水力压裂的工艺过程课件

第六章 水力压裂技术主要内容：主要内容：(4)(4)压裂设计压裂设计(1)(1)造缝机理造缝机理(2)(2)压裂液压裂液(3)(3)支撑剂支撑剂第六章 水力压裂技术主要内容：(4)压裂设计(1)造缝1利用100%的液体二氧化碳和石英砂进行压裂，无水无任何添加剂，压后压裂液几乎完全排出地层，可避免地层伤害。其关键技术是混合砂子进入液体二氧化碳中的二氧化碳混合器。适用于对驱替液、冻胶或表面活性剂的伤害敏感的地层，适合的储层包括渗水层、低压层及有微粒运移的储层以及水敏性储层。压裂的定义：用压力将地层压开一条或几条水平的或垂直的裂缝，并用支撑剂将裂缝支撑起来，减小油、气、水的流动阻力，沟通油、气、水的流动通道，从而达到增产增注的效果。压裂的种类：(根据造缝介质不同)水力压裂水力压裂高能气体压裂高能气体压裂干法压裂干法压裂利用特定的发射药或推进剂在油气井的目的层段高速燃烧，产生高温高压气体，压裂地层形成多条自井眼呈放射状的径向裂缝，清除油气层污染及堵塞物，有效地降低表皮系数，从而达到油气井增产的目的的一种工艺技术。利用100%的液体二氧化碳和石英砂进行压裂，无水无任何添加剂2高能气体压裂：高能气体压裂：利用特定的发射药或推进剂在油气井的目的层段高速燃烧，产生高温高压气体，压裂地层形成多条自井眼呈放射状的径向裂缝，清除油气层污染及堵塞物，有效地降低表皮系数，从而达到油气井增产的目的的一种工艺技术。干法压裂：干法压裂：利用100%的液体二氧化碳和石英砂进行压裂，无水无任何添加剂，压后压裂液几乎完全排出地层，可避免地层伤害。其关键技术是混合砂子进入液体二氧化碳中的二氧化碳混合器。适用于对驱替液、冻胶或表面活性剂的伤害敏感的地层，适合的储层包括渗水层、低压层及有微粒运移的储层以及水敏性储层。高能气体压裂：利用特定的发射药或推进剂在油气井的目的层段高速3 利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高压；当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层产生裂缝；继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，使井达到增产增注目的工艺措施。水力压裂：水力压裂的工艺过程：憋压造逢裂缝延伸充填支撑剂裂缝闭合 利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸4(2)降低了井底附近地层中流体的渗流阻力：裂缝内流体流动阻力小。水力压裂增产增注的原理:(1)改变流体的渗流状态：使原来径向流动改变为油层与裂缝近似的单向流动和裂缝与井筒间的单向流动，消除了径向节流损失，降低了能量消耗。(2)降低了井底附近地层中流体的渗流阻力：裂缝内流体流动阻5第一节 造缝机理裂缝形成条件裂缝的形态裂缝的方位井网部署提高采油速度提高原油采收率有利的裂缝状态及参数能够充分发挥其在增产、有利的裂缝状态及参数能够充分发挥其在增产、增注的作用。增注的作用。第一节 造缝机理裂缝形成条件裂缝的形态裂缝的方位井网部署提高6 造缝条件及裂缝的形态、方位等与井底附近地层的地应力及其分布、岩石的力学性质、压裂液的渗滤性质及注入方式有密切关系。图6-1 压裂过程井底压力变化曲线a致密岩石 b微缝高渗岩石破裂压力延伸压力地层压力 造缝条件及裂缝的形态、方位等与井底附近地层的地应力及7一、油井应力状况(一)地应力垂向应力：上覆层的岩石重量。有效垂向应力：如果岩石处于弹性状态，可根据广义虎克定律建立岩石的有效水平应力与有效垂向应力的关系：在三向应力作用下，x轴方向上的应变分别为：一、油井应力状况(一)地应力垂向应力：上覆层的岩石重量。有效8令：得：由于存在侧向应力的约束，则：侧压系数考虑到构造应力等因素的影响，可以得到最大、最小水平主应力为：令：得：由于存在侧向应力91.井筒对地应力及其分布的影响(二)井壁上的应力图6-2 无限大平板中钻一圆孔的应力分布地层三维应力问题转化为二维方法处理圆孔周向应力：(1)当 ，时，说明圆孔壁上各点的周向应力相等，且与角度无关。(2)当 ，时，说明最小周向应力发生在 方向上，而最大周向应力却在 的方向上。(3)随着 的增加，周向应力迅速降低。1.井筒对地应力及其分布的影响(二)井壁上的应力图6-2 102.井眼内压所引起的井壁应力 压裂过程中，向井筒内注入高压液体，使井内压力很快升高。井筒内压必然导致井壁上产生周向应力。根据弹性力学中的拉梅公式(拉应力取负号)：当re=、Pe=0及r=ra时，井壁上的周向应力为：即由于井筒内压而导致的周向应力与内压大小相等，方向相反。2.井眼内压所引起的井壁应力 压裂过程中，向井筒内注入113.压裂液径向渗入地层所引的井壁应力 由于注入井中的高压液体在地层破裂前，渗入井筒周围地层中，形成了另外一个应力区，它的作用是增大了井壁周围岩石中的应力。增加的周向应力值为：4.井壁上的最小总周向应力 在地层破裂前，井壁上的最小总周向应力应为地应力、井筒内压及液体渗滤所引起的周向应力之和：3.压裂液径向渗入地层所引的井壁应力 由于注入井中的高12二、造缝条件（一）形成垂直裂缝的条件 当井壁上存在的周向应力超过井壁岩石的水平方向的抗拉强度时，岩石将在垂直于水平应力的方向上产生脆性破裂，即在与周向应力相垂直的方向上产生垂直裂缝。造缝条件为：当产生裂缝时，井筒内注入流体的压力即为地层的破裂压力：二、造缝条件（一）形成垂直裂缝的条件 当井壁上存在的周13(二)形成水平裂缝的条件 当井壁上存在的垂向应力超过井壁岩石的垂向的抗张强度时，岩石将在垂直于垂向应力的方向上产生脆性破裂，即在与垂向应力相垂直的方向上产生水平裂缝。造缝条件为：当产生水平裂缝时，井筒内注入流体的压力等于地层的破裂压力：实验修正：(二)形成水平裂缝的条件 当井壁上存在的垂向应力超过井14(三)破裂压力梯度(破裂梯度)破裂梯度：地层破裂压力与地层深度的比值。各油田根据大量压裂施工资料统计出来的破裂梯度值为：(1518)(2225)深地层垂直裂缝 浅地层水平裂缝根据破裂梯度的大小估计裂缝的形态：小于1518时形成垂直裂缝大于23时形成水平裂缝(三)破裂压力梯度(破裂梯度)破裂梯度：地层破裂压力与地层深15