水力压裂施工工艺曲线解析
压裂施工曲线分析(建工)
水力压裂是油气井增产的一项重要措施， 当地面高压泵组将高粘度液体以超过地层吸 收能力的排量注入井中，在井底产生的力， 超过井壁附近地应力和岩石抗张强度后，即 在地层中形成裂缝，随着带支撑剂的液体注 入地层中，裂缝逐渐向前延伸形成具有一定 长度、宽度、高度的填砂裂缝。这些裂缝具 有较高的导流能力，改变了油气渗流流态， 由原来的径向流改变为从地层单向流入裂缝， 再由裂缝单向流入井筒，使油气井产量大幅 度提高。
无明显破裂显示的层一般是：地层位于断层附近、地层微裂缝发 育、重复压裂层等。
、携砂液阶段曲线类型
下降型: 特点是当排量稳定 时，随着压开裂缝 的延伸和扩展，砂 比逐渐加大，泵压 连续下降。
下降稳定型: 特点为排量相对稳定 时，随着裂缝延伸和 扩展，砂比逐步增加， 泵压下降至一定程度 后相对稳定。
压裂项目建设周期的主要步骤
• 、排空：目的是了解液罐供液情况和每台 压裂车的上水情况。
• 、试压：目的是检查井口（总闸门以上部 位）及高压管线系统连接部位受压情况， 以保证正常施工。
• 、前置液阶段：小排量向地层挤入液体，了解井 下管柱是否畅通和地层的吸收能力。继续提高排 量，在井底产生足够的压力，使地层形成裂缝。
P—t双对数曲线图
携砂液曲线形态认识分析
• ①加砂曲线的形态与压裂液的性质有关：压裂液性质好坏 与携砂能力、摩阻等有很大关系。
• • 在其他条件相同时，高粘度水基压裂液比低粘度水基压
裂液造成的裂缝宽度和长度要大。因此高粘度凝胶水基压 裂液能产生长而宽的裂缝，携砂液容易在裂缝中运动，一 般高粘度压裂液的加砂曲线形态多为下降型和下降稳定型。 低粘度压裂液的加砂曲线形态有多种形态。
液体摩阻造成的。 之后泵压由尖峰下降，这是地层被压开（一般是注入液体达
压裂施工动态曲线及特征分析
压裂施工动态曲线及特征分析为进一步了解压裂施工特点及施工曲线的意义，根据压裂施工过程的主要工序，并结合合水油田压裂措施井大量施工曲线，经分析比较和认真筛选，重点列举和叙述了置前置液和携砂液阶段的压裂曲线类型特征，尤其是加砂过程泵压、排量随时间变化的形态描述，为今后现场作业及时了解和分析施工动态、合理调整施工参数、优质安全完成压裂施工具有一定的实际参考作用。
标签：压裂；施工曲线；类型；特征分析压裂是油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施，也是提高低渗透油气藏采收率的一个重要手段。
压裂施工曲线是压裂时地面所得到的最实时、最直接的压裂施工情况的真实反映。
了解压裂施工过程并掌握施工曲线特征，对作业施工实时监控、合理调整施工参数、分析评估增产效果及现场监督与验收等具有重要意义。
1 压裂施工动态曲线形态特征及分析压裂施工的施工泵压、排量、混砂比、套压随施工时间的变化曲线组成压裂施工动态变化曲线。
施工曲线中，压力曲线是核心，它直接反映了施工过程中的地下真实情况，结合其他可控制的施工排量和混砂比（砂浓度）曲线，可以对施工情况、地层情况和裂缝特征作出实时判断，若出现异常情况，应及时调整施工参数并采取合理措施，安全优质的完成压裂施工。
1.1 地层破裂曲线特征根据泵压与排量变化，在压裂施工曲线上有3种情况可以判断地层形成裂缝：①开始压力上升，排量随之上升，然后泵压迅速下降而排量继续上升（图1）。
②开始压力上升，排量随之上升，然后泵压迅速下降而排量保持不变（图2）。
③排量不变，泵压上升到一定高度后迅速下降（图3）。
前两种情况，当泵压与排量状态发生改变时所对应的泵压值即被认为是地层的地面破裂压力，第三种情况，泵压变化的拐点即是破裂压力。
经统计在合水地区后两者比例占到90%以上。
1.2 加砂施工过程中曲线特征加砂过程是压裂成败的关键，该过程由于受各种因素及不同的工艺要求影响，实施当中曲线形态变化多异。
通过收集大量现场施工曲线，并参考相关文献，分析归纳加砂曲线特征大致分为以下六类。
