水力压裂技术1课件

水力水力压裂技裂技术汇报汇报人：曲占人：曲占人：曲占人：曲占庆庆中国石油大学中国石油大学中国石油大学中国石油大学(华东华东).).石油工程学院石油工程学院石油工程学院石油工程学院20152015年年年年4 4月月月月汇报内内容容绪绪 论论一、一、一、一、水力水力水力水力压压裂造裂造裂造裂造缝缝及增及增及增及增产产机理机理机理机理二、二、二、二、水力水力水力水力压压裂入井材料裂入井材料裂入井材料裂入井材料三、三、三、三、水力水力水力水力压压裂裂裂裂裂裂裂裂缝扩缝扩展模型及几何参数展模型及几何参数展模型及几何参数展模型及几何参数计计算算算算四、四、四、四、水力水力水力水力压压裂井效果裂井效果裂井效果裂井效果预测预测及方案及方案及方案及方案优优化化化化设计设计五、五、五、五、水力水力水力水力压压裂裂裂裂裂裂裂裂缝监测缝监测及参数及参数及参数及参数识别识别六、六、六、六、重复重复重复重复压压裂技裂技裂技裂技术术七、七、七、七、水平井开水平井开水平井开水平井开发发技技技技术术八、八、八、八、水力水力水力水力压压裂存在的裂存在的裂存在的裂存在的问题问题及新技及新技及新技及新技术术绪论绪论 1947年年美国首次水力美国首次水力压裂增裂增产作作业u第第一代一代压裂裂(1940-1970)：小型：小型压裂（裂（Mini-fracturing）加砂量较小，主要是解除近井地带污染。u第二第二代代压裂裂(1970-1980)：中型：中型压裂（裂（Medium Fracturing）加砂量增加，压裂规模增大，提高低渗透油层导流能力。u第第三代三代压裂裂(1980-1990)：端部脱砂：端部脱砂压裂（裂（Tip Screen Out-TSO）应用到中、高渗储层，主要是大幅度提高储层导流能力。u第四第四代代压裂裂(1990-)：大型：大型压裂（裂（Massive Hydraulic Fracturing-MHF）、）、开发压裂作为一种开发方式，从油藏系统出发，应用压裂技术。水力水力压裂裂发展展历程程绪论1、工、工艺技技术方面：方面：压裂裂方方式式:笼统压裂裂（Commingled Hydraulic Fracturing）、分分层压裂裂（Separate Layer Fracturing）压裂裂工工艺:滑滑套套式式（Sliding Sleeve）分分层压裂裂、选择性性压裂裂（Selective Fracturing）、多多裂裂缝压裂裂（Multi-fracture HF)、限限流流法法压裂裂(Limited Entry Fracturing)、平平 衡衡 限限 流流 法法 压 裂裂(Balanced LEF)、端端 部部 脱脱 砂砂 压 裂裂(TSO Fracturing)、热化化学学压裂裂工工艺(Thermochemical Fracturing)、水水平平井井压裂裂(Horizontal Well Fracturing)、斜直井、斜直井压裂裂(Slant-Vertical Well Fracturing)、小小井井眼眼压裂裂(Slim Hole Fracturing)工工艺、高高能能气气体体压裂裂(High Energy Gas FracturingHEGF）、）、2、设备方方面面：由由初初期期的的水水泥泥车,人人工工加加砂砂,发展展到到目目前前机机械械混混砂砂、自自动控控制制的的K2000型及型及K1800型型压裂裂车组。绪论3、工具方面：、工具方面：先后研制了水力先后研制了水力压差式、差式、压缩式封隔器、式封隔器、导压喷砂器、分砂器、分层滑滑套装置及井口投球装置、地面投蜡球管套装置及井口投球装置、地面投蜡球管汇、不、不压井不放井不放喷井口控制装置等。井口控制装置等。4、管柱方面：、管柱方面：由初期的光油管喇叭口由初期的光油管喇叭口,发展到分展到分层滑套、可返洗、滑套、可返洗、55MPa、小井眼等小井眼等压裂管柱。裂管柱。5、下井原材料方面：、下井原材料方面：压裂液由初期的清水裂液由初期的清水(Riverfrac Treatment)、原油，、原油，发展到海藻、田菁展到海藻、田菁(Sesbania Gum)、胍胶、胍胶(Guar Gum)、香豆、魔芋、泡沫、高、香豆、魔芋、泡沫、高聚物等，支撑聚物等，支撑剂由石英砂由石英砂(Silica Sand)发展到陶粒展到陶粒(Ceramsite)、以及核桃壳、以及核桃壳(Walnut Shell)、树脂砂等。脂砂等。另外，在另外，在压裂机理（裂机理（Fracture Mechanics）研究、）研究、设计软件开件开发方面也方面也都取得了都取得了长足足进步。步。绪论 压裂技裂技术进步，确保低渗透油藏的有效开步，确保低渗透油藏的有效开发u低渗透油藏整体低渗透油藏整体压裂和开裂和开发压裂技裂技术u低低渗透气藏大幅度提高渗透气藏大幅度提高单井井产量技量技术u复复杂岩性岩性储层酸酸压裂技裂技术u深井深井、超深井、超深井压裂技裂技术u大型大型压裂裂技技术u裂裂缝性性储层压裂技裂技术u页岩岩气水力气水力压裂技裂技术u二、低渗透油气藏水力二、低渗透油气藏水力压裂改造技裂改造技术现状状工工艺技技术的基的基础：1）压前前储层评价价2）室内）室内实验技技术3）新型）新型压裂材料裂材料4）裂）裂缝诊断技断技术5）效果）效果评估技估技术6）绪论（一）国外水力（一）国外水力压裂技裂技术现状（状（总体：成熟、系体：成熟、系统配套配套）一、机理研究一、机理研究u裂裂缝模模拟研究研究u支撑支撑剂长期期导流能力研究流能力研究u含砂液流含砂液流变性性u压裂液裂液伤害机理害机理u应力敏感性力敏感性二、新材料研究二、新材料研究u清清洁压裂液裂液u低分子低分子压裂液（可重复使用）裂液（可重复使用）u缔合合压裂液裂液uVDA（清（清洁自自转向酸）向酸）u改改变相渗特性的相渗特性的压裂液裂液u超低密度支撑超低密度支撑剂u清清洁泡沫泡沫压裂液裂液绪论（一）国外水力（一）国外水力压裂技裂技术现状（状（总体：成熟、系体：成