水力压裂工艺技术概述与分类
水力压裂工艺技术概述与分类
水力压裂工艺技术概述与分类摘要：水力压裂是油气井增产、水井增注的一项重要技术措施。
当地面高压泵组将液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中时，在井底附近蹩起超过井壁附近地层的最小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缝中，裂缝逐渐向前延伸，这样，在地层中形成了具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝。
由于压裂形成的裂缝具有很高的导流能力，使油气能够畅流入井，从而起到了增产增注的作用。
关键词：机理；裂缝；技术研究；增产；发展；探索。
一、水利压裂技术概述水力压裂技术经过50 多年的发展，在裂缝模型、压裂井动态预测、压裂液、支撑剂、压裂施工设备、应用领域等方面均取得了惊人的发展，不但成为油气藏的增产增注手段，也成为评价认识储层的重要方法。
近期水力压裂在总体优化压裂、重复压裂、大型压裂、高砂比压裂，端部脱沙压裂、CO2 泡沫压裂及特殊井（斜井、水平井、深井、超深井、小井眼井等）压裂技术方面有了进一步的完善和发展，压裂的单项技术也有了很大进展。
国内压裂酸化技术在设计软件、压裂酸化材料、施工技术指标等方面，已接近国际先进水平。
介绍了国内不同储层类型所适用的压裂技术，对更好地发挥水力压裂技术在油气田勘探与开发中的作用具有重要意义。
自1947 年美国进行第1 次水力压裂以来，经过50 多年的发展，水力压裂技术从理论研究到现场实践都取得了惊人的发展。
如裂缝扩展模型从二维发展到拟三维和全三维；压裂井动态预测模型从电模拟图版和稳态流模型发展到三维三相不稳态模型，且可考虑裂缝导流能力随缝长和时间的变化、裂缝中的相渗曲线和非达西流效应及储层的应力敏感性等因素的影响；压裂液从原油和清水发展到低、中、高温系列齐全的优质、低伤害、具有延迟交联作用的胍胶有机硼“双变”压裂液体系和清洁压裂液体系；支撑剂从天然石英砂发展到中、高强度人造陶粒，并且加砂方式从人工加砂发展到混砂车连续加砂；压裂设备从小功率水泥车发展到1000 型压裂车和2000 型压裂车；单井压裂施工从小规模、低砂液比发展到超大型、高砂液比压裂作业；压裂应用的领域从特定的低渗油气藏发展到特低渗和中高渗油气藏（有时还有防砂压裂）并举。
水力压裂技术
水力压裂技术
水力压裂技术是一种将深层油气藏岩石的裂缝或孔隙扩展的一种技术，用于提高储层
的孔隙度和渗透率，以提高油气产量。
水力压裂技术最初发展于 20 世纪 50 年代，其原
理是利用高压水在岩石中形成微米级岩石裂缝，从而使石油和天然气易于向外渗出和流动。
水力压裂技术通常用于地层测试或发现新的油田，也可以派生出油气勘探、开采、输送、
储存等一系列相关技术和工艺。
水力压裂技术一般包括三个基本步骤：一是在目标层位灌注高压水，从而在岩石中形
成裂缝；二是通过注入操作助剂，增大灌注压力，进而拓宽并扩大已有的裂缝；三是通过
注入填料、压裂液以及砂颗粒等助剂，保持裂缝扩大的状态，防止岩体被关闭，持续改善
储层的渗透性。
水力压裂技术具有丰富的应用前景，可以有效提高油气储层的渗透性，从而提高产量。
它相对于其他技术来说有着较高的稳定性，可以有效提高油气藏的利用率，改善储层的渗
透性。
同时，水力压裂技术安全可控，利用广泛，可作为一种全新的技术手段来提高储层
的发掘率，在现代油气开采中发挥着不可替代的作用。
浅析井下压裂技术——水力压裂技术
