和固液兩相流體力學(xué)、傳熱學(xué)等模擬水力裂縫幾何形狀和參數(shù)，由

17、壓裂設(shè)計(jì)模型編制的壓裂設(shè)計(jì)軟件己普遍應(yīng)用于所有油田的壓裂施工。目前國(guó)內(nèi)外己提出許多種復(fù)雜程度不同的模型來預(yù)測(cè)裂縫的幾何形狀，大致可分為二維模型、擬三維模型、真三維模型。從二維模型到真三維模型，假設(shè)條件依次變寬，而求解的復(fù)雜度卻呈幾何級(jí)遞增，當(dāng)然模擬實(shí)際壓裂的準(zhǔn)確性也越來越高。在國(guó)外，80年代以前，壓裂設(shè)計(jì)使用的主要是二維軟件，進(jìn)入90年代后，擬三維壓裂設(shè)計(jì)軟件的使用率達(dá)到了80，全三維軟件和二維軟件各為10%左右3，世界各主要石油服務(wù)公司已廣泛應(yīng)用擬三維壓裂設(shè)計(jì)軟件，而且己擁有比較成熟的全三維軟件。目前，全三維軟件由于所需的很多參數(shù)無法準(zhǔn)確確定和需要較高檔的計(jì)算工具(工作站 及較長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間，

18、所以在礦場(chǎng)上還沒有普遍使用，而主要用于評(píng)價(jià)擬三維設(shè)計(jì)軟件的精確程度和一些復(fù)雜井層的施工設(shè)計(jì)。論文下節(jié)將對(duì)主要的壓裂模型作簡(jiǎn)單介紹?？p高控制技術(shù)的發(fā)展：壓裂過程中，當(dāng)油層為薄油層或上下遮擋層為弱應(yīng)力層時(shí)，壓裂裂縫可能會(huì)穿透生產(chǎn)層進(jìn)入遮擋層，達(dá)不到壓裂效果，嚴(yán)重時(shí)甚至連通含水層造成水竄，從而導(dǎo)致壓裂失敗。因此近幾年來，國(guó)內(nèi)外對(duì)縫高控制技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究。目前的主要方法有：建立人工隔層控制縫高；非支撐劑液體段塞控制縫高；調(diào)整壓裂液密度控制縫高；冷水水力壓裂控制縫高。高砂比與端部脫砂壓裂技術(shù)：由于壓裂液和支撐劑的性能得到改善和提高使高砂比壓裂和端部脫砂壓裂成為80年代末期發(fā)展起來的兩項(xiàng)新的壓裂工藝技

19、術(shù)。高砂比壓裂技術(shù)是指提高地面砂液比，使支撐裂縫的支撐劑鋪置濃度增加，以提高裂縫導(dǎo)流能力，增加水力裂縫的流通面積，降低流體在水力裂縫中的流動(dòng)阻力。一般把裂縫內(nèi)單位面積的砂濃度大于10kg 的壓裂稱為高砂比壓裂。70年代后期，由于新型聚合物的發(fā)展以及儲(chǔ)存、傳輸、混合、泵送及計(jì)量裝備的發(fā)展，使以提高縫內(nèi)支撐劑濃度為目的的高砂比壓裂迅速發(fā)展起來，第一次高砂比壓裂作業(yè)的設(shè)計(jì)及施工是1976年在墨西哥州Blaco 油田地層深度1524-1829m 的一口井上進(jìn)行的。目前，實(shí)驗(yàn)及研究己證明高砂濃度支撐裂縫在提高裂縫導(dǎo)流能力方面具有很大的潛力。而端部脫砂壓裂技術(shù)是1987年由Smith 等人首次提出，它是一

20、種非常規(guī)的壓裂技術(shù)，當(dāng)裂縫達(dá)到預(yù)定的縫長(zhǎng)時(shí)，前置液全部濾失完，這時(shí)在裂縫端部將發(fā)生脫砂(即砂堵 ，裂縫凈壓力急劇升高，迫使裂縫在寬度方向上發(fā)展，以獲得比常規(guī)壓裂寬幾倍至幾十倍的支撐裂縫，從而大幅度提高裂縫導(dǎo)流能力。該技術(shù)在疏松地層的壓裂防砂、中高滲透地層壓裂和老井重復(fù)壓裂中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)外高砂比與端部脫砂壓裂技術(shù)還沒有系統(tǒng)化、成熟化。3 壓裂設(shè)備目前，隨著國(guó)內(nèi)油氣田的開發(fā)與發(fā)展，對(duì)壓裂設(shè)備的要求也越來越高。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)大功率、高壓力、大排量的壓裂設(shè)備35很不配套制造水平也較低。按照國(guó)家的有關(guān)政策，通過引進(jìn)、吸收、消化和研制，我們對(duì)國(guó)外壓裂設(shè)備的成套性、先進(jìn)性和技術(shù)性能已基本掌握，