熟、系统配套配套）三、三、现场应用研究用研究u裂裂缝诊断断u支撑支撑剂回流控制技回流控制技术u新的新的压裂裂优化化设计技技术u利用利用压裂裂压降曲降曲线认识储层技技术u大型大型压裂控制裂控制缝高技高技术u支撑支撑剂段塞消除近井筒裂段塞消除近井筒裂缝摩阻技摩阻技术目前的目前的领先技先技术u开开发压裂技裂技术u重复重复压裂技裂技术u连续油管油管压裂酸化技裂酸化技术u低低伤害或无害或无伤害害压裂酸化技裂酸化技术u压裂防砂与端部脱砂裂防砂与端部脱砂压裂技裂技术u人工裂人工裂缝诊断技断技术u水平井水平井压裂酸化技裂酸化技术u压裂裂过程的程的计算机自算机自动化控制与化控制与数据数据远传绪论（二）国内水力（二）国内水力压裂技裂技术主体技主体技术n国内国内发现的油气田越来越复的油气田越来越复杂，主要，主要类型：型：（1）低）低压低渗致密气藏低渗致密气藏；（2）低渗特低渗透油藏；）低渗特低渗透油藏；（3）深）深层火山岩气藏；火山岩气藏；（4）致密碳酸）致密碳酸盐岩岩储层；（5）裂）裂缝性性储层；（6）页岩气藏。岩气藏。n形成形成的的压裂改造主体技裂改造主体技术：（1）低渗透油藏开）低渗透油藏开发压裂技裂技术；（2）低渗透气藏大幅度提高）低渗透气藏大幅度提高单井井产量技量技术；（3）复）复杂岩性岩性储层改造技改造技术；（4）新型）新型压裂材料和新工裂材料和新工艺技技术。一一.水力水力压裂造裂造缝及增及增产机理机理1.1 水力水力压裂施工概述裂施工概述n压裂裂施工工施工工艺流程流程 循循环、试挤、压裂、加砂、裂、加砂、顶替、替、压力力扩散、施工散、施工结束束一一.水力水力压裂造裂造缝及增及增产机理机理n压裂施工裂施工时液体的流液体的流动过程程一一.水力水力压裂造裂造缝及增及增产机理机理一一.水力水力压裂造裂造缝及增及增产机理机理完成一口完成一口压裂井施工的几个基本要素裂井施工的几个基本要素要素要素1）施工）施工设备 施工设备由地面设备和压裂车组两部分组成。地面设备包括压裂管汇、蜡球管汇、压裂井口装置；压裂车组包括泵车、混砂车、罐车（液罐车、砂罐车、添加剂罐车）、仪表车、水泥车。要素要素2）施工管柱）施工管柱 施工管柱由油管和下井工具(封隔器、喷砂器)等组成，其作用：一是为传送施工压力提供通道；二是实现分层。目前应用的施工管柱有普通滑套式分层压裂管柱、高砂比管柱等。要素要素3）下井原材料）下井原材料 包括压裂液和支撑剂两部分。压裂液的主要作用一是造缝，二是携砂。支撑剂的作用是支撑裂缝,增加裂缝的导流能力。一一.水力水力压裂造裂造缝及增及增产机理机理要素要素4）施工）施工设计 是指导压裂施工的纲领性文件。其核心内容是根据井层参数、下井原材料参数来优化压裂施工参数（压力、排量、砂比、砂量、液量），最终给出合理的施工工序表。要素要素5）施工工）施工工艺 施工工艺是针对井层条件，为达到改造目的而采取的合理施工方法。根据不同施工井的改造要求，先后研究开发了普压、多裂缝、选压、限流法等十八项压裂工艺。要素要素6）施工）施工评价价 一是工艺评价：了评估压裂施工成功与否、检验实际施工与设计的符合程度和工艺的适应性,积累经验，指导下步施工。二是经济评价：评价压裂效益，既投入与产出的关系，判断经济合理性。一一.水力水力压裂造裂造缝及增及增产机理机理 作用在地作用在地层岩石上的岩石上的应力分两部分：一部分被地力分两部分：一部分被地层流体承担，另一部流体承担，另一部分才是真正作用在岩石的骨架上。作用在岩石骨架上的分才是真正作用在岩石的骨架上。作用在岩石骨架上的应力力为有效有效应力力。其中其中 为有效有效应力力(Effective Stress)；为总应力力(Total Stress)；为孔隙孔隙压力力(Pore Pressure)。n裂裂缝形形态及方位及方位 人工裂缝的形态取决于油藏地应力的大小和方向。裂缝类型与地层中的垂向应力和水平应力的相对大小有关。一般认为，人工裂缝垂直于地层最小主应力，平行于地层最大主应力。但是裂缝形态也受断层、褶皱和天然裂缝等因素影响。1.2 水力水力压裂造裂造缝机理及裂机理及裂缝形形态一一.水力水力压裂造裂造缝及增及增产机理机理 裂裂缝方向方向总是垂直于最小主是垂直于最小主应力力 A 当当 最小最小时，形成水平裂，形成水平裂缝；B 当当 ，形成垂直裂，形成垂直裂缝，裂，裂缝面垂直于面垂直于 方向；方向；C 当当 ，形成垂直裂，形成垂直裂缝，裂，裂缝面垂直于面垂直于 方向；方向；A B C一一.水力水力压裂造裂造缝及增及增产机理机理理想形理想形态垂直垂直缝示意示意图多油多油层条件下，条件下，压裂形成多条水平裂形成多条水平缝理想形理想形态水平裂水平裂缝示意示意图一一.水力水力压裂造裂造缝及增及增产机理机理一一.水力水力压裂造裂造缝及增及增产机理机理u降低井底附近地降低井底附近地层渗流阻力，渗流阻力，增加渗流面增加渗流面积；u改改变了流了流动形形态，由径向流，由径向流双双线性流（地性流（地层线性流向性流向裂裂缝，裂，裂缝内流内流体体线性流入井筒）性流入井筒）。1.3 水力水力压裂增裂增产机理机理 影响裂影响裂缝导流能力的流能力的5个因素个因素 1、支撑、支撑剂的嵌入（的嵌入（embedment）/破碎（破碎（crush）2、非达西效、非达西效应（紊流效（紊流效应Turbulant Flow）的影响）的影响 3、压裂液形成的裂液形成的滤饼（Gel Filter Cake）4、相、相对渗透率（多相流）渗透率（多相流）(Multiphase flow)5、压裂液裂液对充填裂充填裂缝的的伤害（害（Gel Damage in Prop Pack）这些因素都会些因素都会导致裂致裂缝导流能力的下降或失效！流能力的下降或失效！一一.水力水力压裂造裂造缝及增及增产机理机理垂直垂直缝油藏，油藏，压后生后生产过程中，四种不同渗流程中，四种不同渗流阶段：段：进入井筒的流体大部分来源于裂缝中流体的弹性膨胀，流动基本上是线性的，该流动阶段时间很短，意义不大。