水力压裂优化设计方法研究_郭大立
引 言
水力压裂是改造油气层的有效方法 ,是油气水 井增产增注的重要措施 ,而压裂设计是影响水力压 裂施工成效的关键因素之一 。
目前国内外在水力压裂裂缝延伸模拟及施工设 计等各方面都做了大量的研究工作 ,裂缝延伸模型 已从二维[1～3 ]发展到三维[4～11 ] ,基于裂缝三维延伸 模型的支撑剂运移分布模型[12～13 ] 已初步建立 ,压 裂设计方法主要包括根据施工规模预测压裂效果和 根据增产要求设计施工规模的两种设计思想体系 , 但应用裂缝三维延伸模拟技术进行压裂施工设计尚 待进一步研究 。本文综合根据施工规模预测压裂效 果和根据增产要求设计施工规模的两种设计思想体 系 ,将裂缝三维延伸模拟技术应用于压裂施工设计 , 提出了从地层条件出发 、以最佳的压裂效果为目标 的水力压裂优化设计方法 。。
2 优化设计计算步骤
一次优化的主要计算步骤 : (1) 根据地层渗透率的大小 ,确定地层类型和 施工工序的段数 ; (2) 由地层渗透率 ,确定出裂缝长度和裂缝导 流能力分布 ; (3) 根据各混砂液段应提供的导流能力 ,选择 出支撑剂类型和粒径 。 二次优化的主要计算步骤 : (1) 进行概念设计 ,初步确定施工程序 (包括压 裂液用量 、支撑剂用量 、砂比 、支撑剂类型和粒径以 及施工排量等施工参数) ; (2) 计算泵注完某一段液体时的井筒温度分 布 、缝中温度分布 ,确定考虑温度影响时 ,缝中压裂 液的流变参数 ; (3) 由裂缝三维延伸模型 ,计算泵注某一段液 体时的裂缝几何尺寸 、缝中流速分布 、流压分布等 ; (4) 继续泵注下一段液体 ,重复 (2) ～ (4) 的步 骤 ,直到泵注完所有液段 ; (5) 泵注完所有液段后 ,将计算结果与一次优 化的要求进行比较 ,若满足要求则进行下一步 ,否则 调整地面施工程序 ,重复 (2) ～ (5) 的步骤 ; (6) 由支撑剂运移分布模型 ,计算支撑剂颗粒 沉降速度 ,缝中砂堤高度 、悬砂区厚度 、纯液区厚度 , 缝中导流能力分布 ,缝中砂浓度分布等 ; (7) 将计算结果与一次优化的要求进行比较 , 若满足要求则进行下一步 ,否则调整地面施工程序 , 重复 (6) ～ (7) 的步骤 ; (8) 进行压裂效果预测和经济效果评价 ; (9) 判断所设计出的方案是否达到施工费用投 入最少 、所获经济效益最高 ,若是则进行下一步 ,否 则调整地面施工参数 ,重复 (2) ～ (9) 的步骤 ; (10) 确定施工参数 (包括施工压力 、压裂车台 数等) 。
应提供导流能力 与缝口导流能力的比值
1
4
2 3
4
1
2
5
3
4
5
1
2
6
3 4
5
6
0. 34 0. 61 0. 88 1. 00
0. 25 0. 45 0. 70 0. 90 1. 00
0. 10 0. 25 0. 50 0. 65 0. 80 1. 00
1. 2 二次优化 作为水力压裂方案设计的核心部分 ,二次优化
第 21 卷 第 4 期 西 南 石 油 学 院 学 报 Vol. 21 No. 4
1999 年 11 月 Journal of Sout hwest Petroleum Institute Nov 1999
文章编号 : 1000 - 2634 (1999) 04 - 0061 - 03
最大支撑缝长 ( L p) max (m)
76. 5 - 0. 0075 Kg 85. 0 - 0. 05 Kg 102. 2 - 0. 222 Kg 222. 2 - 12. 222 Kg 454. 4 - 244. 44 Kg 1501. 07 - 1071. 71 Kg
Ξ 收稿日期 : 1999 —04 —09 基金项目 : 中国石油天然气集团公司“九五”重点科技攻关项目“深层裂缝性低渗透油田整体压裂技术”部分内容 (960505 - 2 - 2) 作者简介 : 郭大立 (1967 —) ,男 (汉族) ,四川威远人 ,副教授 ,硕士 ,从事数学 、油气层增产工艺技术 、软件开发方面的教学与科研工作
表 1 地层渗透性划分原则和施工段数的确定原则
