压裂设计参数(精)
煤层气水平井分段压裂裂缝参数优化设计
收 稿 日期 ：２０１３—０７—２８ 基金项 目：国家科技重大专 项资助项 目 （２０１ １ＺＸ０５０６１） 作 者简介 ：任 飞 （１９８８一），男 ，四川成都人 ，硕 士研究生 ，主要从 事油 藏数值模 拟及煤层气产 能评 价。
６２ ｌ ｌ ２。 ４年２月
现 状及发展前景 ［Ｊ］．天然气与石油 ，２０１２，３Ｏ（６）：３８—
的研 究仍然 比较 匮乏，特 别是专 门针对煤 层气水平 井分 干 燥 基 Ｌａｎｇｍｕｉｒ体 积 ３２．０５～３２．７０ ｍ ／ｔ，Ｌａｎｇｍｕｉｒ压 力
段压裂优 化方面 的研究 还鲜有报道 。与常规 低渗油气藏 １．８６～１．９０ ＭＰａ，临界解吸压力 ０．４４ ０．５３ ＭＰａ。研究区煤层埋
煤层气井 的主要增 产措施。近些年 随着水 平井结合分 段 系数低且储层易受伤害等特点 。因此 ，进行煤层气水平井
压裂技术 在常规低渗油气藏 开发 中的良好应 用 ｕ ，煤层 分段压裂裂缝设计 时还需 考虑煤储 层与常规储 层在物性
气水平井分段压裂也 开始逐渐 得到关 注并成为煤层气井 及岩石力学 性质等方面 的差异 。针对煤 层气水平 井裂缝
透条件，使储层形成更完 善的割理和裂隙网络系统 ，从而 １．１区 域概 况
有效扩大煤储层压降漏斗范围，提高煤层气单井产量 Ｊ。
沁水 拗 陷东翼 中段 ，含煤 地 层包 括下 二叠 统 山西
国外较早对水平井压裂 中裂缝参数及施 工参数优化 组 、上石 炭统 太原 组及 中石炭 统本 溪组 ，含煤 地层 总
关键词 ：煤层气开发 ；水平井；分段压裂；正交设 计 ；裂 缝参数优化 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—５５３９．２０１４．Ｏ１．０１６
压裂设计
压裂施工设计（天然气开发井）一、施工目的通过压裂施工来改善地层渗透性，增强气层近井地带流体的渗流能力；了解该地层的含气情况，确定其工业价值。
二、设计依据依据长庆油田分公司勘探开发研究院编写的《G06-10井试气地质设计》和油气工艺技术研究院编写的《G06-10井上下古储层分层压裂设计方案书》进行编写。
三、气井基本数据四、气层基本数据（1）射孔前用φ150×1500mm 通井规通井。
（2）洗井液洗井至进出口水色一致，排量不小于500L/min ，试压合格后实探人工井底。
（3）射孔作业严格按照“射孔通知单”要求进行，做好井控工作。
1、改造方式：3½″（N80 EUE ）+2⅞″（VAGT 80S ）组合油管注入Y241-148封隔器分压管柱分别对马五，盒8气层段进行压裂。
2、钻具结构：φ150mm 简易通井规+2⅞″（N80 EUE ）油管12根+滑套座及座封球座+调整短节+Y241-148封隔器（带水力锚）+喷砂滑套+2⅞″（N80 EUE ）油管2根+ Y241-148封隔器（带水力锚）+调整短接+安全接头+压井洗井开关+2⅞″（VAGT 80S ）油管500m +管柱伸缩补偿器+2⅞″（VAGT 80S ）油管+3½″（N80 EUE ）油（1）洗井及顶替液配方及数量：清水+0.25 %CF-5E+0.3%COP-1设计配制：60.0m3（2）、酸液配方及数量：普通酸配方及数量：20%HCL+1.5%HJF-94+0.15%柠檬酸+0.5%CF-5A+0.5%YFP-1。
设计配制：12.0 m3（3）压裂液配方及数量a：原胶：0.55%CJ2-6+0.5%CF-5E+0.1%CJSJ-2+0.12%Na2CO3 +0.5%YFP-2+1.0%KCL+0.3%COP-1。
设计配制：535.0 m3 b：交联剂:马五使用JL-3有机硼交联剂(配制方法:以JL-3（A）：JL-3（B）=100:（8-12）混合。
压裂实施方案
