采油工程-压裂酸化

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,油水井增产增注措施,压裂（,Fracturing）,（,Hydraulic Fracturing）,高能气体压裂,（,High Energy Gas Fracturing ）,酸化（,Acidizing or Acid Stimulation）,碳酸盐岩地层的盐酸酸化,砂岩地层的土酸酸化,物理法增产增注技术,1,第六章,水力,压裂,（,Hydraulic Fracturing）,1.,定义,利用地面高压泵组，以大大超过地层吸收能力的排量将高粘液体注入井中，使井底憋压，当此压力超过井壁附近地应力及岩石的抗张强度后，在井底附近地层中产生裂缝，继续将带有支撑剂的携砂液注入缝中，此缝向前延伸，这样停泵后即可在地层中形成足够长度、一定宽度及高度的填砂裂缝，整个过程就称为水力压裂。,其过程为：地层破裂裂缝延伸支撑剂填砂裂缝（具有很高的导流能力）,2,2.,压裂工艺发展简况,3.裂缝形态,垂直裂缝：裂缝面垂直于水平面,水平裂缝：裂缝面平行于水平面,第六章,水力,压裂,（,Hydraulic Fracturing）,3,4.,目的,（1）增产增注,（2）封堵大厚层底水,（3）提高油气田工业开采价值（勘探阶段）,第六章,水力,压裂,（,Hydraulic Fracturing）,4,5.,增产增注原理,1）改变了地层中流体渗流方式,压前：径向流,压后：流体裂缝井底（直线流）,径向流（压前）直线流（压后），使压力损失减少10倍。,第六章,水力,压裂,（,Hydraulic Fracturing）,5,5.,增产增注原理,2）增加了油水井渗流面积,压前：7.5”套管，20,m,厚，其渗流面积约12,m,2,压后：缝高20,m，,缝长100,m（,垂直缝），其渗流面积约80000,m,2,，,对于水平裂缝，相当于增大了井半径。,第六章,水力,压裂,（,Hydraulic Fracturing）,6,5.,增产增注原理,3）开辟了“新”的产油区,通过压裂，沟通了井底与微裂缝、透镜体的联系，而死油区成了“新”的产油区。,第六章,水力,压裂,（,Hydraulic Fracturing）,7,5.,增产增注原理,4）裂缝使油、水流“绕过”了伤害区,钻井时泥浆污染，注水井水质不合格而造成的污染堵塞，这样就限制了油井的产量、水井的注水量。通过压裂，提高了井底附近地层的渗透率，相当于使油（水）流“绕过”了伤害区。,第六章,水力,压裂,（,Hydraulic Fracturing）,8,6.,压裂发展趋势,大型压裂（,Massive Hydraulic Fracturing),超,大型压裂（,Super -),高能气体压裂（,High Energy Gas Fracturing ）,泡沫压裂,振动压裂、爆炸压裂、超声波压裂,第六章,水力,压裂,（,Hydraulic Fracturing）,9,第六章,水力,压裂,（,Hydraulic Fracturing）,10,第六章,水力,压裂,（,Hydraulic Fracturing）,11,第六章,水力,压裂,（,Hydraulic Fracturing）,12,第六章,水力,压裂,（,Hydraulic Fracturing）,13,第六章,水力,压裂,（,Hydraulic Fracturing）,14,第六章,水力,压裂,（,Hydraulic Fracturing）,15,第六章,水力,压裂,（,Hydraulic Fracturing）,16,第六章,水力,压裂,（,Hydraulic Fracturing）,17,一、水力压裂,（,Hydraulic Fracturing）,地应力状态对造缝的影响,水力裂缝的形态取决于地应力的大小和方向。