21、并結(jié)合自己實(shí)際研制出了105Mpa 壓裂成套設(shè)備，批量生產(chǎn)，也為140Mpa 酸化壓裂設(shè)備的研制奠定了基礎(chǔ)。我國(guó)從1960年開始仿制壓裂車到1965年自行設(shè)計(jì)制造壓裂車以來，先后設(shè)計(jì)制造了SYC 500、YLC 700、YLC 850、YLC 1000和YLC 1200等各型壓裂車。并研制生產(chǎn)了混砂車、管匯車等設(shè)備。31 壓裂車我國(guó)目前生產(chǎn)的的壓裂車型有SYC 500、YLC 700、YLC 850、YLC 1000和YLC 1200等各型壓裂車，其中YLC 850、YLC 1000和YLC 1200等型能適用深井壓裂。1）YLC 850型和YLC 1200型850和1200型的傳動(dòng)裝置和壓裂

22、泵結(jié)構(gòu)相同。只是后者選用的柴油機(jī)功率大，所以傳動(dòng)的升速齒輪升速比有所提高，個(gè)別傳動(dòng)零件和大泵液力端個(gè)別部位的強(qiáng)度有所增加。2）玉門YLC 1000型玉門石油管理局井下研究所于1974年設(shè)計(jì)制造了YLC 1000型壓裂車四臺(tái)，1976年經(jīng)改進(jìn)設(shè)計(jì)，又制造了YLC 1000B 型壓裂車四臺(tái)。目前正在改進(jìn)設(shè)計(jì)C 型。它的大泵與YLC 850型的相似，只是其沖程長(zhǎng)，沖次低，對(duì)延長(zhǎng)易損件壽命有好處。3.2 壓裂、酸化泵壓裂、酸化泵是油田進(jìn)行壓裂、酸化作業(yè)，提高油氣產(chǎn)量的重要設(shè)備。隨著我國(guó)油氣層儲(chǔ)量的逐漸減小，油、氣井開采深度不斷增加，為了提高采收率，增加油氣產(chǎn)量，壓裂技術(shù)迅速發(fā)展。近年來，隨著壓裂工藝的

23、不斷改進(jìn)，各種新型壓裂液的研制成功，壓裂工藝對(duì)壓裂設(shè)備的要求越來越高，壓裂設(shè)備對(duì)油田生產(chǎn)的作用越來越重要。目前的壓裂作業(yè)已不僅僅是老油田中后期開發(fā)工作中的主要增產(chǎn)措施，對(duì)新油田的開發(fā)也起著重要作用，如先大功率、壓裂后試油，先壓裂后投產(chǎn)。壓裂工藝日益強(qiáng)化，壓裂設(shè)備向著大功率、高壓、大排量、多功能、輸送介質(zhì)多樣化方向發(fā)展。近年來，國(guó)內(nèi)壓裂設(shè)備的生產(chǎn)廠家在控制、操作、檢測(cè)等方面作了很多工作，使壓裂設(shè)備的性能有了較大改善。但是由于壓裂設(shè)備的關(guān)鍵部件壓裂泵的設(shè)計(jì)水平和生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展較慢，國(guó)產(chǎn)壓裂泵的品種、規(guī)格和產(chǎn)品質(zhì)量與國(guó)外相比仍存在較大差距，國(guó)產(chǎn)壓裂泵的性能仍難以滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的需要，嚴(yán)重影響了國(guó)產(chǎn)壓裂設(shè)

24、備的大規(guī)模推廣使用。隨著水力壓裂技術(shù)的不斷改進(jìn)，壓裂設(shè)備愈來愈向輸送高泵壓、大排量、高砂比、大砂徑和高酸度、大粘度的新型壓裂液方向發(fā)展。為了滿足這些要求，美國(guó)Hallibuton 公司在八十年代已開始研制供大規(guī)模強(qiáng)化壓裂和深井壓裂作業(yè)用的高壓、高水馬力液壓泵壓裂機(jī)組。如：HT 1000壓裂泵，這種機(jī)組的工作原理是：在液缸里，增壓泵以大直徑活塞推動(dòng)小直徑活塞工作；大活塞是利用外來的液體作為動(dòng)力液來推動(dòng)的；動(dòng)力液的進(jìn)、排順序由程序控制閥控制。該泵最大水功率為1800馬力，最高泵壓14OMPa ，沖程長(zhǎng)度1524mm ，動(dòng)力液壓力21MPa 。液壓驅(qū)動(dòng)泵由于采用了長(zhǎng)沖程、低沖次的工作方式和用液壓驅(qū)動(dòng)

25、代替機(jī)械驅(qū)動(dòng)，可降低泵零部件的動(dòng)載荷，大大提高易損件壽命和工作可靠性；排出壓力波動(dòng)小，大大降低了地面設(shè)備、井口裝置和管柱的沖擊振動(dòng)；能滿足深部地層和超深部地層的水力壓裂需要。但由于液壓驅(qū)動(dòng)式壓裂泵的外形尺寸大，控制系統(tǒng)復(fù)雜，我國(guó)較少采用。美國(guó)Hallibuton 公司、OPI 公司和羅馬尼亞“IMAI”機(jī)器廠生產(chǎn)的壓裂泵的性能，基本代表了國(guó)外壓裂泵的技術(shù)發(fā)展水平。下面對(duì)這三個(gè)公司及其主要產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、性能作一簡(jiǎn)要介紹。1）美國(guó)Hallibuton 公司美國(guó)Hallibuton 公司是世界上規(guī)模較大，多方面為油田服務(wù)的綜合性制造公司。HT 400型柱塞泵是美國(guó)Hallibuton 公司的名牌產(chǎn)品，它