压裂 液 的类 型 。 目前 常用 的压 裂 液有 水基 压 裂 液 、酸基 压 裂 液 、 油基压裂 液 、乳状 压裂 液及 泡沫 压裂 液 等 。具有粘 度 高 、摩 阻低 及 悬
砂能 力好 等优 点的水基 冻胶 压裂液 ，已成 为矿场主 要使用 的压裂 液
二 、压裂 液的概念 及分 类
三 、 支 撑 剂
支撑 剂 的性 能好 坏直 接影 响着 压裂 效果 。填 砂裂 缝 的导流 能力 是 评价压 裂效 果的 重要 指标 。填砂 裂缝 的导流 能力 是在 油层 条件 下 ，填 砂裂缝 渗透 率与 裂缝 宽度 的乘 积 ，导流 能 力也称 为导 流 率。一 、支 撑 剂的 性能要 求粒 径均 匀 ，密度 小 。如果 支撑 剂 的分选 不 好 ，小粒径 的 支撑 剂会运 移到 大粒径 砂所 形 成 的孔 隙中 ，堵塞 渗流 通道 ，影 响填 砂 裂缝 导 流能 力 ，所 以对 支 撑剂 的粒 径 大小 和分 选 程度 有 一定 的 要求 。
自从 Ｓ ｔ ａ ｎ ｏ ｌ ｉ ｎ ｄ 石 油 公 司于 １ ９ ４ ９ 年 首 次 采用 水力 压 裂技 术 以来 ， 到 今天 全球 范围 内 的压 裂施 工 作业 量将 近有 ２ ５ ０ 万 次 。 目前 大 约百 分 之 六十新 钻 的井都要 经过 压裂改造 。压裂 增产 改造不 但增加 油井产 量 ， 而 且 由于 这项 技 术 使 得 以前 没 有 经 济开 采价 值 的 储 量被 开 采 了 出 来 （ 仅 美国 自 １ ９ ４ ９ 年 以 来就 约 有 ９ Ｏ 亿 桶 的石 油 和超 过 ７ ０ ０万亿 立 方 英 尺 的天 然气 因压裂 改造而 额外被 开采 出来） 。另外 ，通过 促进生 产 ，油 气 储量 的静现 值也提 高 了。
煤层气井水力压裂技术
适用于低渗透煤层，能够提高煤 层的渗透性，增加天然气产量， 是煤层气开发中的关键技术之一 。
技术原理
01
02
03
高压水流注入
通过高压水泵将高压水流 注入煤层，利用水压将煤 层压裂。
支撑剂填充
在压裂过程中，向裂缝中 填充支撑剂，如砂石等， 以保持裂缝处于开启状态。
气体流动
压裂后，煤层中的天然气 通过裂缝和孔隙流动，被 开采出来。
智能化发展
利用人工智能、大数据和物联网技术，实现水力压裂过程 的实时监测、智能分析和自动控制，提高压裂效率和安全 性。
绿色环保
研发低污染或无污染的压裂液和支撑剂，降低压裂过程对 环境的影响，同时加强废弃物的处理和回收利用。
多层压裂和水平井压裂
发展多层压裂和水平井压裂技术，提高煤层气开采效率， 满足市场需求。
煤层孔隙度
孔隙度决定了煤层的储存空间和吸附能力，孔隙度高的煤层有利于 气体的吸附和扩散。
压裂液性能
பைடு நூலகம்
粘度
粘度是压裂液的重要参数，它决 定了压裂液在煤层中的流动阻力， 粘度越高，流动阻力越大。
稳定性
压裂液的稳定性决定了其在高压 和高剪切条件下保持稳定的能力， 稳定性好的压裂液能够保持较好 的流动性和携砂能力。
解决方案
为了降低水力压裂技术的成本，研究 人员和工程师们正在探索新型的压裂 液和支撑剂，以提高其性能并降低成 本。同时，优化压裂施工方案、提高 施工效率也是降低成本的有效途径。 此外，加强设备的维护和保养、提高 设备的利用率也是降低水力压裂成本 的重要措施之一。
06
水力压裂技术的前景展 望
技术发展方向
能力和导流能力。
裂缝网络设计
裂缝走向
水力压裂工艺技术