压裂时，在油层中形成何种裂缝，取决于地层中垂向应力何水平应力的相对大小。,当,z,x,y,时，裂缝面垂直于,y,当,z,y,x,时，裂缝面垂直于,x,当,y,x,z,时，将出现水平缝,增产（注）措施,压裂,18,一、水力压裂,（,Hydraulic Fracturing）,4.,地应力状态对造缝的影响,增产（注）措施,压裂,19,一、水力压裂,（,Hydraulic Fracturing）,5.,压裂液,影响压裂施工的各种因素中，压裂液的性能是其中的主要因素之一。,1）压裂液的任务,压裂液是一个总称，根据其在施工过程中不同阶段的任务不同，可分为,前置液,、,携砂液,和,顶替液,三种。,增产（注）措施,压裂,20,一、水力压裂,（,Hydraulic Fracturing）,5.,压裂液,2）压裂液的性能要求,滤失少；悬砂能力强；摩阻低；稳定性好（热稳定性和抗机械剪切）；配伍性好；低残渣；易返排；货源广、便于配制、价格便宜,增产（注）措施,压裂,21,一、水力压裂,（,Hydraulic Fracturing）,5.,压裂液,3）压裂液的类型,水基压裂液,油基压裂液,酸基压裂液,泡沫压裂液,乳状压裂液,增产（注）措施,压裂,22,一、水力压裂,（,Hydraulic Fracturing）,6.,支撑剂,1）支撑剂的类型,压裂后能否在地层中造出一条高裂缝导流能力、足够长度的填砂裂缝，直接关系到压裂后的增产效果合压裂施工的成败。,脆性支撑剂（石英砂、玻璃珠、陶粒）,韧性支撑剂（核桃壳、铝球）,增产（注）措施,压裂,23,一、水力压裂,（,Hydraulic Fracturing）,6.,支撑剂,2）对支撑剂的要求,粒径要均匀,强度要高，密度适中,杂质含量少,砂子园球度要好,货源广，价廉。,增产（注）措施,压裂,24,一、水力压裂,（,Hydraulic Fracturing）,7.,压裂工艺技术,1）选井层,2）分层压裂,3）深层压裂,4）重复压裂,增产（注）措施,压裂,25,二、高能气体压裂,（,High Energy Gas Fracturing）,利用火药或推进剂在油、气、水井中有控制地燃烧，产生大量超过地层最大就地应力值的高温高压气体，以脉冲加载方式作用于地层，使井筒周围地层岩石发生破裂，形成不受地应力控制的多条裂缝。,增产（注）措施,压裂,26,二、高能气体压裂,(,High Energy Gas Fracturing),1.,增产（注）机理,造缝作用,热力作用,物理化学作用,增产（注）措施,压裂,27,二、高能气体压裂,(,High Energy Gas Fracturing),1.,增产（注）机理,1）造缝作用,井筒附近地层产生多条、多方位随机的径向裂缝，在地层岩石应力作用下产生剪切错位，使缝面凹凸处相错，同时裂缝面处岩石产生少量碎屑也能支撑裂缝，改善了地层的渗流能力。,增产（注）措施,压裂,28,二、高能气体压裂,(,High Energy Gas Fracturing),1.,增产（注）机理,2）热力作用,热力作用可清除近井地带的沥青质、胶质、石蜡等沉积物的堵塞和使原油降粘。,增产（注）措施,压裂,29,二、高能气体压裂,(,High Energy Gas Fracturing),1.,增产（注）机理,3）物理化学作用,爆炸所产生的冲击波作用于地层可疏通孔隙通道，降低毛管力，使原油降粘等。