26、的體積小，工作可靠，該泵沖程長(zhǎng)度為203Zmm(8英寸 ，泵的總效率為085，最高沖次為275次/min。泵的動(dòng)力端采用渦輪渦桿傳動(dòng)，傳動(dòng)比為86，渦輪通過一套浮動(dòng)機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳到曲軸上；曲軸用鍛鋼制造，由四個(gè)滾子軸承支承：連桿采用鍛造鋁合金制造，大頭為剖分式，鑲有剖分鑄銅滑履；十字頭采用鍛造鋁合金制造。動(dòng)力端有五種尺寸規(guī)格，分別適用于五種柱塞直徑。液力端由三個(gè)完全相同的單泵頭組成；柱塞為空心柱塞，通過彈性桿穿過內(nèi)孔與十字頭相連；泵閥為雙向?qū)чy。該公司另一拳頭產(chǎn)品HT 2000五缸泵是由HT 400型三缸泵發(fā)展而來的，后者保留了前者的優(yōu)點(diǎn)，僅對(duì)動(dòng)力端作了較大改進(jìn)，同時(shí)充分考慮了零部件的通用性，因

27、此兩種泵的液力端幾乎所有的易損件和動(dòng)力端大部份零部件均具有互換性。HT 2000型五缸泵質(zhì)量功率比為32kg/kw，是目前世界上各種2000水功率車載式壓裂泵中質(zhì)量功率比最小、質(zhì)量最輕的泵。HT 2000型五缸泵由于采用了五缸結(jié)構(gòu)，大大降低了吸入和排出脈沖，壓裂泵的輸入端不需要安裝減震器。HT 2000壓裂泵機(jī)組總體設(shè)計(jì)合理，具有排量大、質(zhì)量輕和振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)而受到用戶的青睞。但是HT 2000泵只適用于Hallibuton 公司生產(chǎn)的壓裂泵車上，由于部分零件通用性差，尤其是配件的價(jià)格非常昂貴，油田實(shí)際使用用戶不多。2 美國(guó)OPI 公司美國(guó)OPI 公司是往復(fù)泵的專業(yè)制造廠，OPIl8OOAWS

28、型壓裂泵是AWS 8大系列產(chǎn)品中最具代表性的壓裂泵，該廠已生產(chǎn)三百多臺(tái)，我國(guó)各大油田共引進(jìn)五十多臺(tái)。該泵的箱體采用低碳鋼焊接，經(jīng)消除應(yīng)力處理加工而成。箱體內(nèi)裝有主軸、曲軸、連桿、十字頭等傳動(dòng)部件。該泵傳動(dòng)軸為一整體式齒輪軸，其斜齒人字形大齒輪分布于軸的兩端；曲軸的兩端裝有采用鑄造的斜齒人字形大齒輪，曲軸為合金鋼整體鍛件，經(jīng)滲氮后磨削而成；曲軸及滑履上鉆有通向連桿軸頸的強(qiáng)制潤(rùn)滑油道；連桿瓦采用剖分式結(jié)構(gòu)。該泵額定功率為1811馬力，沖程2032mm ，柱塞直徑為31/3一71/2英寸，動(dòng)力端減速比為1：63。該泵適用于大型壓裂、酸化作業(yè)，其柱塞力可達(dá)1001kN ，相應(yīng)液力端最高工作壓力可達(dá)12

29、35MPa ，因而具有一定的超負(fù)荷能力，特殊情況下，該泵可在1235MPa 壓力下短期工作，泵最大沖數(shù)330次/min。OPIl800AWS 型壓裂泵是目前世界上功率最大的多用途常規(guī)式壓裂泵。3 羅馬尼亞“IMAI”機(jī)器廠羅馬尼亞“IMAI”機(jī)器廠生產(chǎn)的ACF 700B 壓裂泵，我國(guó)在六七十年代進(jìn)口了很多，該泵最高工作壓力686MPa ，采用泵內(nèi)減速，柱塞直經(jīng)100mm ，沖程240mm ，排出管名義尺寸50mm ，吸入管徑125mm ，動(dòng)力端減速比409，該泵為ACF 一700A 型壓裂該泵雖然較ACF 700有所改進(jìn)，但變化不大，設(shè)備性能較差，整車結(jié)構(gòu)仍顯笨重，單位水功率重量偏高，各大油田