裂裂缝线性流（性流（a）（Linear Fracture Flow）裂裂缝和地和地层的双的双线性流（性流（b）（Bilinear Flow）裂缝线性流之后将出现双线性流，流体自地层线性流入裂缝，同时，裂缝中的流体再线性地流入井筒。地层线性流阶段只能在裂缝导流能力较高时才出现。拟径向流阶段，由于裂缝的存在，相当于扩大了井筒半径，增加了渗流面积，渗流阻力比压前大幅度降低，所以产量也要比压前有较大的提高。地地层线性流（性流（c）（Linear Formation Flow）拟径向流径向流动阶段（段（d）（Pseudo-Radial Flow）一一.水力水力压裂造裂造缝及增及增产机理机理水平水平缝油藏，油藏，压后井生后井生产过程中的渗流：程中的渗流：裂裂缝失效的原因失效的原因 一是一是缝内支撑内支撑剂长期期导流能力下降。流能力下降。二是生二是生产过程裂程裂缝内内结垢、垢、结蜡，堵塞裂蜡，堵塞裂缝。三是在三是在压实作用下支撑作用下支撑剂嵌入裂嵌入裂缝壁面，使得壁面渗透率下降，同壁面，使得壁面渗透率下降，同时导致地致地层岩石破碎岩石破碎产生碎屑，堵塞裂生碎屑，堵塞裂缝孔隙。孔隙。一一.水力水力压裂造裂造缝及增及增产机理机理二二.水力水力压裂入井材料裂入井材料1、压裂液裂液(Fracturing Fluid)的定的定义是压裂施工的工作液，其主要功能是传递能量，使油层张开裂缝，并沿裂缝输送支撑剂，从而在油层中条形成一高导流能力通道，以利油、气由地层远处流向井底，达到增产目的。2、压裂液的功能裂液的功能（1）前置液前置液(Pad Fluid)：造缝、降温（2）携携砂砂液液(Carrying Fluid)：携带支撑剂进入裂缝，形成一定导流能力的填砂裂缝。（3）顶替替液液(Displacing Fluid)：用来顶替井筒里的携砂液，将携砂液送到预定位置。2.1 压裂液裂液二二.水力水力压裂入井材料裂入井材料3、压裂液裂液类型型 水基水基压裂液裂液(Water-based Fracturing Fluid)油基油基压裂液裂液(Oil-based Fracturing Fluid)乳化乳化压裂液裂液(Emulsion-based Fracturing Fluid)泡沫泡沫压裂液裂液(Foamed Fracturing Fluid)醇基醇基压裂液裂液(Alcohol-based Fracturing Fluid)酸基酸基压裂液裂液(Acid-based Fracturing Fluid)4、水基、水基压裂液裂液 是以水为分散介质，添加各种处理试剂，形成的具有压裂工艺所需的较强综合性能的工作液。（1）使用安全；（）使用安全；（2）成本低；（）成本低；（3）与油基和泡沫）与油基和泡沫压裂液相比，摩阻低；裂液相比，摩阻低；（4）静水柱）静水柱压力高，力高，节省地面水省地面水马力要求；（力要求；（5）流体性流体性质便于控制。便于控制。二二.水力水力压裂入井材料裂入井材料 稠化稠化剂压裂液主裂液主剂 交交联剂 稠化稠化剂分一下四分一下四类：（1）植物胶）植物胶(Vegetable gum)及其衍生物：及其衍生物：胍胶、田菁胶、皂仁胶、魔芋胶、胍胶、田菁胶、皂仁胶、魔芋胶、香豆胶、海藻胶。香豆胶、海藻胶。（2）纤维素衍生物素衍生物(Derivatived cellulose)：羧甲基甲基纤维素素钠盐、羟乙基乙基纤维素。素。（3）生物聚多糖）生物聚多糖(Biologic polyose)：黄原胶黄原胶（4）合成聚合物）合成聚合物(Synthetic polymer)：聚丙聚丙烯酰胺、部分水解聚丙胺、部分水解聚丙烯酰。水水溶溶性性聚聚合合物物，提提高高水水溶溶液液粘粘度度、降低液体降低液体滤失、失、悬浮和携浮和携带支撑支撑剂。能与聚合物能与聚合物线型大分子型大分子链形成新的形成新的化学化学键，使其，使其联结成网状体型成网状体型结构。构。二二.水力水力压裂入井材料裂入井材料交交联剂(Crosslinker):能与聚合物线型大分子链形成新的化学键，使其联结成网状体型结构。交交联剂分以下四分以下四类：（1）两性金属（或非金属）含氧酸）两性金属（或非金属）含氧酸盐：如硼酸如硼酸盐、铝酸酸盐、锑酸酸盐和和钛酸酸盐等弱酸等弱酸盐。（2）无机酸的两性金属）无机酸的两性金属盐：如硫酸如硫酸铝、氯化化铬、硫酸、硫酸铜等等强酸弱碱酸弱碱盐。（3）无机酸脂：）无机酸脂：钛酸酸酯、锆酸酸酯（4）醛类二二.水力水力压裂入井材料裂入井材料添加添加剂：（1）缓冲冲剂(Buffer)(pH值调节剂)（2）杀菌菌剂（3）破胶）破胶剂（4）助排）助排剂（5）破乳）破乳剂（6）粘土）粘土稳定定剂（7）降）降滤失失剂(Fluid-loss Additives)（8）温度）温度稳定定剂(Temperature Stabilizer)（9）其它添加）其它添加剂(Other Additives)：起泡起泡剂(foam agent)、消泡、消泡剂(anti-foam agent)、减阻、减阻剂(friction reducer)、转向向剂(fiverting agent)二二.水力水力压裂入井材料裂入井材料压裂液的性能：裂液的性能：流流变性性(Rheological Property)、滤失性失性(Loss Property)、破胶性、破胶性(Viscosity Breaking Property)、配伍性、配伍性(Compatibility Property)压裂液基本性能要求：裂液基本性能要求：（1）滤失量少失量少;（2）悬砂性砂性强：粘度高：粘度高;（3）摩阻低：消耗）摩阻低：消耗动力少，排量大力少，排量大;（4）稳定性好：温度，抗剪切定性好：温度，抗剪切;（5）残渣低：清）残渣低：清洁压裂液裂液;（6）易返排：破胶（水化）易返排：破胶（水化）;（7）配伍性好）配伍性好;（8）货源广，价格低。源广，价格低。二二.水力水力压裂入井材料裂入井材料流流变性性产生的影响：生的影响：施工摩阻：施工摩阻：用来计算油管及裂缝中的压降，考虑压力对于泵注费用、油管压力限制。