化学反应的生成物（如,CO，CO,2,，N,2,，NO，HCl,等气体）进入地层后，前三种气体易溶于原油、降低原油粘度、提高原油溶解石蜡、胶质及沥青质的能力；后两种气体生成物均溶于水生成硝酸和盐酸，在地层中能起到酸化的作用。,增产（注）措施,压裂,30,二、高能气体压裂,(,High Energy Gas Fracturing),2.,高能气体压裂技术发展趋势,高能气体压裂与射孔复合技术,高能气体压裂与水力压裂及酸化复合技术,液体药高能气体压裂,袖套式射孔压裂复合技术,增产（注）措施,压裂,31,二、高能气体压裂,(,High Energy Gas Fracturing),2.,高能气体压裂技术发展趋势,1）高能气体压裂与射孔复合技术,高能气体压裂与射孔复合技术是一项射孔与高能气体压裂相结合的增加油气产量的新技术。其,特点,包括：,增加了高温高压气体的能量利用率；简化了施工工艺；增加了高速射流的作用过程 ；可以实现隔层位同时施工。,增产（注）措施,压裂,32,二、高能气体压裂,(,High Energy Gas Fracturing),2.,高能气体压裂技术发展趋势,1）高能气体压裂与射孔复合技术,高能气体压裂与射孔复合的另外一个技术是超正压射孔技术。,超正压射孔技术 (简称,EOP),是采用井眼压力远高于使地层产生裂缝所需要的压力 (即岩层破裂压力 )的条件下进行射孔。,增产（注）措施,压裂,33,二、高能气体压裂,(,High Energy Gas Fracturing),2.,高能气体压裂技术发展趋势,2）高能气体压裂与水力压裂及酸化复合技术,油气井在开发生产的后期要进行水力压裂或酸化处理，现在有几个油田已成功地把高能气体压裂与水力压裂，高能气体压裂与酸化处理结合在一起，并取得了良好的效果,。,增产（注）措施,压裂,34,二、高能气体压裂,(,High Energy Gas Fracturing),2.,高能气体压裂技术发展趋势,3）液体药高能气体压裂,固体药高能气体压裂，严格地说，仅是一项近地带解堵技术，它的压裂缝长一般是28,m。,液体药高能气体压裂，缝长可达到2530,m，,与水力压裂缝长相近。增产比为2.55。其,特点,包括：,成本低、能量相对较高；地面操作安全可靠 ；对套管无损坏 。,增产（注）措施,压裂,35,二、高能气体压裂,(,High Energy Gas Fracturing),2.,高能气体压裂技术发展趋势,4）袖套式射孔压裂复合技术,该技术是在射孔枪身外套一个推进剂袖套。射孔弹在井下目的层射孔时，引燃推进剂袖套，推进剂袖套在目的层套管内燃烧形成的高压，对地层实施压裂并形成多条径向裂缝，达到射孔压裂同时完成的目的。其,特点,包括：,工艺简单，操作方便，射孔压裂一体化；造缝能力强，压裂效果好；排除一些不安全因素；成本低，便于油田推广应用；尤其适用于大井径油气井。,增产（注）措施,压裂,36,三、压裂的发展趋势,1.高能气体压裂技术,该技术具有工艺简单、周期短、成本低、见效快等优点，是油气层解堵增产的有效措施。,增产（注）措施,压裂,37,三、压裂的发展趋势,2.泡沫压裂技术,该技术具有携砂性好、滤失低、伤害小、摩阻低等优点，对于低渗、低孔、低压、高水敏的油气层尤为适用。,增产（注）措施,压裂,38,三、压裂的发展趋势,3.大型水力压裂,美国发展的大型压裂，最高工作压裂达140,MPa，,一次用液量达3000-4000,m,3,，,用砂量300,m,3,以上，可以形成1000,m,以上的裂缝。