30、己逐漸淘汰使用該泵。泵的改進(jìn)型，工作能力仍較差，輸出功率220kw ，僅適用于中、小型壓裂酸化作業(yè)。我國(guó)壓裂泵的研制工作始于60年代，經(jīng)過40多年的艱苦創(chuàng)業(yè)，先后成功研制了50、70、85、105、120MPa 壓裂泵。從結(jié)構(gòu)上看，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品吸收了國(guó)外的優(yōu)點(diǎn)，新產(chǎn)品比老產(chǎn)品有了較大改進(jìn)，在品種、規(guī)格數(shù)量上也有了較大發(fā)展，并形成一定生產(chǎn)規(guī)模，局部緩解了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要。但由于我國(guó)石油機(jī)械制造業(yè)與國(guó)外相比起步較晚、基礎(chǔ)較差，投入新產(chǎn)品的研制開發(fā)費(fèi)用較少，從而使我國(guó)的壓裂設(shè)備始終處于模仿國(guó)外同類產(chǎn)品的狀態(tài)，這就造成了我國(guó)上述產(chǎn)品在品種、規(guī)格、質(zhì)量和數(shù)量等方面同國(guó)外相比都還有相當(dāng)大的差距，主要問題是性能落后

31、、功能不齊全；可靠性差，故障率高，易損件壽命短；沒有形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和型式多樣化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)；存在排量小、泵壓上升慢；沒有制定出統(tǒng)一的壓裂酸化設(shè)備零部件標(biāo)準(zhǔn)，許多零部件不能互換、通用；還缺乏對(duì)壓裂(酸化 設(shè)備關(guān)鍵零部件和基礎(chǔ)件進(jìn)一步的深入研制工作，直接影響了泵的使用，嚴(yán)重制約了國(guó)產(chǎn)壓裂設(shè)備的發(fā)展。隨著我國(guó)石油工業(yè)的發(fā)展，戰(zhàn)略向西部轉(zhuǎn)移，沙漠壓裂設(shè)備、淺海灘涂壓裂設(shè)備、深井、超深井壓裂設(shè)備、輸入特殊介質(zhì)的壓裂設(shè)備將會(huì)相應(yīng)得到發(fā)展。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)壓裂泵的廠家較少，主要有江漢第四石油機(jī)械廠、蘭州通用機(jī)器廠和成都般發(fā)特種車輛廠。下面分別介紹這三個(gè)廠家的壓裂泵生產(chǎn)現(xiàn)狀。1 江漢第四石油機(jī)械廠江漢第四石油機(jī)械廠

32、隸屬于中國(guó)石油天然氣總公司，是中國(guó)著名的石油裝備專業(yè)化制造基地。該廠從1980年開始石油鉆采設(shè)備的生產(chǎn)研制，八十年代后期，在引進(jìn)美國(guó)D S 公司和COOPER 公司的先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)油田實(shí)際需要開發(fā)了50105MPa 共4個(gè)壓力等級(jí)，包括壓裂車、混砂車、儀器車、管匯車及運(yùn)砂車、供液車等20多種型號(hào)的車裝、橇裝壓裂設(shè)備，研制開發(fā)的壓裂泵在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。江漢第四石油機(jī)械廠生產(chǎn)的酸化壓裂泵共有三大系列：PG 泵系列、800型泵系列、OPI1800系列。它們均是該廠在引進(jìn)美國(guó)DS 公司及OPI 公司的先進(jìn)設(shè)計(jì)和加工技術(shù)基礎(chǔ)上，不斷完善，發(fā)展起來的系列產(chǎn)品，并已成為該廠生產(chǎn)的各型固井壓裂設(shè)備

33、的核心部件。其中PG 泵有35MPa 、50MPa 、70MPa 三種壓力等級(jí)，該泵最大排量為1536kl/min，柱塞直徑有9525mm 、1143mm 、127mm 三種規(guī)格，沖程長(zhǎng)度為154mm ，最高沖次328次/min，最大水功率22OkW 該泵動(dòng)力從鏈輪輸入后，分成兩股，從主動(dòng)軸的兩端傳到曲軸的兩端，改善了曲軸的受力情況，使曲軸可設(shè)計(jì)得輕巧些，同時(shí)，曲軸由直軸裝上三個(gè)偏心塊組成，減少了曲軸毛環(huán)的切削加工量，并使曲軸的支承可采用較小尺寸的重型滾動(dòng)軸承；柱塞是實(shí)心的，剛度大，柱塞表面噴渡了一層耐磨鎳合金：泵閥采用尼龍密封圈，壽命長(zhǎng)：液力端的高強(qiáng)度泵頭用高合金鋼鍛造而成的，其內(nèi)壁經(jīng)預(yù)應(yīng)力

34、處理，提高了耐腐蝕疲勞強(qiáng)度。800型酸化壓裂系列泵是該廠在PG 系列泵的生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)上研制出的大功率柱塞泵該泵結(jié)構(gòu)與PG 系列泵完全相同，共有42 MPa、50MPa 、65 MPa、70MPa 四個(gè)壓力等級(jí)這一系列柱塞泵作業(yè)功率與排量較高，特別適合于6000m 井深的固井、壓裂和酸化作業(yè)的需要，最高泵壓為70MPa ，最大水功率380kw ，最大排量2kl/min。OPI1800系列壓裂酸化泵是該廠在引進(jìn)美國(guó)OPI 公司制造技術(shù)基礎(chǔ)上生產(chǎn)出的大功率高壓柱塞泵，其結(jié)構(gòu)與OPI 泵基本一致。其壓力等級(jí)共有145MPa 、125MPa 、99MPa 、80MPa 四種，主要用于壓力較高的壓裂作業(yè)。