地层类型 气测渗透率值 Kg (μm2) 前置液段数 + 混砂液段数
高渗透性
中高渗透性 一般渗透性 低渗透性 次低渗透性 特低渗透性
> 0. 2 0. 1 ～ 0. 2 0. 01 ～ 0. 1 0. 001 ～ 0. 01 0. 0001 ～ 0. 001
< 0. 0001
1 +4 1 +5 2 +4 2 +5 3 +6 4 +6
1 优化设计原则
综合根据施工规模预测压裂效果和根据增产要 求设计施工规模的两种设计思想体系 ,我们将压裂 优化设计分两次优化来进行 。 1. 1 一次优化
利用 Elkins 的方法 ,根据地层气测渗透率的大
表 2 支撑缝长的确定原则
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
62
西南石油学院学报 1999 年
表 3 缝口导流能力的确定原则
气测渗透率 (μm2)
缝口导流能力 (μm2 ·cm)
> 0. 20 0. 10 ～ 0. 20 0. 08 ～ 0. 10 0. 06 ～ 0. 08 0. 04 ～ 0. 06 0. 01 ～ 0. 04 0. 001 ～ 0. 01
< 0. 001
(19 - 29. 45 Kg) KR [ ( L p) min + ( L p) max ] ·(10 - 3) (28. 26 - 78. 5 Kg) KR [ ( L p) min + ( L p) max ] ·(10 - 3) (36. 11 - 157 Kg) KR [ ( L p) min + ( L p) max ] ·(10 - 3) (42. 39 - 235 Kg) KR [ ( L p) min + ( L p) max ] ·(10 - 3) (56. 52 - 461 Kg) KR [ ( L p) min + ( L p) max ] ·(10 - 3) (113. 04 - 1884 Kg) KR [ ( L p) min + ( L p) max ] ·(10 - 3) 14. 24 Kg - 0. 55 KR [ ( L p) min + ( L p) max ] ·(10 - 3) 0. 213 Kg - 0. 953 KR [ ( L p) min + ( L p) max ] ·(10 - 3)
第 4 期 郭大立等 : 水力压裂优化设计方法研究
63
参数的符合率达 90 %以上 ,压裂有效率 87 % ,取得 了很好的应用效果和显著经济效益 。
表 6 为新疆某井的主要数据 ,利用三维压裂优 化设计软件为该井设计的最优施工程序见表 7 ,图 1 是压裂过程中裂缝高度的剖面图 ,图 2 是压裂停泵 后支撑剂的分布图 。
小 ,将地层划分为高渗 、中高渗 、一般渗 、低渗 、次低 、 特低渗六大类中的一类 (表 1) ,并确定施工工序的 段数 (表 1) 、获得最佳压裂效果所需裂缝长度 (表 2) 以及裂缝导流能力分布 (表 3～4) ,再根据各混砂液 段应提供的导流能力 (表 5) 以及地层闭合应力 ,选 择各混砂液段的支撑剂类型和粒径 。需要说明的 是 ,表中数据是根据油田实践的结果统计和提炼而 来的 ,使用时应根据具体油田的实际情况进行修改 和完善 。
地层类型 最小支撑缝长 ( L p) min (m)
高渗透性 中高渗透性 一般渗透性 低渗透性 次低渗透性
特低渗透性
39. 0 - 0. 005 Kg 42. 0 - 0. 002 Kg 51. 1 - 0. 111 Kg 116. 7 - 6. 66 Kg 256. 6 - 155. 56 Kg 1150. 901 - 909. 01 Kg
3. 0
7. 0
20/ 40 石英砂
5 携砂液 16 25
3. 0
6. 7
20/ 40 石英砂
6 携砂液 14 34
3. 0
6. 3
20/ 40 石英砂
7 携砂液 12 45
3. 0
5. 8
水力压裂优化设计方法研究Ξ
郭大立1 ,赵金洲1 ,吴 刚2 ,李青山 2
(1. 西南石油学院石油工程系 , 四川 南充 637001 ; 2. 新疆石油管理局采油工艺研究院)
