压裂原理

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不同排量以及不同加砂程序下的施工参数,从而达到优 化出的裂缝参数,给出合理的施工参数结果
15Ì ² Í µ Á Ü Á Ï µ ¾ È ² Á Ó ²³ × Ï Ç Ï ì » ¬ ¼ ÷Ä ¥  ¤ ® Õ ú ¿ ë ì ¤¹ µ ú ß 7 6 5 4 3 2 1 0 50 100 150 200 250 300 350 Ñ ì ¤¶ ¨Ã £ Á ²³ È £ ³¦ 15dc*cm 20dc*cm 25dc*cm 30dc*cm 35dc*cm 40dc*cm
缝延伸和支撑剂运移等动态过程进行模拟,可
较准确地预见施工过程及结果
(2)压裂井的产量预测 在知道影响产能因素(如渗透率、裂缝几何尺寸等)的条件
下,可进行压裂井的生产动态模拟,以预测产量,为优化施
工设计提供依据。对垂直裂缝,缝高对压裂增产效果也有很 大影响。总缝高增加合理,可以提高增产效果,这主要是由
水力压裂增产机理
2、沟通油气储集区 由于地质上的非均质性,地层中有产能的地区并不一定
与井底相连通。例如:砂层中透镜体,三角洲沉积的砂
体等不一定都被井所钻穿。通过压裂所形成的人造裂缝,
可以将它们与井底沟通起来,就增加了新的供油区,大 型压裂压出的较长裂缝甚至可将几个透镜体压穿,沟通 油气储集区是压裂增产的重要原因,可实现天然裂缝油 藏与人工裂缝的沟通。
早 期 压 裂 优 化 设 计
主要分为两大步骤: 1、裂缝参数优化
该步骤应用油藏模拟水力压裂平台优化出单层不同裂
缝长度以及不同导流能力参数下的产能,从而确定出合 理的裂缝长度、导流能力 2、施工参数优化 该步骤应用三维压裂模型软件结合施工不同工艺特点
及地应力剖面、录井测井解释资料,模拟出不同规模、
滑套式分层压裂管柱由投球器、井口球阀、工作
筒和堵塞器、水力压差式封隔器、滑套喷砂器组 成。其原理是利用不压井、不放喷井口装置、井
下工作筒和堵塞器,可使压裂管柱实现不压井、
不放喷起下作业。利用井下滑套喷砂器多级开关, 自下而上实现多层压裂。当每压完一层时,从井 口投入不同直径的钢球,将滑套憋到已压开层的 喷吵器上将其水眼堵死,同时打开上一层喷砂器 的水眼,开始对上一层进行压裂,从而实现不动 管柱一次连续压多层。
建议支撑裂缝长度范 围在280-320m之间, 裂缝导流能力在3540dc*cm
根据以往测试资料,拟合出该区闭合压力与 深度的经验公式: 0.0203*D--3.1219 得出了该深度的闭合压力为29.1MPa,确定
使用0.9-1.25mm中强度陶粒做为支撑剂。应用
FracproPT压裂模拟软件进行优化,结果如下:
水力裂缝模型
形 , 水模 平型 剖: 面宽 为度 椭剖 圆面 形为 矩 GDK
水力裂缝模型
问缝 按 在 题内 三 三 进液 维 维 行体 弹 模 处流 性 型 理动 问 中 按题, 两进裂 维行缝 流考启 动虑裂 ,
压裂施工过程中
净压力与时间关系
压裂工艺技术
限流法压裂技术
采取低密度射孔,大排量施工,依靠压裂液通
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140 120 100 80 60 40 20 0 50 100 150 200 250 Á ²³ È ¨³¦ Ñ ì ¤¶ £ à £ 300 350
15dc*cm 20dc*cm 25dc*cm 30dc*cm 35dc*cm 40dc*cm
前缘脱砂压裂工艺技术
通过控制前置液用量和施工排量,使携砂液达到动态
缝尖端附近时,前置液完全滤失,前置液脱砂形成砂 堵,阻止裂缝进一步延伸。当地面继续加砂时,裂缝
长度不再增加,但宽度不断增大,从而形成短而宽的
高导流能力裂缝。
复合压裂工艺技术
复合压裂技术是指对同一油层在较短时间内,先后采
取高能气体压裂和水力压裂技术进行改造
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该目的层的闭合压力为29.1MPa,平均铺砂浓度大于 5Kg/m2时,支撑缝内的导流能力为121.3DC.cm,通常 取短期导流能力值的1/3作为实际应用值,支撑缝内的
