水力壓裂設(shè)計課件

水力壓裂設(shè)計

HydraulicFracturing水力壓裂設(shè)計

HydraulicFracturing1背景垂直井單相油流產(chǎn)量公式

對具體井，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壓力;

對于低滲透儲層：水力壓裂背景垂直井單相油流產(chǎn)量公式對具體井，地層條件2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、儀表車第一節(jié)水力壓裂概述水力壓裂示意圖壓裂材料：壓裂液3力學(xué)觀點：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：儲層應(yīng)力環(huán)境—地應(yīng)力場(2)水力裂縫方位(3)破裂壓裂計算與預(yù)測基本思路：注水井采油井力學(xué)觀點：裂縫形成與延伸是力學(xué)行為。問題：注水井采油井4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)動和水平運(yùn)動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地應(yīng)力場地應(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)動和5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+擾動應(yīng)力。

原地應(yīng)力：重力應(yīng)力地應(yīng)力構(gòu)成：原地應(yīng)力+擾動應(yīng)力。6

其中：r(h)

為上覆巖層密度，由密度測井曲線獲得。(1)重力應(yīng)力（上覆壓力）

為Boit孔隙彈性常數(shù)。

有效垂向應(yīng)力為其中：r(h)為上覆巖層密度，由密度測井曲線獲7由廣義虎克定律計算總應(yīng)變研究對象：地層中任意單元體。由廣義虎克定律計算總應(yīng)變研究對象：地層中任意單元體。8由于泊松效應(yīng)，垂向應(yīng)力產(chǎn)生的側(cè)向壓力由于泊松效應(yīng)，垂向應(yīng)力產(chǎn)生的側(cè)向壓力9(2)構(gòu)造應(yīng)力定義：地殼的構(gòu)造運(yùn)動引起的巖體之間的相互作用力。是地應(yīng)力的一個分量。來源：各種構(gòu)造運(yùn)動，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。ABC(2)構(gòu)造應(yīng)力定義：地殼的構(gòu)造運(yùn)動引起的巖體之間的相互作用10特點構(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)動的邊界影響使其在傳播過程中逐漸衰減。特點11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。斷層和裂縫發(fā)育區(qū)右旋走向滑動斷層正斷層逆斷層—逆斷層或褶12(3)熱應(yīng)力原因：地層溫度變化引起的內(nèi)應(yīng)力增量。計算方法特點：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(3)熱應(yīng)力原因：地層溫度變化引起的內(nèi)應(yīng)力增量。特點：與溫132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，形成水平裂縫；當(dāng)Y或x>z，形成垂直裂縫。yxxyz2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14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顯裂縫地層很難出現(xiàn)人工裂縫。15y二、水力壓裂造縫機(jī)理1井壁最終應(yīng)力分布rxrRwxyy二、水力壓裂造縫機(jī)理rxrRwxy16(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(4)井壁上的總周向應(yīng)力(應(yīng)力迭加原理)

＝地應(yīng)力+172水力壓裂造縫條件(1)形成垂直縫巖石破壞條件－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2水力壓裂造縫條件(1)形成垂直縫－壓為正，拉為負(fù)18有液體滲濾當(dāng)破裂時，Pi=PF有液體滲濾當(dāng)破裂時，Pi=PF19無液體滲濾當(dāng)破裂時，Pi=PF無液體滲濾當(dāng)破裂時，Pi=PF20(2)形成水平縫巖石破壞條件最大有效周向應(yīng)力大于垂直方向抗拉強(qiáng)度(2)形成水平縫巖石破壞條件最大有效周向應(yīng)力大于垂直方21有液體滲濾有效總垂向應(yīng)力為：有液體滲濾有效總垂向應(yīng)力為：22當(dāng)破裂時，Pi=PF1.94當(dāng)破裂時，Pi=PF1.9423無液體滲濾有效總垂向應(yīng)力為：無液體滲濾有效總垂向應(yīng)力為：24當(dāng)破裂時，Pi=PF0.94當(dāng)破裂時，Pi=PF0.94253破裂壓力梯度定義理論計算(垂直裂縫形態(tài))礦場統(tǒng)計當(dāng)αF<0.015～0.018MPa/m,形成垂直裂縫當(dāng)αF>0.022～0.025MPa/m,形成水平裂縫3破裂壓力梯度定義理論計算礦場統(tǒng)計當(dāng)αF<0.015～26三、地應(yīng)力的測量及計算（1）礦場測量

—

水力壓裂法

—

井眼橢圓法（井壁崩落法）（2）巖心分析（實驗室）

—滯彈性應(yīng)變恢復(fù)（ASR）

—微差應(yīng)變分析（DSCA）（4）有限元計算（3）測井解釋三、地應(yīng)力的測量及計算（1）礦場測量（2）巖心分析（實驗27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性壓裂液的濾失性壓裂液對儲層的傷害壓裂液選擇第三節(jié)壓裂液壓裂液及其性能要求28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）壓裂液的組成前置液29對壓裂液的性能要求(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)低殘渣、易返排；(6)熱穩(wěn)定性和抗剪切穩(wěn)定性。對壓裂液的性能要求(1)與地層巖石和地下流體的配伍性；30壓裂液對儲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濕性發(fā)生反轉(zhuǎn)造成的傷害壓裂液殘渣對地層造成的損害壓裂液對地層的冷卻效應(yīng)造成地層傷害壓裂液濾餅和濃縮對地層的傷害壓裂液對儲層的傷害壓裂液在地層中滯留產(chǎn)生液堵31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）潤濕性壓裂液液體污染32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?！獕毫岩簩Φ貙訋r石浸泡而脫落下來的微粒—化學(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。壓裂液固相堵塞來源33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，此時不可能用常規(guī)破膠劑用量實現(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。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34第四節(jié)水力壓裂設(shè)計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四節(jié)水力壓裂設(shè)計模型裂縫延伸二維模型35一、卡特模型