摘要 : 综合根据施工规模预测压裂效果和根据增产要求设计施工规模的两种设计思想体系 ,将裂缝三维延伸模拟技 术应用于压裂施工设计 ,提出了从地层条件出发 、以最佳的压裂效果为目标的水力压裂优化设计方法 ,通过不断地自 动调整各段压裂液体积 、地面加砂浓度 、支撑剂类型和粒径等施工参数 ,设计出最优的施工方案 ,并在此基础上 ,采用 Visual Basic 语言研制了一套 Windows 环境下的三维压裂优化设计软件 ,在现场应用中取得了令人满意的施工效果 。 关键词 : 水力压裂 ;优化设计 ;方法 ;最优施工方案 ;压裂效果 中图分类号 : TE348 TE377 文献标识码 : A
表 7 泵注程序
序 作业 液量 砂比 排量 时间 支撑剂粒径
备 注
号 内容 ( m3) ( %) ( m3/ min) ( min)
(目)
1 前置液 24 0
3. 0
8. 0
0
胍 胶
2 前置液 20 0
2. 5
8. 0
0
胍 胶
3 携砂液 21 8
3. 0
7. 6
20/ 40 石英砂
4 携砂液 18 16
通过系统考虑井筒温度场和裂缝温度场 、压裂液的 流变性和滤失性 、压力场 、流速场 、支撑剂运移分布 等因素的综合影响 ,模拟变排量 、变粘度 、变砂比 、变 支撑剂类型和粒径的注液工艺 ,进行跟踪设计 ;通过 跟踪地面各注入段对应于不同时刻在裂缝中的位置 和运移流动状况 ,设计出最佳的施工规模 ;通过不断 自动调整各段压裂液体积 、地面加砂浓度 、施工排 量 、支撑剂的类型和粒径等 ,设计出最佳的泵注程 序 ;最后预测出压裂效果 。它包括井筒温度场和裂 缝温度场模型 、裂缝三维延伸模型 、支撑剂运移分布 模型 、压裂效果预测模型 、经济评价模型 、施工参数 的确定方法等 。
水平裂缝油藏整体压裂改造数值模拟研究
压裂 开发技 术是 低 渗透油 气 藏 高效 开发 的有效 为 以 Ｆ数 学 模 型 。 方法 ， 也是 注水 开 发 油 田实 施 压裂 和 整体 压裂 改造 油 相
的必 备技术 手 段 。 国 内外 技 术 情 报 调 研 表 明 ， 力 水 压裂已经从单井 的增 产增 注压裂 发展 到井组 （ 区 块 ） 整体压裂 改 造技 术 ¨ 。 的 中国低渗 透 油藏分 布广 ， 层埋 深 变化 大 ， 数 地 少 低渗 透油 藏 由于埋 深浅 ， 水力 压 裂后 形 成水 平 裂缝 。 水 相
辅 助方 程
① Ｓ 。＋ Ｓ ＝ １０ ② ．；
采油 速度 和采 收率 等 指 标 的影 响 ， 化 合 理 的裂 缝 优
参 数 ， 现场 评 价和设 计工 作具 有指 导 意义 。 对
Ｋ （。 ； ④ Ｋ ＝Ｋ （ ； ⑤ 咖＝币 ［ ＋Ｃ Ｓ） Ｓ） ０１ Ａｐ
—
Ｐ ） ； ⑥ Ｐ ｐ ［ ＋Ｃ（ Ｐ） ， （ ＝Ｏｗ ０］ ，＝ ？ １ ｔ ｐ— ０ ］ ｚ ｔ） 由于水 平裂缝 厚 度 很 小 ， 研＝ Ｃ ： ２ （ 为注水井井底压力 ， ａ （２ ＭＰ ） １ ）
辅助 方程
① Ｓｆ ＝１０ ｏ＋Ｓ ．； ② Ｐｒ＝Ｐ 。
２ 模 型 的数 值 解 法
为 了满足 裂缝 与 地 层 之 间 的流 量 连 续 性 、 力 压
Ｏ『 ｘＬ
Ｏ ｚ
！
Ｏ ａ ｘＪ ｙＬ
１ 『 ＋
！ａｙ １ ＋ Ｊ
Ｌ ［
Ｏ Ｏ ～ ｚ＝ｔ … ） Ｊ … ］ （
Ｐ ： Ｐ ； ③ 。
（ 一 ２ ）
煤层气增产措施及存在的问题
收稿日期:2008-09-03作者简介:王东浩(1983-),女,吉林长春人,西南石油大学在读硕士,主要从事煤层气增产技术研究。
煤层气增产措施及存在的问题王东浩1,郭大立1,计 勇1,张鹏飞1,韦书铭2(1.西南石油大学,四川成都 610500;2.新疆油田分公司勘探公司,新疆克拉玛依 834000)摘 要:煤层裂隙系统是煤层气运移的主要通道,但其连通性差、渗透率低,因此需进行增产改造。
文章介绍了煤层气增产的水力压裂、注气驱替、多分支水平井、复合射孔压裂、采煤采气一体化、洞穴完井等几项措施,并对这些煤层气增产措施存在的问题进行了分析,指出了其技术研究的方向。
