《压裂液与支撑剂》PPT课件
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压裂液总结PPT
泡沫破坏的机理主要有：液膜的排液；气体透过液膜而扩散。
清洁压裂液
定义：又称为粘弹性表面活性剂压裂液，是一种基于粘弹性表面活 性剂的溶液。 清洁压裂液主要是将由长链脂肪酸盐衍生物所形成的季铵盐作为 表面活性剂加入到氯化钾、氯化镁、氯化铵、氯甲基四铵或水杨 酸钠溶液中配置而成。 作用机理：在水中特种表面活性剂随着浓度增加形成棒状胶束结 构。 ▲利用烃类有机物增溶到胶束中并使其分裂而破胶。 VES压裂液携带支撑剂是依靠流体的结构粘度，同时能降低摩阻 力。 VES压裂液与聚合物压裂液不同，它无造壁性，不会留下滤饼。
凝胶破胶形成低粘度水溶液，流阻降低；在裂缝中接触到原油或天然气同样如此。 机理二：在地层水的作用下，清洁压裂液液体因稀释而降低了表面活性剂浓度，棒状胶束也不再相
互纠缠在一起，而呈现单个胶束结构状存在。
与传统聚合物压裂液对比：
➢传统聚合物压裂液随压力增大滤失严重；而VES压裂液对压力不敏感。 ➢VES压裂液不含聚合物，显著降低了残渣在支撑剂填充带和裂缝表面 上的吸附量，形成高导流能力的裂缝。 ➢VES压裂液无造壁性，不会留下滤饼，对地层污染程度较小，改善了 负表皮系数，从而增加了油气井产能。
水平运动及其它因素综合作用引起介质内部单位面积上的作用力。
裂缝的形态与方位
油层通过压裂后形成的裂缝有 两种形态：即水平裂缝和垂直 裂缝。
原理：裂缝面垂直于最小 主应力方向。
岩石 轴应力分布图
压裂液性能及分类
根据压裂液在不同阶段的作用分为：前置液、携砂液、顶替 液。 前置液作用：主要是破裂地层形成一定几何尺寸裂缝。 携砂液作用：将支撑剂带入裂缝并将砂子置于预定位置上。 顶替液作用：将井筒中的携砂液全部替如到裂缝中。
对压裂液的性能要求
(1)滤失少 ；(2)携砂能力强； (3)低摩阻 ； (4)热稳定性和抗剪切稳定性； (5)与地层岩石和地下流体的配伍性； (6)低残渣、易返排 ； (7)价格便宜、宜配制、货源广。
清洁压裂液
定义：又称为粘弹性表面活性剂压裂液，是一种基于粘弹性表面活 性剂的溶液。 清洁压裂液主要是将由长链脂肪酸盐衍生物所形成的季铵盐作为 表面活性剂加入到氯化钾、氯化镁、氯化铵、氯甲基四铵或水杨 酸钠溶液中配置而成。 作用机理：在水中特种表面活性剂随着浓度增加形成棒状胶束结 构。 ▲利用烃类有机物增溶到胶束中并使其分裂而破胶。 VES压裂液携带支撑剂是依靠流体的结构粘度，同时能降低摩阻 力。 VES压裂液与聚合物压裂液不同，它无造壁性，不会留下滤饼。
凝胶破胶形成低粘度水溶液，流阻降低；在裂缝中接触到原油或天然气同样如此。 机理二：在地层水的作用下，清洁压裂液液体因稀释而降低了表面活性剂浓度，棒状胶束也不再相
互纠缠在一起，而呈现单个胶束结构状存在。
与传统聚合物压裂液对比：
➢传统聚合物压裂液随压力增大滤失严重；而VES压裂液对压力不敏感。 ➢VES压裂液不含聚合物，显著降低了残渣在支撑剂填充带和裂缝表面 上的吸附量，形成高导流能力的裂缝。 ➢VES压裂液无造壁性，不会留下滤饼，对地层污染程度较小，改善了 负表皮系数，从而增加了油气井产能。
水平运动及其它因素综合作用引起介质内部单位面积上的作用力。
裂缝的形态与方位
油层通过压裂后形成的裂缝有 两种形态：即水平裂缝和垂直 裂缝。
原理：裂缝面垂直于最小 主应力方向。
岩石 轴应力分布图
压裂液性能及分类
根据压裂液在不同阶段的作用分为：前置液、携砂液、顶替 液。 前置液作用：主要是破裂地层形成一定几何尺寸裂缝。 携砂液作用：将支撑剂带入裂缝并将砂子置于预定位置上。 顶替液作用：将井筒中的携砂液全部替如到裂缝中。
对压裂液的性能要求
(1)滤失少 ；(2)携砂能力强； (3)低摩阻 ； (4)热稳定性和抗剪切稳定性； (5)与地层岩石和地下流体的配伍性； (6)低残渣、易返排 ； (7)价格便宜、宜配制、货源广。
压裂基础知识ppt课件
No
Pump Minifrac
with Proppant Slugs
Pump Minifrac
Real Time Data Modelling
No
Pressure
Yes
Rise due to Prop.