水力压裂工艺技术汇报人：目录•水力压裂工艺技术概述•水力压裂工艺技术流程•水力压裂工艺技术要点与注意事项•水力压裂工艺技术案例与实践•水力压裂工艺技术前景与展望01水力压裂工艺技术概述定义及工作原理水力压裂工艺技术是一种利用高压水流将岩石层压裂，以释放天然气或石油等资源的开采技术。
工作原理通过在地表钻井，将高压水流注入地下岩层，使岩层产生裂缝。
随后，将砂子或其他支撑剂注入裂缝，防止裂缝闭合，从而提高岩层渗透性，便于油气资源流向井口，实现开采。
技术革新随着技术的不断发展，20世纪中后期，水力压裂工艺技术逐渐成熟，并引入了水平钻井技术，提高了开采效率。
初始阶段水力压裂工艺技术在20世纪初开始应用于石油工业，当时技术尚未成熟，应用范围有限。
现代化阶段进入21世纪，水力压裂工艺技术进一步完善，开始采用更精确的定向钻井技术和高性能支撑剂，降低了环境污染，并提高了资源开采率。
技术发展历程水力压裂工艺技术是石油工业中最重要的开采技术之一，尤其适用于低渗透油藏的开采。
石油工业水力压裂工艺技术也广泛应用于天然气领域，通过压裂岩层提高天然气产能。
天然气工业随着非常规油气资源（如页岩气、致密油等）的开采价值日益凸显，水力压裂工艺技术成为实现这些资源商业化开采的关键技术。
非常规资源开采技术应用领域02水力压裂工艺技术流程在施工前，需要对目标地层进行详细的地质评估，包括地层厚度、岩性、孔隙度、渗透率等参数，以确定最佳的水力压裂方案。
地质评估准备水力压裂所需的设备，包括压裂泵、高压管线、喷嘴、砂子输送系统等，确保设备完好、可靠。
设备准备对井口进行清理，确保井口无杂物、无阻碍，为水力压裂施工提供安全的作业环境。
井口准备施工前准备通过压裂泵将大量清水注入地层，使地层压力升高，为后续的压裂创造条件。
注水当地层压力达到一定程度时，通过喷嘴将携带有砂子的高压水射入地层，使地层产生裂缝。
压裂随着高压水的不断注入，砂子被携带进入裂缝，支撑裂缝保持开启状态，提高地层的渗透性。
第6章 水力压裂技术(20130325)
①预测不同裂缝长度和导流能力下的产量，并 绘制产量与缝长和无因次导流能力关系曲线
②根据产量要求，优选裂缝参数 ③选择支撑剂类型 ④确定尾随支撑剂体积和尾随比 ⑤根据地层条件选择压裂液
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水力压裂施工现场
水力压裂施工现场
水力压裂施工现场
水力压裂施工现场
地面砂比：
支撑剂体积与压裂液体积之比。
在忽略裂缝内流动阻力的情况下，可以认为裂缝内的 FRCD从缝端到井底是线性增加的，因而要求砂浓度呈线性 增加。
全悬浮型支撑剂分布特点：
适合于低渗透率地层，不需要很高的填砂裂缝导流能 力就能有很好的增产效果；支撑面积很大，能最大限度地 将压开的面积全部支撑起来。
FRCD＝Wf˙Kf＝（KW）f
裂缝参数：Lf，FRCD，是最关键的因素； 最大缝宽： Wmax， Wf
4 Wmax
动态缝宽：施工过程中的裂缝宽度；～10mm 支撑缝宽：裂缝闭合后的宽度 W支；3～5mm。
一、支撑剂的要求 1.粒径均匀；
2.强度大，破碎率小； 3.圆度和球度高；
4.密度小； 5.杂质少。
(一)全悬浮型支撑剂分布 高粘压裂液：
压裂液粘度足以把支撑剂完全悬浮起来，在整个施 工过程中没有支撑剂的沉降，停泵后支撑剂充满整个裂 缝内，因而携砂液到达的位置就是支撑裂缝的位置。
裂缝闭合后的砂浓度(铺砂浓度)：
是指单位体积裂缝内所含支撑剂的质量。 裂缝内的砂浓度(裂缝内砂比)：
指单位裂缝面积上所铺的支撑剂的质量。
3.水力压裂增产增注原理
（1）降低井底附近地层渗流阻力。
（2）改变了流动形态，由径向流→双线性流（地