压裂实施方案一、前言压裂技术是一种常用的油气田增产技术，通过将压裂液注入油气层，使裂缝得以扩展，从而提高油气产量。
在实施压裂作业时，需要制定详细的实施方案，以确保作业顺利进行，达到预期效果。
本文将针对压裂实施方案进行详细介绍。
二、作业前准备1. 地质勘探：在进行压裂作业前，需要对目标油气层进行地质勘探，了解地层构造、裂缝分布、岩性特征等信息，以便制定合理的压裂方案。
2. 设备准备：准备好压裂液、压裂泵、管线、控制系统等作业所需设备，确保设备完好，能够满足作业需要。
3. 人员培训：对参与压裂作业的人员进行培训，包括安全操作规程、紧急救援措施等，确保作业人员具备必要的技能和知识。
三、压裂液配方1. 压裂液成分：根据地层特征和作业需求，确定压裂液的成分，包括水、添加剂、控制剂等，确保压裂液具有适当的黏度、密度和流变性能。
2. 压裂液配比：按照设计要求，合理配比各种添加剂和控制剂，确保压裂液的性能符合作业需求。
3. 压裂液性能测试：在配制好的压裂液中进行性能测试，包括黏度、密度、流变性能等指标的测试，确保压裂液达到设计要求。
四、压裂参数设计1. 压裂施工参数：根据地层特征和作业需求，设计压裂施工参数，包括注入压力、注入速度、注入量、压裂液性能要求等。
2. 压裂施工方案：制定详细的压裂施工方案，包括施工进程、操作步骤、控制要点等，确保施工过程中能够按照设计要求进行。
3. 压裂监测方案：制定压裂监测方案，包括裂缝扩展监测、地层变形监测、作业安全监测等，确保作业过程中能够及时发现和处理问题。
五、作业实施1. 压裂设备调试：对压裂设备进行调试，确保各项参数符合设计要求，作业前进行设备漏失检查。
2. 压裂作业进行：按照设计方案，进行压裂作业，严格控制压裂液的注入参数，及时调整作业参数，确保作业效果达到预期。
3. 压裂监测：在作业过程中，对压裂效果进行实时监测，及时调整作业参数，确保压裂效果符合设计要求。
六、作业结束1. 压裂效果评价：对压裂效果进行评价，包括裂缝扩展情况、地层变形情况、产量提升情况等，总结作业经验。
压裂所需参数
压裂所需参数
1. 射孔情况
a) 射孔段
∙From ft To ft
∙From ft To ft
∙From ft To ft
b) 射孔密度
∙孔/英尺
c) 射孔大小（直径）
∙英寸
2. 油层名
3. 井名
4. 井口压力限制
a) psi
5. 井斜情况（倾角等数据）
Yes
No
6. 井筒结构
a. 表层套管
∙套管深度ft
∙套管磅数 lb/ft
∙套管类型
b) 中层套管
∙套管深度ft
∙套管磅数lb/ft
∙套管类型
c) 生产套管
∙套管深度ft
∙套管磅数 lb/ft
∙套管类型
d) 生产油管
∙油管深度ft
∙油管磅数lb/ft
∙油管尺寸
7. 钻井泥浆
水基泥浆
油基泥浆
8. 井别
油井
气井
水井
注水井
废料处理井
9. 封隔器类型
RTTS 分隔器
其他类型分隔器
10. 井底温度情况
∙油层温度0 F 11. 井底压力情况
∙油层压力psi
12. 渗透率mD
13. 空隙度%
14. 油层压力psi
15. 地层岩性
杨氏模量
柏松比
16. 地层情况
17. 油层类型
18. 油层上面和下面是否是水层
Yes
No
19. 测井情况
∙三重基本测井（Triple Combo）
∙复合测井
∙双极子声波测井
20. 井筒构造图
21. 该井历史生产情况
22. 该井历史处理情况。
FracproPT软件压裂酸化模拟操作步骤