Slugs?
Pump Proppant Slugs as per SPE 25892
75
Frac Job Flow Chart
72
Example Treatments
Frac Job Flow Chart
Input Speculative Fracture Geometry into Production
Simulator
Run Production Simulation with Fracture
Optimum
No
Fracture
FCD > 1 Fracture More Conductive FCD < 1 Fracture Less Conductive
FCD > 20 “Infinite Conductivity” 11
Advanced Concepts
Dimensionless Fracture Conductivity
则附加压降越大
66
支撑剂
8. 多相流
相对渗透率影响 与非达西流一样，降低有效渗透率
67
支撑剂
支撑剂的选择
根据井况对渗透率的要求进行支撑剂的优选 用厂方提供的一定闭合应力下的渗透率值
记住闭合应力可能增加 考虑非达西流和多相流情况
68
支撑剂
支撑剂的选择
一般人造支撑剂的渗透率是天然压裂砂的2-3倍， 即使在低闭合应力下也如此.
第06章水力压裂分析PPT课件
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 . P i P i P s1 1 2 25
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：
th
.
26
1）当有滤失时：
x x ps x x ps
y y ps y y ps
当产生裂 缝时，井 筒内注入 流体的压 力等于地 层的破裂 压力：
pi pi
3 y x P i P i P s1 1 2
3 y x(p ip s) 2 1 1 2
h t
PF
.
PS
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。 .
2
压裂材料
压
支
裂
撑
液
剂
.
3
水力压裂的工艺过程：
憋压 造逢
裂缝延伸 充填支撑剂
裂缝闭合
压力/砂比/(MPa/%) 排量/(方/分)
80
4
70
3.5
60
3
50
2.5
1.裂缝形成条件
2.裂缝形态(垂直、水平缝)
3.裂缝方位
造缝条件及裂缝形态、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。
压裂液化学及支撑剂
在线式粘度计 VC4或VC6 能够满足连续测量、开口容器、旁通管道、密闭的高压釜内或搅拌器内的测定。
手提式 Viscotester VT181
1. 1 流变学基础
粘度计的选择
第三代MARS：RS6000 模块化高端流变仪
MARS 模块化高端旋转流变仪（耐酸）
Haake MARS模块化高端旋转流变仪（耐酸） 可进行所有的 CR( 控制速率 ), CS( 控制应力 ) 和 CD( 控制形变 ) 流变测量 , 可以完成旋转和振荡测 试以及旋转和振荡的任意结合测量；用于各种流 体，特别是腐蚀流体的粘度测量，应变、屈服应 力、松弛时间、松弛模量的粘弹性性能的研究。 技术指标： 扭矩范围0.003μNm微牛米～200mN· m；扭 矩分辨率 0.1nNm ；角位移分辨率 0.01μrad 微弧 度；马达惯量 10uN.m.s2 ；控制速率模式的最小 转速1.0E-08rpm；最大转速4500rpm；法向应力
