采油工程6--水力压裂--汤素材.ppt

第六章 水力压裂技术 主要内容： (4) 压裂设计 (1) 造缝机理 (2) 压裂液 (3) 支撑剂 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) 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： 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 (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。 水力压裂的工艺过程： 压裂液 携砂液 支撑裂缝 动态裂缝 水力压裂工艺过程 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、增注的作用。 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 一、油井应力状况 (一)地应力 垂向应力：上覆层的岩石重量。 由于油气层中有一定比例的孔隙压力，故有效垂向应力为： 如果岩石处于弹性状态，考虑到构造应力等因素的影响，可以得到最大、最小水平主应力分别为： 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σz σx σy 时，裂缝面垂直于σy 当σz σy σx时，裂缝面垂直于σx 当σy σx σz 时，将出现水平缝 (二)井壁上的应力 1.井筒对地应力及其分布的影响 在地层上钻井以后，井壁上及其周围地层中的应力分布受到井筒的影响，这种影响非常的复杂，为了简化考虑，将地层中三维应力问题改为二维方法来处理。在这种情况下，与弹性力学中双向受力的无限大平板中钻有一个圆孔的受力情况是很相近的。 弹性力学给出了平板为固体的、各向同性与弹性材料周向应力的计算等式： 2.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。 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： 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达到或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： 由于最小总周向应力发生在00和1800的对称点上，垂直裂缝也产生在于井筒对应的这两个点上，所以理论上一般假定垂直裂缝是以井轴为对称的两条缝，但实际情况由于各种因素的影响，产生的裂缝往往不对称。 (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