35、設(shè)備有關(guān)參數(shù)如下：最高壓力145MPa ，最大排量257kl/min，沖程203mm ，最大水功率112OkW 。為滿足油田大、中型壓裂酸化作業(yè)對(duì)成套壓裂機(jī)組的需要，工廠于1995年開展壓裂機(jī)組國(guó)產(chǎn)化研制工作。1996年，第一套國(guó)產(chǎn)70MPa 壓裂機(jī)組(包括6臺(tái)壓裂車、1臺(tái)混砂車、1臺(tái)管匯車 研制成功，其壓裂車獲湖北省1998年度科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。該機(jī)組適用于油田深井、中深井和淺井的防砂作業(yè)，同時(shí)能夠滿足中深井和淺井的壓裂作業(yè)。1998年，國(guó)內(nèi)第一套105MPa(1800HP壓裂機(jī)組(包括6臺(tái)壓裂車、2臺(tái)混砂車、l 臺(tái)儀表車 通過鑒定，并獲中石化集團(tuán)公司1999年度科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。1800型壓裂

36、機(jī)組是目前油田使用最為廣泛的壓裂機(jī)組，既可從事深井、超深井的壓裂施工作業(yè)，也可單機(jī)進(jìn)行中、小型壓裂等作業(yè)。2001年，國(guó)家十五重大裝備國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目2000型成套壓裂設(shè)備研制成功，在吉林油田投入運(yùn)行。該套壓裂設(shè)備由6臺(tái)壓裂車、2臺(tái)混砂車、2臺(tái)儀器車和1臺(tái)管匯車(橇 等組成，能夠滿足C0：和酸化等特殊的壓裂工藝要求。目前，該廠正著手研制新的壓裂泵以提高該廠壓裂泵總體技術(shù)水平。2）蘭州通用機(jī)器廠蘭州通用機(jī)器廠始建于1872年，是甘肅省近代史上第一家機(jī)械制造工廠，也是我國(guó)最早的近代機(jī)械工廠之一，1955年被國(guó)家定點(diǎn)生產(chǎn)石油機(jī)械設(shè)備，是我國(guó)最早生產(chǎn)壓裂設(shè)備的廠家。生產(chǎn)的壓裂設(shè)備有YLC 一1050，YLC

37、 一850，YLC 一700，YLC 一500型壓裂車。雖然該廠是我國(guó)最早的石油設(shè)備生產(chǎn)基地，但由于在壓裂泵新產(chǎn)品開發(fā)上投入較少，該廠壓裂設(shè)備發(fā)展較慢，泵的結(jié)構(gòu)主要是仿制國(guó)外產(chǎn)品。YLC 一1050壓裂車上用的LT4169型壓裂泵是目前該廠壓產(chǎn)的最具代表的柱塞泵。下面對(duì)該泵的結(jié)構(gòu)作簡(jiǎn)要介紹。LT4169壓裂泵結(jié)構(gòu)與DOWELLPD07型壓裂泵結(jié)構(gòu)基本相同，為臥式三缸單作用柱塞泵，采用泵外鏈條箱減速，鏈條箱上的減速比為19；壓裂泵的動(dòng)力端由泵體、泵蓋、曲軸、連桿、十字頭、滑套、盤根盒等零部件組成；泵體由鋼板焊成：傳動(dòng)軸為整體式齒輪軸，其斜齒人字形齒輪分布于軸的兩端，曲軸的兩端裝有采用鑄鋼制造的斜

38、齒人字形大齒輪同斜齒人字形小齒輪嚙合傳動(dòng)；曲軸為合金鋼鍛件；連桿為三段式，小頭為整體式，大頭為剖分式結(jié)構(gòu)；十字頭為整體式鑄件，用十字頭銷和連桿相連。該泵主要技術(shù)參數(shù)為：最高泵壓l03MPa ，最大排量1347kl/min，水功率552kW ，最大柱塞力471ZkN ，柱塞直徑有75mm 、95mm 、1016mm 三種規(guī)格，沖程203mm ，動(dòng)力端減速比為464。3）成都航發(fā)特種車輛廠成都航發(fā)特種車輛廠生產(chǎn)的主要產(chǎn)品有：3PC-270和3PC-350壓裂泵，兩種泵均仿制羅馬尼亞泵結(jié)構(gòu)，主要用于SNC-400型固井車，SNC-400型洗井作業(yè)車，YLC-70型壓裂車。3PC-350壓裂泵最大輸入

