延安大学：《采油工程原理与设计》课程教学资源（PPT课件讲稿）第六章 水力压裂技术

Chapter 6 第六章水力压裂 1油气井低产的主要原因 近井地带受伤害,导致渗透率严重下降;一地层原油粘度高 油气井增产方法 油气层渗透性差;一地层压力低,油气层剩余能量不足 2油气井增产途径 提高或恢复地层渗透率;一保持压力增加地层能量 降低井底回压 降低原油粘度 3油气井增产方法 水力压裂; 酸化、酸压 爆炸(高能气体压裂); 物理法 石油工程与环境工程学院 Yan’ an university

石油工程与环境工程学院 Yan’an university Chapter 6 第六章 水力压裂 油 气 井 增 产 方 法 1 油气井低产的主要原因 ⎯ 近井地带受伤害，导致渗透率严重下降； ⎯ 地层原油粘度高 ⎯ 油气层渗透性差； ⎯ 地层压力低，油气层剩余能量不足 2 油气井增产途径 ⎯ 提高或恢复地层渗透率； ⎯ 保持压力增加地层能量 ⎯ 降低井底回压； ⎯ 降低原油粘度 3 油气井增产方法 ⎯ 水力压裂； ⎯ 酸化、酸压 ⎯ 爆炸（高能气体压裂）； ⎯ 物理法

Chapter 6 第六章水力压裂 增产措施 Reservoir stimulation 干法压裂 高能气体压裂 水力压裂: 利用特定的发射药或利用100的液体二氧化碳和石利用地面高压泵注设 推进剂在油气井的目英砂进行压裂,无水无任何添备将高粘度的流体以 的层段高速燃烧,产加剂,压后压裂液几乎完全排大大超过地层吸收能 生高温高压气体,压出地层,可避免地层伤害。其力的量注入井筒,憋 裂地层形成多条自井关键技术是混合砂子进入液体起高压,在地层中形 眼呈放射状的径向裂二氧化碳中的二氧化碳混合器。成裂缝并向前延伸 缝,清除油气层污染适用于对驱替液、冻胶或表面利用携砂液将支撑剂 及堵塞物,有效地降‖活性剂的伤害敏感的地层,适带入裂缝中,形成高 低表皮系数,从而达合的储层包括渗水层、低压层导流能力的支撑裂缝 到油气井增产的目的及有微粒运移的储层以及水敏的一系列工艺过程 的一种工艺技术。‖性储层。 石油工程与环境工程学院 Yan’ an university

石油工程与环境工程学院 Yan’an university Chapter 6 第六章 水力压裂 增产措施 Reservoir stimulation 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，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 水力压裂： 利用地面高压泵注设 备将高粘度的流体以 大大超过地层吸收能 力的量注入井筒，憋 起高压，在地层中形 成裂缝并向前延伸。 利用携砂液将支撑剂 带入裂缝中，形成高 导流能力的支撑裂缝 的一系列工艺过程

Chapter 6 第六章水力压裂 水力压裂:常简称为压裂,指利用水力作用使油层形成 裂缝的方法,是油气并增产、注水井增注的一项重要技术措 施,不仅广泛用于低渗透油气藏,而且在中、高渗油气藏的 增产改造中也取得了很好的效果。 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。 石油工程与环境工程学院 Yan’ an university

石油工程与环境工程学院 Yan’an university Chapter 6 第六章 水力压裂 水力压裂：常简称为压裂，指利用水力作用使油层形成 裂缝的方法，是油气井增产、注水井增注的一项重要技术措 施，不仅广泛用于低渗透油气藏，而且在中、高渗油气藏的 增产改造中也取得了很好的效果。 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

Chapter 6 第六章水力压裂 砂支摧剂 混砂车 系车 夜体 亡落油T 裂缝 支擰剂 油层′压裂液 破裂压力压/破裂 加砂 停泵 前置液 携砂液 裂缝闭合 延伸压力 排量不变,提高砂比,压力H管内摩阻 升高反映了正常的裂缝延伸 裂缝延伸压力(静) 净裂缝延伸压力 裂缝闭合压力(静) 致密岩石 b徼缝高渗岩石 地层压力 地层压力(静) 石油工程与环境工程学院 Yan’ an university

石油工程与环境工程学院 Yan’an university Chapter 6 第六章 水力压裂 破裂压力 延伸压力 地层压力

Chapter 6 第六章水力压裂 水力压裂增产增注的原理: (1)由径向流动改变为双线性流动 渗流阻力大的径向流渗流方式转变为单向流渗流方式,增大了渗流截面,减小了渗流阻力; (2)连通油气层深处的产层(如透镜体)和天然裂缝 沟通独立的透镜体或天然裂缝系统,增加新的油源; (3)解堵 裂缝穿透井底附近地层的污染堵塞带,解除堵塞; 石油工程与环境工程学院 Yan’ an university