随着剪切速率的增大，粘度减少，这是由于触变结构和分子定向的破坏所造成的。当剪切速率 减小时，粘度上升，但低于下降的数值。随着时间的推移，再缓慢地恢复到原来的状态。 刷油漆时破坏了触变结构，阻力小，易刷。在墙上则尽快恢复到凝胶结构以防脱落。 止咳糖浆是由糖浆稀释的分散性药物，为防沉淀，加添加剂使具触变性，触变结构阻止沉淀。 摇晃时破坏了结构，使药分散均匀静止后结构使其不沉淀。
1. 1 流变学基础 粘度定律
4. 动态粘度
Pa Pa S S 1
动态粘度的单位是“帕斯卡•秒” [Pa•S]或“毫帕•秒” [mPa•S]
1Pa•S=1000mPa•S 1mPa•S=1CP
5. 运动粘度
当牛顿体被Ubbelohde或Cannon Fenske毛细管粘度计测定时，测出的粘度用υ来表示。
压裂施工常见问题分析ppt课件
、处理措施
在不超压的基础上 瞬间起停泵憋放 挤酸
6
●异常破裂压力储层降低破裂压力技术
近年来发现或遇到的几个典型的异常破裂压力油气藏 (例如赤水官渡构造带、川西致密碎屑岩须家河组、宝浪油 田、准噶尔盆地中部探区等)都表现为破裂压力与油气藏埋 藏深度不对应。降低破裂压力的技术措施分为两大类，一 类是“治本”措施，一类是“治标”措施。
20
压裂管柱活动困难的原因分析
活动管柱是压裂作业中的一 项重要工序，它的快慢直接影响到 作业和压裂的进度，同时也关系到 施工的效益，所以如何预防和处理 管柱活动不开是非常关键的。在压 裂施工过程中，经常会发生管柱活 动困难的现象，原因很多，但主要 分为以下六种类型：
21
封隔器质量不好在高压作用下胶 筒不收缩，而导致封隔器不解封
沉砂就是在压裂施工中由于机械设备故障、下 井原材料、工具质量不过关或人为操作不当等原因 引起的压裂管柱内或油套环形空间内填砂。
下面我们主要通过现场施工来分析 沉砂的形成原因，了解如何预防和避免 此类事故的发生。
28
替挤过程中，由于替挤量不足,使管柱 中压裂砂未全部替入地层，从而形成沉砂。
此类沉砂现象属于人为造成，所以减 少或避免此类事故发生的根本就是在于技 术操作人员本身，要求是在替挤过程中必 须严、细、准，做到不超不少。
22
封隔器的水嘴被堵死，导致封隔器不收
在施工时曾遇到过这种情况。在压完两层后，准 备上提管柱压第三层时，上提管柱过程中遇到困难， 当时套压也比较高，可是封隔器就是不收缩。后来， 重新连接好了压裂管柱，正向大排量向地层注入压裂 液，然后停泵，瞬间憋放，再活动管柱，结果很快就 活动开了。
这种方法是将封隔器水嘴的堵塞物在憋放过程中 排出，使胶筒内的压力释放，封隔器收缩。
压裂技术理论及应用ppt课件
理想的压裂储层特性
• 10 > k > 0.001 md (Gas) • 100 > k > 0.1 md (Oil) • 储层厚，含油性好 • 隔层遮挡性好 • 泄油面积大
复杂的压裂储层特性
• k ≥ 100mD或 k ≤ 0.1 mD (Oil) • k ≤0.001 mD (Gas) • 储层薄，含油性差 • 隔层遮挡性差 • 透镜体油气藏 • 敏感性储层
Frac width
1 2
4 - Proppant advances further into the fracture as pumping continues
5 – Proppant advances further in the fracture and may reach the tip of the hydraulic fracture as fluid continues to leak into the permeable formation