导流能力可达到40.1DC.cm。
过射孔炮眼时产生的摩阻,大幅度提高井底压
力,从而使压裂液自动转向,以相继压开破裂 压力相近的各个目的层。 这项技术的关键是,根据目的地层的物性,砂 岩厚度、纵向相邻油层情况及平面上的连通关
系,确定合理的布孔方案,确定每个目的层所
射孔炮眼数量及直径,以此来控制不同油层的 处理强度,获得所需要的产液剖面
» ¬ Õ Ï ¹ ¥ ¢ » ¬ Ì °¨È Â Ä ¼ ÷Ü ¥ ² Í ±º Ñ Á ¡ ² Í Æ É Å ¶ Ï µ µ Á Ä Á 0.9-1.25Ö Ç ¶ Ì Á Ð ¿ È Õ £ 700 600 500 400 300 200 100 0 0 10MPa 30MPa 50MPa 20MPa 40MPa 60MPa
压裂优化设计
压裂方案设计对于压裂措施的实施具有纲领性的意义 和指导性的作用,长期的生产实践表明,其对增产效果的
影响可概括为压裂方案设计的可行性、合理性和经济性。
可行性是指压裂设计确定的施工方案风险低、成功率 高,工艺技术可靠。
经济性是指压裂设计确定的施工规模有利于获得最大
措施效益。 合理性是指压裂设计确定的人工裂缝与储层相匹配,
要保护的薄夹层的邻近高含水部位装有平衡装置,
该装置只进液不进砂,使高含水层与压裂目的层 处于同一压力系统中,夹层上下压力平衡而得到 保护。通过大排量施工,依靠压裂液通过吸液炮 眼所产生的摩阻,大幅度提高井底压力,从而相 继压开破裂压力相近的各个目的层,一次施工可 压开3-5个目的层。
滑套式分层压裂工艺技术
计算炮眼摩阻的公式为:
3.57Q ρ 6 P pf = ³10 2 4 nd
式中:Ppf:炮眼摩阻,10-1MPa; Q: 注入排量,m3/min; ρ :压裂液密度,kg/m3 n:射孔炮眼数量; d:炮眼平均直径,mm
2
投球法多裂缝压裂工艺技术
可用于常规射孔井,根据压开层位吸液能力高的特点,在 一个压裂层段内压开第一层后,在低压下挤入高强度暂堵
在相同的规模下有利于获得最佳的增产效果。
它应在油层参数和设备现有条件下选择出既经济又有 效的压裂增产方案。
压裂方案设计整体思路:
地质资料、测井、录井、岩心资料 小型压裂测试 油藏模拟 滤 失 分 析 摩 阻 分 析 应 力 校 正 设 计 完 善 支压 撑裂 剂液 优优 选化 裂缝参数优化 地应力研究 射孔方案
水力压裂原理
压裂技术的发展历程
1947年在美国进行了首次水力压裂增产作业,由于增产 效果十分显著,因此对压裂工艺技术的研究和应用受到 普遍重视。 五、六十年代,压裂主要作为单井的增产、增注措施,
以追求单井增产增注效果为目标,没有考虑实施压裂措
施后,对油田开采动态和开发效果的影响。 七十年代,进入低渗透油田的勘探开发领域,由于压裂 技术的应用,大大增加了油气的可采储量,使本来没有 工业开采价值的低渗透油气藏,成为具有相当工业储量
3、克服井底附近地层的污染
压裂后的裂缝可以解决井底污染所造成的低产后果。为
此目的所进行的压裂可以是小规模的,只要穿过堵塞区 的深度即可。但是对裂缝的导流能力却要求很高。因为 井底附近裂缝的渗透率在油气生产中是个关键。
水力裂缝模型
为剖 矩面 形均 模 ,为 型 裂一 : 缝椭 宽 高圆 度 度, 剖 恒垂 面 定直 及 剖水 面平 PKN
15Ì ² Í µ Á Ü Á Ï µ ¾ È ² Á Ó ²³ × Ï Ç Ï ì » ¬ ¼ ÷Ä ¥  ¤ ® Õ ú ¿ ë ì ¤¹ µ ú ß
原始地层压力 15.66 Mpa 压裂层段厚度 5.6 m 地层孔隙度 10.9% 原油粘度 0.26 mPa*s 地层渗透率 0.56mdc 地层原油密度 801.5kg/m3 地层温度 64.8℃ 原油压缩系数0.000256 1/Mpa 原油体积系数 1.54
压裂施工的经济优化设计一般有3个步骤。 ⑴对一个确定的油藏,根据不同的裂缝长度和裂缝导流能 力估算预期得到的油或气的产量,将它们与现金费用联系 起来; ⑵确定压裂施工要求,以获得期望的缝长和导流能力,将 这些与成本联系起来;