石油工程与环境工程学院 Yan’an university Chapter 6 水力压裂增产增注的原理： （1）由径向流动改变为双线性流动 （2）连通油气层深处的产层（如透镜体）和天然裂缝 （3）解堵 第六章 水力压裂 渗流阻力大的径向流渗流方式转变为单向流渗流方式，增大了渗流截面，减小了渗流阻力； 沟通独立的透镜体或天然裂缝系统，增加新的油源； 裂缝穿透井底附近地层的污染堵塞带，解除堵塞;

Chapter 6 第六章水力压裂 内容提要 第一节造缝机理 第二节压裂液 第三节支撑剂 第四节裂缝扩展模型 第五节压裂设计 第六节压裂工艺技术 石油工程与环境工程学院 Yan’ an university

石油工程与环境工程学院 Yan’an university Chapter 6 第六章 水力压裂 内容提要 第一节 造缝机理 第二节 压裂液 第三节 支撑剂 第四节 裂缝扩展模型 第五节 压裂设计 第六节 压裂工艺技术

Chapter 6 第一节造缝机理 裂维的形态:垂直缝或水平缝 裂缝的方位:裂缝的延伸(扩展)方向 本节主要讨论裸眼井的造缝机理 、油井应力状况 1.地应力概念 地应力:指赋存于地壳岩石中的内应力。 未钻井前,地层中的岩石一般处于三向不等的压应力状态。 石油工程与环境工程学院 Yan’ an university

石油工程与环境工程学院 Yan’an university Chapter 6 第一节 造缝机理 裂缝的形态 ：垂直缝或水平缝 裂缝的方位：裂缝的延伸（扩展）方向 本节主要讨论裸眼井的造缝机理 一、油井应力状况 1. 地应力概念 地应力：指赋存于地壳岩石中的内应力。 未钻井前，地层中的岩石一般处于三向不等的压应力状态。 = + x z y y x z +

Chapter 6 第一节造缝机理 作用在地下岩石某单元体上的应力可用互相垂直的 三个主应力表示,即垂向主应力G和水平方向的两个 主应力σ和σ(通常称作水平最大主应力o和水平最小 主应力Gn)。 垂向应力:来自上覆层的岩石重量 :=10-6p,8dz 有效垂向应力: 0:-0p Bot(毕奥特)常数,即孔 隙弹性常数,无因次 石油工程与环境工程学院 Yan’ an university

石油工程与环境工程学院 Yan’an university Chapter 6 垂向应力：来自上覆层的岩石重量  − = H z s gdz 0 6  1 0  有效垂向应力： z z s  =  −  p Biot（毕奥特）常数，即孔 隙弹性常数，无因次 第一节 造缝机理 作用在地下岩石某单元体上的应力可用互相垂直的 三个主应力表示，即垂向主应力 σz 和水平方向的两个 主应力σx 和σy （通常称作水平最大主应力σH和水平最小 主应力σh）

Chapter 6 第一节造缝机理 有效水平应力: 0 a ps p 在确定的垂向应力的基础上,提出了计算水平方向两个 主应力的许多模型。如根据广义虎克(Hook)定律: E 0,-V(0,+0 0,-V(0,+0 E 由E,=,=0得 石油工程与环境工程学院 Yan’ an university

石油工程与环境工程学院 Yan’an university Chapter 6 在确定的垂向应力的基础上，提出了计算水平方向两个 主应力的许多模型。如根据广义虎克（Hook）定律： 1 [ ( )] x x y z E      = − + ， [ ( ) ] 1 y y x z E  =  −   +  有效水平应力: x x s  =  −  p y y s  =  −  p x y  z     − = = 1 由εx =εy =0得 第一节 造缝机理

Chapter 6 第一节造缝机理 v=-2 D鬆 △D/2 岩石类型泊松比弹性模量(MPa) 硬砂岩 0.15 4.4×10 中砂岩 0.17 2.1×104 软砂岩 0.20 3.0×10 硬灰岩 0.25 7.4×104 中硬灰岩 0.27 软灰岩 0.30 8.0×103 石油工程与环境工程学院 Yan’ an university

石油工程与环境工程学院 Yan’an university Chapter 6 第一节 造缝机理 岩石类型 泊松比 弹性模量（MPa） 硬砂岩 0.15 4.4104 中硬砂岩 0.17 2.1104 软砂岩 0.20 3.0103 硬灰岩 0.25 7.4104 中硬灰岩 0.27 ― 软灰岩 0.30 8.0103