支撑支撑剂的的输送送 岩石基岩石基质滤失失滤失失产生的影响生的影响:裂缝几何尺寸、支撑剂在裂缝中的浓度变化和最终分布、裂缝的闭合时间、对地层的伤害程度、压裂施工成本降降滤失技失技术：1、粉砂降、粉砂降滤失技失技术 2、油溶性降、油溶性降滤失技失技术 3、液体降、液体降滤失技失技术 室内室内实验表明，固体降表明，固体降滤失失剂(粉砂粉砂/油溶性油溶性树脂脂)+液体降液体降滤失失剂效果最效果最好，其次好，其次为固体降固体降滤失失剂（粉砂（粉砂/油溶性油溶性树脂）。脂）。二二.水力水力压裂入井材料裂入井材料压裂液裂液优化化设计：-目目标函数：低成本、低函数：低成本、低伤害害;-设计方法：油藏特点、工方法：油藏特点、工艺需要需要 水力水力压裂施工裂施工过程中程中压裂液的裂液的选择，必，必须从地从地质因素和工程因素上考因素和工程因素上考虑。地地质方面考方面考虑的因素的因素：储层类型型储层温度温度渗透率渗透率 地地层压力力目的目的层厚度及天然裂厚度及天然裂缝粘土粘土矿物含物含量及量及储层敏感性敏感性地下原油物性地下原油物性地地层水水类型及型及矿化度化度 工程方面考工程方面考虑的因素的因素：深度深度施工施工时间排量及管柱排量及管柱 施工施工规模模压后温度恢复及后温度恢复及压力力扩散速度散速度地地应力分布力分布压裂液裂液对地地层的的伤害：害：永久性永久性伤害害：指指压裂液裂液滤失失进入地入地层造成地造成地层矿物水化膨物水化膨胀、分散运移、分散运移对地地层的堵塞，以及的堵塞，以及压裂液残渣及其它碎屑裂液残渣及其它碎屑对支撑支撑剂充填充填层的堵塞。的堵塞。暂时伤害害：指排指排驱阻力造成排液滞后的阻力造成排液滞后的伤害。害。二二.水力水力压裂入井材料裂入井材料产品要求品要求：1.粒径均匀；粒径均匀；2.强度大，破碎率小；度大，破碎率小；3.圆度和球度高；度和球度高；4.密度小；密度小；5.杂质少。少。支撑支撑剂的的类型及性能特点型及性能特点：（一）天然砂：（一）天然砂：石英砂石英砂(silica sand)，如美国的，如美国的Ottwa砂，我国的砂，我国的兰州砂。州砂。特点：特点：强度低；度低；适用条件：适用条件：中浅中浅层，深度小于，深度小于2000m。优点点：适用于低适用于低闭合合压力的各力的各类储层；圆球度球度较好的石英砂破碎后仍可保持一定的好的石英砂破碎后仍可保持一定的导流能力；流能力；相相对密度低，便于施工密度低，便于施工泵送；送；价格便宜。价格便宜。2.2 支撑支撑剂二二.水力水力压裂入井材料裂入井材料缺点：缺点：强度度较低，不适于低，不适于较高高闭合合压力的力的储层压裂；裂；抗抗压强度低，破碎后将大大降低裂度低，破碎后将大大降低裂缝导流能力。流能力。（二）人造支撑（二）人造支撑剂：陶粒、核桃壳、陶粒、核桃壳、铝球、玻璃球、包裹砂球、玻璃球、包裹砂低密度：低密度：1800kg/m3 ；中密度：中密度：20003000kg/m3；高密度：高密度：3000kg/m3特点：特点：强度高（度高（56105MPa），密度大；），密度大；适用条件：适用条件：较深井。深井。我国于我国于1979年研制成功了年研制成功了铝矾土高土高强度支撑度支撑剂，以后，又生，以后，又生产出中高出中高强度度烧结铝矾土土(sintered-bauxite)支撑支撑剂。中等中等强度陶粒支撑度陶粒支撑剂(intermediate-strength proppant-ISP)高高强度陶粒支撑度陶粒支撑剂(high-strength ceramic proppant)低密度支撑低密度支撑剂(low-density proppant)树脂包裹支撑脂包裹支撑剂(resin-coated proppant-RCP)二二.水力水力压裂入井材料裂入井材料优点：点：具有具有较高的高的强度，在相同的度，在相同的闭合合压力下，与石英比力下，与石英比较，具有破碎率低、，具有破碎率低、导流能力流能力高的性能。高的性能。陶粒具有抗陶粒具有抗盐、耐温性能。、耐温性能。随承随承压时间的延的延长，陶粒的，陶粒的导流能力的流能力的递减速率要慢得多，因此会减速率要慢得多，因此会获得得较高的高的稳定定产量和更量和更长的有效期。的有效期。缺点：缺点：陶粒的相陶粒的相对密度高，因此，密度高，因此，对压裂液性能及裂液性能及泵送条件提出更高要求。送条件提出更高要求。陶粒的物料陶粒的物料选择和生和生产工工艺要求要求严格，成本格，成本较高。高。树脂包裹支撑脂包裹支撑剂 70年代末，人造支撑年代末，人造支撑剂的的树脂包裹支撑脂包裹支撑剂(resin-coated proppant-RCP)研制出研制出来，来，树脂薄膜在原油、脂薄膜在原油、盐水及多数酸中，具有化学惰性，薄膜的厚水及多数酸中，具有化学惰性，薄膜的厚约为0.0254mm，约占重量的占重量的5%以下。以下。二二.水力水力压裂入井材料裂入井材料包包层砂可分砂可分为两种：固化与两种：固化与预固化砂固化砂预固化砂固化砂(precurable-resin-coated proppant)在地面已形成完好在地面已形成完好树脂薄膜包裹的脂薄膜包裹的砂子。砂子。固化砂固化砂(curable-resin-coated proppant)在地在地层温度下固温度下固结，对防止吐砂及防止防止吐砂及防止地地层出砂有一定的效果。出砂有一定的效果。特点：特点：1.高高强度。度。砂粒砂粒间由点接触由点接触变为面接触，支撑面接触，支撑剂的外壳分散了作用在砂粒的的外壳分散了作用在砂粒的压力。力。2.防止碎屑运移。防止碎屑运移。每粒支撑每粒支撑剂均有的一均有的一层坚韧树脂外壳，被脂外壳，被压碎支撑碎支撑剂的碎屑包覆在的碎屑包覆在树脂壳内，脂壳内，提高了提高了导流能力。流能力。3.密度低。密度低。便于携砂。便于携砂。二二.水力水力压裂入井材料裂入井材料陶粒陶粒树脂砂脂砂石英砂石英砂核桃壳核桃壳二二.