层线性流向裂缝，裂缝内流体线性流入井筒）。
4.水力压裂过程
水力压裂技术 分类
水力压裂技术分类水力压裂技术，又称水力压裂法或液压压裂法，是一种用于增强油气井产能的技术。
它通过注入高压液体，使岩石裂缝扩大并连接，从而增加油气井的渗透性和产能。
本文将从水力压裂技术的原理、应用领域、优缺点以及环境影响等方面进行详细介绍。
一、水力压裂技术的原理水力压裂技术利用高压水将岩石裂缝扩大并连接起来，以增加油气井的渗透性和产能。
具体的操作步骤包括：首先，通过钻井将管道和注水设备安装到油气井中；然后，注入高压液体（通常为水和一些化学添加剂）到井中；随着注水压力的升高，岩石裂缝开始扩大，形成通道；最后，注入的液体通过这些通道进入油气层，将其中的油气释放出来。
二、水力压裂技术的应用领域水力压裂技术主要应用于以下几个领域：1. 油气开采：水力压裂技术可以提高油气井的产能，增加油气的开采量。
特别是对于低渗透性油气层，水力压裂技术可以显著改善渗透性，提高开采效率。
2. 地热能开发：水力压裂技术也可以应用于地热能开发领域。
通过在地下注入高压水，可以扩大裂缝，提高地热井的渗透性，增加地热能的采集量。
3. 存储库容增加：水力压裂技术还可以应用于水库、储气库等储存设施的建设中。
通过扩大岩石裂缝，可以增加储存设施的库容，提高储存效率。
三、水力压裂技术的优缺点水力压裂技术具有以下优点：1. 提高产能：水力压裂技术可以显著增加油气井的产能，提高油气的开采效率。
2. 适用性广泛：水力压裂技术适用于各种类型的油气层，包括低渗透性油气层和页岩气层等。
3. 可控性强：水力压裂过程中的注入压力和液体组成可以根据实际情况进行调整，以达到最佳效果。
然而，水力压裂技术也存在一些缺点：1. 环境影响：水力压裂过程中会产生大量的废水和废液，其中可能含有有害物质。
如果处理不当，可能对地下水和环境造成污染。
2. 能源消耗：水力压裂需要消耗大量的水和能源，特别是在水资源短缺的地区，会对水资源和能源供应造成压力。
3. 地震风险：一些研究表明，水力压裂过程中产生的地下应力改变可能会导致地震活动的增加，增加地震风险。
第6章水力压裂
地层三维应力问题转化为二维方法处理
(2) 当 r ，a 时 x， y
r (时1 ，)(周m3i当n向) 随应r2着，力，0ax,1迅80。的2速3x增降y说y加低2y，。Hx H
明 圆max孔 壁 上90各,270。点 的3 周x y
说向明应最力小相周等向，应且力与发值生在
无限大平板中钻一圆孔的应力分布
圆孔周向应力（弹性力学）：
无方关向。上，而最大周向应 力却y 在 的方向上。
x
y
2
1
a2 r2
x
y
2
1
3a4 r4
cos2
x
11
一、油井应力状况
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)：
6
第一节 造缝机理
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。
破裂压力 延伸压力
地层压力
压裂过程井底压力变化曲线
a—致密岩石 b—微缝高渗岩石
7
一、油井应力状况
(一)地应力
垂向应力：上覆层的岩石重量。
H
Z 0 S gdz
Pi
Ps
1 2 1
1 Cr
Cb
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：
3 y x
Pi
Pi
Ps
1 2 1
13
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：