《井下作业》第四章水力压裂技术
货源广、便于配制、价钱便宜。大型压裂中，压裂液是压裂施工费用中的主要组
成部分。速溶连续配制工艺大大方便了施工，减少了对液罐及场地的要求。
二、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
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（ 一 ）水 基 压 裂 液
水基压裂液是用水溶胀性聚合物经交联剂交联后形成的冻胶。常用的成胶剂有植物胶、
纤维素衍生物以及合成聚合物；交联剂有硼酸盐、钛、锆等有机金属盐等。在施工结束后，
为了使冻胶破胶还需要加入破胶剂，常用破胶剂有过硫酸铵、高锰酸钾和酶等。
活性水压裂液
在水溶液中加入表面活性剂的低粘压裂液称为活性水压裂液。这种压裂液配制简单、成
第 四 章 水 力 压 裂 技 术
水力压裂是利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中， 在井底憋起高压，当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层 产生裂缝。继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，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、增注的目的。
施工资料统计出来的，破裂压力梯度值为：
。可以用各地区的破裂压力梯度的
大小估计裂缝的形态，一般认为 小于
时形成垂直裂缝，而大于
时
则是水平裂缝。因此深地层出现的多为垂直裂缝，浅地层出现水平裂缝的几率大。这是由于
浅地层的垂向应力相对比较小，近地表地层中构造运动也较多，水平应力大于垂应力的几率
也大。有时会碰到破裂压力梯度特高的地层，这可能是由于构造关系或岩石抗张强度特别大
水力压裂加砂过程曲线分析
水力压裂加砂过程曲线分析摘要：压裂是油气井增产的一项重要技术措施。
本文依据多口井压裂资料，分析了其“加砂”工序中泵压、排量、混砂比曲线随时间的变化形态，总结出“加砂”曲线的五种类型：下降型、下降稳定型、波动型、上升型、稳定型。
实践认为下降或下降稳定型曲线形态主要是因被压开地层裂缝缝高的增加；波动型曲线形态主要受地层物性严重非均质性影响；上升型曲线形态是受地层渗透性差、层薄影响，造成缝高延伸受阻，水平延伸缓慢或是携砂液在地层缝内严重堵塞，产生砂卡，泵压突然上升；稳定型曲线形态可能是地层滤失量的增加，使施工泵压长时间维持常量。
现场施工可根据加砂曲线形态，合理调整“ 加砂” 施工参数，保证油井施工顺利进行。
关键词：压裂加砂曲线；形态；特征剖析；参数；施工前言：水力压裂是油气井增产的一项重要技术措施，当地面高压泵组将高粘度液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底蹩起超过井壁附近地应力及岩石抗张强度压力后，即在地层中形成裂缝，随着带支撑剂的液体注入缝中，裂缝逐渐向前延伸形成一定长度、宽度、高度的填砂裂缝。
这些裂缝具有很高的渗流能力。
改变了油气渗流的流态。
由原来的径向流改变为从地层基本上单向流入裂缝，再由裂缝单向流入井筒，油气井产量大幅度提高。
1、加砂施工曲线类型及特征通过数据收集近两年来多口油井压裂施工曲线，归纳出压裂“加砂”施工曲线有5种类型。
（1）下降型：其特点是当注入排量稳定，随压开裂缝的延伸和扩展，泵压连续下降，此类曲线属于较理想状态，在现场比较少见。
（2）下降稳定型：其特点为注入排量相对稳定时，随着裂缝延伸和扩展，混砂比逐步增加，泵压下降至一定程度后相对稳定，在压裂施工正常情况下现场此类曲线占大多数。
（3）波动型：特点为注入液体排量稳定，混砂比基本稳定，随着裂缝的延伸和扩展，泵压波动起伏。