39、功率224kW ，柱塞直徑100mm ，最大工作壓力70MPa ，最大排量1411kl/min，柱塞行程240mm ，3PC-270最大輸入功率198kW ，柱塞直徑有90mm ，100mm ，115nn 。最大工作壓力394MPa ，最大排量1197kl/min，水功率171kw ，柱塞行程200mm 。33 國(guó)內(nèi)外壓襲設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)目前國(guó)內(nèi)外壓襲設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)主要可概括為以下幾點(diǎn)。1）提高產(chǎn)品適應(yīng)能力，以適應(yīng)我國(guó)氣候、地質(zhì)、地理?xiàng)l件差異大的工作狀況；2）提高產(chǎn)品壽命可靠性技術(shù)；3）廣泛采用電子技術(shù)，機(jī)、電、液一體化；4）產(chǎn)品系列成套化；5）產(chǎn)品規(guī)格多樣化。就國(guó)外來講產(chǎn)品配套從幾家生產(chǎn)大型壓

40、裂設(shè)備的公司來看，主要配套件不一定都是自己生產(chǎn)的， 而是他們根據(jù)用戶的需求，采用最好的配套、最佳的組合來滿足用戶要求的。這些都值得我們借鑒。4 水力沖擊波壓裂酸化優(yōu)化設(shè)計(jì)在低滲透、特低滲透油層的開發(fā)中主要采用水力壓裂和酸化技術(shù)改造油層，但對(duì)于地層破裂壓裂異常高、井溫高等復(fù)雜油層，單靠常規(guī)的水力壓裂和酸化技術(shù)往往難以有效壓開地層。實(shí)施要求泵壓很高，對(duì)壓裂設(shè)備損傷很大，酸化壓裂時(shí)難以將酸液擠入地層深處，大大提高了作業(yè)成本，難以達(dá)到壓裂的目的。對(duì)再次挖掘開發(fā)的老油田，實(shí)施重復(fù)的水力壓裂和酸化壓裂技術(shù)，有效期和有效率也越來越低，成本在不斷加大。為此，開始了水力沖擊波壓裂酸化技術(shù)多元復(fù)合工藝技術(shù)的研究。

41、41 水力沖擊波壓裂酸化技術(shù)研究水力沖擊波壓裂（酸化）技術(shù)是一種利用下落液柱的水力沖擊能量使近井地帶的滲流性能得到改善的油層改造方法。411 基本原理水力沖擊法籍助簡(jiǎn)單的裝置，簡(jiǎn)易的工藝，賴以下落液柱的能量形成瞬時(shí)高壓而使地層的滲流性能得到改善。施工時(shí)用油管把發(fā)生器（圖4-1）下入井內(nèi)。當(dāng)井口壓力提高到某一確定值時(shí)（Pti=Pb-Ph+Pf式中Pb 沖擊片破裂壓力；Ph 水柱靜壓；Pf 管柱摩阻；Pti 井口壓力），沖擊片上方形成的稀疏波傳到柱塞底部，使該井腔形成瞬時(shí)低壓，結(jié)果使閥門開啟，沖壓室的空氣順利排出。下落的高速液柱撞擊柱塞時(shí)，發(fā)生正水擊，產(chǎn)生極高的瞬時(shí)壓力。于是柱塞被推出沖壓室而打擊

42、井底液體，從而在欲處理井段造成顯著超過巖層破裂壓力的水力沖擊力，形成人工裂縫，或擴(kuò)大自然裂縫，繼而向地層內(nèi)擠進(jìn)酸液，憑借酸液的溶蝕作用，使所形成的裂縫較多的較長(zhǎng)時(shí)間地殘留下來，從而達(dá)到油水井層改造的目的。圖4-1 發(fā)生器示意圖 412 應(yīng)用情況(1 概況該工藝初期處理36口井（37井次），其中油井30口井（31井次），水井6口井（6井次）。施工情況見表4-1、表 4-2 (2 效果分析資料表明：油井平均有效率8387%，水井平均有效率667%，總有效率8108%，增產(chǎn)增注效果明顯。沖壓酸化改善了油層的滲透性，降低了施工泵壓，提高了地層的吸收能力。該技術(shù)到目前共實(shí)施沖壓措施103口井110井次（

43、含工藝試驗(yàn)70口井，77井次，推廣應(yīng)用33口井33井次；其中油井70口，76井次；水井33口，34井次）。累增原油105706t ，增注水89774m 3。 413 水力沖擊壓裂造縫評(píng)價(jià)自該技術(shù)成功應(yīng)用以來，在油水井上實(shí)施了水力沖壓酸化工藝，絕大多數(shù)井都有不同程度的增產(chǎn)增注作用。大部分井在施工過程中都有吸水指數(shù)上升的現(xiàn)象，一部分井有明顯的壓開地層的顯示，但是，沖壓造縫只有在取得充分的證據(jù)后才能被人們接受。為此對(duì)六口井（五口注水井、一口油井，其中三口是單獨(dú)水力沖壓，另外三口是水力沖壓并輔以酸化）在措施前后進(jìn)行了不穩(wěn)定試井，從而使“水力沖壓酸化工藝增產(chǎn)的主要因素是水力沖壓作用還是酸化作用？水力沖擊