水力水力压裂入井材料裂入井材料压前陶粒前陶粒压前前树脂砂脂砂压后陶粒后陶粒压后后树脂砂脂砂二二.水力水力压裂入井材料裂入井材料未受未受压低倍放大低倍放大90MPa压力下力下未受未受压高倍放大高倍放大90MPa压力下力下二二.水力水力压裂入井材料裂入井材料实验前，未受前，未受压，表面光滑（砂岩），表面光滑（砂岩）90MPa发生嵌入（砂岩）生嵌入（砂岩）90MPa发生嵌入（泥岩）生嵌入（泥岩）实验前，未受前，未受压，表面光滑（泥岩），表面光滑（泥岩）二二.水力水力压裂入井材料裂入井材料支撑支撑剂选择的依据和方法：的依据和方法：以预期获得的压裂效果所需要的裂缝导流能力为根据对支撑剂进行选择。（1）地）地质条件条件（2）工程条件）工程条件（3）支撑）支撑剂的性的性质（4）支撑）支撑剂的价格的价格选择支撑支撑剂的方法：的方法：首先通过产能预测，获得达到期望的增产效果所需的缝长和裂缝导流能力；根据以往测试压裂资料或测井资料分析，获得地层闭合压力；通过室内实验，获得各种支撑剂在不同闭合压力下的导流能力，选择与地层闭合压力和裂缝导流能力匹配的支撑剂。二二.水力水力压裂入井材料裂入井材料导流能力的确定：流能力的确定：（1）麦克奎）麦克奎尔曲曲线（2）辛科算法（）辛科算法（3）无因次）无因次导流能力（流能力（4）实验测定定实验测导流能力：流能力：FCES100型裂型裂缝导流流仪实物物图三三三三.水力水力水力水力压压裂裂裂裂裂裂裂裂缝扩缝扩展模型及几何参数展模型及几何参数展模型及几何参数展模型及几何参数计计算算算算3.1 水力水力压裂的物理裂的物理过程程压裂裂处理理时间裂裂缝长度度裂裂缝宽度度1 开始开始泵入入压裂液，地裂液，地层破裂；破裂；2 裂裂缝延伸；延伸；3 支撑支撑剂随随压裂液开始裂液开始进入裂入裂缝；4 随着随着泵注的注的继续，支撑，支撑剂进入裂入裂 缝深深处；5 支撑支撑剂继续进入裂入裂缝到达裂到达裂缝端端 部，部，压裂液裂液滤失；失；6 携砂液携砂液泵注完成，注完成，压裂液裂液继续滤失；失；7 裂裂缝闭合，形成一定合，形成一定导流能流能力的支撑裂力的支撑裂缝。三三三三.水力水力水力水力压压裂裂裂裂裂裂裂裂缝扩缝扩展模型及几何参数展模型及几何参数展模型及几何参数展模型及几何参数计计算算算算牛牛顿流体的抛物流体的抛物线流流动剖面剖面流体的流流体的流变性决定流体的流性决定流体的流动剖面剖面非牛非牛顿流体的段塞流剖面流体的段塞流剖面三三三三.水力水力水力水力压压裂裂裂裂裂裂裂裂缝扩缝扩展模型及几何参数展模型及几何参数展模型及几何参数展模型及几何参数计计算算算算裂裂缝宽度：度：w1流体最大流速：流体最大流速：v 1,max单位位缝高的流量：高的流量：qt流体的流流体的流动与裂与裂缝宽度的关系度的关系裂裂缝宽度：度：w22w1流体最大流速：流体最大流速：v 2,max4 v 1,max单位位缝高的流量：高的流量：q28qt三三三三.水力水力水力水力压压裂裂裂裂裂裂裂裂缝扩缝扩展模型及几何参数展模型及几何参数展模型及几何参数展模型及几何参数计计算算算算3.2 裂裂缝几何参数几何参数计算模型算模型 描述水力描述水力压裂施工裂施工过程中人工裂程中人工裂缝形成的形成的动态过程及最程及最终结果，果，对压裂裂施工具有重要的意施工具有重要的意义，为控制裂控制裂缝几何尺寸的大小、决定施工几何尺寸的大小、决定施工规模和施工步模和施工步骤等提供理等提供理论依据。依据。垂直垂直缝压裂模裂模拟技技术：现在采用较普遍的裂缝扩展模型有二维的PKN模型、KGD模型、RADIAL模型，以及拟三维模型和全三维模型。这些模型都是在一定简化条件的假设下建立起来的，与所描述的实际过程有不同程度的偏离，尽管如此，其模拟的结果完全可以用于指导压裂施工设计的制定及实施。（一）卡特模型（裂（一）卡特模型（裂缝面面积公式）公式）裂缝是等宽的；压裂液从缝壁面垂直而又线性地渗入地层；缝壁上某点的滤失速度取决于此点暴露于液体中的时间；缝壁上各点的速度函数是相同的；裂缝内各点压力相等，等于井底延伸压力。三三三三.水力水力水力水力压压裂裂裂裂裂裂裂裂缝扩缝扩展模型及几何参数展模型及几何参数展模型及几何参数展模型及几何参数计计算算算算（二）（二）PKN模型模型岩石是弹性、脆性材料；缝高一定；裂缝断面为椭园形，最大缝宽在裂缝中部；缝内流体流动为层流；缝端部压力等于垂直于裂缝壁面的总应力；不考虑压裂液的滤失。（三）（三）KGD模型模型地层均质，各向同性；线弹性应力一应变；裂缝内为层流，考虑滤失；缝宽截面为矩形，侧向为椭园形；缝高是固定的常数；裂缝宽度与缝高无关，但每单位缝高的流量影响裂缝的宽度，在垂直方向上裂缝宽度不变。三三三三.水力水力水力水力压压裂裂裂裂裂裂裂裂缝扩缝扩展模型及几何参数展模型及几何参数展模型及几何参数展模型及几何参数计计算算算算（四）径向裂（四）径向裂缝扩展模型展模型 PKN、KGD模型是假定水平应力小于垂向应力，还假定裂缝高度一定，裂缝沿垂直方向扩展。当垂向应力比水平应力小时，将导致裂缝沿水平或倾斜方向扩展，产生了径向裂缝扩展模型。（五）（五）拟（假）三（假）三维裂裂缝扩展模型展模型假设地层是均质的,油层与盖底层具有相同的弹性模量及松比;裂缝的垂直剖面始终是椭圆形的；油层与盖底层间的应力差相等；缝内的流动是层流。并且还限定此计算方法适用于缝长与缝高比大于3.55倍。三三三三.水力水力水力水力压压裂裂裂裂裂裂裂裂缝扩缝扩展模型及几何参数展模型及几何参数展模型及几何参数展模型及几何参数计计算算算算（六）全（真）三（六）全（真）三维裂裂缝扩展模型展模型 全三全三维模型假模型假设缝高随注入量的增加而高随注入量的增加而变化，并且考化，并且考虑了液体的垂向流了液体的垂向流动分量。分量。拟三三维模型具有全三模型具有全三维模型的特征，但假模型的特征，但假设缝长大于大于缝高，并且高，并且计算量算量较少。少。不管是全三不管是全三维模型模型还是是拟三三维模型，其基本方法都是将裂模型，其基本方法都是将裂缝进行行单元离散后通元离散后通过数数值方法来求解。