45商548井最小水平主应力剖面图3245032500325503260032650327003275032800328503290032950330003305033100331503320033250333003335033400334503350033550336003365033700400045005000550060006500700075008000最小水平主应力mpa深度msinopecslof525450分层压裂改造工艺是指分层压裂改造工艺是指针对层间跨度较大的储针对层间跨度较大的储层在不动管柱的情况层在不动管柱的情况下利用井下工具机械下利用井下工具机械分层的方式分别实施针分层的方式分别实施针措施层措施层措施层措施层措施层措施层措施层措施层分层压裂技术分层压裂技术该技术是近年来发展最为迅速取得成效最大应该技术是近年来发展最为迅速取得成效最大应用范围最广的一项压裂改造技术在基山砂岩体用范围最广的一项压裂改造技术在基山砂岩体正理庄高正理庄高8989区块纯梁梁区块纯梁梁112112等区块均取得了显著等区块均取得了显著的增产效果有效地攻克了以往针对大井段薄互的增产效果有效地攻克了以往针对大井段薄互层的压裂改造难题单井最大加砂量达到层的压裂改造难题单井最大加砂量达到70m70m33高砂比8080加砂强度达到加砂强度达到4m4m33该技术需要包括综合降滤降摩阻高砂比强制该技术需要包括综合降滤降摩阻高砂比强制闭合等多种压裂工艺技术的综合运用设计难度大闭合等多种压裂工艺技术的综合运用设计难度大施工复杂程度高是体现压裂设计和施工水平的重施工复杂程度高是体现压裂设计和施工水平的重要标志
13压裂技术PPT课件
5 – 支撑剂在缝中向更远处前进， 随着压裂液继续向渗透性地层的 滤失 ，可到达水力裂缝的端部。
6 –停止泵注压裂液/携砂液，缝 内压裂液继续向渗透性地层滤失 。
7 – 裂缝闭合在支撑剂上，在地层 留下一条导流通道。
1 2
3
地面泵压 5
4
6
排量 砂比
理想的地面施工压力变化示意图
1 –开始泵注压裂液，地层破裂 2 – 裂缝随压裂液的泵注而延伸
18
Mfrac可实现多层压裂裂缝三维几何尺寸、并实现多裂缝的可视
化的显示和复杂裂缝的模拟。
19
Gohfer基于离散方法论、采用全三维模型、考虑各种复杂的地层因素，能
模拟非对称裂缝、复杂裂缝形状。
20
5、实施水力压裂基本条件
施工设备与管柱
基
施工工艺
本
施工参数
条
件
施工材料
配套措施
满足特定施工工艺条件下的地 层改造需要。
胜利油田压裂技术应用现 状
2013.11
1
提纲
一、压裂技术发展概况 二、大型压裂技术 三、机械分层压裂技术 四、非常规储层压裂技术
一、压裂技术发展概况
1、水力压裂的定义 2、水力裂缝延伸过程及关联的物理机理 3、水力压裂工艺技术分类 4、水力压裂设计方法 5、实施水力压裂的基本条件 6、水力压裂技术系列
3 – 支撑剂以悬浮状态进入水力裂缝
4 – 支撑剂随着泵注的继续向更远处
运移
5 –支撑剂在缝中向更远处前进，
7
随着压裂液继续向渗透性地层的滤
失 ，可到达水力裂缝的端部。
6 –停止泵注压裂液/携砂液，缝 内压裂液继续向渗透性地层滤失 。
7 –裂缝闭合在支撑剂上，在地层 留下一条导流通道。
6 –停止泵注压裂液/携砂液，缝 内压裂液继续向渗透性地层滤失 。
7 – 裂缝闭合在支撑剂上，在地层 留下一条导流通道。
1 2