44、能否壓開地層造成裂縫？沖擊作用與酸化作用的關(guān)系是什么？”等諸問題得到了初步解答。用不穩(wěn)定試井方法分析水力沖壓效果的井?dāng)?shù)目還不夠多，且施工參數(shù)差別也不大，因而可以得到如下的結(jié)論。 1）水力沖壓肯定可以壓開地層，造成裂縫，即使不輔以酸化措施，也有一定長(zhǎng)度和寬度的殘余裂縫存在。因而有明顯的增產(chǎn)效果。2）水力沖壓在目前施工條件下，生成的殘余裂縫的長(zhǎng)度為10米左右，寬度小于05mm ，大多數(shù)井沖壓后的壓力恢復(fù)曲線顯示了四分之一斜率直線，表明了裂縫導(dǎo)流能力不是無限大，裂縫寬度比較窄。3）即使輔以酸化措施，造成增產(chǎn)效果的主要因素仍是水力沖壓。4）為了使酸化成為水力沖壓必不可少的組成部分，充分發(fā)揮酸化作用的途

45、徑是：增加酸液的有效作用距離，降低漏失，增大酸液對(duì)裂縫面的作用強(qiáng)度。42 水力壓裂復(fù)合酸化技術(shù)在水力壓裂過程中，壓裂液不可避免地會(huì)對(duì)地層及填砂裂縫造成傷害，導(dǎo)致裂縫壁面滲透率降低，影響壓裂效果。通過在水力壓裂施工期間向裂縫中加入酸液，可以減輕甚至消除壓裂液對(duì)裂縫壁面滲透率及填砂裂縫導(dǎo)流能力的傷害，從而提高壓裂效果，增加油氣井產(chǎn)量。水力壓裂復(fù)合酸化技術(shù)的目的是解除壓裂液對(duì)裂縫壁面及支撐劑層的損害，改進(jìn)裂縫導(dǎo)流能力和提高裂縫壁面附近地層的滲透率。通過在壓裂施工期間加入酸液，消除水力壓裂對(duì)裂縫壁面附近地層的各類損害；消除各類機(jī)械雜質(zhì)對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的損害；迫使壓裂液快速、合理破膠，減少壓裂液殘?jiān)鼘?duì)裂縫

46、壁面附近地層的各類損害和對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的損害；調(diào)節(jié)壓裂液的破膠時(shí)間，使裂縫閉合期間支撐劑的沉降和破膠有合理的時(shí)間匹配，從而提高裂縫的導(dǎo)流能力，提高產(chǎn)量。水力壓裂復(fù)合酸化技術(shù)有幾個(gè)突出的特點(diǎn)1）酸巖反應(yīng)以線形反應(yīng)為主，有效酸化作用距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于砂巖徑向酸化作用半徑。2）緩速酸液在腐蝕壓裂主裂縫的同時(shí)，可能會(huì)同時(shí)疏通附近某些天然微裂縫，形成分支導(dǎo)流通道。3）受適用地層的巖性限制，該技術(shù)應(yīng)用面較小。4.3 壓裂工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)遵循以下設(shè)計(jì)原則：1 對(duì)不同的壓裂設(shè)計(jì)，以極大提高壓后產(chǎn)量為目標(biāo)，借助水力裂縫模擬和油藏模擬，進(jìn)行壓裂施工規(guī)模的優(yōu)化設(shè)計(jì)。2 在以極大提高壓后產(chǎn)量為目標(biāo)的前提下，壓裂設(shè)計(jì)

47、時(shí)應(yīng)在確保壓開目的層同時(shí)盡量減小裂縫高度的延伸。3 壓裂材料的選擇應(yīng)滿足本層段的地質(zhì)條件與工藝要求，應(yīng)以極大降低對(duì)地層的傷害和提高壓后效果為目標(biāo)。4 壓裂方法立足于國(guó)內(nèi)現(xiàn)有成熟的工藝技術(shù)及現(xiàn)有設(shè)備能力，施工參數(shù)應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理，指標(biāo)先進(jìn)，經(jīng)努力可以實(shí)現(xiàn)。優(yōu)化水力壓裂設(shè)計(jì)技術(shù)包括以下3個(gè)方面。 1 預(yù)測(cè)裂縫長(zhǎng)度和裂縫導(dǎo)流能力首先用油藏動(dòng)態(tài)模擬器預(yù)測(cè)不同的裂縫長(zhǎng)度和裂縫導(dǎo)流能力可望達(dá)到的油氣產(chǎn)量，用所測(cè)得的數(shù)據(jù)建立起裂縫長(zhǎng)度和凈收益之間的關(guān)系，確定達(dá)到不同裂縫長(zhǎng)度和導(dǎo)流能力所需的費(fèi)用，最大限度地提高經(jīng)濟(jì)回收總額。最經(jīng)濟(jì)的壓裂優(yōu)化的主要因素之一是使裂縫特性和地層性質(zhì)之間達(dá)到適當(dāng)?shù)钠胶猓话阏J(rèn)為滲透率高的儲(chǔ)

