油水井增产增注措施 共108页

(2) 形成水平裂缝
条件：当注入压力达到或超过井壁附近地层的最小 垂向应力及岩石的垂向抗张强度时，在垂直于垂向应 力的方向上产生水平裂缝，其条件为：
zeTv
Zz(piw f pp)1 1 2
1）存在滤失时：
zez piwf
piwf z(piwfpp) 1 1 2 T v
(4) 酸基压裂液
用植物胶或纤维素稠化酸液得到稠化酸或用非离子 型聚丙烯酰胺在浓盐酸溶液中，以甲醛交链而得到酸 冻胶。
酸基压裂液适宜于碳酸盐类油气层的酸压。
2.
压裂液滤失是指在裂缝与储层的压差作用下压裂
液向储层中的滤失。
压裂液的粘度
主要受三种因素的控制 地层岩石及流体的压缩性
压裂液的造壁性。
(1)
3）顶替液：作用是打完携砂液后，用于将井筒中全 部携砂液替入裂缝中。中间顶替液用来将携砂液送到预 定位置，并有预防砂卡的作用。
对于占总液量绝大多数的前置液及携砂液，必须具备如下的 性能要求：
1) 滤失少 压裂液的滤失性主要取决于它的粘度与造壁 性，粘度高则滤失少。在压裂液中添加防滤失剂，能改 善造壁性并大大减少滤失量。
K
a
(

p x
)
x

0

K
a
p
t
令C2

K
Hale Waihona Puke apKa
p

p(
KC
l
)
1 2
K
a
aCl
则v C2 t
(3) 具有造壁性压裂液的滤失系数C3 有的压裂液具有很好的造壁性，其中添加有防
滤失剂(硅粉或沥青粉等)，能在壁面上形成滤饼， 有效地降低滤失速度，其滤失系数由实验方法确 定。
压裂过程中，向井筒内注入高压液体，使井 内压力很快升高，井筒内压必然产生井壁上的周 向应力。
简化：若把井筒周围的岩石看作是一个具有无限壁厚的
厚壁圆筒，假设材料是弹性的，根据弹性力学中的拉梅 公式(拉应力取负号),当厚壁筒外边界半径re→∞，厚壁筒 外边界压力Pe=0时，井壁上r=a处的周向应力:
perree2 2 rp ai2ra2(p re 2( rep 2i )rraa22r)e2
第一节
定义：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。
增产原理：油气向井的径向流
从地层 从裂缝
piwf
式中 Piwf ——注入时的井底压力。
即井筒内压引起的井壁周向应力与内压大小相等，符 号相反。
3) 压裂液径向渗入地层所引起的井壁应力
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，形成了一个附加应力区，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： 其中：
1 C fs Cf
V Adx,dVClVdp,
dv
dt dx
Cl (A)dpdt
q

C l ( A x)
p t
, q x

ClA
p t
;
q KA p q KA p 2 ;
a x x
a x2
ClA
p t
KA a
1）前置液：作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的 裂缝以备后面的携砂液进入，它还起到一定的降温作用。 有时为了提高前置液的工作效率，在一部分前置液中加 细砂以堵塞地层中的微隙，减少液体的滤失。
2）携砂液：作用是将支撑剂带入裂缝中并将砂子放 到预定位置上去。在压裂液的总量中，这部分占的比重 较大。有造缝及冷却地层的作用。
圆孔周向的应力分布 ：
x 2y(1 a r2 2)x 2y(1 3 r a 4 4)c2 os
A）当r=a且σx=σy=σH时，σφ=2σx=2σy=2σH 说明圆孔壁上各点的周向应力相等，与φ值无关。 B)当r=a, σx > σy 时，
()0,180 ()m i3 n yx
注入方式
1. 地应力及其分布
一般情况下，地层中的岩石处于压应力状态。作 用在地下某单元体上的力有垂向主应力 z 及水平主应 力 H (其中又分为互相垂直 x 的和 y )。
(1) 应力
①垂向应力：作用在单元体上的垂向应力来自上覆 岩层的重量，其数值约为
z H[1 g (Φ )ρm aΦfρ ]
x xx xy xz

1 E
xe
ye E
ze E

1 E
[ xe
( ye

ze )]
因为存在侧向应力的限制，侧向应变为0，
令 x y 得 xe 1Ze
(2)
受地质构造影响发生很大的变化，各个方向的 应力也彼此不等。
12 (piw f pP)1
岩石骨架压缩系数 岩石体积压缩系数
4)
显然在地层破裂前，井壁上( =0°和 =180°处)
总周向应力：
(3 y x) p iw ( fp iw p fP ) 1 1 2
总垂向应力： Zz(piw f pp)1 1 2
p 2 x 2
令