⑶选择裂缝长度和导流能力,使这时的收益与成本组成最
大的经济利润
水力压裂的优化设计计算
施工参数优化
编制压裂施工设计
油藏地质概况
构造位置、特征、沉积特征
储层分布、物性特征、流体特征 储层深度、厚度及其展布 压力、温度 岩性特征:长石含量、石英含量、岩屑含量等 胶结类型 含油面积、储量
(1)压裂施工过程模拟
裂缝几何尺寸是产量预测所必须的数据,通常 采用施工模拟来估算。利用计算机技术,对裂
流入井中,起到增产增注的作用。
水力压裂原理
水力压裂造缝机理
形成水力裂缝的条件:
地应力的大小及其分布 岩石力学性质
压裂液性能
注入方式
三向主应力: σ X、σ Y、σ
Z
裂缝垂直于最小主应力
水力裂缝Biblioteka Baidu态:
σ Z>σ
H Z
垂直裂缝 水平裂缝
σ H >σ
水力压裂增产机理
1、改变流型
在压裂前,地层中的流体是径向的流向井底,压裂后由 于地层中形成了一条高导流能力的填砂裂缝,从井底延 伸至地层深处,所以流体就先单向地进入裂缝中,然后 单向地流入井底。从原来的径向流改变为单向流,这就 节省了大量的能量。
措施。当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,在井底附近憋起超过井壁附近地 应力及岩石抗张强度的压力后,即在地层中形成裂缝。 随着带有支撑剂的液体注入裂缝中,裂缝逐渐向前延伸。 这样在地层中形成了足够长度和一定宽度以及高度的填 砂裂缝。由于它具有很高的渗滤能力,使油气能够通畅
和开发规模的大油气田。
八十年代,水力压裂已不再仅仅被孤立地作为单井的增产、 增注措施来考虑,而是与油藏工程紧密结合起来,用于调
整层间矛盾(调整产液剖面)、改善驱油效率,成为提高
动用储量、原油采收率和油田开发效益的有力技术措施。 进入九十年代以后,水力压裂逐渐成为决定低渗透油田开 发方案的主导因素。在研究制定低渗透油田开发方案时, 按水力裂缝处于有利方位确定井排方位;通过研究分析不 同井网、布井密度及裂缝匹配对各项开发指标的影响,以 提高油田整体开发效果和经济效益为目标,确定井网类型、 布井密度和压裂施工规模,使水力压裂与油藏工程结合的 更加紧密,使低渗透油田的高效开发成为可能。
剂将已压开层的炮眼堵住,提高泵压压开第二层,然后再
堵第二层再压第三层,这样可在一个层段内形成多条裂缝, 达到一井压多段,一段压多层,提高油井产能
定位平衡压裂技术
首先建立在水平裂缝的前提下,在常规射孔井进 行水力压裂时,在一定的排量下通过节流产生压 差,使定位压裂封隔器坐封。利用定位平衡压裂 封隔器上的长胶筒和喷砂体的组合来控制压裂目 的层的裂缝形成的位置和吸液炮眼的数量,达到 裂缝定位和使目的层产生水平裂缝的目的。在需
及费用和来源。对于支撑剂要考虑一定应力下支撑剂的渗
透率及与储层渗透率的比较,通过孔眼和裂缝时支撑剂的 可输运性,也要考虑费用及来源
(4) 优化施工设计
施工设计的优化就是指用最少的投入获得最大的经济 效益。一般从三个方面来考虑: ① 以油井生产期间加速开采为目的; ② 在最低费用下,施工方法和施工过程的改进和实现; ③ 对于长期开采,以获得最高采收率。
我国在五十年代起已开始进行水力压裂技术的研究,迄
今为止已取得了很好的技术成就与较高的经济效益。 大庆油田1973年开始采用水力压裂作为油田增产增注的 一项重要技术措施,至今已有30年的历史。随着油田的 开发进程,针对不同时期不同对象及其对于改造技术的
不同要求,压裂工艺技术不断发展、完善和提高。
水力压裂是油气井增产、水井增注的一项重要技术
于获得与井筒相连通的新的产层而引起的。否则,缝高过大
进入非产层,使有效支撑缝长减小而降低增产效果。甚至缝 高延伸失控,可能会导致不希望的气或水产出
(3)施工材料的选择
压裂液、添加剂和支撑剂的选择是压裂设计的一个重要环
节。它们的特性将直接影响压裂增产效果。对于压裂液应 考虑其粘度、液体滤失摩阻、返排、与储层岩石的配伍性
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