48、層也需高導(dǎo)流能力的裂縫，但裂縫長(zhǎng)度相對(duì)要求不太長(zhǎng)。2 壓裂參數(shù)設(shè)計(jì)影響壓裂效果的因素很多，搞好壓裂設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是參數(shù)設(shè)計(jì)，也是壓裂能否成功的先決條件。目前還不能完全人為地控制裂縫在地層中的延伸狀態(tài)，但可以人為地選擇適當(dāng)?shù)膲毫岩?、支撐劑等壓裂材料的類型、?shù)量、泵入速度。準(zhǔn)確控制儲(chǔ)層裂縫長(zhǎng)度、寬度、裂縫的導(dǎo)流能力、縫高、方位、形狀等的方法目前仍處于實(shí)驗(yàn)階段。優(yōu)化水力壓裂設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)為：支撐裂縫幾何形狀和導(dǎo)流能力，井口施工條件和生產(chǎn)管柱尺寸，巖石力學(xué)性質(zhì)和地應(yīng)力分布，壓裂液粘度和濾失性，前置液和支撐劑濃度，排量和施工壓力等。3 壓裂數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)近年來壓裂設(shè)計(jì)水平的提高突出地表現(xiàn)在數(shù)學(xué)模型的發(fā)展和應(yīng)用

49、上，人們發(fā)展和應(yīng)用了水力壓裂的三維數(shù)學(xué)模型。簡(jiǎn)單的二維模型，事先人為地假定了裂縫的高度，并認(rèn)為裂縫的高度在壓裂過程中保持不變。裂縫幾何尺寸是按線彈性二維計(jì)算，流體在裂縫中的流動(dòng)按一維計(jì)算。典型的二維模型有：適應(yīng)裂縫長(zhǎng)而窄，要求縫長(zhǎng)遠(yuǎn)大于縫高的PKN 模型；適應(yīng)裂縫較短較寬，要求縫高大于縫長(zhǎng)的KGD 模型。這兩種模型均不符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際壓裂條件。在實(shí)際的壓裂過程中，縫高和縫長(zhǎng)在同時(shí)增加，不可能保證縫高不變，所以人們開始了擬三維模型的實(shí)驗(yàn)研究，它是利用簡(jiǎn)化的三維裂縫模型的概念發(fā)展起來的，可以計(jì)算出裂縫在X-Y-Z 方向的三維擴(kuò)展。在計(jì)算方法上采用了二維的線彈性擴(kuò)展或二維的流體流動(dòng)，有的采用了一維的流體

50、流動(dòng)，多采用了PKN 模型作為縫長(zhǎng)的延伸，KGD 模型作為縫高的延伸，就是利用兩個(gè)二維模型計(jì)算出三維的擴(kuò)展，可以近似地預(yù)測(cè)出裂縫的幾何形狀，現(xiàn)已為現(xiàn)場(chǎng)廣泛采用。全(真 三維模型是根據(jù)平衡裂縫的線彈性方程和裂縫平面內(nèi)的三維流體流動(dòng)發(fā)展起來的。大多使用應(yīng)力強(qiáng)度因子和裂縫前緣的幾何形狀，伴之以三維流體流動(dòng)來模擬裂縫的延伸過程。5 酸化液對(duì)地層適用性分析51 酸液的組成及作用自1935年以來，氫氟酸就被廣泛應(yīng)用于酸化增產(chǎn)工藝，典型的砂巖油藏可能含有5085%的二氧化硅，鹽酸、硫酸或硝酸等無機(jī)酸與砂巖地層中含硅量高的礦物不發(fā)生反應(yīng)，而由氫氟酸酸化過的巖心薄片分析顯示：氫氟酸與硅質(zhì)的反應(yīng)很獨(dú)特。盡管氫氟酸

51、與方解石反應(yīng)的親和力與鹽酸相當(dāng)，但鹽酸更易電離且消耗速率比氫氟酸快。由于在大多數(shù)砂巖中方解石的含量相對(duì)較少，在氫氟酸中加入鹽酸將大大降低氫氟酸在方解石中的消耗，因此鹽酸是氫氟酸的一個(gè)非常有效的前置液，鹽酸能與方解石很快地發(fā)生反應(yīng)，將地層中的粘土暴露以便于氫氟酸的選擇性反應(yīng)。砂巖的油氣儲(chǔ)集空間和滲流通道就是砂粒與砂粒之間未被膠結(jié)物完全充填的孔隙。對(duì)于膠結(jié)物較多或污染堵塞嚴(yán)重的砂巖油氣層，常采用以解堵為目的的常規(guī)酸化處理，一般通常首先用鹽酸溶解碳酸鹽巖膠結(jié)物，然后用土酸或能在油氣層中生成氫氟酸的物質(zhì)(如氟硼酸 來溶解粘土、長(zhǎng)石等鋁硅酸鹽礦物，其原理是通過酸液來溶解砂巖油氣層之間的膠結(jié)物和部分砂粒，或溶解孔隙中的泥質(zhì)堵塞物及其它結(jié)垢物，以恢復(fù)、提高井底附近油氣層的滲透率。52 砂巖酸化酸液