1幾何模型HfLfWf一、卡特模型

1幾何模型HfLfWf362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)地層中某點的濾失速度取決于此點暴露于液體中的時間,即:(4)地層中各點速度函數(shù)相同。(5)裂縫中各點壓力相同,均等于井底的延伸壓力。2主要假設(shè)(1)裂縫等寬。(4)地層中各點速度函數(shù)相同。373計算公式忽略壓縮性，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:3計算公式忽略壓縮性，由物質(zhì)平衡：38水力壓裂設(shè)計課件39二、GDK模型1幾何模型Khristianovich、

Geertsma、DeklerkDaneshyW(x,t)L(t)H二、GDK模型1幾何模型Khristianovich、402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,縫高方向裂縫呈矩形。(4)縫中X方向壓降由摩阻產(chǎn)生,不考慮動能和勢能影響。(5)裂縫高度和施工排量恒定。2假設(shè)條件(1)巖石為均質(zhì)各向同性。413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,還運(yùn)用了裂縫平衡延伸理論。此模型是現(xiàn)在最常用的兩個二維延伸模型之一。3理論基礎(chǔ)運(yùn)用了體積平衡方程;424計算公式4計算公式43式中式中44三、PKN模型1幾何模型

Perkins&Kern

NorgrenL(t)W(x,z,t)H三、PKN模型1幾何模型L(t)W(x,z,t)H452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-υ2)(p-σ)H/E(3)施工排量恒定(4)長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。2假設(shè)條件(1)裂縫為垂直裂縫,其高度恒定。463計算公式壓降方程最終得長度方程寬度方程3計算公式壓降方程最終得長度方程寬度方程47四、GDK和PKN模型的比較四、GDK和PKN模型的比較48第五節(jié)支撐劑輸送—支撐劑的沉降特性

—沉降布砂設(shè)計

—懸浮布砂設(shè)計第五節(jié)支撐劑輸送—支撐劑的沉降特性49受力分析

—固體顆粒的重力

—流體對固體顆粒的浮力

—顆粒的運(yùn)動阻力重力浮力阻力顆粒一、支撐劑的沉降特性

1單顆粒自由沉降速度概念

—自由沉降

—干擾沉降受力分析重力浮力阻力顆粒一、支撐劑的沉降特性

1單顆50重力浮力阻力重力浮力阻力顆粒重力浮力阻力重力浮力阻力顆粒51F=Fg-Fb當(dāng)F＝Fd時CD與雷諾數(shù)有關(guān)，雷諾數(shù)與UP有關(guān)F=Fg-FbCD與雷諾數(shù)有關(guān)，雷諾數(shù)與UP有關(guān)52水力壓裂設(shè)計課件53Novotny公式當(dāng)NRe2時UH/UP=5.5

當(dāng)2<Nre<500時UH/UP=3.5

當(dāng)NRe

500時

UH/UP=22干擾沉降Brown公式Novotny公式當(dāng)NRe2時543壁面影響當(dāng)NRe1當(dāng)NRe100當(dāng)1<Nre<100用內(nèi)插法求FW3壁面影響當(dāng)NRe1當(dāng)NRe100當(dāng)1<Nre<554顆粒形狀對沉降速度的影響

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；—顆粒的形狀是不對稱的不規(guī)則顆粒的沉降速度小于球形顆粒的沉降速度4顆粒形狀對沉降速度的影響支撐劑顆粒是不規(guī)則的顆粒，而56支撐劑在冪律液體中的沉降用視粘度a代替支撐劑在冪律液體中的沉降用視粘度a代替57思路支撐劑在裂縫高度上的分布平衡流速、平衡高度的計算砂堤的堆起速度平衡時間二、沉降型布砂設(shè)計思路二、沉降型布砂設(shè)計581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1支撐劑在裂縫高度上的分布概念：平衡狀態(tài)顆粒濃度分布(592平衡流速與阻力流速平衡流速HEQhEQVEQ平衡高度2平衡流速與阻力流速平衡流速HEQhEQVEQ平衡高度60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關(guān)系6砂堤堆起高度與時間的經(jīng)驗關(guān)系7平衡時間的計算方法問題61例6-3

牛頓型壓裂液粘度μf=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；試計算雙翼裂縫中排量Q為0.8和2.0m3/min時的平衡高度和平衡時間。例6-3牛頓型壓裂液粘度μf=30mPa.s，密度f=62解

(1)計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<2，與假設(shè)流態(tài)相符，故vp=0.0687m/s

濃度校正系數(shù)：按Novotny公式，fc=0.97

裂縫壁面校正系數(shù)：按Novotny公式，fw=0.84

忽略剪切速度影響，支撐劑在裂縫中的沉降速度為vt=0.032m/s解(1)計算支撐劑沉降速度63

(2)計算阻力速度按牛頓液計算阻力速度vwEQ=0.316m/s

(3)計算平衡流速

a.攜砂液混合物密度ρse=1100kg/m3b.按紊流公式計算平衡流速vEQ=3.88m/sc.校核流態(tài)：雷諾數(shù)NRe=35000>3000,故平衡流速為vEQ=3.88m/s(2)計算阻力速度按牛頓液計算阻力速度v64水力壓裂設(shè)計課件65三、全懸浮布砂設(shè)計技術(shù)背景研究目的1.計算縫內(nèi)砂比沿縫長變化基礎(chǔ)上，找出滿足設(shè)計要求的導(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)象三、全懸浮布砂設(shè)計技術(shù)背景661假設(shè)條件2計算單元劃分設(shè)攜砂液單元體積為P，則泵入時間為