关键词:煤层气;增产;水力压裂;注气驱替;多分支水平井中图分类号:TD 712 文献标识码:B 文章编号:1005-2798(2008)12-0033-03我国煤层气资源丰富,发展煤层气工业不仅可以减轻石油供给压力、补充常规天然气长远资源量的不足,而且将有效改善煤矿生产安全条件,保护大气环境。
目前,制约我国煤层气开发利用的瓶颈除投资不足、政策扶持力度不够外,主要是针对性的基础研究和技术创新不够,缺乏适应于我国煤层气及其储层特点的重大技术,如资源预测与评价技术、钻井技术、增产改造技术、排采技术、地面建设与监测技术等。
而煤层气增产改造技术是其中的核心和关键,也是国际煤层气产业化所面临的、亟待解决的重大科学问题。
1 几种煤层气增产措施当前,煤层气增产措施主要包括水力压裂、注气驱替、多分支水平井、复合射孔压裂、采煤采气一体化、洞穴完井等。
1.1 水力压裂水力压裂是煤层气增产的首选方法、也是主要措施,美国90%以上的煤层气井是由水力压裂改造的,我国产气量在1000m 3/d 以上的煤层气井几乎都是通过水力压裂改造而获得的。
水力压裂主要是利用液体的传压作用,经地面设备将压裂液在大排量条件下注入井内,压开煤层裂缝,加入支撑剂,形成多条具有高导流能力的渗流带,沟通煤层裂隙。
延长油田水力压裂的优化配置及运用
２ 延 长油 田缝 高控制压 裂的优化配 置
延长 油 田的地质 构造 比较特 殊 ，其 为低 渗底水 油漆 罐。而 延长
油 田的缝 高控 制压 裂重要 技术就 是采 用人工 方式 实现 隔层的最 佳高
一
进 而实 现降低 气体 流动 的 目的。 因为 油 田压裂技 术工 艺 比较 复杂 ，
配 置和应用进 行了探讨 。
开 展此 工作具 备一 定的苦 难 。本 文主 要对延 长油 田水利 压裂 的优化 密度相 对偏 高的压 裂液 。若是管 控裂 缝 向下 延伸 ，应该选 择 密度相
１ 水 力压裂 技术的压裂 液种类
限 流压 裂 一 般 是选 取 压 裂需 求 的射 孔 直 径与 射 孔 数量 ，从 而 进而实 现油 田裂缝 的不 断纵 向增长有 效控 制 ，在 一定程 度上提 高油 保 证 注入 速 度 可 以形 成 充足 的流速 ，并且 在 井 眼与 水 力裂 缝 间形 田压裂 整体 工作效 率 。若 是在油 田裂 缝出现 过后 ，作业 人员一 定要 成 高 强度 压 差 。 目前 ，许 多 油 田为 了 能够 达 到商 业 化 水平 ，通 常 充 分运用携带液 ， 把隔离剂应用 在裂缝 中， 然后 向裂缝 中注入 混砂液 ， 选 择 大 斜度 或 是 水平 井 实 现 垂直 经 强化 。而 为 了 能够 在 一定 程 这 样在 浮力 影响下 粉尘就 会上 升 ，而 且粉砂 在裂 缝底部 进行 沉淀 ， 度 上 减 小成 本 ，开 始研 究 在 同 时压 裂大 量 层 段过 程 中 降低 作业 时 最 终生 成低 渗透 的相 应人工 隔离 层 】 。另外 ，低 渗透 性 的人工 隔离
煤层气井大排量清水压裂施工主管线的工艺改进与应用
煤层气井大排量清水压裂施工主管线的工艺改进与应用【摘要】本文讲述了沁水煤田套管注入、大排量清水压裂技术在应用过程中，对施工主管线进行了工艺改进，并进行现场试验1182口，在应用过程中效果很好，不但增加了施工进度也大大降低了施工成本。
【关键词】大排量清水压裂注入主管线我国煤层气的勘探开发以来，国内形成了多种煤层气井压裂改造的工艺技术，主要包括大排量清水压裂、清洁压裂液压裂、氮气或CO2泡沫压裂等压裂工艺。
使用最为普遍的改造措施是大排量清水压裂工艺。
1 问题提出1.1 工艺难点及研发沁水煤田特点；煤岩较软，其杨氏模量为1 135 ～4 602 MPa；泊松比平均为0.33；低杨氏模量高泊松比易产生变形。
另外，不同与砂岩层，煤层割理较为发育，且具有很强吸附能力，极易受到伤害，影响产能。