目 录一、压裂设计的基本任务 (2)二、压裂设计参数 (2)1、油气井参数 (2)2、油气层参数 (2)3、压裂参数 (3)4、经济参数 (3)三、压裂模型与压裂几何尺寸 (7)四、压裂设计及设计的优化 (9)五、绿10井加砂压裂PT软件设计与模拟 (13)1、绿10井压裂设计界面 (13)2、绿10井压裂裂缝拟合界面 (33)3、绿10井加砂压裂产能预测模拟 (54)六、中古16井酸压PT软件设计与拟合 (60)1、中古16井Fracpro PT酸压设计界面 (60)2、中古16井Fracpro PT酸压拟合界面 (70)七、附件一：中古16井酸压PT软件设计与拟合 (88)八、附件二：酸压软件介绍 (122)一、压裂设计的基本任务1、在给定的储层与注采井网条件下，根据不同裂缝长度和裂缝导流能力预测井在压后的生产动态2、根据储层条件选择压裂液，支撑剂等压裂材料的类型，并确定达到不同裂缝长度和导流能力所需要的压裂液与支撑剂的用量3、根据井下管柱与井口装置的压力极限，确定泵注方式，泵注排量，所需设备的功率与地面泵压4、确定压裂施工时压裂液与支撑剂的泵注程序5、对上各项结果进行经济评价，并使之最优化。
6、对这一优化设计进行检验。
设计应满足：开发与增产的需要；现有的压裂材料与设备具有完成施工作业的能力；保证安全施工的要求。
二、压裂设计参数1、油气井参数1)、井的类别与井网密度2)、井径、井下管柱（套管，油管）与井口装置的规范、尺寸及压力定额3)、压裂层段的固井质量4)、射孔井段的位置、长度、射孔弹型号、射孔孔数与孔眼尺寸5)、井下工具的名称、规范、尺寸、压力定额、承受温度与位置2、油气层参数1)、储层有效渗透率、孔隙度与含油饱和度以及这些参数的垂向分布2)、储层有效厚度及其在平面上的延伸3)、储层压力梯度与静压力４）、储层静态温度５）、储层流体性质（包括密度、粘度与压缩系数等）６）、储层岩石力学性质，如泊松比，杨氏模量，抗压强度，与岩石布氏硬度等７）、储层地应力的垂向分布及最小水平主应力的方位８）、遮挡层的岩性，厚度与地应力值3、压裂参数１）、使用二维设计模型时压裂施工所形成的裂缝高度或使用三维模型时储层与上、下遮挡层的地应力差２）、裂缝延伸压力与裂缝闭合压力３）、压裂液粘度、流态指数和稠度系数４）、压裂液初滤失和综合滤失系数５）、压裂液流经井下管柱与射孔孔眼的摩阻损失６）、压裂液纯滤失高度的垂向分布７）、支撑剂类型，粒径范围，颗粒密度，体积密度８）、作为裂缝闭合压力函数的支撑剂导流能力与水力裂缝中支撑剂层的渗透率９）、压裂施工时的泵注排量１０）、动用的设备功率及其压力极限4、经济参数１）、压裂施工规模２）、压裂施工费用３）、油气产量及产品的价格４）、计算净收益的时间以及净贴现值有效渗透率在多孔介质中，如有两种以上的流体流动，则该介质对某一相的渗透率称之为有效渗透率（um2 或10-3 um2或MD）,有效渗透率与压裂液综合滤失系数的二次方成正比，与裂缝长度成反比，因此，在压裂设计中，最佳裂缝长将随有效渗透率的增加而变短。
压裂设计
3
缝宽公式：
Wmax
x
2
1 60
1
2
1/ 4
QL
E
对非牛顿液液体，最大缝宽为：
1
Wmax
128 3
n
1
2n n
1
n
12
1 60
n
Q
n
K f LH 1n E
2n2
裂缝的平均宽度：W
4 Wmax
PKN缝宽公式与卡特面积公式联立，给定一个缝宽，通过迭 代求解缝宽和缝长。
在岩石泊松比ν=0.25时，吉尔兹玛方程为：
缝长： 缝宽：
L 1 Q t
2 HC QL2
W 0.135 4 GH
三、压裂效果预测
效果预测有增产倍数和产量预测两种
垂直缝的增产倍数一般可用麦克奎尔—西克拉增产倍数 曲线确定；水平缝可用解析公式计算。
产量、压裂的有效期和累积增产量等的预测可用典型曲 线拟合和数值模拟方法。
一、影响压裂井增产幅度的因素
油层特性 指压裂层的渗透率、孔隙度、流体物性、油 层能量、含油丰度和泄油面积等
裂缝几何参数 指填砂裂缝的长、宽、高和导流能力
麦克奎尔与西克拉用电模型研究了垂直裂缝条件下增产 倍数与裂缝几何尺寸和导流能力的关系。 假设：拟稳定流动；定产或定压生产；正方形泄油面积； 外边界封闭；可压缩流体；裂缝穿过整个产层。
（一）增产倍数计算
垂直缝压裂井
用麦克奎尔－西克拉增产倍数曲线确定
水平缝压裂井