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水力压裂工艺技术概述与分类
发表时间：2020-03-24T09:48:45.807Z 来源：《文化时代》2020年1期作者：刘帅
[导读] 水力压裂是油气井增产、水井增注的一项重要技术措施。
当地面高压泵组将液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中时，在井底附近蹩起超过井壁附近地层的最小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缝中，裂缝逐渐向前延伸，这样，在地层中形成了具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝。
由于压裂形成的裂缝具有很高的导流能力，使油气能够畅流入井，从而起到了增产增注的作用。
胜利油田东方实业投资集团有限责任公司山东东营 257000
摘要：水力压裂是油气井增产、水井增注的一项重要技术措施。
当地面高压泵组将液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中时，在井底附近蹩起超过井壁附近地层的最小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缝中，裂缝逐渐向前延伸，这样，在地层中形成了具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝。
由于压裂形成的裂缝具有很高的导流能力，使油气能够畅流入井，从而起到了增产增注的作用。
关键词：机理；裂缝；技术研究；增产；发展；探索。
一、水利压裂技术概述
水力压裂技术经过50 多年的发展，在裂缝模型、压裂井动态预测、压裂液、支撑剂、压裂施工设备、应用领域等方面均取得了惊人的发展，不但成为油气藏的增产增注手段，也成为评价认识储层的重要方法。
近期水力压裂在总体优化压裂、重复压裂、大型压裂、高砂比压裂，端部脱沙压裂、CO2 泡沫压裂及特殊井（斜井、水平井、深井、超深井、小井眼井等）压裂技术方面有了进一步的完善和发展，压裂的单项技术也有了很大进展。
国内压裂酸化技术在设计软件、压裂酸化材料、施工技术指标等方面，已接近国际先进水平。
介绍了国内不同储层类型所适用的压裂技术，对更好地发挥水力压裂技术在油气田勘探与开发中的作用具有重要意义。
自1947 年美国进行第1 次水力压裂以来，经过50 多年的发展，水力压裂技术从理论研究到现场实践都取得了惊人的发展。
如裂缝扩展模型从二维发展到拟三维和全三维；压裂井动态预测模型从电模拟图版和稳态流模型发展到三维三相不稳态模型，且可考虑裂缝导流能力随缝长和时间的变化、裂缝中的相渗曲线和非达西流效应及储层的应力敏感性等因素的影响；压裂液从原油和清水发展到低、中、高温系列齐全的优质、低伤害、具有延迟交联作用的胍胶有机硼“双变”压裂液体系和清洁压裂液体系；支撑剂从天然石英砂发展到中、高强度人造陶粒，并且加砂方式从人工加砂发展到混砂车连续加砂；压裂设备从小功率水泥车发展到1000 型压裂车和2000 型压裂车；单井压裂施工从小规模、低砂液比发展到超大型、高砂液比压裂作业；压裂应用的领域从特定的低渗油气藏发展到特低渗和中高渗油气藏（有时还有防砂压裂）并举。
同时，从开发井压裂拓宽到探井压裂，使压裂技术不但成为油气藏的增产增注手段，如今也成为评价认识储层的重要方法。
二、水力压裂工艺技术分类
