水力壓裂技術(shù)（課堂PPT）

水力壓裂技術(shù)

林景禹/增產(chǎn)部經(jīng)理

1緒論第一節(jié)、水力壓裂基本原理第二節(jié)、水力壓裂施工設(shè)備第三節(jié)、壓裂液及其質(zhì)量檢測第四節(jié)、支撐劑及其質(zhì)量檢測第五節(jié)、水力壓裂工藝技術(shù)21油氣井增產(chǎn)方法1.1油氣井低產(chǎn)的主要原因近井地帶受傷害，導(dǎo)致滲透率嚴(yán)重下降

油氣層滲透性差

地層壓力低，油氣層剩余能量不足

地層原油粘度高緒論31.2油氣井增產(chǎn)途徑

提高或恢復(fù)地層滲透率

保持壓力增加地層能量

降低井底回壓

降低原油粘度緒論41.3油氣井增產(chǎn)方法

水力壓裂HydraulicFracturing

酸化Acidizing

爆炸Explosion

高能氣體壓裂

水力沖擊波壓裂

振動壓裂緒論51.4油氣層增產(chǎn)工藝砂巖儲層

水力壓裂、基質(zhì)酸化碳酸鹽巖儲層酸壓、基質(zhì)酸化、水力壓裂特低滲堅(jiān)硬儲層高能氣體壓裂、高能氣體壓裂+水力壓裂…緒論6第7頁第一節(jié)、水力壓裂基本原理一、水力壓裂工作原理二、水力壓裂增產(chǎn)機(jī)理三、水力壓裂造縫機(jī)理四、水力壓裂施工方法7基本概念

利用地面高壓泵組，以超過地層吸收能力的排量將高粘液體（壓裂液）泵入井內(nèi)，而在井底憋起高壓，當(dāng)該壓力克服井壁附近地應(yīng)力達(dá)到巖石抗張強(qiáng)度后，就在井底產(chǎn)生裂縫。繼續(xù)將帶有支撐劑的攜砂液注入壓裂液，裂縫繼續(xù)延伸并在裂縫中充填支撐劑。停泵后，由于支撐劑對裂縫的支撐作用，可在地層中形成足夠長、有一定導(dǎo)流能力的填砂裂縫。一、水力壓裂工作原理8第9頁一、水力壓裂工作原理近井解堵、儲層改造、地層防砂、區(qū)塊開發(fā)、巖屑回注9第10頁二、水力壓裂增產(chǎn)機(jī)理10第11頁二、水力壓裂增產(chǎn)機(jī)理11第12頁三、水力壓裂造縫機(jī)理12第13頁三、水力壓裂造縫機(jī)理13第14頁預(yù)測判斷水力裂縫形態(tài)的方法1、地應(yīng)力測試法2、深度經(jīng)驗(yàn)法3、破裂壓力梯度經(jīng)驗(yàn)法三、水力壓裂造縫機(jī)理14第15頁裂縫的破裂三、水力壓裂造縫機(jī)理15第16頁三、水力壓裂造縫機(jī)理16第17頁天然裂縫對水力裂縫的延伸有很大影響白色：水力裂縫紅色：流體充實(shí)的裂縫黑色：天然裂縫三、水力壓裂造縫機(jī)理17第18頁三、水力壓裂造縫機(jī)理18第19頁如何判斷水力壓裂裂縫的方位1、井下微地震2、測斜儀三、水力壓裂造縫機(jī)理19第20頁井下微地震裂縫測試與診斷檢測技術(shù)三、水力壓裂造縫機(jī)理20第21頁測斜儀裂縫測試與診斷技術(shù)三、水力壓裂造縫機(jī)理21第22頁水力壓裂裂縫尺寸的識別應(yīng)力差值影響裂縫高度，尤其是產(chǎn)層和隔層間的應(yīng)力差是影響裂縫高度的決定因素；一般縫寬是支撐劑粒徑的4-10倍；縫長與液量、砂量、砂比、施工排量等有關(guān)，相對而言，人為設(shè)計(jì)的空間較大；巖性對裂縫尺寸的影響較大。三、水力壓裂造縫機(jī)理22第23頁裂縫高度的識別（井溫、示蹤劑）三、水力壓裂造縫機(jī)理23第24頁四、水力壓裂的施工方法注入方式：油管注入油套環(huán)空注入油套注入套管注入24第25頁水力壓裂施工工藝方法常規(guī)壓裂分層壓裂投球法壓裂限流法壓裂四、水力壓裂的施工方法25第26頁分層壓裂工藝四、水力壓裂的施工方法26第27頁投球法水力壓裂四、水力壓裂的施工方法27第28頁限流法分層壓裂限流法壓裂是通過控制各層的孔眼數(shù)量和直徑，并盡可能的提高注入排量，利用最先被壓開層孔眼產(chǎn)生的摩阻，提高井底壓力，使其他層相繼被壓開，從而達(dá)到一次分壓幾個層的目的。四、水力壓裂的施工方法28第29頁第二節(jié)、水力壓裂施工設(shè)備一、水力壓裂作業(yè)地面流程二、水力壓裂施工設(shè)備29第30頁一、地面作業(yè)流程30第31頁二、壓裂設(shè)備31第32頁壓裂車二、壓裂設(shè)備32第33頁混砂車二、壓裂設(shè)備33第34頁二、壓裂設(shè)備34第35頁儀表車二、壓裂設(shè)備35第36頁二、壓裂設(shè)備36第37頁壓裂車組監(jiān)測與控制流程二、壓裂設(shè)備37第38頁管匯車二、壓裂設(shè)備38第39頁二、壓裂設(shè)備39第40頁第三節(jié)、壓裂液及其質(zhì)量檢測一、壓裂液概述二、水基壓裂液的組成和性能檢測40第41頁一、壓裂液概述1、按材料和液體的性狀分水基壓裂液油基壓裂液乳化壓裂液泡沫壓裂液酸基壓裂液醇基壓裂液2、按耐溫性能分低溫壓裂液（20-60℃）中溫壓裂液（60-120℃）高溫壓裂液（120-180℃）41第42頁一、壓裂液概述42第43頁二、水基壓裂液的組成和性能檢測水基壓裂液的組成1、稠化劑2、交聯(lián)劑3、PH調(diào)節(jié)劑4、破膠劑5、殺菌劑6、粘土穩(wěn)定劑7、表面活性劑8、降濾劑9、破乳劑10、降阻劑11、溫度穩(wěn)定劑43第44頁二、水基壓裂液的組成和性能檢測44第45頁二、水基壓裂液的組成和性能檢測45第46頁二、水基壓裂液的組成和性能檢測46第47頁二、水基壓裂液的組成和性能檢測47第48頁二、水基壓裂液的組成和性能檢測48第49頁二、水基壓裂液的組成和性能檢測49第50頁二、水基壓裂液的組成和性能檢測50第51頁二、水基壓裂液的組成和性能檢測51第52頁二、水基壓裂液的組成和性能檢測52二、水基壓裂液的組成和性能檢測53第54頁二、水基壓裂液的組成和性能檢測54第55頁