t=P/Q3濾失計算

濾失百分?jǐn)?shù)（t時間后）

i=濾失％＝Fi/FFi

濾失體積

F單元體積濾失后的剩余體積1假設(shè)條件2計算單元劃分3濾失計算67濾失體積

濾失百分?jǐn)?shù)

i=濾失％＝Fi/FFi

濾失體積

F單元體積濾失后的剩余體積濾失體積濾失百分?jǐn)?shù)684裂縫體積計算注入單元體積P=剩余體積F+濾失體積Fi

利用計算復(fù)利的方法，n次濾失后的剩余體積

4裂縫體積計算注入單元體積P=剩余體積F+濾失體積Fi利用69因此，已知縫內(nèi)砂濃度，可確定相應(yīng)的地面砂濃度因此，已知縫內(nèi)砂濃度，可確定相應(yīng)的地面砂濃度70分析：S越小，濾失次數(shù)越多，要求地面加入的砂濃度越小用ST-S代替n

考慮濾失速度隨注入液量而變化

分析：S越小，濾失次數(shù)越多，要求地面加入的砂濃度越小用ST715支撐裂縫幾何尺寸停泵時的裂縫體積(即剩余體積)

支撐裂縫長度支撐裂縫寬度

5支撐裂縫幾何尺寸停泵時的裂縫體積(即剩余體積)72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層，因為這里并不需要很高的裂縫導(dǎo)流能力就能獲得較好的增產(chǎn)效果。優(yōu)點：支撐面積大缺點：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層，因為這73第六節(jié)水力壓裂效果分析工藝效果：評價所實施壓裂工藝技術(shù)的適應(yīng)性和有效性開發(fā)效果：評價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)營管理的基本途徑第六節(jié)水力壓裂效果分析工藝效果：評價所實施壓裂工藝技術(shù)的適74一、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751McGuire&Sikora圖版

縱坐標(biāo)為增產(chǎn)倍比

橫坐標(biāo)為：1McGuire&Sikora圖版縱坐標(biāo)為增產(chǎn)倍比橫76a.對低滲透儲層（k<110-3m2）,很容易得到較高的裂縫導(dǎo)流能力比值（大于0.4），欲提高壓裂效果，應(yīng)以增加裂縫長度為主。b.高滲透地層，不容易獲得較高的裂縫導(dǎo)流能力比值，提高裂縫導(dǎo)流能力是提高壓裂效果的主要途徑，不能片面追求壓裂規(guī)模而增加縫長。c.對一定縫長，存在一個最佳裂縫導(dǎo)流能力，超過該值而增加導(dǎo)流能力的效果甚微，例如對Lf/Le=0.5，當(dāng)導(dǎo)流能力比值為0.5時，增加裂縫導(dǎo)流力基本上不能增加增產(chǎn)比Jf/J0。d.無傷害油井最大增產(chǎn)比為13.6倍。a.對低滲透儲層（k<110-3m2）,很容易得到較高772Raymond&Binder公式法3數(shù)值模擬計算法2Raymond&Binder公式法3數(shù)值模擬計78二、水力壓裂經(jīng)濟(jì)評價壓裂經(jīng)濟(jì)分析準(zhǔn)則(1)壓裂施工現(xiàn)值(2)壓裂施工凈現(xiàn)值(3)貼現(xiàn)償還時間(4)壓裂效益指數(shù)二、水力壓裂經(jīng)濟(jì)評價791產(chǎn)量遞減模式(1)定值百分?jǐn)?shù)遞減(2)調(diào)和型遞減(3)雙曲線型遞減1產(chǎn)量遞減模式(1)定值百分?jǐn)?shù)遞減803壓裂經(jīng)濟(jì)敏感性評價1）井網(wǎng)密度與最佳裂縫長度的關(guān)系2）儲層滲透率和裂縫長度3）裂縫導(dǎo)流能力的影響4）有效厚度的影響5）裂縫高度的影響6）壓裂液濾失性與防濾失添加劑7）鋪砂濃度和支撐帶滲透率的保持程度8）壓裂液粘度9）泵注排量與施工規(guī)模10)油氣價格和貼現(xiàn)率2成本構(gòu)成3壓裂經(jīng)濟(jì)敏感性評價1）井網(wǎng)密度與最佳裂縫長度的關(guān)系281第七節(jié)壓裂設(shè)計水力壓裂設(shè)計是在滿足地質(zhì)、工程和設(shè)備條件下作出經(jīng)濟(jì)有效的最優(yōu)方案。