PR
K fWf Kh
1
Kh K fW
1
K fWf Kh
f
lnRe
ln rf
/ rw
/ rw
仅适用于稳定和拟稳定生产阶段，对低渗透地层压裂后采 用增产倍数法预测的结果将会有很大的误差。
第3章 水力压裂裂缝扩展模型及几何参数计算
3.3 垂直缝压裂模拟技术
现在采用较普遍的裂缝扩展模型有二维的 PKN模型、KGD模型、RADIAL模型，以及拟三维 模型和全三维模型。
这些模型都是在一定简化条件的假设下建 立起来的，与所描述的实际过程有不同程度的 偏离，尽管如此，其模拟的结果完全可以用于 指导压裂施工设计的制定及实施。
9
（一）卡特模型（裂缝面积公式）
≈
3π
16
dp 64 q(x)μ dx = − π H(x)W03
27
（六）拟（假）三维裂缝扩展模型
裂缝扩展准则：
∫ KI =
1
π H(x) 2
+ H(x) 2
H(x) −
2
p(
y)(
H H
( (
x x
) )
2+ 2−
y1 ) 2 dy
y
⎡
dp( x) dx
=
−
dH ( x) dx
⎢ ⎢ ⎢
⎣
KIc
在岩石泊松比ν=0.25时，吉尔兹玛方程为：
缝长：
L
=
1
2π
Qt HC
缝宽： W = 0.135 4 μQL2
GH 23
（五）径向裂缝扩展模型
PKN、KGD模型是假定水平 应力小于垂向应力，还假定裂 缝高度一定，裂缝沿垂直方向 扩展。
当垂向应力比水平应力小 时，将导致裂缝沿水平或倾斜 方向扩展，产生了径向裂缝扩 展模型。
支撑剂分布以及压裂施工
顶层
的动态特征。地层的弹性 产层
响应被模拟为三维问题，
从而取消了二维平面应变 底层
假设。
30
（七）全（真）三维裂缝扩展模型
y wellbore element tip element x
压裂设计规范
中国石油天然气集团公司企业标准油水井压裂设计规范Specification for fracturing programor oil＆water welll范围本标准规定了压裂井选井选层的依据、地质设计的编写、工艺设计的选择与编写、施工准备、压裂施工、压裂后排液、求产、资料录取、施工总结、压裂施工质量控制和安全与环保的技术要求。
本标准适用于油水井压裂设计。
探井、气井压裂设计亦可参照使用。
2引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。
本标准出版时，所示标准均为有效。
所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
SY/T 5107-1995水基压裂液性能评价方法SY/T 5108-1997压裂支撑剂性能测试推荐方法SY/T 5289-2000油井压裂效果评价方法SY/T 5836-93 中深井压裂设计施工方法SY/T 6088-94深井压裂工艺作法SY/T 6362-1998石油天然气井下作业健康、安全与环境管理体系指南3选井、选层3.1选井、选层应具备的资料3.1.1地质情况：区块构造，井所处构造的位置，井与周围油、水井的连通情况，井控面积，距断层的距离。
3.1.2钻井资料：钻井液性能、浸泡油层的时间、钻井过程中事故处理、固井情况。
3.1.3井身结构：套管组合，各类套管规格、钢级、壁厚。
3.1.4储层参数和物性：储层岩性、物性、岩石力学参数、地应力剖面参数、地层破裂压力、含油水饱和度、地层天然裂缝的发育情况、储层敏感性分析、气测资料，组合测井资料。
3.1.5射孔资料：射孔方式、射孔井段、射孔弹类型、射孔方位角、孔数、孔密。
3.1.6试油资料：试油方式、油层厚度、地下流体物性、地层压力、地层测试计算的各种参数，油、气、水产量、油气比、含水比。
3.1.7本井历次作业概况：修井的内容和方法及对地层及套管造成的伤害。
3.1.8本井生产动态资料，低产原因分析。
压裂的施工参数