二、水基壓裂液的組成和性能檢測55第56頁二、水基壓裂液的組成和性能檢測56第57頁二、水基壓裂液的組成和性能檢測57第58頁第四節(jié)、支撐劑及其質(zhì)量檢測一、支撐劑類型二、支撐劑物理性能及其評價方法三、支撐劑裂縫導(dǎo)流能力及其影響因素四、支撐劑的選擇58第59頁一、支撐劑類型59第60頁二、水基壓裂液的組成和性能檢測60第61頁二、水基壓裂液的組成和性能檢測61第62頁二、水基壓裂液的組成和性能檢測62第63頁二、支撐劑的物理性能及評價63第64頁支撐劑物理性能評價內(nèi)容二、支撐劑的物理性能及評價64第65頁三、充填支撐劑導(dǎo)流能力及其影響因素65第66頁三、充填支撐劑導(dǎo)流能力及其影響因素66第67頁四、支撐劑的選擇67第68頁四、支撐劑的選擇68第69頁四、支撐劑的選擇69第70頁四、支撐劑的選擇70第71頁第五節(jié)、水力壓裂工藝技術(shù)一、高溫高壓深井壓裂技術(shù)二、多層分段壓裂技術(shù)

直井多層壓裂技術(shù)水平井分段壓裂技術(shù)三、非常規(guī)氣藏壓裂技術(shù)71

第六節(jié)、壓裂方案設(shè)計(jì)概述一、壓前地層評估二、壓裂材料優(yōu)化選擇三、優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)四、壓裂診斷及壓后評估72一、壓前地層評估地層潛力評價（物質(zhì)基礎(chǔ)）、地層能量分析、工藝措施原則及思路綜合地質(zhì)研究（包括沉積環(huán)境、沉積相、構(gòu)造、巖性、物性以及地層流體性質(zhì)等）、測井分析、巖石力學(xué)試驗(yàn)、不穩(wěn)定試井，并使用油藏模擬進(jìn)行綜合性的歷史擬合分析。在整體壓裂時，應(yīng)充分研究油藏的非均質(zhì)性與各向異性，對上述研究的結(jié)果列出特性參數(shù)的數(shù)組，達(dá)到能覆蓋油藏整體特性。73壓裂液類型及優(yōu)化選擇