(1)正設(shè)計(2)反設(shè)計優(yōu)化壓裂設(shè)計任務(wù)（1）在給定的儲層與井網(wǎng)條件下，根據(jù)不同縫長和導(dǎo)流能力預(yù)測壓后生產(chǎn)動態(tài);（2）根據(jù)儲層條件選擇壓裂液、支撐劑和加砂濃度，并確定合理用量；（3）根據(jù)井下管柱與井口裝置的壓力極限選擇合理的泵注排量與泵注方式、地面泵壓和壓裂車數(shù)；（4）確定壓裂泵注程序；（5）進(jìn)行壓裂經(jīng)濟(jì)評價，使壓裂作業(yè)最優(yōu)化。第七節(jié)壓裂設(shè)計水力壓裂設(shè)計是在滿足地質(zhì)、工程和設(shè)備條件下作82一、選井選層考慮因素儲層地質(zhì)特征、巖石力學(xué)性質(zhì)、孔滲飽特性、油層油水接觸關(guān)系、巖層間界面性質(zhì)與致密性、井筒技術(shù)要求。油氣井低產(chǎn)原因（1）由于鉆井、完井、修井等作業(yè)過程對地層傷害使近井地帶造成嚴(yán)重的堵塞；（2）油氣層滲透率很低，常規(guī)完井方法難以經(jīng)濟(jì)開采；（3）“土豆?fàn)睢蓖哥R體地層，單井控油面積有限，難以獲得高產(chǎn)；（4）油氣藏壓力已經(jīng)枯竭前三種情況可以采取適當(dāng)?shù)膲毫汛胧?。一、選井選層考慮因素儲層地質(zhì)特征、巖石力學(xué)性質(zhì)、孔滲飽特831儲層物性評估儲層地質(zhì)特征粘土礦物分析巖石力學(xué)性質(zhì)巖心分析試井分析1儲層物性評估儲層地質(zhì)特征842井筒技術(shù)要求壓裂設(shè)計符合套管強(qiáng)度要求；固井質(zhì)量合格；井底無落物。2井筒技術(shù)要求壓裂設(shè)計符合套管強(qiáng)度要求；853儲層條件地質(zhì)條件儲量和能量。壓裂侯選井1)低滲透地層：滲透率越低，越要優(yōu)先壓裂，越要加大壓裂規(guī)模。2)足夠的地層系數(shù)：一般要求kh>0.5×10-3μm2.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6～15%才值得壓裂；若儲層厚度大，最低孔隙度為6～7%。5)高污染井：壓裂作業(yè)只能改善受污染的表皮效應(yīng)。3儲層條件地質(zhì)條件儲量和能量。86二、確定入井材料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、潤濕劑、破乳劑、防蠟劑等添加劑系列。(3)篩選適合現(xiàn)場施工的耐溫劑、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)行全面評定。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)對其性能進(jìn)行全面評定，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。二、確定入井材料1．優(yōu)選壓裂液體系87水力壓裂設(shè)計課件88三、水力壓裂設(shè)計計算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)備能力這個約束條件支撐劑輸送2.井口施工壓力三、水力壓裂設(shè)計計算1.施工排量893壓裂設(shè)計單井壓裂設(shè)計包括：選井選層確定施工參數(shù)方案設(shè)計計算經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析和評價3壓裂設(shè)計單井壓裂設(shè)計包括：904壓裂施工模擬設(shè)計根據(jù)壓裂施工規(guī)模預(yù)測增產(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?、計算施工時間；

c.計算動態(tài)裂縫幾何尺寸；

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)測增產(chǎn)倍比。4壓裂施工模擬設(shè)計根據(jù)壓裂施工規(guī)模預(yù)測增產(chǎn)倍數(shù)91前置液量確定根據(jù)增產(chǎn)要求確定裂縫長度和導(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。前置液量確定根據(jù)增產(chǎn)要求確定裂縫長度和導(dǎo)流能力；92支撐劑用量確定支撐劑用量確定93施工泵壓及水功率施工水功率ＨＰ＝１６．５５ＰＰＱ式中:ＨＰ——井口施工水功率,ｋｗ；ＰＰ——施工泵壓，ＭＰａ；Ｑ——施工排量，ｍ３／ｍｉｎ壓裂車臺數(shù)按功率計算按排量計算施工泵壓及水功率施工水功率壓裂車臺數(shù)94例6-4

已知油藏開發(fā)井網(wǎng)井距400×400m，壓裂井深度H=2500m，巖石彈性模量E=25000MPa，泊松比ν=0.15，破裂壓力梯度α=0.018MPa/m；油層有效厚度Hf=10m，滲透率k=2.0×10-3μm2，孔隙度φ=20%，地層溫度80oC，地層流體壓力pS=25.0MPa，地層流體粘度μr=2mPa.s，流體壓縮系數(shù)cf=6×10-3/MPa；射孔孔眼密度10孔/m，孔徑φ10，生產(chǎn)流壓pWf=15MPa，套管直徑φ127，油管直徑φ62，；蘭州石英砂粒徑dP=0.4-0.8mm，顆粒密度ρr=2650kg/m3。牛頓型壓裂液粘度μ=0.03Pa.s，密度ρf=1000kg/m3，初濾失系數(shù)SP=0，造壁性濾失系數(shù)c=8.62×10-4。施工排量Q=2.0m3/min。假設(shè)采用油管注液工藝，壓裂液在油管中的為摩阻0.6MPa/100m。試進(jìn)行水力壓裂設(shè)計。例6-4已知油藏開發(fā)井網(wǎng)井距400×400m，壓裂井深度95

解

（1）井口破裂壓力

pbreak=pF

-pH+pfpbreak=0.018×2500-10-6×1000×9.8×2500+0.6×2500/100=35.5MPa

(2)閉合應(yīng)力選擇支撐劑時，為保險起見，通常按地層破裂壓力與井底流壓之差計算，即

pc=pF-pwf=0.018×2500-15=30MPa(3)要求的裂縫長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30MPa下的導(dǎo)流能力為FRCD=0.15μm2-m，按MicGuire&Sikora圖版，其橫坐標(biāo)為解（1）井口破裂壓力96

要求裂縫長度:Lf=40%×200=80m(4）確定填砂面積

為保證80m的有效縫長，取Lf=90m；而且實際裂縫高度比油層厚度大5m。因此，填砂面積為

A=2×Hf×Lf=2×15×90=2700m2(5）確定用液量按PKN模型計算裂縫寬度w=0.0038m平均縫寬wAVG=0.785×w=0.003m

鋪砂濃度為5kg/m2時要求的裂縫寬度為0.0028m比較計算平均縫寬和要求縫寬，二者相近；否則重新計算。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=8.62×10-4水力壓裂設(shè)計課件97水力壓裂設(shè)計課件98水力壓裂設(shè)計課件99水力壓裂設(shè)計課件100石英砂從裂縫頂部沉到底部的時間為