现场此类曲线约占20%左右。
（4）上升型：注入排量稳定，混砂比稳定或提高，泵压连续上升，出现此类曲线往往停泵分析其原因后，再调整排量和砂比重新施工。
第九章 水力压裂
1、 Eaton法（1969）
Eaton法在美国海湾地区应用比较广泛。该方法的前提条件是： （1） 岩层处于均匀水平地应力状态(horizontal in site
stress state )； （2）地下岩体充满节理、层理和微裂隙； （3）钻井液在压力作用下沿裂隙侵入，张开裂缝( crack)只 需克服垂直裂缝面的地应力。
principal stress )的方向扩展。由于最小主地应力一般都是
水平方向，因此裂缝一般是垂直缝，对于直井，裂缝如下图所 示。
图9-1 直井水力压裂垂直裂缝
井眼中，水力压裂(hydraulic fracture )会在垂直于最小 地应力(minor in site stress )的方向产生两个对称的裂缝翼。 如果两个水平地应力(horizontal in site stress )相等，裂 缝( crack)方向就很难确定。
如下四种基本用途。
1、克服近井地带污阻
目前的钻井技术不可避免的造成近井地带的污染，它包括 钻井液的液相污染和固相污染，这些污染常使油气从地层流入 井内的能力大为减弱。 水力压裂(hydraulic fracture )可以改造污染带，提高其 渗透性，建立良好的油流通道。 水力压裂后的油气产量可增加几倍到几十倍。
一、 漏失试验(leak-off test )
在钻井过程中最容易出现破裂的层位是套管鞋附近。因此漏失 试验(leak-off test )是在下套管固井后，钻十几米后做，以确定 地层的最小破裂压力梯度(minor break-down pressure gradient )。 漏失试验(leak-off test )过程：关井，用水泥车通过钻杆泵 入泥浆，记录压力和时间或泵入量。当压力偏离直线时，停泵。 典型的漏失实验曲线如下图(图9－3)所示。
压裂施工曲线
压裂曲线
简称压裂施工曲线，指在压裂过程中,地面记录的泵压,砂比及排量随时间变化的关系曲线。
施工过程中井底压力随时间的变化，在一定程度上反映了裂缝的延伸发展状况。
施工曲线分析是施工状况诊断、压后效果评价的重要工具，它直接影响着压裂施工的设计以及压裂成败。
利用施工曲线可以估计地面破裂压力、裂缝延伸压力和井筒内摩阻等压裂设计中的参数，并可进一步估算地应力的大小。
施工曲线中，压力曲线是核心，它直接反映了施工过程中的地下真实情况，结合其他可控制的施工排量和混砂比曲线，可以对施工情况、地层情况和裂缝特征作出实时判断，并采取相应的措施。
压裂施工曲线分析
现场初期出现尖峰，是井筒内地层水 和液体摩阻造成的。
• 之后泵压由尖峰下降，这是地层被压开（一般是注入液体 达到井筒的一半时）。 • 泵压降至最低点后，泵压出现缓慢上升，是地层裂缝正常 延伸，或者是液体摩阻增加影响的。
• 泵压降至最低点后，泵压上升到一定高度后缓慢下降，这 是可能是地层滤失严重，或者是裂缝在垂向上延伸。
特点为排量稳定，
砂比稳定或提高，
泵压连续上升。
曲线原因分析
上升型：有两种形态。
• 第一种是在P-t双对数 坐标系中，曲线斜率 较小(I)，即上升速度 非常缓慢，说明裂缝 受地层渗透性差、层 薄，使裂缝在高度方 向延伸受阻，沿水平 方向延伸又缓慢。
P—t双对数曲线图
曲线原因分析
• 第二种是在P-t双对数坐 标系中，曲线斜率接近 1(III), 是压力的增量正比
P—t双对数曲线图
在垂向上延伸，或 是沟通了天然裂缝。
波动型:
特点为排量稳定，砂比基本稳定，随着裂缝
的延伸和扩展，泵压波动起伏。
曲线原因分析
波动型:
在P-t双对数坐标系中，压力
曲线上下波动(V)，分析认为 是受地层物性特征的影响， 说明了同一地层物性的严重 非均质性。
P—t双对数曲线图