针对以上特征，压裂施工会中存在以下技术难点：（1）节理、裂缝发育，滤失增加，易造成砂堵而使施工停止；（2）储层基质低孔、低渗，高吸附，水基线性胶压裂液破胶后易形成残渣，对煤层伤害较大；（3）煤储层人工裂缝形态复杂，易形成T 形或I 形裂缝，不利于加砂；针对以上难点充分调研国内外技术，采用清水降低储层伤害，大排量提高压裂液效率、提高净压力，研究应用了以套管注入、高排量、活性水携砂为主的煤层气清水压裂配套工艺技术。
1.2 原施工管线存在的问题清水套管压裂工艺的特点是压裂液为清水，排量大，清水携砂摩阻很高，对地面管线尤其是弯头处磨损很大，每施工3口井弯头处就可能破损，施工被迫中断，如下图1所示：2 施工主管线工艺改进2.1 问题的产生原因首先从损坏的类型分析，属于管程磨损严重造成的。
相同排量条件下清水的摩阻是冻胶压裂液的3倍，排量8.0-8.5m3/min注入条件下流体呈现紊流特征，该状态下在弯头处流线发生改变，加砂后石英砂颗粒的进入会使弯头处承受的剪切应力增加，工作时间长便会产生破坏。
2.2 理论分析2.2.1？磨损产生的机理磨损通常有以下3中类型：擦动磨损——颗粒摩擦引起的表面破坏；刮痕磨损——颗粒深入表面引起的局部剥离；撞击磨损——颗粒撞击使表面局部组织的破碎和脱离。
水力压裂技术的研究与优化设计
水力压裂技术的研究与优化设计水力压裂技术是一种利用高压水流对地下岩层进行压裂以增强油气开采的技术。
近年来，随着页岩气、煤层气等非常规油气资源的不断开采，水力压裂技术成为不可或缺的一环。
然而，水力压裂技术并非完美无缺，存在许多问题，需要不断地探索研究和优化设计。
一、水力压裂技术的基本原理水力压裂技术是通过高压水流将地下岩层进行压裂，形成裂缝，增加油气在岩石中的流动性，并将油气压入井口，从而实现油气的开采。
水力压裂技术的关键是高压水泵和压裂液的配方，高压水泵将压裂液注入岩层中，通过岩层本身的弹性变形和裂缝的扩展，使得压裂液能够在岩层中迅速扩散，形成裂缝，从而增加油气的渗透。
二、水力压裂技术存在的问题1. 岩层破碎度不佳水力压裂技术虽然可以将地下岩层压裂形成裂缝，但是对破碎度的要求很高，破碎度不佳会导致压裂液不能充分扩散，从而效果不理想。
2. 压裂液的配方需要完善压裂液的成分复杂，需要根据不同的岩石类型、油气特征、地质条件等进行优化设计。
目前，压裂液的成分还存在很多问题，如杂质较多、影响地下水质的问题等。
3. 环境污染问题水力压裂技术的实施需要大量的水资源和压裂液，这些液体在压裂后常常无法回收，会对地下水和土壤造成污染，给生态环境带来威胁。
三、水力压裂技术的研究与进展为了克服水力压裂技术存在的问题，国内外科学家进行了大量的研究。
近年来，我国取得了一些重要进展，如：1. 新型的压裂液新型的压裂液能够更好地适应不同的岩石类型、油气特征和地质条件，能够更好地发挥水力压裂技术的作用，并减少环境污染。
2. 岩层力学参数的确定优化的水力压裂技术需要准确的岩层力学参数，这是一个复杂而难以确定的问题。
近年来，我国研究人员通过实验和数值模拟，确定了不同地貌条件下的岩层参数，为水力压裂技术的实施提供了重要依据。
3. 确定施工参数水力压裂技术的实施需要根据地质条件和油气特点确定不同的施工参数。
研究人员通过实地观测和模拟，确定了不同地区、不同类型页岩气和煤矿的施工参数，为水力压裂技术的推广和应用提供了重要依据。
压裂压后裂缝闭合模型及其应用
压裂压后裂缝闭合模型及其应用
许雷;郭大立;孙涛;罗振兴;李铁军
【期刊名称】《重庆科技学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2012(014)003
【摘要】综合运用流体力学和岩石力学的相关理论以及物质平衡原理,建立压裂压后裂缝闭合模型.通过模型求解分析裂缝闭合过程中井口压力的变化规律,给出裂缝闭合时间和支撑剂沉降距离的计算方法.实例分析和应用表明,低渗透储层人工裂缝自然闭合时间过长,支撑剂沉降距离较大,导致压裂液对地层和裂缝的污染严重,最终影响压裂效果,因此,压裂压后合理选择液体返排时机非常重要.
【总页数】4页(P47-49,74)
【作者】许雷;郭大立;孙涛;罗振兴;李铁军
【作者单位】西南石油大学,成都610500;西南石油大学,成都610500;西南石油大学,成都610500;西南石油大学,成都610500;西南石油大学,成都610500