ts=15/0.28=53.5min

可見，施工結(jié)束時尚有部分支撐劑呈懸浮狀態(tài)。加砂程序前置液10m3

攜砂液100/140目石英砂1.5m3，砂比15%，攜砂量10m320/40目石英砂5.5m3，砂比25%，攜砂量20m3

頂替液10m3石英砂從裂縫頂部沉到底部的時間為101第八節(jié)壓裂施工壓力分析檢測確定壓裂裂縫高度是檢驗壓裂設(shè)計、評價壓裂施工有效性和壓后效果的關(guān)鍵。直接測試法（裸眼井）井下電視法、地層微掃描儀和噪聲測井等，還有適用于裸眼井和套管井的間接測試方法（裸眼井和套管井）微地震法、井溫測井、伽瑪測井和聲波測井等。Nolte(1979)壓裂壓力降落分析創(chuàng)造性地提出了利用壓裂壓力降落曲線確定裂縫和壓裂參數(shù)的方法，開辟了解釋地下裂縫參數(shù)的新途徑。第八節(jié)壓裂施工壓力分析檢測確定壓裂裂縫高度是檢驗壓裂設(shè)計102施工壓力曲線類型（1）正斜率很小的線段I(2)斜率為1的線段III(3)負(fù)斜率線段IV(4)壓力不變的線段IIⅠⅡⅢⅣlgPlgt

典型的施工壓力曲線施工壓力曲線類型（1）正斜率很小的線段IⅠⅡⅢⅣlgPlgt103第九節(jié)壓裂工藝技術(shù)多層壓裂技術(shù)暫堵劑分層壓裂工藝孔眼堵塞球法壓裂工藝限流法分層壓裂技術(shù)填砂法壓裂技術(shù)氮?dú)鈮毫鸭夹g(shù)控縫高壓裂技術(shù)端部脫砂壓裂技術(shù)第九節(jié)壓裂工藝技術(shù)多層壓裂技術(shù)104一、分層及選擇性壓裂1．封隔器分層壓裂封(1)單封隔器分層壓裂(2)雙封隔器分層壓裂(3)橋塞封隔器分層壓裂(4)滑套封隔器分層壓裂

(a)單封隔器分層壓裂(b)雙封隔器分層壓裂(c)橋塞封隔器分層壓裂一、分層及選擇性壓裂1．封隔器分層壓裂封1052．限流法分層壓裂

2．限流法分層壓裂1063蠟球選擇性壓裂3蠟球選擇性壓裂107堵塞球選擇壓裂影響堵球效果的主要因素(1)堵球在孔眼口上座封(2)保持堵塞不脫落(3)壓裂投產(chǎn)后，堵球從孔眼脫落。堵塞球選擇壓裂108二、控縫高壓裂技術(shù)背景：裂縫高度穿層的危害技術(shù)途徑：影響壓裂裂縫高度的因素分析技術(shù)方法（1）：常規(guī)控縫高壓裂技術(shù)二、控縫高壓裂技術(shù)背景：裂縫高度穿層的危害109技術(shù)方法2：人工隔層控縫高壓裂技術(shù)

—原理

—導(dǎo)向劑的性能要求

—適用范圍

—導(dǎo)向劑用量技術(shù)方法2：人工隔層控縫高壓裂技術(shù)110水力壓裂設(shè)計

HydraulicFracturing水力壓裂設(shè)計

HydraulicFracturing111背景垂直井單相油流產(chǎn)量公式

對具體井，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壓力;

對于低滲透儲層：水力壓裂背景垂直井單相油流產(chǎn)量公式對具體井，地層條件112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、儀表車第一節(jié)水力壓裂概述水力壓裂示意圖壓裂材料：壓裂液113力學(xué)觀點：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：儲層應(yīng)力環(huán)境—地應(yīng)力場(2)水力裂縫方位(3)破裂壓裂計算與預(yù)測基本思路：注水井采油井力學(xué)觀點：裂縫形成與延伸是力學(xué)行為。問題：注水井采油井114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)動和水平運(yùn)動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地應(yīng)力場地應(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)動和115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+擾動應(yīng)力。

原地應(yīng)力：重力應(yīng)力地應(yīng)力構(gòu)成：原地應(yīng)力+擾動應(yīng)力。116

其中：r(h)

為上覆巖層密度，由密度測井曲線獲得。(1)重力應(yīng)力（上覆壓力）

為Boit孔隙彈性常數(shù)。

有效垂向應(yīng)力為其中：r(h)為上覆巖層密度，由密度測井曲線獲117由廣義虎克定律計算總應(yīng)變研究對象：地層中任意單元體。由廣義虎克定律計算總應(yīng)變研究對象：地層中任意單元體。118由于泊松效應(yīng)，垂向應(yīng)力產(chǎn)生的側(cè)向壓力由于泊松效應(yīng)，垂向應(yīng)力產(chǎn)生的側(cè)向壓力119(2)構(gòu)造應(yīng)力定義：地殼的構(gòu)造運(yùn)動引起的巖體之間的相互作用力。是地應(yīng)力的一個分量。來源：各種構(gòu)造運(yùn)動，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。ABC(2)構(gòu)造應(yīng)力定義：地殼的構(gòu)造運(yùn)動引起的巖體之間的相互作用120特點構(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)動的邊界影響使其在傳播過程中逐漸衰減。特點121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。斷層和裂縫發(fā)育區(qū)右旋走向滑動斷層正斷層逆斷層—逆斷層或褶122(3)熱應(yīng)力原因：地層溫度變化引起的內(nèi)應(yīng)力增量。計算方法特點：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(3)熱應(yīng)力原因：地層溫度變化引起的內(nèi)應(yīng)力增量。特點：與溫1232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，形成水平裂縫；當(dāng)Y或x>z，形成垂直裂縫。yxxyz2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124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顯裂縫地層很難出現(xiàn)人工裂縫。125y二、水力壓裂造縫機(jī)理1井壁最終應(yīng)力分布rxrRwxyy二、水力壓裂造縫機(jī)理rxrRwxy126(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(4)井壁上的總周向應(yīng)力(應(yīng)力迭加原理)