壓裂液的類型：

水基壓裂液、油基壓裂液、乳狀及泡沫壓裂液等。水基凍膠壓裂液，它具有粘度高、摩阻低及懸砂能力好等優(yōu)點(diǎn)，已成為礦場主要使用的壓裂液，總用量超過2/3。二、壓裂材料優(yōu)化選擇74壓裂液優(yōu)化：基本準(zhǔn)則是平衡壓裂液的流變性、濾失性與壓裂液傷害等諸因素的關(guān)系，達(dá)到能按設(shè)計(jì)安全施工和最大限度地減少對支撐裂縫與初集層的傷害，使壓后獲得最大凈現(xiàn)值。壓裂液優(yōu)化考慮的因素

①儲集層溫度。適于27～67℃低溫地層壓裂液的難點(diǎn)在于如何快速徹底地破膠水化以便返排，超過125℃的高溫地層壓裂液應(yīng)重點(diǎn)考察其粘溫穩(wěn)定性，介于二者之間的中溫壓裂液則需要解決維持粘度與快速徹底破膠的矛盾。二、壓裂材料優(yōu)化選擇75

②儲集層壓力。對低壓油氣藏應(yīng)采用密度相對低的如泡沫、油基和乳化壓裂液，并配以強(qiáng)制閉合快速返排措施減少傷害。

③敏感性分析。包括水、堿、酸、鹽和速度敏感性分析，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果將為壓裂液選擇提供依據(jù)。

④地下原油特性。原油性能差異往往會很明顯地影響壓裂液的助排和破乳性能，因此最好使用本區(qū)塊的原油進(jìn)行助排和破乳實(shí)驗(yàn)，必要時可以使用互溶劑。

⑤地層水類型及礦化度。進(jìn)入地層的處理液含鹽量等于或大于粘土周圍共生水的礦化度有利于粘土穩(wěn)定。壓裂液必須與地層水配伍且不產(chǎn)生二次沉定。二、壓裂材料優(yōu)化選擇76

壓裂過程的溫度場計(jì)算對壓裂液的優(yōu)化設(shè)計(jì)非常重要，由于壓裂液的冷卻，壓裂液實(shí)際遇到的溫度低于油藏溫度。在標(biāo)準(zhǔn)做法中，往往以油藏溫度的80％～90％來評價壓裂液。實(shí)際上，壓裂液進(jìn)入裂縫并在裂縫中流動時，會在地層中被加熱，溫度逐漸上升。最先進(jìn)入地層的前置液遇到的總是地層靜態(tài)溫度，隨后的液體則因作用時間短，來不及熱交換而溫度逐漸降低。這樣同一口井，在壓裂施工不同階段，壓裂液的性能有所不同，這就是壓裂液優(yōu)化設(shè)計(jì)的根據(jù)。二、壓裂材料優(yōu)化選擇77

圖2-2-1130℃地層溫度下施工過程中壓裂液遇到的溫度（以B252為例）二、壓裂材料優(yōu)化選擇78支撐劑類型：

脆性支撐劑，如石英砂、玻璃球等，特點(diǎn)是硬度大，變形小，在高閉合壓力下易破碎；韌性支撐劑，如核桃殼、鋁球等，特點(diǎn)是變形大，承壓面積隨之加大，在高閉合壓力下不易破碎。

目前礦場上常用的是人造支撐劑（陶粒）。二、壓裂材料優(yōu)化選擇79支撐劑優(yōu)選：水力壓裂使用支撐劑的目的是支撐水力裂縫，在儲集層中形成遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于油層滲透率的支撐裂縫帶。根據(jù)油藏的特點(diǎn)，應(yīng)正確選擇與油藏相匹配的支撐劑類型與顆粒。