,此外还有振动压裂、爆炸压裂、超声压裂等。,增产（注）措施,压裂,39,酸化就是利用酸液的化学溶蚀作用，以及向地层挤酸时的水力作用来溶蚀地层堵塞物和部分地层矿物，扩大、延伸、沟通地层缝洞，或在地层中造成具有较高导流能力的人工裂缝，以恢复和提高地层渗透性，减少油气流入井底的阻力和提高注水井注入能力，从而达到油气井增产、水井增注的目的而对地层所采取的工艺措施。,增产（注）措施,酸化,40,1.酸化的分类,按,作用原理,分:解堵酸化和深穿透酸化,按,施工压力,分:基质酸化和压裂酸化,按,施工所用酸液体系,分:常规酸化、降阻酸酸化、胶凝酸酸化、胶联酸酸化、泡沫酸酸化和乳化酸酸化,增产（注）措施,酸化,41,2.酸液,碳酸盐岩地层酸化主要采用盐酸，有时也用醋酸、甲酸、混合酸和氨基磺酸等，为了满足酸化缓速、提高酸处理效果的需要，有时还采用胶化酸、乳化酸和泡沫酸等。,砂岩地层酸化常用土酸（盐酸和氢氟酸的混合液），若碳酸盐含量高也可单独采用盐酸处理。对于砂岩注水井，除用土酸外，个别油田也用“王水”（盐酸与硝酸的混合液）、废硫酸和酸渣（主要成分为磺酸盐）处理。,酸化用酸可分为无机酸、有机酸、多组分酸及缓速酸等类型,增产（注）措施,酸化,42,3.酸液添加剂,在酸液中加入能改善酸液性能，使之满足现场施工作业要求和更适合地层处理目的需要的化学物质统称为酸液添加剂。,目前酸化中常用的添加剂有缓速剂、表面活性剂、铁离子稳定剂和粘土稳定剂等。,增产（注）措施,酸化,43,4.影响酸岩反应速度的因素,酸处理的效果很大程度上取决于酸岩反应速度。影响因素包括：,面容比（面容比越大，反应速度越快）,酸液的流速（流速越大，反应速度越快）,酸液的类型（强酸反应速度快）,酸液的浓度（酸化处理中常用高浓度的酸）,温度（温度升高，反应速度加快）,压力（压力增加，反应速度减慢，影响不明显）,其它因素（岩石的化学组分、物理化学性质、粘度）,增产（注）措施,酸化,44,5.酸处理工艺,1）酸处理井层的选择,优先选择钻井过程中油气显示好、试油效果差的井层,优先选择邻井高产而本井低产的井层,多产层的井，应选择分层处理,慎重对待靠近油气、油水边界或含有气水夹层的井,对套管损坏、固井质量差的井应修复后再处理,增产（注）措施,酸化,45,5.酸处理工艺,2）酸处理方式的选择,酸处理方式分为常规酸化和酸压两种。,常规酸化是在低于地层破裂压力下把酸挤入地层，主要清除井底附近地层的堵塞。,酸压是在高于地层破裂压力下进行施工，一般用于碳酸盐岩地层，主要是提高酸液的有效作用距离和裂缝的导流能力。,增产（注）措施,酸化,46,5.酸处理工艺,3）酸处理井的排液,酸处理后停留在地层中的残酸水已失去其活力，不能继续溶蚀岩石，而且随着,PH,值的升高，还会产生金属氢氧化物沉淀，因此施工结束后应立即排液。常用的方法有两大类：,放喷、抽汲、气举排液,增注液态,CO,2,及氮气助喷排液,增产（注）措施,酸化,47,声波法（主要是超声波）,水力振荡法,电脉冲法,人工地震法,增产（注）措施,物理法,48,主要机理,作用于近井地带及油层，解除井筒附近的污染及改善油层的孔隙结构与渗透性；作用于地层流体（主要是原油），改善其流变性。,增产（注）措施,物理法,49,1.超声波处理油层技术,超声波处理油层技术是利用超声波的振动、空化等作用于油层，解除近井地带的污染和堵塞，以达到增产增注目的的工艺措施。,增产（注）措施,物理法,50,1.