【正文语种】中文
【中图分类】TE357.1
【相关文献】
1.水力压裂施工停泵卸压后裂缝闭合压密数学模型初探 [J], 屈展
2.水力压裂压后加权平均在综合评估中的应用 [J], 王东浩;郭大立;张鹏飞;计勇
3.压后关井期间压裂液黏度影响因素及预测模型研究 [J], 贾元钊;刘国华;王孝超;安欢;曹景芝;邵忠华
4.长宁区块页岩压后压裂液离子含量变化研究及应用 [J], 王良; 胡仁德; 杨建; 彭钧
亮; 韩慧芬; 杨斌
5.多层段水力压裂压后统一返排模型 [J], 陈昱辛;曲占庆;丁云宏;郭天魁;白羽;王继伟
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水力压裂优化设计研究及应用
５ ９
唧
：
（） ４
应一条 曲线 ， 意味者每条曲线上进入 目的油层 的支 撑剂数量是 固定 的。而不 同的缝宽 、 缝长组合得到 不同的无 因次导流能力 ， 从而得到不同的无 因次采 液指数。对于给定 的支撑 剂数 ， 最佳 的缝宽、 长 缝 组合得到无 因次导 流能力值对 应着每条 曲线 的峰 值。 因此 ， 利用该压裂优化设计 理论 ， 过确定最 通 佳的缝宽 、 缝长组合 ， 就能确定最佳 的压裂设计结
式中： 卜一 采液指数 ， ／ Ｐ ； Ｐ ｍ／ Ｍ ａ ｄ 口 —— 日 产液量 ， ｄ ｉ ／； ｎ
— —
平均油藏压力 ， ａ ＭＰ ； 无 因次采液指数 ； 体积系数 ； 粘度 ， Ｐ ・； ｍ ａｓ
油层厚 度 ， ｍ。
ｐｒ —— 井底 流压 ， ａ ＭＰ ；
根据无因次采液指数公式可以算 出裂增 产效 果 的影响 ． 采用不同类型支撑剂进行压裂增产优化设计得
图１ 无因次采液指数与 无因次 裂缝 导流能力 和支撑 剂数关 系曲线 （ ＜ ． ） ０１
到的关系见表 ２ 。
表 ２ 不 同类型支 撑剂 的无因次 采液 指数对 比表
从表 ２ 可以看 出， 选择优质支撑剂将获得更高 的油井产量 。但是 ， 如果考虑到支撑剂 的价格 ， 则需 要从投入、 出的经济对比方面优选最佳方案。 产 ３支撑 剂量 对压 裂增产 效果 的影 响 ．
Ｃ
采用不同的支撑剂量进行压裂增产优化设计得
稳 态情 况下 ， 油井采 液指 数定 义为
Ｐ ，： ＝ ＿
Ｐ 。 ‘Ｐｗ ｆ
式中： ｒ ——泄油半径 ， ； Ｉ ｎ
ｒ — —
井筒半径 ， ｍ；
５ —— 表 皮系数 。
压裂基础知识
压裂施工基本程序
14
目
录
水力压裂概述 压裂设备 压裂施工基本程序 压裂施工常用井下工具 常规压裂管柱介绍 高温高压酸化压裂管柱
15
压裂施工常用井下工具
1、封隔器
封隔器在压裂中的用途是分层压裂和保护套管。我国各油 田使用的压裂封隔器主要有两种类型，即水力压差式和水力机 械式封隔器。
(1)油田常用封隔器分类
24
常规压裂管柱介绍
(2)中深井尾喷嘴压裂管柱
该管柱多用于新开发井压裂，结构 如图所示。最下第一层采用尾喷嘴笼统压 裂，投堵打套后完成坐压第二层。 工作原理是压裂施工时，先笼统压裂 最下第一层，压开后关闭井口球阀，地面 管线放空，卸下井口管柱顶端丝堵，投入 喷嘴总成后，拧紧管柱丝堵，打开井口球 阀，用不大于0.6m3/min排量打套, 在液 压作用下, 喷嘴总成坐于导压喷砂器滑套 上,并推滑套下行打开导压喷砂器长方形 喷砂孔,同时喷嘴总成剪钉被剪断,上堵头 坐堵于导压喷砂器下端,下堵头坐堵于尾 喷嘴封堵住下通道, 而后进行第二层压裂。
29
高温高压酸化压裂管柱
3、工作程序
(1) 下完施工管柱，安装完施工井口 (2) 替液 进行全管柱正替前置液 (3) 投球 替液完成后，从井口将坐封钢球投入油管，等 待钢球下落至坐封滑套。 (4) 坐封 继续加液压，封隔器坐封坐卡，水力锚和管柱 伸缩补偿器等相继进入工作状态后，提高泵压打掉 坐封滑套中的球座。
IV.解封方式代号： 用阿拉伯数字表示，见表4。
19
压裂施工常用井下工具
(2)封隔器型号编制