压裂的施工参数同学们，今天咱们来了解一下在一些工程中会用到的压裂，特别是压裂的施工参数。
那啥是压裂呢？简单说，压裂就是通过一些方法把地下的岩石层弄破，让石油、天然气之类的资源能更容易地流出来。
而压裂的施工参数，就是在进行压裂操作时的一些重要数据和指标，就像咱们考试的分数一样，能反映出压裂做得好不好。
首先来说说“压裂液排量”。
这就好比是水流的速度。
压裂液排量越大，就像水流冲得越猛，能更快地把岩石层撑开。
但是也不是越大越好，如果排量太大，可能会把管道撑坏，还可能让岩石层破裂得太厉害，反而不好控制。
接着是“压裂液用量”。
想象一下，你要用水把一个大桶装满，用的水越多，桶里的水就越满。
压裂液用量也是这个道理，用的量足够多，才能充分撑开岩石层，形成良好的通道。
但要是用得太多，成本就高啦，也不划算。
再讲讲“砂比”。
这个有点像咱们做蛋糕放面粉和糖的比例。
砂比就是在压裂液中支撑剂（通常是砂粒）的比例。
砂比合适，就能让撑开的岩石层保持稳定，不会重新合上。
要是砂比太低，支撑效果不好；砂比太高，又可能堵塞通道。
还有“施工压力”。
可以把它想象成我们用力推一个东西的劲儿。
施工压力足够大，才能把岩石层压破。
但压力太大了，可能会带来一些危险，比如设备受不了，或者造成不必要的破坏。
“压裂时间”也很重要。
就像跑步比赛，跑的时间长短会影响结果。
压裂时间短了，可能岩石层撑开得不够；时间太长了，又浪费资源，还可能带来一些不好的影响。
比如说，在开采石油的时候，如果压裂的施工参数没设置好，那可就麻烦啦。
要是压裂液排量太小，岩石层撑开得不够，石油流不出来多少；要是砂比不合适，撑开的通道可能很快就合上了，还是采不出油。
咱们再举个例子。
假设要对一口天然气井进行压裂，工程师们会根据这口井的情况，比如岩石的硬度、深度等，来确定施工参数。
如果岩石特别硬，那就可能需要更大的施工压力和更长的压裂时间；如果井比较深，为了让压裂液能顺利到达位置，可能就要提高压裂液排量。
小井眼压裂施工参数优选
７． ６ ２ｍｍ（ 寸） ３英 压裂 油 管 ， 样 在 管柱设 计 时需 这
进 行 ７ ． ６ ２ｍｍ（ ３英寸 ） 变 ５ ． ｍ（ 寸 ） ０ ８ｒ ２英 ａ 的变
螺 纹设计 ； 外 由于 ８ 另 ０系 列 封 隔 器 的 内径 为 ３ ０
ｍｍ， 于 ５ ． 小 ０ ８ｍｍ（ 寸 ） ２英 压裂油 管 的 内径 ， 高 使 速 泵入 的压裂 液在 变螺 纹处 和封 隔器 与上部 油管 的 结 合处产 生 一个 瞬时 缩 径 现象 ， 管柱 中的 压 裂 液 使 产 生 瞬时流 态 的改 变 ， 这样 携 砂 液 往往 会 处 于 一种 紊 乱 的流态并 流 出油管进 入 射孔孔 眼 。不稳 定流态 下 的携 砂液 发生砂 堵 的可能 性远 大于稳 定流 态下 的
产量 ， 确定施 工规 模和 有关材 料 的选择 。 由可控制 参数 （ 如完 井 数 据 ） 可 以提 出压 裂 施 ， 工 设计 机械方 面 的要 求 。压裂 井在压 裂施 工前 必须
携 砂液 。因此 要求 ５． ０ ８ｍｍ（ 寸 ） 管 下 人深 ２英 油
度 在压 裂井 段 以上 ２ 左 右 ，５ ． ０ｍ ０ ８ ｍｍ（ 寸 ） ２英
２ ２ 套管 ．
工， 由于 只能 采用 内径 ５ ． ｍ（ ０ ８ｒ ２英 寸） ａ 的压 裂油 管 ， 隔器 的中心 管通 径 仅 有 ３ 封 ０ｍｍ， 对 其他 的 相
压 裂存 在较 大 的特 殊 性 ， 因此 在 压裂 施 工 中的可 控
收 稿 日期 ：０ ６０ —７ ２ ０—１２
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２０ 年 第 ３ ０６ ５卷 第５ 期 第 １１页 ０ 文 章 编 号 ：１ ０ ３ ８ （ ０ ６ ０ — １ 卜０ Ｏ 卜 ４ ２ ２ ０ ） ５０ ０ ２