上升型:
• 在前置液阶段加入段塞砂时，泵压上升了1-3个MPa，说 明裂缝宽度增加。
现场施工中得出的几点认识
携砂液阶段：
• 在低砂比阶段，泵压出现下降趋势，是液柱压力 增加高于液体摩阻增加。 • 在高砂比阶段，泵压出现上升趋势，是液体摩阻 的增加高于液柱压力增加。
讨论问题
在施工过程中，泵压受哪些方面的影响 （1）施工排量 （2）液体摩阻 （3）液氮 （4）地层本身
压裂施工曲线分析课件
P—t双对数曲线图
上升型: 特点为排量稳定， 砂比稳定或提高， 泵压连续上升。
曲线原因分析
上升型：有两种形态。
• 第一种是在P-t双对数 坐标系中，曲线斜率 较小(I)，即上升速度 非常缓慢，说明裂缝 受地层渗透性差、层 薄，使裂缝在高度方 向延伸受阻，沿水平 方向延伸又缓慢。
P—t双对数曲线图
稳定型:
此类曲线(II)可 能是地层滤失量增 加造成，压开新裂 缝或天然微裂缝张 开增加了滤失量， 使注入液体被滤失， 缝长得不到延伸。
P—t双对数曲线图
携砂液曲线形态认识分析
• ①加砂曲线的形态与压裂液的性质有关：压裂液性质好坏 与携砂能力、摩阻等有很大关系。
在其他条件相同时，高粘度水基压裂液比低粘度水基压 裂液造成的裂缝宽度和长度要大。因此高粘度凝胶水基压 裂液能产生长而宽的裂缝，携砂液容易在裂缝中运动，一 般高粘度压裂液的加砂曲线形态多为下降型和下降稳定型； 低粘度压裂液的加砂曲线形态有多种形态。
曲线原因分析
下降、下降稳定型: 在P-t双对数坐标 系中，曲线斜率为 负值(IV)，说明裂 缝穿过低应力层， 裂缝在垂向上延伸， 或是沟通了天然裂 缝。
P—t双对数曲线图
波动型: 特点为排量稳定，砂比基本稳定，随着裂 缝的延伸和扩展，泵压波动起伏。
曲线因分析
波动型: 在P-t双对数坐标系中，压 力曲线上下波动(V)，分析 认为是受地层物性特征的影 响，说明了同一地层物性的 严重非均质性。
携砂液曲线形态认识分析
• ②加砂曲线形态与地层性质有关：地层物性较好， 且均质，曲线多为下降型。
地层物性差异大，渗透率大小变化，携砂液在裂 缝中通过时受阻，使泵压上、下波动，曲线多为 波动型。
• 下降、下降稳定型:是现场施工比较理想的类型，施工成 功率、有效率较高，但应注意井浅、断裂破碎带、薄夹层 或邻层为高渗透层时，液体是否滤失较大。
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水力压裂是油气井增产的一项重要措施， 当地面高压泵组将高粘度液体以超过地层吸 收能力的排量注入井中，在井底产生的力， 超过井壁附近地应力和岩石抗张强度后，即 在地层中形成裂缝，随着带支撑剂的液体注 入地层中，裂缝逐渐向前延伸形成具有一定 长度、宽度、高度的填砂裂缝。这些裂缝具 有较高的导流能力，改变了油气渗流流态， 由原来的径向流改变为从地层单向流入裂缝， 再由裂缝单向流入井筒，使油气井产量大幅 度提高。
携砂液曲线形态认识分析
• ②加砂曲线形态与地层性质有关：地层物性较好， 且均质，曲线多为下降型。 地层物性差异大，渗透率大小变化，携砂液在裂 缝中通过时受阻，使泵压上、下波动，曲线多为 波动型。
• 下降、下降稳定型:是现场施工比较理想的类型，施工成
功率、有效率较高，但应注意井浅、断裂破碎带、薄夹层
2、携砂液阶段曲线类型
下降型:
特点是当排量稳定
时，随着压开裂缝
的延伸和扩展，砂 比逐渐加大，泵压 连续下降。
下降稳定型:
特点为排量相对稳定
时，随着裂缝延伸和
扩展，砂比逐步增加，
泵压下降至一定程度
后相对稳定。
曲线原因分析
下降、下降稳定型: 在P-t双对数坐标系 中，曲线斜率为负 值(IV)，说明裂缝穿 过低应力层，裂缝
前置液阶段曲线认识分析
（1）前置液阶段曲线的类型与压裂液性质关系不大。
（2）无明显破裂显示可能与地层的原生裂缝有关。
从理论上讲，一次破裂显示产生一条裂缝，多次破