方法来求解。三三三三.水力水力水力水力压压裂裂裂裂裂裂裂裂缝扩缝扩展模型及几何参数展模型及几何参数展模型及几何参数展模型及几何参数计计算算算算四四.水力水力压裂井效果裂井效果预测及方案及方案优化化设计水力水力压裂井裂井压裂效果裂效果预测 水力水力压裂后油气井的裂后油气井的产量量预测是是压裂裂设计中的重要中的重要环节。它最。它最终将将评价价压裂裂设计中裂中裂缝的几何尺寸、的几何尺寸、导流能力等是否符合油气井流能力等是否符合油气井压裂裂要求的效果。要求的效果。压裂井裂井产量量预测的方法很多，的方法很多，归纳起来有起来有增增产倍数法、典型曲倍数法、典型曲线法和数法和数值模模拟法法。4.1 压裂井效果裂井效果预测的的经典方法典方法从五、六十年代起，人从五、六十年代起，人们就开始研究就开始研究压裂井的裂井的产量与裂量与裂缝参数参数和和地地层物物性性间的关系，最初的研究方法主要是的关系，最初的研究方法主要是电模模拟实验，实验结果以曲果以曲线形式形式给出，出，即即增增产倍数曲倍数曲线；七十年代后七十年代后对压裂井的裂井的产量量预测多采用多采用数数值计算方法算方法，但是由于受当，但是由于受当时计算机技算机技术的限制，常把模的限制，常把模拟结果以典型曲果以典型曲线表示。表示。一、一、电模模拟实验四四.水力水力压裂井效果裂井效果预测及方案及方案优化化设计 在在电压作用下作用下电流的流流的流动规律与油律与油层压差作用下的油差作用下的油层内流体的渗流内流体的渗流规律相同，二者之律相同，二者之间存在相似关系。因此，在全部相似条件存在相似关系。因此，在全部相似条件满足后，就可以用足后，就可以用稳定定电流的流流的流动来模来模拟不可不可压缩流体的流体的稳定渗流。定渗流。相似要素相似要素对应关系表关系表二、增二、增产倍数法倍数法1、麦克奎西克拉、麦克奎西克拉(McGuire-Sikora)增增产倍数曲倍数曲线2、污染井增染井增产倍数倍数计算方法算方法3、水平、水平缝压裂井增裂井增产倍数倍数计算算多多 孔孔 介介 质 导 电 介介 质流体流体势(P)电势(V)流体比流量流体比流量(q)单位位电流流(i)水力水力传导系数系数(k/)导电系数系数()四四.水力水力压裂井效果裂井效果预测及方案及方案优化化设计三、典型曲三、典型曲线法法 70年代中后期和年代中后期和80年代初，年代初，针对增增产倍数确定倍数确定压裂井裂井动态的局限性，的局限性，Agarwal等人利用油藏模等人利用油藏模拟方法分方法分别绘制了不同条件下的制了不同条件下的压裂井裂井无因次无因次产量量（压力）与无因次力）与无因次时间和裂和裂缝几何参数几何参数之之间的典型曲的典型曲线，从而可以确定不，从而可以确定不稳定生定生产阶段油气井段油气井压裂后的裂后的产量量变化，更直接和准确地确定化，更直接和准确地确定压裂井裂井动态，根，根据据预测的日的日产量或累量或累积产量可以确定最佳的裂量可以确定最佳的裂缝参数，同参数，同时也可以分析裂也可以分析裂缝参数参数对压后初期后初期产量和量和长期期稳产的影响。的影响。4.2 水力水力压裂的数裂的数值模模拟方法方法随着随着计算机技算机技术的的发展，目前已广泛展，目前已广泛应用数用数值模模拟方法在更接近油藏方法在更接近油藏实际的条件下，通的条件下，通过建立不同条件下建立不同条件下油油层和裂和裂缝关系物理模型和数学模型关系物理模型和数学模型，利，利用数用数值计算求解的方法，算求解的方法，进行有裂行有裂缝油井的生油井的生产动态的研究。包括的研究。包括单井、多井、多井、不同井、不同边界条件和注采井网、油气水多相流界条件和注采井网、油气水多相流等。等。一、水平一、水平缝压裂井裂井产量量预测四四.水力水力压裂井效果裂井效果预测及方案及方案优化化设计二、垂直二、垂直缝压裂井裂井产量量预测三、气井三、气井压裂井裂井产量量预测4.3 水力水力压裂裂裂裂缝参数参数优化化在在给定井、定井、层的基的基础上，根据上，根据储层、流体特性和、流体特性和边界、井网条件，界、井网条件，对措措施井的施井的压后生后生产动态与裂与裂缝参数的关系参数的关系进行模行模拟计算，分算，分为以追求采收率最以追求采收率最大化、采油速度（累大化、采油速度（累积增油量）最大化增油量）最大化为目目标，优选最佳的裂最佳的裂缝长度（半径）度（半径）和和导流能力等裂流能力等裂缝参数参数过程。程。是是压裂工裂工艺方案方案优化中的核心内容。化中的核心内容。有裂有裂缝存在情况下的油井存在情况下的油井产量量预测是裂是裂缝参数参数优化的基化的基础。把水力把水力压裂后裂后产生的人工支撑裂生的人工支撑裂缝简化化为：水平裂水平裂缝垂直裂垂直裂缝四四.水力水力压裂井效果裂井效果预测及方案及方案优化化设计水平裂水平裂缝的的产量量预测扩大井径法大井径法相当于在地相当于在地层中存在不中存在不连续的径向渗透率法的径向渗透率法油藏数油藏数值模模拟方法方法垂直裂垂直裂缝的的产量量预测曲曲线法法油藏数油藏数值模模拟方法方法在有裂在有裂缝井生井生产动态预测的基的基础上，上，对给定油藏和井网条件下的多定油藏和井网条件下的多组裂裂缝穿透比和穿透比和导流能力流能力进行行计算，可得到不同方案下的油井生算，可得到不同方案下的油井生产动态变化化规律，律，然后根据不同然后根据不同优化目化目标（采出程度、采油量或采出程度、采油量或经济效益效益），通），通过优化化评价模价模型，型，优选确定合理的裂确定合理的裂缝参数。参数。如果将裂如果将裂缝参数控制在有利范参数控制在有利范围内，水力内，水力压裂可以提高油藏的采收率。裂可以提高油藏的采收率。但水力但水力压裂更重要的作用，是可以大幅度地提高采油速度，从而降低整裂更重要的作用，是可以大幅度地提高采油速度，从而降低整个油田的开个油田的开发成本，成本，这一作用一作用对于低渗油藏于低渗油藏优为突出。突出。四四.