＝地應(yīng)力+1272水力壓裂造縫條件(1)形成垂直縫巖石破壞條件－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2水力壓裂造縫條件(1)形成垂直縫－壓為正，拉為負(fù)128有液體滲濾當(dāng)破裂時，Pi=PF有液體滲濾當(dāng)破裂時，Pi=PF129無液體滲濾當(dāng)破裂時，Pi=PF無液體滲濾當(dāng)破裂時，Pi=PF130(2)形成水平縫巖石破壞條件最大有效周向應(yīng)力大于垂直方向抗拉強(qiáng)度(2)形成水平縫巖石破壞條件最大有效周向應(yīng)力大于垂直方131有液體滲濾有效總垂向應(yīng)力為：有液體滲濾有效總垂向應(yīng)力為：132當(dāng)破裂時，Pi=PF1.94當(dāng)破裂時，Pi=PF1.94133無液體滲濾有效總垂向應(yīng)力為：無液體滲濾有效總垂向應(yīng)力為：134當(dāng)破裂時，Pi=PF0.94當(dāng)破裂時，Pi=PF0.941353破裂壓力梯度定義理論計算(垂直裂縫形態(tài))礦場統(tǒng)計當(dāng)αF<0.015～0.018MPa/m,形成垂直裂縫當(dāng)αF>0.022～0.025MPa/m,形成水平裂縫3破裂壓力梯度定義理論計算礦場統(tǒng)計當(dāng)αF<0.015～136三、地應(yīng)力的測量及計算（1）礦場測量

—

水力壓裂法

—

井眼橢圓法（井壁崩落法）（2）巖心分析（實驗室）

—滯彈性應(yīng)變恢復(fù)（ASR）

—微差應(yīng)變分析（DSCA）（4）有限元計算（3）測井解釋三、地應(yīng)力的測量及計算（1）礦場測量（2）巖心分析（實驗137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性壓裂液的濾失性壓裂液對儲層的傷害壓裂液選擇第三節(jié)壓裂液壓裂液及其性能要求138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）壓裂液的組成前置液139對壓裂液的性能要求(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)低殘渣、易返排；(6)熱穩(wěn)定性和抗剪切穩(wěn)定性。對壓裂液的性能要求(1)與地層巖石和地下流體的配伍性；140壓裂液對儲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濕性發(fā)生反轉(zhuǎn)造成的傷害壓裂液殘渣對地層造成的損害壓裂液對地層的冷卻效應(yīng)造成地層傷害壓裂液濾餅和濃縮對地層的傷害壓裂液對儲層的傷害壓裂液在地層中滯留產(chǎn)生液堵141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）潤濕性壓裂液液體污染142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?！獕毫岩簩Φ貙訋r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。壓裂液固相堵塞來源143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，此時不可能用常規(guī)破膠劑用量實現(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。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144第四節(jié)水力壓裂設(shè)計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四節(jié)水力壓裂設(shè)計模型裂縫延伸二維模型145一、卡特模型

1幾何模型HfLfWf一、卡特模型

1幾何模型HfLfWf1462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)地層中某點的濾失速度取決于此點暴露于液體中的時間,即:(4)地層中各點速度函數(shù)相同。(5)裂縫中各點壓力相同,均等于井底的延伸壓力。2主要假設(shè)(1)裂縫等寬。(4)地層中各點速度函數(shù)相同。1473計算公式忽略壓縮性，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:3計算公式忽略壓縮性，由物質(zhì)平衡：148水力壓裂設(shè)計課件149二、GDK模型1幾何模型Khristianovich、

Geertsma、DeklerkDaneshyW(x,t)L(t)H二、GDK模型1幾何模型Khristianovich、1502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,縫高方向裂縫呈矩形。(4)縫中X方向壓降由摩阻產(chǎn)生,不考慮動能和勢能影響。(5)裂縫高度和施工排量恒定。2假設(shè)條件(1)巖石為均質(zhì)各向同性。1513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,還運(yùn)用了裂縫平衡延伸理論。此模型是現(xiàn)在最常用的兩個二維延伸模型之一。3理論基礎(chǔ)運(yùn)用了體積平衡方程;1524計算公式4計算公式153式中式中154三、PKN模型1幾何模型

Perkins&Kern

NorgrenL(t)W(x,z,t)H三、PKN模型1幾何模型L(t)W(x,z,t)H1552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-υ2)(p-σ)H/E(3)施工排量恒定(4)長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。2假設(shè)條件(1)裂縫為垂直裂縫,其高度恒定。1563計算公式壓降方程最終得長度方程寬度方程3計算公式壓降方程最終得長度方程寬度方程157四、GDK和PKN模型的比較四、GDK和PKN模型的比較158第五節(jié)支撐劑輸送—支撐劑的沉降特性

—沉降布砂設(shè)計

—懸浮布砂設(shè)計第五節(jié)支撐劑輸送—支撐劑的沉降特性159受力分析

—固體顆粒的重力

—流體對固體顆粒的浮力

—顆粒的運(yùn)動阻力重力浮力阻力顆粒一、支撐劑的沉降特性

1單顆粒自由沉降速度概念

—自由沉降

—干擾沉降受力分析重力浮力阻力顆粒一、支撐劑的沉降特性

1單顆160重力浮力阻力重力浮力阻力顆粒重力浮力阻力重力浮力阻力顆粒161F=Fg-Fb當(dāng)F＝Fd時CD與雷諾數(shù)有關(guān)，雷諾數(shù)與UP有關(guān)F=Fg-FbCD與雷諾數(shù)有關(guān)，雷諾數(shù)與UP有關(guān)162水力壓裂設(shè)計課件163Novotny公式當(dāng)NRe2時UH/UP=5.5