裂可能显示多条裂缝。 无明显破裂显示，并不是地层没有形成裂缝，而只能 说明地层产生裂缝时所引起的泵压或排量变化在地面反映 不明显。 无明显破裂显示的层一般是：地层位于断层附近、地 层微裂缝发育、重复压裂层等。
携砂液曲线形态认识分析
• ①加砂曲线的形态与压裂液的性质有关：压裂液性质好坏 与携砂能力、摩阻等有很大关系。
在其他条件相同时，高粘度水基压裂液比低粘度水基压裂 液造成的裂缝宽度和长度要大。因此高粘度凝胶水基压裂 液能产生长而宽的裂缝，携砂液容易在裂缝中运动，一般 高粘度压裂液的加砂曲线形态多为下降型和下降稳定型； 低粘度压裂液的加砂曲线形态有多种形态。
特点为排量稳定，
砂比稳定或提高，
泵压连续上升。
曲线原因分析
上升型：有两种形态。
• 第一种是在P-t双对数 坐标系中，曲线斜率 较小(I)，即上升速度 非常缓慢，说明裂缝 受地层渗透性差、层 薄，使裂缝在高度方 向延伸受阻，沿水平 方向延伸又缓慢。
P—t双对数曲线图
曲线原因分析
• 第二种是在P-t双对数坐 标系中，曲线斜率接近 1(III), 是压力的增量正比
现场施工中得出的几点认识
前置液阶段：
• 一般情况下，泵压曲线在初期出现尖峰，是井筒内地层水 和液体摩阻造成的。
• 之后泵压由尖峰下降，这是地层被压开（一般是注入液体 达到井筒的一半时）。 • 泵压降至最低点后，泵压出现缓慢上升，是地层裂缝正常 延伸，或者是液体摩阻增加影响的。
• 泵压降至最低点后，泵压上升到一定高度后缓慢下降，这 是可能是地层滤失严重，或者是裂缝在垂向上延伸。
压裂施工过程的主要步骤
• 1、排空：目的是了解液罐供液情况和每台
压裂车的上水情况。
• 2、试压：目的是检查井口（总闸门以上部
位）及高压管线系统连接部位受压情况， 以保证正常施工。
• 3、前置液阶段：小排量向地层挤入液体，了解井
下管柱是否畅通和地层的吸收能力；继续提高排
量，在井底产生足够的压力，使地层形成裂缝。
• 4、携砂液阶段：地层已形成裂缝后，压裂液携带
一定数量的支撑剂进入形成的裂缝地层中。
• 5、顶替液阶段：将井筒内的携砂液全部替入地层
裂缝内。
前置 顶替
压裂施工曲线分析
1、前置液阶段的曲线类型
①有破裂显示：有三种情况可以判定地层是否压开： 第一，泵压迅速下降，排量上升； 第二，泵压不变，排量上升； 第三，排量不变，泵压上升到一定值后迅速下降。 ②无破裂显示：泵压随着排量的增加而增加。
例注入液体体积的增量，
说明携砂液在缝内存在严 重的堵塞。
P—t双对数曲线图
稳定型:
特点为排量稳定，
砂比稳定或提高，泵
压基本不变。
曲线原因分析
稳定型: 此类曲线(II)可能是 地层滤失量增加造 成，压开新裂缝或 天然微裂缝张开增 加了滤失量，使注 入液体被滤失，缝 长得不到延伸。
P—t双对数曲线图
或邻层为高渗透层时，液体是否滤失较大。 • 上升型:斜率很小的上升型曲线属正常的施工曲线，现场 施工时应采取小排量、低砂比慢速施工，扩大施工规模。 斜率近为1的上升曲线是最令人担心曲线类型，现场应合 理调小砂比、排量，以便达到设计加砂量要求。若曲线斜 率大于1时，应立即停止加砂，泵入顶替液防止发生砂堵。
• 在前置液阶段加入段塞砂时，泵压上升了1-3个MPa，说 明裂缝宽度增加。
现场施工中得出的几点认识
携砂液阶段：
• 在低砂比阶段，泵压出现下降趋势，是液柱压力 增加高于液体摩阻增加。 • 在高砂比阶段，泵压出现上升趋势，是液体摩阻 的增加高于液柱压力增加。
讨论问题
在施工过程中，泵压受哪些方面的影响 （1）施工排量 （2）液体摩阻 （3）液氮 （4）地层本身
P—t双对数曲线图
在垂向上延伸，或 是沟通了天然裂缝。
波动型:
特点为排量稳定，砂比基本稳定，随着裂缝
的延伸和扩展，泵压波动起伏。
曲线原因分析
波动型:
在P-t双对数坐标系中，压力
曲线上下波动(V)，分析认为 是受地层物性特征的影响， 说明了同一地层物