超声波处理油层技术,超声波对油层的,作用效应,：,解除地层堵塞,使地层产生微裂缝,提高油层的渗透率,降低原油粘度,降低水的表面张力和毛细管渗流阻力（注水井）,增产（注）措施,物理法,51,2.水力振荡解堵技术,是利用液体流过井下振荡器时产生的周期振动，在井底产生水力脉冲波，并直接作用于地层，以解除井底污染，恢复近井地带地层渗透率，达到油、水井增产增注的目的。,增产（注）措施,物理法,52,2.水力振荡解堵技术,作用机理,包括：,1）振动波作用于油层使油层流体及岩石发生振动，减小油-岩石的亲和力；油-水界面形成乳状液；毛细管时大时小，减小了毛管力的影响；使岩石应力时大时小地发生变化而产生疲劳裂缝，即振动波压裂的原理。,增产（注）措施,物理法,53,2.水力振荡解堵技术,作用机理,包括：,2）振动波具有较强的穿透能力，使油层流体发生快速的往复振动，堵塞物如垢等从介质上脱离，从而疏通流道，提高油层渗透性。,增产（注）措施,物理法,54,2.水力振荡解堵技术,作用机理,包括：,3）在振动波场中原油分子结构在剧烈振荡作用下进行周期性的排列组合；空化作用使分子键断裂，从而降低原油的粘度。,增产（注）措施,物理法,55,3.井下低频电脉冲处理油层技术,是将一对电极置于井中油气层部位，配以相应的工作介质，产生电弧放电，在地层中造成定向传播的压力脉冲。反复放电可在近井地带形成裂缝网络，改善地层渗透性，从而增加油气井产量。,增产（注）措施,物理法,56,3.井下低频电脉冲处理油层技术,作用机理,包括：,1）产生压力波和空化作用，解除油层孔道中的堵塞；,2）在油层中产生微裂缝和改造原有裂缝，改善油层流体渗流能力；,3）在脉冲作用下，压差交替变换大小和方向，减少了毛管力的影响，使油层流体由滞留区向排液活动区流动，提高原油的采收率。,增产（注）措施,物理法,57,4.人工地震处理油层技术,人工地震处理油层技术是利用地面人工震源产生强大的波动场作用于油层进行振动处理，从而提高油层中油相渗透性及毛管渗流和重力渗流速度，促使石油中的原始溶解气及吸附在油层中的天然气进一步分离，以达到提高原油产量及采收率的目的。,增产（注）措施,物理法,58,4.人工地震处理油层技术,作用机理,包括：,1）振动可加速油层中流体的流动；,2）振动可降低原油粘度，降低界面张力，从而改善原油流动和降低油水流度比，有利于水驱油过程；,3）振动可促使气体从原油或岩石孔隙表面上分离，产生气驱油作用；,4）振动使孔隙表面的沉淀污染物脱落分散并被液流携走，起到疏通孔隙通道、解除油层损害的作用。,增产（注）措施,物理法,59,Proppant,Fracture Conductivity,(FRCD),压裂后能否在地层中造出一条高裂缝导流能力、足够长度的填砂裂缝，直接关系到压裂后的增产效果合压裂施工的成败。,裂缝导流能力：是指填砂裂缝在地层条件下的,(kw),f,，即裂缝让流体通过的能力。,支撑剂及裂缝导流能力,60,一、支撑剂,支撑剂的类型,脆性支撑剂（石英砂、玻璃珠、陶粒）,韧性支撑剂（核桃壳、铝球、树脂包层）,支撑剂及裂缝导流能力,61,对支撑剂的要求,粒径要均匀,强度要高，密度适中,杂质含量少,砂子园球度要好,货源广，价廉。,支撑剂及裂缝导流能力,62,一、水力压裂,（,Hydraulic Fracturing,）,7.,压裂工艺技术,1,）选井层,2,）分层压裂,3,）深层压裂,4,）重复压裂,增产（注）措施,压裂,63,增产（注）措施,压裂,一、水力压裂,（,Hydraulic Fracturing）,2.,目的,（1）增产增注,（2）封堵大厚层底水,（3）提高油气田工业开采价值（勘探阶段）,64,