压裂是靠在地层中造出高渗透能力的裂缝，从而提高地层中流体的渗流能力。
从一口井的增产来说，压裂主要解决有一定能量的低渗透地层的产量问题或井底堵塞而影响生产的井。
对有足够的地层压力、油饱和度及适当地层系数的井，应选作压裂的对象。
另外选井要注意井况，包括套管强度，距边水、气顶的距离，有无较好的遮挡层等。
在选井层的基础上，还要妥善地解决一些工艺技术的问题。
保证压裂设计的顺利执行对多油层的油井压裂，在多层情况下，要进行分层压裂。
利用封隔器的机械分层方法、暂堵剂的分层方法、限流法或填砂法都可以进行分层压裂作业。
1.堵球法分层压裂
堵球法分层压裂是将若干堵球随液体泵入井中，堵球将高渗透层的孔眼堵住，待压力蹩起，即可将低渗层压开。
这种方法可在一口井中多次使用，一次施工可压开多层。
施工结束后，井底压力降低，堵球在压差的作用下，可以反排出来。
该方法的优点是省钱省时，经济效果好。
2.封隔器分层压裂
使用封隔器一次多层压裂的施工方法已被广泛采用，分层压裂管柱如图所示
共有三种方法，即憋压分层压裂、上提封隔器分层压裂、滑套分层压裂。
憋压分层压裂是用几个封隔器隔开欲压的各个层段，在每个上封隔器的下面接一个单流凡尔球座，在球座下面的封隔器上安一个带喷嘴的短节，喷嘴用铜皮封隔。
压裂时，先压最下面一层，然后投球封闭底层，再憋压将第二层压开，依次将各层压开。
憋压法压裂一次可压 3层。
封隔器上提分层压裂是用封隔器预先按施工设计卡开井下需要压裂的最下1～2个层段，压完后停泵使封隔器胶筒收缩，然后再按预先设计好的上提深度起出部分油管，启泵再进行上一个层段的压裂施工。
滑套分层压裂自下而上进行，首先压裂最下层，压完后不停泵，用井口投球器投一钢球，使之坐在最下面喷砂器的上一级喷砂器的滑套上，憋压剪断销钉后，滑套便会落入下一级喷砂器上，使出液通道封闭，从而压裂第二层，依次类推，可实现多层压裂。
3.限流法分层压裂
限流法分层压裂工艺是当一口井中具有多层而各层之间的破裂压力有一定差别时，通过严格控制各层的孔眼数及孔径的办法，限制各层的吸水能力以达到逐层压开的目的，最后一次加砂同时支撑所有裂缝。
20、27.58 MPa，按射孔计划将各层按一定孔眼数射开，当注入的井底压力为26.20 MPa时，B层压开；然后提高排量，因为孔眼摩阻正比于排量，当B层的孔眼摩阻大到1.38 MPa，注入的井底压力达到27.58 MPa，此时C层被压开；继续提高排量，B层孔眼摩阻达到2.76 MPa时，注入的井底压力达到28.96 MPa，A层被压开。
限流法压裂的特点是在完井射孔时，按照压裂的要求设计射孔方案（包括孔眼位置、孔密度及孔径），从而使压裂成为完井的一个组成部分。
由于严格限制了炮眼的数量和直径以及层内局部射开和层间同时压开，使得该工艺对套管和水泥环的损害较小，一般不会导致串
槽。
三、结束语
水力压裂技术作为一项工业应用的成熟技术，日益得到完善和提高，目前主要的成熟技术系统有：整体压裂技术、开发压裂技术、重复压裂技术、深井和超深井压裂技术、大型压裂技术及特殊井压裂技术等。
特别是现在，国内大量低渗未动用储量的经济有效开发，还必须首先仰赖于水力压裂工艺技术的“与时俱进”，可以说，水力压裂技术作为“一项永远的技术”，还必须不断地根据储层地质特征的要求，有针对性地开展相应的攻关研究，才能最大限度地发挥压裂的应有潜能，更好地为油田的勘探与生产实践服务。
参考文献：
[1].采油技术手册编写组，《采油技术手册》增产分册，石油工业出版社，2002年。
[2].陈涛平等主编《石油工程》石油工业出版社，2004年。