② 代号说明 V. 钢体最大外径：用阿拉伯数字表示，单位为毫米（mm） VI.工作温度：用阿拉伯数字表示，单位为摄氏度（℃） VII.工作压差：用阿拉伯数字表示，单位为兆帕（MPa）
针对大厚段砂砾岩储层的水力压裂新方法
A novel technology of hydraulic fracturing for massive glutenite reservoirs
面剪切Hale Waihona Puke 等的差异，支撑剂在裂缝宽度上的运动速
基金项目 ：国家自然科学基金“深层高应力下页岩缝网压裂裂缝流动机制及导流能力预测模型”（编号 ：51704251）、国家杰出青 年科学基金“低渗与致密油气藏压裂酸化”（编号 ：51525404）。
· 64 ·
第 43 卷 第 1 期
天然气勘探与开发
气田开发
上的分布对支撑裂缝的导流能力及压后效果影响较 大 [1-6]。因此，有必要研究支撑剂在大厚砂砾岩储层
中的输送规律，提出提高支撑剂在纵向上有效铺置 的新方案 。 [7-9]
Lorentz[10] 最早进行裂缝宽度对支撑剂颗粒沉降 影响研究，推导出了在光滑平面墙之间颗粒在低雷 诺数下的运动方程。Novotny[11] 进行了支撑剂在非 牛顿压裂液中的输送实验，认识到由于受到裂缝壁
Lu Cong, Ma Li, and Guo Jianchun (State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Southwest Petroleum University, Chengdu, Sichuan 610500, China)
Abstract: Traditional fracturing methods to develop some massive glutenite reservoirs may lead to low efficiency of proppant placement and high rate of production decline. So, one model of proppant settlement transport was established, which takes comprehensive consideration on the influence of settlement equilibrium height and proppant motion after pump stop on its transport. Furthermore, the main factors affecting proppant placement were analyzed, and a novel technology of hydraulic fracturing was proposed. Results show that (1) both perforation position and proppant density are the main factors affecting the morphology of propped fracture and the placement form of proppant; (2) the morphology can be adjusted by conducting the centralized perforation in one certain interval of massive reservoirs; and (3) the proppant placement profile in these reservoirs can be adjusted by sequential adding proppant with different density. It's concluded that this technology can be used to improve the efficiency of proppant placement for those conventional fracturing methods. Keywords: Massive reservoir; Hydraulic fracturing; Proppant; Settlement transport; Morphology of propped fracture