3
地面泵压 5
4
6
排量 砂比
理想的地面施工压力变化示意图
1 –开始泵注压裂液，地层破裂 2 – 裂缝随压裂液的泵注而延伸
18
Mfrac可实现多层压裂裂缝三维几何尺寸、并实现多裂缝的可视
化的显示和复杂裂缝的模拟。
19
Gohfer基于离散方法论、采用全三维模型、考虑各种复杂的地层因素，能
模拟非对称裂缝、复杂裂缝形状。
20
5、实施水力压裂基本条件
施工设备与管柱
基
施工工艺
本
施工参数
条
件
施工材料
配套措施
满足特定施工工艺条件下的地 层改造需要。
胜利油田压裂技术应用现 状
2013.11
1
提纲
一、压裂技术发展概况 二、大型压裂技术 三、机械分层压裂技术 四、非常规储层压裂技术
一、压裂技术发展概况
1、水力压裂的定义 2、水力裂缝延伸过程及关联的物理机理 3、水力压裂工艺技术分类 4、水力压裂设计方法 5、实施水力压裂的基本条件 6、水力压裂技术系列
3 – 支撑剂以悬浮状态进入水力裂缝
4 – 支撑剂随着泵注的继续向更远处
运移
5 –支撑剂在缝中向更远处前进，
7
随着压裂液继续向渗透性地层的滤
失 ，可到达水力裂缝的端部。
6 –停止泵注压裂液/携砂液，缝 内压裂液继续向渗透性地层滤失 。
7 –裂缝闭合在支撑剂上，在地层 留下一条导流通道。
压裂基础知识ppt课件
CII
=
0.0374 DP
k cf f m
0.0164 m
CIII =
Af
16
流体滤失
与压力相关
2 CII
Ceff =
11
1 + 1 + 4CII2 CI2 + CIII2
可用压裂模拟软件计算
17
三种主要的压裂酸化类型：
1. 基岩酸化 2. 加砂压裂 3. 酸压
18
基岩酸化
基岩酸化是将酸液注入岩石孔隙中， 使其与各种矿物反应，扩展孔隙，增 加地层渗透率。
Production History (if any), PVT Data, Completion Diagram, Previous Treatments
Use Frac Model Production Simulator
History Match Production Data
Establish Base Case Production
Example Treatments
Pressure Match Simulator Output to Minifrac Data
Final Treatment Design
Re-Design Treatment
Load Proppant & Additives. Mix Fluids
E, n, Klc, Cl,ll, lll Pnet, Pclosure, hfrac
36
水基压裂液体系
线性胶
纤维素 - 羟乙基纤维素 (HEC) - 羧甲基羟乙基纤维素 (CMHEC)
黄原胶 -
37
水基压裂液体系
线性胶
Guar HPG CMHPG HEC CMHEC Xanthan
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a = 表观粘度, cp ka’ = 稠度指数, lb-secn / ft2 n’ = 流动特性指数, 无因次 ` = 剪切速率, sec-1
压裂过程中典型的剪切速率
• 管柱中的剪切速率: 1000 - 5000 sec-1 • 裂缝中的剪切速率: 10 - 100 sec -1 • 测量的 n’ 和 k’ 通常在170到600 sec -1之间 • 可能并不代表裂缝中液体的实际流态 (40 sec -1)
.