K aC l

p 2 x2
1
p t
对无限地层，边界压力为常数的解为：
p(x,t)pe erf(c x )
p
2 t
上式对x求导得缝壁面上的压力梯度值： p
p
(x)x0 t
v K (p )
a x
壁面处：
vx0


(4)综合滤失系数 C
根据水电相似原理 有
1 1 1 1 C C1 C2 C3
3. 压裂液对地层渗透性的伤害及防止措施
1）对地层情况了解不够
2）对压裂液选择不当
3）用于改善压裂液性能 的添加剂针对性不强
压裂效果不 理想或失败
造成压裂液对地层渗透性的伤害主要有下述原 因。
(1)
压裂液配伍性：指压裂液与岩层和流体接触时， 无不利于油、气渗流的物理化学反应。
代入上式有：
piwf pp 32ye1xe2Th 1
2）无滤失时：(piw f pp)1120
有 piwfpp3ye2xeTh
垂直裂缝产生于井筒相对应的两点上(
=0°和
180°)，这就是为什么在理论上假定垂直裂缝以井轴为
对称的两条缝的原因。实际上多数情况是不对称的。
裂缝 井底
作用
由径向流变为两个单相流，节约了能耗。 连通地层深处 解除近井地带污染
一、
在压裂中，了解裂缝的形成条件，裂缝形态及 方向对有效地发挥压裂在增产，增注中的作用是极 为重要的。但由于地下条件的复杂性，虽然进行了 大量的研究，但仍未得到较好的解决。
岩石力学性质及压裂液的渗滤性质
地层中造缝的影响因素 井底附近的地应力及其分布
缝，即：
piwf th
其中： (3yx)piw(fpiwp fP)1 1 2
即：p iw 3 f yx p iw ( fp iw p fP )1 1 2th
1）当有滤失时：用 yey pp xexpp
()9,0 27 0 ()m a3 xxy
随着r的增加，周向应力迅速降低，如图13-2(b) 所示。大约在几个圆孔直径之外，即降为原地应力值，
孔壁上的应力比远处的大得多，这就是在压裂中地 层破裂压力大于延伸压力的一个重要原因。即：
()rH
2) 井眼内压所引起的井壁应力
伤害
压裂液对岩石、胶结物等固体物质的溶解 粘土膨胀 小颗粒脱落堵塞孔隙 与地层流体相遇后产生沉淀
措施
对粘土地层，应添加防粘土膨胀剂
用水基压裂液压裂油层时，使用活性 剂来防止乳状液的形成。
(2) 压裂液在孔隙中的滞溜
若高粘油基压裂液进入地层后，反排不完全
或水基压裂液破胶不好，均发生对地层孔隙的
(Kp)12 2at
令
C1

(
Kp 2a
)
1 2
则
v C1 t
(2)
当压裂液的粘度接近于地层流体的粘度时，即 （ a o）时，压裂液的滤失主要取决于地层流体的压
缩性。这是因为流体受到压缩，让出一部分空间，压裂液 才得以滤失进来。
Δq 以为因压力降低Δp 所引起的液体的膨胀dV(忽略岩 石的体积膨胀 ),则单元地层体积内液体的体积V为:
(1) 水基压裂液
水基压裂液主要是用水溶胀性聚合物作为成胶剂， 制成能悬浮支撑剂的稠化溶液，具有粘度高、摩阻低及 悬砂能力强的优点。
缺点：但热稳定性和机械剪切稳定性较差。为了克服这
(2) 油基压裂液
a.矿场原油或炼厂粘性成品油
b.稠化油 ，稠化油 =油（原油、汽 油、柴油、煤油、凝析油 ）+稠 化剂（脂肪酸铝皂、磷酸酯铝盐 ）
2. 造缝条件
为使地层破裂，必须使井底压力高于井壁上的总应力 及岩石的抗张强度。
(1) 形成垂直裂缝
条件：如果地层的破裂属于纯张力破坏，那么随井
内注入压力 p iwf 的不断增加， 当 p iwf 达到或超过井壁
附近地层的最小周向应力及岩石水平方向的抗张强度

h T
时，在垂直于水平周向应力的方向上产生垂直裂
2) 悬砂能力强 压裂液的悬砂能力主要取决于粘度，压 裂液只要有足够高的粘度，砂子即可完全悬浮，这对砂 子在缝中分布是非常有利的。
3) 摩阻低 压裂液在管道中的摩阻愈小则在设备功率一 定的条件下，利用造缝的有效功率愈大。摩阻过高不仅 降低了有效功率的利用，且由于井口压力过高，排量降 低。