當(dāng)2<Nre<500時UH/UP=3.5

當(dāng)NRe

500時

UH/UP=22干擾沉降Brown公式Novotny公式當(dāng)NRe2時1643壁面影響當(dāng)NRe1當(dāng)NRe100當(dāng)1<Nre<100用內(nèi)插法求FW3壁面影響當(dāng)NRe1當(dāng)NRe100當(dāng)1<Nre<1654顆粒形狀對沉降速度的影響

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；—顆粒的形狀是不對稱的不規(guī)則顆粒的沉降速度小于球形顆粒的沉降速度4顆粒形狀對沉降速度的影響支撐劑顆粒是不規(guī)則的顆粒，而166支撐劑在冪律液體中的沉降用視粘度a代替支撐劑在冪律液體中的沉降用視粘度a代替167思路支撐劑在裂縫高度上的分布平衡流速、平衡高度的計算砂堤的堆起速度平衡時間二、沉降型布砂設(shè)計思路二、沉降型布砂設(shè)計1681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1支撐劑在裂縫高度上的分布概念：平衡狀態(tài)顆粒濃度分布(1692平衡流速與阻力流速平衡流速HEQhEQVEQ平衡高度2平衡流速與阻力流速平衡流速HEQhEQVEQ平衡高度170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關(guān)系6砂堤堆起高度與時間的經(jīng)驗關(guān)系7平衡時間的計算方法問題171例6-3

牛頓型壓裂液粘度μf=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；試計算雙翼裂縫中排量Q為0.8和2.0m3/min時的平衡高度和平衡時間。例6-3牛頓型壓裂液粘度μf=30mPa.s，密度f=172解

(1)計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<2，與假設(shè)流態(tài)相符，故vp=0.0687m/s

濃度校正系數(shù)：按Novotny公式，fc=0.97

裂縫壁面校正系數(shù)：按Novotny公式，fw=0.84

忽略剪切速度影響，支撐劑在裂縫中的沉降速度為vt=0.032m/s解(1)計算支撐劑沉降速度173

(2)計算阻力速度按牛頓液計算阻力速度vwEQ=0.316m/s

(3)計算平衡流速

a.攜砂液混合物密度ρse=1100kg/m3b.按紊流公式計算平衡流速vEQ=3.88m/sc.校核流態(tài)：雷諾數(shù)NRe=35000>3000,故平衡流速為vEQ=3.88m/s(2)計算阻力速度按牛頓液計算阻力速度v174水力壓裂設(shè)計課件175三、全懸浮布砂設(shè)計技術(shù)背景研究目的1.計算縫內(nèi)砂比沿縫長變化基礎(chǔ)上，找出滿足設(shè)計要求的導(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)象三、全懸浮布砂設(shè)計技術(shù)背景1761假設(shè)條件2計算單元劃分設(shè)攜砂液單元體積為P，則泵入時間為

t=P/Q3濾失計算

濾失百分?jǐn)?shù)（t時間后）

i=濾失％＝Fi/FFi

濾失體積

F單元體積濾失后的剩余體積1假設(shè)條件2計算單元劃分3濾失計算177濾失體積

濾失百分?jǐn)?shù)

i=濾失％＝Fi/FFi

濾失體積

F單元體積濾失后的剩余體積濾失體積濾失百分?jǐn)?shù)1784裂縫體積計算注入單元體積P=剩余體積F+濾失體積Fi

利用計算復(fù)利的方法，n次濾失后的剩余體積

4裂縫體積計算注入單元體積P=剩余體積F+濾失體積Fi利用179因此，已知縫內(nèi)砂濃度，可確定相應(yīng)的地面砂濃度因此，已知縫內(nèi)砂濃度，可確定相應(yīng)的地面砂濃度180分析：S越小，濾失次數(shù)越多，要求地面加入的砂濃度越小用ST-S代替n

考慮濾失速度隨注入液量而變化

分析：S越小，濾失次數(shù)越多，要求地面加入的砂濃度越小用ST1815支撐裂縫幾何尺寸停泵時的裂縫體積(即剩余體積)

支撐裂縫長度支撐裂縫寬度

5支撐裂縫幾何尺寸停泵時的裂縫體積(即剩余體積)182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層，因為這里并不需要很高的裂縫導(dǎo)流能力就能獲得較好的增產(chǎn)效果。優(yōu)點：支撐面積大缺點：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層，因為這183第六節(jié)水力壓裂效果分析工藝效果：評價所實施壓裂工藝技術(shù)的適應(yīng)性和有效性開發(fā)效果：評價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)營管理的基本途徑第六節(jié)水力壓裂效果分析工藝效果：評價所實施壓裂工藝技術(shù)的適184一、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1851McGuire&Sikora圖版