0.008
Titanate Fluid
Without FLA 40 lb 60 lb
0.006
液体损失系数, C w (ft/min1/2)
0.004
0.002 50
40 lb
60 lb
With 25 lb/1000 gal Solid Particulate FLA
150
250
350
液体温度, °F
- 对流 - 沉降
压裂液的类型
• 水基压裂液
- 线性胍胶压裂液 - 交联胍胶压裂液
• 泡沫基或高能压裂液
- N 2 , CO 2 ,或混合 - 水，酸，油
• 油基压裂液
- 凝胶油基 - 交联油基 - 水包油乳化液
• 酸基压裂液
- 凝胶酸 - 交联酸 - 泡沫酸
线性胍胶压裂液
• 聚合物
- 胍胶 - 羥丙基胍胶(HPG) - 羧甲基羥丙基胍胶 (CMHPG) - 羥乙基纤维素 (HEC) - 羧甲基羥乙基纤维素 (CMHEC) - 羧甲基纤维素 (CMC)
压裂液的要求
1) 和地层岩石和流体配伍 2) 产生足够的裂缝宽度，以便支撑剂进入 3) 能够悬浮和携带支撑剂到裂缝深部 4) 压裂和后续的停泵过程中保持粘性 5) 费用低廉
压裂液和添加剂
压裂液
• 水基 • 高能 • 泡沫基 • 酸基 • 油基
添加剂
• 聚合物 • 杀菌剂 • 破胶剂 • 调节剂 • 表活剂 • 粘土稳定剂
变性
• 模拟实际的剪切历史对压裂液进行测试 • 做多项测试，确保具有代表性
液体滤失方程
1/ 2
Cv
0.0469
kip a
ki = 滤失层的渗透率, 达西
p = (x + pnet) - p, psi液的粘度, cp
1/2
Cc
0.0374p
krCr r
kr
粘度的测量
扭转弹簧
旋转杯
固定锤 测试液
常用液体的粘度值
压裂液类型
水 线性瓜胶 交联瓜胶
粘度
n’
k’
@ 170 sec -1
1.0
0.00002
1.0
0.8
0.03
50
0.5
0.55
2000
流变数据实例
ka n
1.0
0.1
A C
0.01 B
0.001
D
0 123 4 56 时间, 小时
Source: Halliburton Energy Services
总液体损失 Ct
• 平均
Ct
1
1 1
1
Cv Cc Cw
• William’s 方法
Ct
CvCw
2 CcCvCw
C2wCr2
4C
2 c
Cv2
Cw2
1/2
滤失对液体效率的影响
低的液体效率
短裂缝 高液体效率
长裂缝
高滤失 低滤失
液体效率
• 裂缝中液体的百分比 • 影响产生的裂缝尺寸 • 高漏失可导致砂堵 • 低漏失会延长闭合时间，影响支撑剂的铺置
压裂液和支撑剂
PINNACLE TECHNOLOGIES
Taken from GRI’s Advanced Stimulation Technology Deployment Program Course Notebook, GRI/96-0114
概述
• 介绍 • 流体力学 • 压裂液类型 • 压裂液添加剂 • 压裂液的选择 • 压裂支撑剂
1.0 0.8 0.6 .
D
B
C
A
0.4
0.20 1 2 3 4 5 6 时间, 小时
250°F 50 lb/1000 HPG w/ Titanium
液体表观粘度的测量
• 使用实际样品－－水和化学剂的混合物（施工用液)
- 现场取样测试(小样)
• 混合胍胶和化学剂 • 在模拟实际的温度、剪切时间和剪切速率下测试压裂液的流
压裂液在裂缝中粘度的估算
• 裂缝中非牛顿流体的表观粘度,
n’ 1
a 47880 k’a
40.46 Q w2 h
其中:
剪切速率
a = 表观粘度, cp k’a = 稠度指数, lb-secn’/ft 2 n’ = 流态指数, 无因次
Q = 注入排量, bpm
w = 裂缝宽度, in
h = 裂缝高度, ft
• 起泡剂 • 降摩剂 • 热稳定剂 • 润湿反转剂 • 降滤失剂 • 交联剂
压裂液特性
• 粘度
- 控制裂缝宽度 (近井筒) - 影响支撑剂的输送
• 滤失
- 控制裂缝中液体的量 - 影响裂缝的几何形状
• 密度
- 控制静水压力梯度 - 影响支撑剂对流
• 摩阻
- 控制井口施工压力 - 影响注入排量
• PH值
= 油藏流体的渗透率, md
Cr
= 地层流体的压缩性, psi -1
r
= 地层流体的粘度, cp
Cw
0.0164m A
(实验室测定)
m
= 体积 vs t 曲线的斜率
A
= 测量Cw 的岩芯面积
造壁滤失系数的测量 (C w )
斜率 = C w * 面积 / 0.0164
初滤失
时间
体积
