水力压裂工艺培训讲义.pdf

水 力 压 裂 工 艺 培 训 讲 义 第一采油一厂工程技术大队 2004 年 6 月 前言： 水力压裂是油田增产、增注，保持油田稳产的一项重要工艺技术。它利用 液体传导压力的性能，在地面利用高压泵组，以大于地层吸收能力的排量将高 粘度液体泵入井中，在井底憋起高压，此压力超过油层的地应力和岩石抗张强 度，在地层产生裂缝，继续将带有支撑剂的携砂液注入裂缝，裂缝边得到延伸， 边得到支撑。停泵后就在油层形成了具有一定宽度的高渗透填砂裂缝，由于这 个裂缝扩大了油气流动通道，改变了流动方式，降低了渗流阻力，可起到增产 增注作用，这一施工过程就叫油层水力压裂。水力压裂包括理论力学、材料力 学、热化学、高分子化学、机械制造等多个学科。 一、压裂液 压裂液的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。其性 能好坏对于能否造出一条足够尺寸、并具有足够导流能力的填砂裂缝密切相关， 因此，有必要了解压裂液的特点和性能。 （一）压裂液的作用 压裂液的主要作用是将地面设备的能量传递到油层岩石上，在地层形成裂 缝，并携带支撑剂填充到裂缝中。按照在压裂施工中不同阶段的作用可以分为 前置液、携砂液、替挤液三种。 1、前置液；用来在地层造成裂缝，并形成一定几何形态裂缝的液体。在高 温井层中，还具有一定的降温作用。 2、携砂液：携带支撑剂进入地层，把支撑剂充填到预定位置的液体。和前 置液一样也具有造缝及冷却地层的作用。由于携带比重较高的支撑剂，必须使 用交联压裂液。 3、替挤液：把压裂管柱、地面管汇中的携砂液全部替入裂缝，以避免压裂 管柱砂卡、砂堵的液体。组成与前置液一致。 （二）压裂液的性能 为确保压裂施工顺利实施，要求压裂液具有以下性能特点 1、滤失性：主要取决于压裂液自身的粘度和造壁性，粘度高则滤失少。添 加防滤失剂能改善压裂液的造壁性，大大减少滤失量。 2、携砂性：指压裂液对于支撑剂的携带能力。主要取决于液体的粘度、密 1 度及其在管道和裂缝中的流速，粘度越高，携带能力越强。 3、降阻性：指压裂液在管道中流动时的水力摩擦阻力特性，摩阻越小，压 裂设备效率越高。摩阻过高会导致井口压力高，从而降低排量，影响压裂施工。 4、稳定性：压裂液应具有热稳定性，不能由于温度升高而使粘度有较大的 损失；还应具有抗剪切稳定性，不会由于流速的增加而大幅度降解。 5、配伍性：压裂液进入地层后与各种岩石矿物及地层流体相接触，不应产 生不利于油气渗流的物理—化学反应，例如不会引起粘土膨胀或产生沉淀而堵 塞油层。 6、低残渣：要尽量降低压裂液中水不溶物的数量，以免降低油气层和填砂 裂缝的渗透率。 7、易返排：施工结束后大部分注入液体应能返排出井筒，减少压裂液对地 层的伤害。特别是低压井的返排尤其重要。 因此，压裂液应具有滤失小、携砂能力强、摩阻低、稳定性好、配伍性好、 低残渣、易返排等特点。此外由于压裂施工规模越来越大，压裂液用量越来越 大，压裂液还应具有货源逛、成本低、配制简单的特点，以满足大型压裂和新 井压裂施工的要求。 （三）压裂液的分类 最早采用的压裂液是油基压裂液，20世纪50 年代开始应用胍胶稠化的水基 压裂液，60 年代发展了交联胍胶压裂液，70年代开发出羟丙基胍胶，80 年代采 用了延迟交联的水基压裂液，90年代压裂液向“清洁”无伤害压裂液体系发展。 按造分散介质的不同，压裂液主要分为水基压裂液、油基压裂液、乳化压 裂液、泡沫压裂液、醇基压裂液、表面活性剂（清洁）压裂液和浓缩压裂液。 重点介绍目前广泛应用的水基压裂液。 （四）水基压裂液 是以水作为分散介质，添加各种处理剂，特别是水溶性聚合物，形成具有 压裂工艺要求的较强综合性能的工作液。一般水溶性聚合物和添加剂的水溶液 称为线形胶或稠化水压裂液。线形胶一旦加入交联剂，会形成具有粘弹性的交 联冻胶，交联冻胶具有部分固体性质，但在一定的排量和压力下能够流动。水 基压裂液以安全、清洁和容易以添加剂控制其性质得到广泛的应用，除了极少 数特别是水敏性地层外，水基压裂液是压裂液技术发展最快、最全面的体系。