水力水力压裂井效果裂井效果预测及方案及方案优化化设计4.4 水力水力压裂方案裂方案优化化设计 压裂裂设计书是是压裂施工的裂施工的指指导性文件性文件，它能根据地，它能根据地层条件和条件和设备能力能力优选出出经济可行的增可行的增产方案。由于地下条件的复方案。由于地下条件的复杂性以及受目前理性以及受目前理论研究的水研究的水平所限，平所限，压裂裂设计结果果(效果效果预测和参数和参数优选)与与实际情况情况还有一定的差有一定的差别，随着随着压裂裂设计的理的理论水平的不断提高、水平的不断提高、对地地层破裂机理和流体在裂破裂机理和流体在裂缝中流中流动规律律认识的的进一步深入，一步深入，压裂裂设计方案方案对压裂井施工的指裂井施工的指导意意义逐步得到改逐步得到改善。善。压裂裂设计的基的基础是正确是正确认识压裂裂层，包括油藏，包括油藏压力、渗透性、水敏性、力、渗透性、水敏性、油藏流体物性以及岩石抗油藏流体物性以及岩石抗张强度等，并以它度等，并以它们为基基础设计裂裂缝几何参数、确几何参数、确定定压裂裂规模以及模以及压裂液与支撑裂液与支撑剂类型等。施工加砂方案型等。施工加砂方案设计及排量等受及排量等受压裂裂设备能力的限制，特能力的限制，特别是深井，其破裂是深井，其破裂压力高，要求有力高，要求有较高的施工高的施工压力，力，对设备的要求很高。的要求很高。四四.水力水力压裂井效果裂井效果预测及方案及方案优化化设计 压裂裂设计的原的原则是最大限度地是最大限度地发挥油油层潜能和裂潜能和裂缝的作用，使的作用，使压裂后的裂后的生生产井和注入井达到最佳状井和注入井达到最佳状态，同，同时还要求要求压裂井的有效期和裂井的有效期和稳产期期长。压裂裂设计的方法的方法是根据油是根据油层特性和特性和设备能力，以能力，以获取最大取最大产量量(增增产比比)或或经济效益效益为目目标，在，在优选裂裂缝几何参数基几何参数基础上，上，设计合适的加砂方案。合适的加砂方案。压裂裂设计方案的内容方案的内容：裂：裂缝几何参数几何参数优选及及设计；压裂液裂液类型、配方型、配方选择及注液程序；支撑及注液程序；支撑剂选择及加砂方案及加砂方案设计；压裂效果裂效果预测和和经济分析等。分析等。对区区块整体整体压裂裂设计还应包括采收率和开采包括采收率和开采动态分析等内容。分析等内容。压裂裂设计包括包括选井井选层、裂、裂缝参数参数优化和化和压裂施工裂施工过程模程模拟等部分。等部分。在方案在方案设计过程中，程中，这几个部分分几个部分分别在在压裂地裂地质方案、方案、压裂工裂工艺方案和方案和压裂施工裂施工设计中得以中得以实现。要完成后两个部分的工作。要完成后两个部分的工作则必必须依靠依靠计算机算机软件件来来进行。行。四四.水力水力压裂井效果裂井效果预测及方案及方案优化化设计 四四.水力水力压裂井效果裂井效果预测及方案及方案优化化设计一、水力一、水力压裂裂选井井选层为了使油气井在水力了使油气井在水力压裂以后取得裂以后取得稳产高高产，需要保持地，需要保持地层中有足中有足够的的压力，使油气通力，使油气通过压开的高开的高导流能力裂流能力裂缝流入井底，必流入井底，必须重重视压裂的裂的选井井选层。在确定油气井在确定油气井压裂前，裂前，应找出其目前低找出其目前低产的原因，如果是新井的原因，如果是新井则应根据根据油气油气层和井的和井的资料确定油气水含量及油料确定油气水含量及油层压力。力。（一）油气井低（一）油气井低产的原因的原因 1、近井地、近井地带渗透率渗透率严重下降。油气重下降。油气进入井内必入井内必须经过近井地近井地层，当井，当井底附近的渗透率下降底附近的渗透率下降时，即使油气，即使油气层仍有大量可采油气，生仍有大量可采油气，生产井也会失去开井也会失去开采能力。采能力。2、油气、油气层内内虽有大量可采油气，但由于地有大量可采油气，但由于地层渗透低，用一般完井方法渗透低，用一般完井方法不能不能获得有得有经济价价值的油气的油气产量，在量，在这种情况下种情况下压开深穿透裂开深穿透裂缝，扩大油气大油气渗透面渗透面积，提高，提高产量。量。四四.水力水力压裂井效果裂井效果预测及方案及方案优化化设计 3、地、地层中油气中油气压力都己枯竭，即油气力都己枯竭，即油气层剩余能量不足以剩余能量不足以驱替出更多的替出更多的原油，原油，这时仅靠靠压裂增裂增产效果一般不佳。效果一般不佳。（二）（二）压裂裂选井的一般原井的一般原则 1、低渗透致密、低渗透致密储层需要需要进行行较大大规模的模的压裂裂处理理 2、油、油层压力衰竭力衰竭时不宜不宜压裂裂 3、用渗透比、用渗透比值预测压裂效果，确定是否裂效果，确定是否压裂裂 4、通、通过确定确定污染比，确定是否染比，确定是否压裂裂 选层主要方法主要方法是基于裸眼是基于裸眼测井的井的评价、价、预处理流理流动试验和和邻井井资料。料。四四.水力水力压裂井效果裂井效果预测及方案及方案优化化设计二、二、压裂施工参数裂施工参数优化化压裂施工参数裂施工参数优化化设计是利用是利用压裂施工模裂施工模拟软件，以件，以实现油藏模油藏模拟结果果（裂（裂缝穿透比和穿透比和导流能力）流能力）为目的，以目的，以获得最大得最大经济效益效益为目目标，对压裂施裂施工参数（施工排量、工参数（施工排量、压裂液和支撑裂液和支撑剂数量、数量、泵注程序以及注程序以及压裂裂车组水水马力）力）和下井原材料和下井原材料进行行优化化选择的的过程。程。其具体其具体过程是：程是：把不同的把不同的压裂施工参数和下井原材料参数及其它必要的裂施工参数和下井原材料参数及其它必要的参数参数输入入计算机程序算机程序进行模行模拟计算，算，应用流体流用流体流动力学力学结合岩石力学等不同合岩石力学等不同物理、数学模型，模物理、数学模型，模拟裂裂缝扩展、支撑展、支撑剂在裂在裂缝中的分布及施工中的分布及施工结束束时裂裂缝闭合的情况。并合的情况。并预测油井生油井生产动态，并，并进行行经济效益效益评价，确定价，确定产生最大生最大净收益的最收益的最优化化压裂施工方案，其裂施工方案，其书面形式即面形式即压裂施工作裂施工作业指指导书。