液体滤失添加剂(FLA)对造壁液体滤失系数Cw的影响
o = 屈服点, lb/ft
2
k = 泡沫稠度指数, lb-secn /ft2
n = 泡沫流态指数, 无因次
使用修改的幂率方程可以模拟泡沫流体 方程中k ` 和n `用来描述泡沫沿屈服点 o
特定剪切速率下的视粘度
• 用以下方程来计算非牛顿流体的表观粘度
a 47880 k’a []n’- 1
其中:
= k’n’
n’= Slope
LOG-SHEAR STRESS (
k‘ = Intercept LOG-SHEAR RATE ()
=
剪切应力,
2
lb/ft
= 剪切速率, sec1/2 k = 稠度系数, lb-secn /ft
n = 流态指数, 无因次
泡沫模型
o k n
= 剪切应力, lb/ft 2
- 控制交联剂性能 - 影响压裂液特性
什么是粘度
p 或剪切应力
牛顿流体
常量 =
p Q
对牛顿流体
Q 或剪切速率 ()
Q
Q
p
不同流型的 和 之间的关系
剪切应力 ( )
例子
宾汉塑性流体
钻井泥浆
p
拟塑性流体
b
(剪切稀释)
压裂液
y
牛顿流体
水
膨胀流体
(剪切变稠)
0 0 剪切速率 ( )
幂率模型一般描述压裂液
压裂过程中典型的剪切速率
• 管柱中的剪切速率: 1000 - 5000 sec-1 • 裂缝中的剪切速率: 10 - 100 sec -1 • 测量的 n’ 和 k’ 通常在170到600 sec -1之间 • 可能并不代表裂缝中液体的实际流态 (40 sec -1)
.
0.008
Titanate Fluid
Without FLA 40 lb 60 lb
0.006
液体损失系数, C w (ft/min1/2)
0.004
0.002 50
40 lb
60 lb
With 25 lb/1000 gal Solid Particulate FLA
150
250
350
液体温度, °F
- 对流 - 沉降
压裂液的类型
• 水基压裂液
- 线性胍胶压裂液 - 交联胍胶压裂液
• 泡沫基或高能压裂液
- N 2 , CO 2 ,或混合 - 水，酸，油
• 油基压裂液
- 凝胶油基 - 交联油基 - 水包油乳化液
• 酸基压裂液
- 凝胶酸 - 交联酸 - 泡沫酸
线性胍胶压裂液
• 聚合物
- 胍胶 - 羥丙基胍胶(HPG) - 羧甲基羥丙基胍胶 (CMHPG) - 羥乙基纤维素 (HEC) - 羧甲基羥乙基纤维素 (CMHEC) - 羧甲基纤维素 (CMC)
压裂液的要求
1) 和地层岩石和流体配伍 2) 产生足够的裂缝宽度，以便支撑剂进入 3) 能够悬浮和携带支撑剂到裂缝深部 4) 压裂和后续的停泵过程中保持粘性 5) 费用低廉
压裂液和添加剂
压裂液
• 水基 • 高能 • 泡沫基 • 酸基 • 油基
添加剂
• 聚合物 • 杀菌剂 • 破胶剂 • 调节剂 • 表活剂 • 粘土稳定剂
变性
• 模拟实际的剪切历史对压裂液进行测试 • 做多项测试，确保具有代表性
液体滤失方程
1/ 2
Cv
0.0469
kip a
ki = 滤失层的渗透率, 达西
p = (x + pnet) - p, psi液的粘度, cp
1/2
Cc
0.0374p
krCr r
kr
粘度的测量
扭转弹簧
旋转杯
固定锤 测试液
常用液体的粘度值
压裂液类型
水 线性瓜胶 交联瓜胶
粘度
n’
k’
@ 170 sec -1
1.0
0.00002
1.0
0.8
0.03
50
0.5
0.55
2000
流变数据实例
ka n
1.0
0.1
A C
0.01 B
0.001
D
0 123 4 56 时间, 小时
Source: Halliburton Energy Services
总液体损失 Ct
• 平均
Ct
1
1 1
1
Cv Cc Cw
• William’s 方法
Ct
CvCw
2 CcCvCw
C2wCr2
4C
2 c
Cv2
Cw2
1/2
滤失对液体效率的影响
低的液体效率
短裂缝 高液体效率
长裂缝
高滤失 低滤失
液体效率
• 裂缝中液体的百分比 • 影响产生的裂缝尺寸 • 高漏失可导致砂堵 • 低漏失会延长闭合时间，影响支撑剂的铺置
压裂液和支撑剂
PINNACLE TECHNOLOGIES
Taken from GRI’s Advanced Stimulation Technology Deployment Program Course Notebook, GRI/96-0114
概述
• 介绍 • 流体力学 • 压裂液类型 • 压裂液添加剂 • 压裂液的选择 • 压裂支撑剂
1.0 0.8 0.6 .