页岩水力压裂物理模拟与裂缝表征方法研究_郭印同
微前 置放大器 试样 大型真三 轴加载伺 服增压器
压力 排量 伺服控制 供液 反馈 大型真三轴 加载仪器控
高压水 井眼 增压器 加载
大型真三 轴加载仪
声发射探头
图1 Fig.1
真三轴水力压裂物理模拟路线图
Technical route of real triaxial fracturing simulation experimental system
收稿日期：2013–03–05；修回日期：2013–04–16 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51104144)；国家重点基础研究发展计划(973)项目(2010CB226701)；中石化科技部项目(P11015) 作者简介：郭印同(1981–)，男，博士，2005 年毕业于中国石油大学(华东)船舶与海洋工程专业，现任副研究员，主要从事岩石力学及在石油工程中 的应用方面的研究工作。E-mail：ytguo@
第 33 卷
第 1 期
2014 年 1 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.33 No.1 Jan.，2014
页岩水力压裂物理模拟与裂缝表征方法研究
郭印同 1，杨春和 1，贾长贵 2，徐敬宾 1，王
技术研究院 北京
图2 Fig.2
大型真三轴物理模型试验机
Large real triaxial physical model experiment
大型真三轴物理模型试验机在以下几方面具有 创新性： (1) 该装置具有真三轴模型试验功能，X(左右 向)、Y(垂直向)、Z(前后向) 3 个方向均由轴向加载系 统独立加压，能更真实地模拟地下岩层的受力情况。 (2) 该装置加载的吨位较大，X，Y，Z 三个方 向所加最大载荷均可达到 3 000 kN，可以模拟高应 力条件地下工程的真实受力状态。 (3) 加压过程中，X，Y，Z 三个方向通过连接 板与传力板以及定向机构等装置，把轴向加载系统 的力均匀地传到试样的各个受力面上，较好地解决 了以往模型试验采用千斤顶直接加载时压力均匀性 偏差较大，以及采用柔性囊加载行程偏小、强度偏 低的技术难题。 (4) 放入模型试验机的试样同一受力方向的 2 个面同时加载，在加载过程中试样的中心位置通过 程序控制可以保持不变，有效避免了试样偏心受力 和弯矩的产生。 为满足水力压裂过程中声发射监测的要求，对 大型岩土工程模型试验机加载板进行了改造，在加 载板端面预制 12 个 25 mm 的声发射探头放置孔， 根据声发射三维定位效果来调整探头位置，满足 300 mm×300 mm×300 mm 试样压裂过程中空间监 测的需要，图 3 为改造后的试验机加载板，图 4 为 物理模型试验机加载板组装。 2.2.2 压裂液泵压伺服控制系统 图 5 为压裂泵伺服控制系统，其技术参数为： 配备 100 MPa 压力传感器，分辨率为 0.05 MPa，测 量精度为 1%；配备 210 mm 位移传感器，分辨率为 0.04 mm(折合成体积分辨率为 0.15 mL)，精度为 1%；增压器有效容积 800 mL，进油口和回油口都 配备蓄能器，以提高系统动态响应，并保证伺服阀 的工作稳定性。 2.2.3 Disp 声发射检测系统 Disp 声发射测试系统由美国物理声学公司研 制，广泛应用于岩石及岩体声发射监测、金属材料 检测、航空航天材料检测、压力容器检测、桥梁和 管道检测等领域，如图 6 所示。 采用 8 支 22 mm×36.8 mm 声发射探头，工作 频率为 15～70 kHz，中心频率为 40 kHz，并添置相 应的放大器，为提高监测效果，前期进行了多次试 验，优化后采用在模拟水平地应力方向 ( 最大、最