施工参数施工参数选择主要包括：主要包括：施工排量、施工排量、压裂液、支撑裂液、支撑剂的的类型和数量、型和数量、压裂裂车辆的确定的确定四四.水力水力压裂井效果裂井效果预测及方案及方案优化化设计（一）施工排量的（一）施工排量的选择根据造根据造缝机理，机理，压开地开地层是因是因为压裂液在井底憋起高裂液在井底憋起高压造成的，因此，造成的，因此，选择施工排量施工排量时，必必须首先考首先考虑的是所的是所选排量排量应大于地大于地层的吸液量：的吸液量：选择施工排量必施工排量必须考考虑的的第二个因素第二个因素是在不同的排量下所需的是在不同的排量下所需的压裂液用裂液用量。量。当滤失系数一定时，欲压开一定大小的裂缝，采用较高的施工排量可减少所需的压裂液用量，并且施工排量大时，可提高液体效率，并有利于保护地层，提高效果。四四.水力水力压裂井效果裂井效果预测及方案及方案优化化设计选择压裂施工排量裂施工排量时要考要考虑的的第三个因素第三个因素是摩阻是摩阻压力。力。排量越大，射孔孔眼产生的摩阻和井筒摩阻越高，因此所需的井底施工压力越高，对施工设备的要求也就越高。要考要考虑的的第四个因素第四个因素是裂是裂缝的高度。的高度。施工排量太大，极有可能导致裂缝窜层，特别是产层和水层之间的遮挡层不足够致密，其厚度不够大时，高排量是很危险的。施工排量太小，又不能充分压开产层的有效厚度，特别是对于多产层时，施工排量高无疑是有利的。此外，施工排量高也有利于支撑剂输送。（二）（二）压裂裂车辆的的选择压裂裂车辆的的选样主要是根据功率大小主要是根据功率大小井底破裂井底破裂压力力为PF;井口施工井口施工压力力为pp;管中摩阻管中摩阻总压降降pf;孔眼摩阻孔眼摩阻压降降为pm;井筒液柱井筒液柱压力力Ph;h为压裂裂层深度深度;压裂裂泵车的的马力力为H;机械效率机械效率为。四四.水力水力压裂井效果裂井效果预测及方案及方案优化化设计 根据根据压开裂开裂缝的条件，必的条件，必须 Pp+PH-pf-pmPf 井口井口总功率功率Hp：Hp=2.22PpQ 压裂裂车数数Hp/H/+(12)台台（三）（三）压裂裂优化化设计步步骤 第一步：第一步：对具体井网及地具体井网及地层情况，情况，应用油藏模用油藏模拟技技术进行裂行裂缝参数的参数的优化（水平化（水平缝和垂直和垂直缝），确定出最佳的裂），确定出最佳的裂缝半径（半径（缝长）和）和导流能力，流能力，编制制压裂工裂工艺方案。方案。第二步：在裂第二步：在裂缝参数参数优化化结果的基果的基础上，上，应用用压裂施工模裂施工模拟技技术，对不不同施工同施工时间、不同排量下的造、不同排量下的造缝情况情况进行模行模拟，从中可确定，从中可确定筛选多多组适合的适合的施工参数方案。施工参数方案。四四.水力水力压裂井效果裂井效果预测及方案及方案优化化设计 第三步：根据第三步：根据压裂模型裂模型给出的不同施工参数，出的不同施工参数，进行行综合合经济指指标评价，价，选取取净现值（NPV）最大的方案施工，从而保）最大的方案施工，从而保证措施效果、降低施工成本和措施效果、降低施工成本和提高施工提高施工经济效益。效益。第四步：根据第四步：根据经济评价模型价模型给出的最出的最优支撑支撑剂、压裂液及施工参数，裂液及施工参数，编制制压裂施工作裂施工作业指指导书。4.5 水力水力压裂裂优化化设计软件件 主要的主要的压裂裂设计软件件 四四.水力水力压裂井效果裂井效果预测及方案及方案优化化设计主要特点：主要特点：基于离散方法基于离散方法论、采用全三、采用全三维模型；模型；考考虑各种复各种复杂的地的地层因素；因素；能模能模拟非非对称裂称裂缝、复、复杂裂裂缝形状形状不足：不足：软件操作非常复件操作非常复杂；要求操作人；要求操作人员需要丰富的操作需要丰富的操作经验应用情况：用情况：国外主要用于研究、理国外主要用于研究、理论分析；国内使用很少分析；国内使用很少1、全三、全三维压裂模裂模拟软件；件；2、模、模块较少、功能少、功能较单一一 压裂裂实时数据分析数据分析 产量量预测模模块 压力力递减分析模减分析模块 经济优化分析模化分析模块 3、国内很少、国内很少应用用该软件件四四.水力水力压裂井效果裂井效果预测及方案及方案优化化设计该软件件为：三三维实时水力水力压裂裂软件件软件模型特点：件模型特点：采用采用拟三三维裂裂缝几何模型几何模型自自动内部网格生成器内部网格生成器,考考虑裂裂缝柔性系数在柔性系数在时间和空和空间上的上的变化化考考虑了影响裂了影响裂缝延伸和支撑延伸和支撑剂输送的耦合参数送的耦合参数考考虑了多了多层非非对称称应力差力差考考虑了多了多层流体流体滤失失考考虑了了变排量注入工排量注入工艺Mfrac软件主要功能模件主要功能模块 Real-Time/Replay 实时模模拟及及压后回放；后回放；Multi-Layer 多多层压裂裂 Foam Fracturing 泡沫泡沫压裂裂 CO2 N2；Frac Pack 压裂充填技裂充填技术 TSO 端部脱砂技端部脱砂技术；Acid Fracturing 酸化酸化压裂裂四四.水力水力压裂井效果裂井效果预测及方案及方案优化化设计Mfrac软件最大的特色在于：件最大的特色在于：能能够实现对压裂填充和端部脱砂的自裂填充和端部脱砂的自动设计，在疏松油，在疏松油层的的压裂填充裂填充和端部脱砂技和端部脱砂技术的相关的相关应用用软件中件中处于于领先地位。先地位。四四.水力水力压裂井效果裂井效果预测及方案及方案优化化设计Mfrac软件主要用件主要用户在国外得到了广泛在国外得到了广泛应用：用：BJ Services Corp.BJ 石油技石油技术服服务公司公司 Chevron 雪佛雪佛龙石油公司石油公司 Phillips Petroleum 菲利普石油公司菲利普石油公司 Saudi Aramco 阿莫科公司阿莫科公司在国内在国内应用的油田：用的油田：新疆油田、吐哈油田新疆油田、吐哈油田目前成目前成为国内国内压裂裂设计、分析的主力、分析的主力软件，件，为中国油气中国油气井井压裂裂设计水平的提高水平的提高发挥了重要作用。了