D
B
C
A
0.4
0.20 1 2 3 4 5 6 时间, 小时
250°F 50 lb/1000 HPG w/ Titanium
液体表观粘度的测量
• 使用实际样品－－水和化学剂的混合物（施工用液)
- 现场取样测试(小样)
• 混合胍胶和化学剂 • 在模拟实际的温度、剪切时间和剪切速率下测试压裂液的流
压裂液在裂缝中粘度的估算
• 裂缝中非牛顿流体的表观粘度,
n’ 1
a 47880 k’a
40.46 Q w2 h
其中:
剪切速率
a = 表观粘度, cp k’a = 稠度指数, lb-secn’/ft 2 n’ = 流态指数, 无因次
Q = 注入排量, bpm
w = 裂缝宽度, in
h = 裂缝高度, ft
• 起泡剂 • 降摩剂 • 热稳定剂 • 润湿反转剂 • 降滤失剂 • 交联剂
压裂液特性
• 粘度
- 控制裂缝宽度 (近井筒) - 影响支撑剂的输送
• 滤失
- 控制裂缝中液体的量 - 影响裂缝的几何形状
• 密度
- 控制静水压力梯度 - 影响支撑剂对流
• 摩阻
- 控制井口施工压力 - 影响注入排量
• PH值
= 油藏流体的渗透率, md
Cr
= 地层流体的压缩性, psi -1
r
= 地层流体的粘度, cp
Cw
0.0164m A
(实验室测定)
m
= 体积 vs t 曲线的斜率
A
= 测量Cw 的岩芯面积
造壁滤失系数的测量 (C w )
斜率 = C w * 面积 / 0.0164
初滤失
时间
体积
液体滤失添加剂(FLA)对造壁液体滤失系数Cw的影响
o = 屈服点, lb/ft
2
k = 泡沫稠度指数, lb-secn /ft2
n = 泡沫流态指数, 无因次
使用修改的幂率方程可以模拟泡沫流体 方程中k ` 和n `用来描述泡沫沿屈服点 o
特定剪切速率下的视粘度
• 用以下方程来计算非牛顿流体的表观粘度
a 47880 k’a []n’- 1
其中:
= k’n’
n’= Slope
LOG-SHEAR STRESS (
k‘ = Intercept LOG-SHEAR RATE ()
=
剪切应力,
2
lb/ft
= 剪切速率, sec1/2 k = 稠度系数, lb-secn /ft
n = 流态指数, 无因次
泡沫模型
o k n
= 剪切应力, lb/ft 2
- 控制交联剂性能 - 影响压裂液特性
什么是粘度
p 或剪切应力
牛顿流体
常量 =
p Q
对牛顿流体
Q 或剪切速率 ()
Q
Q
p
不同流型的 和 之间的关系
剪切应力 ( )
例子
宾汉塑性流体
钻井泥浆
p
拟塑性流体
b
(剪切稀释)
压裂液
y
牛顿流体
水
膨胀流体
(剪切变稠)
0 0 剪切速率 ( )
幂率模型一般描述压裂液