選擇支撐劑應(yīng)主要考慮它在地層條件下裂縫閉合后所受到的擠壓力。支撐劑的特性必須與它所受的力相適應(yīng)，以便裂縫閉合在支撐劑上后能達(dá)到油藏所需的導(dǎo)流能力。二、壓裂材料優(yōu)化選擇80三、優(yōu)化壓裂設(shè)計(jì)FracProPT/StimPlan/Gohfer壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)的輸入?yún)?shù)裂縫長、寬、高及導(dǎo)流能力的優(yōu)化壓裂施工工藝參數(shù)的選擇壓裂施工水馬力的選擇81類別主要參數(shù)作用求取方法備注儲集層參數(shù)滲透率，地層壓力，孔隙度，有效厚度，地層原油粘度，了解產(chǎn)層的儲液能力及地層流體流動能力，是產(chǎn)能預(yù)測的關(guān)鍵參數(shù)。通過測井、試井或?qū)嶒?yàn)室?guī)r心及高壓物性試驗(yàn)得到地應(yīng)力縱向剖面巖石彈性模量、泊松比是取得對縫高、縫寬以及地層壓力，裂縫延伸壓力信息的關(guān)鍵參數(shù)長源距聲波測井、小型測試或?qū)嶒?yàn)室?guī)r石力學(xué)參數(shù)測試得到地應(yīng)力方向大小取得對裂縫延伸方向的認(rèn)識，是整體壓裂設(shè)計(jì)的重要參數(shù)井筒橢圓法實(shí)驗(yàn)室差應(yīng)變分析法等壓裂施工參數(shù)壓裂液的稠度系數(shù)、流態(tài)指數(shù)、慮失系數(shù)影響造縫大小、施工壓力高低的主要因素，裂縫模擬的關(guān)鍵參數(shù)實(shí)驗(yàn)室評價可以調(diào)節(jié)施工參數(shù)以得到合理的支撐裂縫加砂程序決定支撐裂縫剖面是否合理的主要因素總液量與支撐劑量、排量確定施工規(guī)模的主要參數(shù)經(jīng)濟(jì)評價參數(shù)壓裂施工費(fèi)用、材料費(fèi)、設(shè)備費(fèi)、其它費(fèi)用計(jì)算施工成本油、氣價格計(jì)算壓后收益壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)的輸入?yún)?shù)82裂縫長、寬、高及導(dǎo)流能力的優(yōu)化無量綱導(dǎo)流能力定義為：

Cfd=KfWf/KLf

它本質(zhì)上反映了地層特性與裂縫特性之間的關(guān)系，無量綱導(dǎo)流能力高說明裂縫導(dǎo)流能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地層的供液能力，造成施工中不必要的經(jīng)濟(jì)損失；無量綱導(dǎo)流能力低說明裂縫導(dǎo)流能力較低，將導(dǎo)致產(chǎn)量達(dá)不到要求。

對不同的縫長，利用油藏模擬和裂縫模擬以及經(jīng)濟(jì)評價模型求取最優(yōu)的凈現(xiàn)值，以此來確定最優(yōu)的縫長。支撐縫寬的優(yōu)化與導(dǎo)流能力有關(guān)，支撐縫寬主要取決于加砂濃度和支撐劑密度。按目前國內(nèi)施工作業(yè)中的加砂濃度，平均支撐縫寬一般在2～4mm之間。縫高的確定是壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)中很關(guān)鍵的部分，在比較復(fù)雜的地層條件下，如果知道應(yīng)力剖面，則可以利用擬三維或全三維模型來計(jì)算縫高，這時縫高沿縫長是變化的。縫高的控制基本上取決于儲集層與上下界層的應(yīng)力差值。83壓裂施工工藝參數(shù)的選擇1注入方式的選擇。

通常注入方式有油管注入、環(huán)空注入、油套混注和套管注入等。2施工排量的選擇。一般在井口限壓容許的條件下，應(yīng)盡可能提高排量，但由于增加排量裂縫垂向延伸也將增加，故此施工排量的選擇應(yīng)使用裂縫模擬。確保提高排量時裂縫垂向延伸是有限的。3砂液比的選擇。應(yīng)根據(jù)油藏的特性及產(chǎn)出能力，取得優(yōu)化的裂縫長度和導(dǎo)流能力，對低滲油氣藏需造長縫，但不需要太高導(dǎo)流能力，因而平均砂液比在30％左右即可。對中、高滲油、氣藏則需短、寬高導(dǎo)流裂縫，因此平均砂液比要達(dá)到50％以上。4加砂程序的確定。

一般采用線性加砂程序，以形成更好的裂縫支撐剖面，獲得最佳的導(dǎo)流能力。84第85頁階段階段類型時間mm:ss流體類型凈液量m3支撐劑濃度1kg/m3支撐劑濃度2kg/m3階段支撐劑量tone累計(jì)支撐劑量tone排量m3/min支撐劑類型沖洗井筒KCL24.8711前置液23:49凍膠560002.42段塞40:56凍膠4060602.42.42.4100目3前置液60:56凍膠560002.84段塞72:33凍膠3260601.94.32.830/505前置液92:33凍膠560002.86段塞104:10凍膠3260601.96.22.830/507前置液124:10凍膠560002.88段塞135:47凍膠3260601.98.12.830/509前置液150:47凍膠420002.810攜砂液171:34凍膠5660604.512.62.830/5011攜砂液190:34凍膠521002007.820.42.830/5012攜砂液217:18凍膠7020030017.537.92.830/5013攜砂液243:56凍膠6830040023.861.72.830/5014攜砂液270:26凍膠6640050029.791.42.830/5015攜砂液295:57凍膠6250060034.1125.52.8