縱坐標(biāo)為增產(chǎn)倍比

橫坐標(biāo)為：1McGuire&Sikora圖版縱坐標(biāo)為增產(chǎn)倍比橫186a.對低滲透儲層（k<110-3m2）,很容易得到較高的裂縫導(dǎo)流能力比值（大于0.4），欲提高壓裂效果，應(yīng)以增加裂縫長度為主。b.高滲透地層，不容易獲得較高的裂縫導(dǎo)流能力比值，提高裂縫導(dǎo)流能力是提高壓裂效果的主要途徑，不能片面追求壓裂規(guī)模而增加縫長。c.對一定縫長，存在一個最佳裂縫導(dǎo)流能力，超過該值而增加導(dǎo)流能力的效果甚微，例如對Lf/Le=0.5，當(dāng)導(dǎo)流能力比值為0.5時，增加裂縫導(dǎo)流力基本上不能增加增產(chǎn)比Jf/J0。d.無傷害油井最大增產(chǎn)比為13.6倍。a.對低滲透儲層（k<110-3m2）,很容易得到較高1872Raymond&Binder公式法3數(shù)值模擬計算法2Raymond&Binder公式法3數(shù)值模擬計188二、水力壓裂經(jīng)濟(jì)評價壓裂經(jīng)濟(jì)分析準(zhǔn)則(1)壓裂施工現(xiàn)值(2)壓裂施工凈現(xiàn)值(3)貼現(xiàn)償還時間(4)壓裂效益指數(shù)二、水力壓裂經(jīng)濟(jì)評價1891產(chǎn)量遞減模式(1)定值百分?jǐn)?shù)遞減(2)調(diào)和型遞減(3)雙曲線型遞減1產(chǎn)量遞減模式(1)定值百分?jǐn)?shù)遞減1903壓裂經(jīng)濟(jì)敏感性評價1）井網(wǎng)密度與最佳裂縫長度的關(guān)系2）儲層滲透率和裂縫長度3）裂縫導(dǎo)流能力的影響4）有效厚度的影響5）裂縫高度的影響6）壓裂液濾失性與防濾失添加劑7）鋪砂濃度和支撐帶滲透率的保持程度8）壓裂液粘度9）泵注排量與施工規(guī)模10)油氣價格和貼現(xiàn)率2成本構(gòu)成3壓裂經(jīng)濟(jì)敏感性評價1）井網(wǎng)密度與最佳裂縫長度的關(guān)系2191第七節(jié)壓裂設(shè)計水力壓裂設(shè)計是在滿足地質(zhì)、工程和設(shè)備條件下作出經(jīng)濟(jì)有效的最優(yōu)方案。

(1)正設(shè)計(2)反設(shè)計優(yōu)化壓裂設(shè)計任務(wù)（1）在給定的儲層與井網(wǎng)條件下，根據(jù)不同縫長和導(dǎo)流能力預(yù)測壓后生產(chǎn)動態(tài);（2）根據(jù)儲層條件選擇壓裂液、支撐劑和加砂濃度，并確定合理用量；（3）根據(jù)井下管柱與井口裝置的壓力極限選擇合理的泵注排量與泵注方式、地面泵壓和壓裂車數(shù)；（4）確定壓裂泵注程序；（5）進(jìn)行壓裂經(jīng)濟(jì)評價，使壓裂作業(yè)最優(yōu)化。第七節(jié)壓裂設(shè)計水力壓裂設(shè)計是在滿足地質(zhì)、工程和設(shè)備條件下作192一、選井選層考慮因素儲層地質(zhì)特征、巖石力學(xué)性質(zhì)、孔滲飽特性、油層油水接觸關(guān)系、巖層間界面性質(zhì)與致密性、井筒技術(shù)要求。油氣井低產(chǎn)原因（1）由于鉆井、完井、修井等作業(yè)過程對地層傷害使近井地帶造成嚴(yán)重的堵塞；（2）油氣層滲透率很低，常規(guī)完井方法難以經(jīng)濟(jì)開采；（3）“土豆?fàn)睢蓖哥R體地層，單井控油面積有限，難以獲得高產(chǎn)；（4）油氣藏壓力已經(jīng)枯竭前三種情況可以采取適當(dāng)?shù)膲毫汛胧?。一、選井選層考慮因素儲層地質(zhì)特征、巖石力學(xué)性質(zhì)、孔滲飽特1931儲層物性評估儲層地質(zhì)特征粘土礦物分析巖石力學(xué)性質(zhì)巖心分析試井分析1儲層物性評估儲層地質(zhì)特征1942井筒技術(shù)要求壓裂設(shè)計符合套管強(qiáng)度要求；固井質(zhì)量合格；井底無落物。2井筒技術(shù)要求壓裂設(shè)計符合套管強(qiáng)度要求；1953儲層條件地質(zhì)條件儲量和能量。壓裂侯選井1)低滲透地層：滲透率越低，越要優(yōu)先壓裂，越要加大壓裂規(guī)模。2)足夠的地層系數(shù)：一般要求kh>0.5×10-3μm2.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6～15%才值得壓裂；若儲層厚度大，最低孔隙度為6～7%。5)高污染井：壓裂作業(yè)只能改善受污染的表皮效應(yīng)。3儲層條件地質(zhì)條件儲量和能量。196二、確定入井材料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、潤濕劑、破乳劑、防蠟劑等添加劑系列。(3)篩選適合現(xiàn)場施工的耐溫劑、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)行全面評定。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)對其性能進(jìn)行全面評定，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。二、確定入井材料1．優(yōu)選壓裂液體系197水力壓裂設(shè)計課件198三、水力壓裂設(shè)計計算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)備能力這個約束條件支撐劑輸送2.井口施工壓力三、水力壓裂設(shè)計計算1.施工排量1993壓裂設(shè)計單井壓裂設(shè)計包括：選井選層確定施工參數(shù)方案設(shè)計計算經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析和評價3壓裂設(shè)計單井壓裂設(shè)計包括：2004壓裂施工模擬設(shè)計根據(jù)壓裂施工規(guī)模預(yù)測增產(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┕づ帕俊⒂嬎闶┕r間；

c.計算動態(tài)裂縫幾何尺寸；

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)測增產(chǎn)倍比。4壓裂施工模擬設(shè)計根據(jù)壓裂施工規(guī)模預(yù)測增產(chǎn)倍數(shù)201前置液量確定根據(jù)增產(chǎn)要求確定裂縫長度和導(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。前置液量確定根據(jù)增產(chǎn)要求確定裂縫長度和導(dǎo)流能力；202支撐劑用量確定支撐劑用量確定203施工泵壓及水功率施工水功率ＨＰ＝１６．５５ＰＰＱ