油水井增产增注技术1 水力压裂技术

油水井增产增注技术
3.压裂液径向渗入地层所引的井壁应力
由于注入井中的高压液体在地层破裂前，渗入井筒 周围地层中，形成了另外一个应力区，它的作用是增大 了井壁周围岩石中的应力。增加的周向应力值为：
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：
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第一章 水力压裂技术
主要内容： （1）造缝机理 （2）压裂液 （3）支撑剂 （4）压裂设计 （5）压裂新技术
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压裂：用压力将地层压开一条或几条水平的或垂直的裂缝，
并用支撑剂将裂缝支撑起来，减小油、气、水的流动阻力， 沟通油、气、水的流动通道，从而达到增产增注的效果。
2 Z PS 2E
1
1
PS
H min
1 2
1E 1
2 Z PS 2E
1
1
PS
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(二)井壁上的应力 1.井筒对地应力及其分布的影响
地层三维应力问题转化为二维方法处理
(2) 当 (1) 当
r，r，aa
时x，时x ，y y H
r (向，上3)应mm各ai随nx 力点着迅的说2速09周0的,明1,x降82向07。增0圆。低2应加3孔3。力y ，y壁x相2周xHy
压裂的种类：(根据造缝介质不同)
水力压裂
高能气体压裂 利用特定的发射药或推进剂在油气井的目 干法压裂 利，出砂适子用无地用的裂缝低的进于层水10一地表层，入对无，0%种层皮段清液驱任可的工形系高除体替何避液艺成数速油二液免添体技多燃气，氧地加、二术条烧层从化层剂冻氧。自污而，碳伤胶，化井染达产中害或压碳眼及到生的表后。和呈堵油高二面压其石放塞气温氧活裂关英射物化井高性液键砂状增压碳，剂几技进的混产气有的乎术行径合的体效伤完是压向器目害全混地，裂裂敏的排合降。压
破裂压力
延伸压力
地层压力
图6-1 压裂过程井底压力变化曲线 a—致密岩石 b—微缝高渗岩石
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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
有效垂向应力： Z Z Ps
z
y
x
如果岩石处于弹性状态，可根据广义虎克定律建立岩石的 有效水平应力与有效垂向应力的关系：
裂压力：
PF
PS
3
y
x
h t
2 1 2
1
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(二)形成水平裂缝的条件
当井壁上存在的垂向应力超过井壁岩石的垂向的抗张强 度时，岩石将在垂直于垂向应力的方向上产生脆性破裂，即 在与垂向应力相垂直的方向上产生水平裂缝。造缝条件为：
Z
v t
当产生水平裂缝时，井筒内注入流体的压力等于地层
的破裂压力：
在三向应力作用下，x轴方向上的应变分别为：
x1
1 E
x
x2
E
y
x3
E
z
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由于存在侧向应力的约束，则：
x
x1 x2
x3
1 E
x
y
z
0
令： x
y
得：
x
y
1
z
考虑到构造应力等因素的影响，可以得到最大侧、压最系小数水平 主应力为：
H max
1 2
1E 1
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)：
Pere2 Pira2 re2 ra2
Pe Pi re2ra2 r 2 re2 ra2
当re=∞、Pe=0及r=ra时，井壁上的周向应力为：
Pi
即由于井筒内压而导致的周向应力与内压大小相等，方 向相反。
水力压裂的工艺过程：
憋压 造缝
裂缝延伸 充填支撑剂
裂缝闭合
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压裂的原因:
恢复低渗特低渗油气层产能 穿透近井地带的伤害区，使井恢复其自然产能 延伸地层中有导流的通道，使产量超过自然水平 改变地层中流体渗流方式
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内部压力破裂垂直井筒
裂缝延伸剖面
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支撑剂进入裂缝
3 y x
Pi
Pi
Ps
1 2 1
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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：
h t
当产生裂缝时，井筒内注入流体的压力即为地层的破
顶替与形成支撑裂缝
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造缝增加流动面积
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水力压裂增产增注的原理:
(1) 改变流体的渗流状态：使原来径向流动改变为油层与 裂缝近似的单向流动和裂缝与井筒间的单向流动，消除了 径向节流损失，降低了能量消耗。
(2) 降低了井底附近地层中流体的渗流阻力：裂缝内流体流 动阻力小。
PF
Ps
z
v t
1 1 2
Hale Waihona Puke 1 实验修正：PF
Ps
z tv 1.9412
1
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(三)破裂压力梯度(破裂梯度)
破裂梯度：地层破裂压力与地层深度的比值。 各油田根据大量压裂施工资料统计出来的破裂梯度值为： (15～18)～(22～25) 根据破裂梯度的大小估计裂缝的形态：
感的地层，适合的储层包括渗水层、低压层及 有微粒运移的储层以及水敏性储层。
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水力压裂：
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 产增注目的工艺措施。
说等明，最且小与周角向度应无力关发。生在
图6-2 无限大平板中钻一圆孔的应力分布 y 方向上，而最大周向
圆孔周向应力：
应力却在 x 的方向上。
x
y
2
1
a2 r2
x
y
2
1
3a4 r4
cos2
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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
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主要内容
造缝机理 压裂液 支撑剂 压裂设计
压裂新技术
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第一节 造缝机理
裂缝形成条件 裂缝的形态 裂缝的方位
井网部署 提高采油速度 提高原油采收率
有利的裂缝状态及参数能够充分发挥其在增产 、增注的作用。
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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。