第六章 水力压裂
第六章水力压裂水力压裂(hydraulic fracturing)是利用地面高压泵组，以超过地层吸液能力的排量将高粘压裂液泵入井内而在井底产生高压，当该压力超过井壁附近地应力并达到岩石抗张强度，使地层产生裂缝。
继续注入压裂液使水力裂缝逐渐延伸；随后注入带有支撑剂的混砂液，使水力裂缝继续延伸并在缝中充填支撑剂。
停泵后，由于支撑剂对裂缝壁面的支撑作用，在地层中形成足够长的、足够宽的填砂裂缝，从而实现油气井增产和注水井增注。
图6-1为水力压裂作业示意图。
水力压裂的增产增注机理主要体现在：(1) 沟通非均质性构造油气储集区，扩大供油面积；(2) 将原来的径向流改变为线性流和拟径向流，从而改善近井地带的油气渗流条件；(3) 解除近井地带污染。
水力压裂主要用于砂岩油气藏，在部分碳酸岩油气藏也得到成功应用。
图6-1 水力压裂作业示意图1—混砂车；2—砂车(罐)；3—液罐（组）；4—压裂泵车(组)；5—井口；6—压裂管柱；7—动态裂缝；8—支撑裂缝；9—压裂液；10—储层本章从水力压裂系统工程角度全面阐述压裂造缝机理、压裂液材料性能与评价方法、裂缝延伸模拟、支撑剂在裂缝中运移分布、水力压裂设计和水力裂缝诊断评估方法，并扼要介绍水力压裂技术新发展。
第一节水力压裂造缝机理水力压裂裂缝的形成和延伸是一力学行为，水力裂缝的形态与方位对于有效发挥压裂对储层的改造作用密切相关，必须掌握水力压裂的裂缝起裂与延伸过程的力学机制。
本节从地应力场分析及获取方法入手介绍水力裂缝的形成机理、造缝条件、裂缝形态与方位、破裂压力预测方法。
图6-2为水力压裂施工泵压变化的典型示意曲线。
F点对应于地层破裂压力（使地层破裂所需要的井底流体压力），E点为瞬时停泵压力（即压裂施工结束或其它时间停泵时的压力），反映裂缝延伸压力（使裂缝延伸所需要的压力），C点对应于闭合压力（即裂缝刚好能够张开或恰好没有闭合时的压力），S点为地层压力。
压裂过程中的泵压是地应力场、压裂液在裂缝中流动摩阻和井筒压力的综合作用结果。
在致密地层，首先向井内注入压裂液使地层破裂，然后不断注液使压裂缝向地层远处延伸。
显然，地层破裂压力最高，反映出注入流体压力要克服由于应力集中而产生的较高井壁应力以及岩石抗张强度。
一旦诱发人工裂缝，井眼附近应力集中很快消失，裂缝在较低的压力下延伸，裂缝延伸所需要的压力随着裂缝延伸引起的流体流动摩阻增加使得井底和井口压力增加。
停泵以后井筒摩阻为零，压裂缝逐渐闭合，施工压力逐渐降低。
对于高渗透地层或存在裂缝带，地层破裂时的井底压力并不出现明显的峰值。
一、地应力场分析与测量地下岩石的应力状态通常是三个相互垂直且互不相等的主应力(principal stress)。
地应力场不但影响到水力压裂造缝过程，而且通过井网与人工裂缝方位的配合关系影响到油藏开发效果。
1．地应力场存在于地壳内的应力称为地应力(in-situ stress)，是由于上覆岩层重力、地壳内部的垂直运动和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。
包括原地应力场和扰动应力场两部分。
前者主要包括重力应力、构造应力、孔隙流体压力和热应力等；后者主要是指由于人工扰动作用引起的应力。
1）重力应力场是指沉积盆地中的储层受到上覆岩层重力作用而形成的应力分布。
上覆岩层重力为 （6-1）式中σz ——深度H处的垂向应力； ρr (h )——随深度变化的上覆岩体密度；H ——压裂层位深度。
在地层中孔隙流体压力作用下，部分上覆岩层的重力被孔隙流体压力所支撑。
但由于颗粒间胶结作用，孔隙压力并未全部支撑上覆地层压力，因而有效垂向应力为（6-2）式中α——孔隙弹性常数。
Terzaghi 认为：地层岩石变形由有效应力引起。
假设地层岩石为理想的均质各向同性线弹性体，弹性状态下垂向载荷产生的水平主应力分量由广义胡克(Hook) 定律计算。
⎰=Hr z gdhh 0)(ρσS z z p ασσ-=施工时间a a(6-3)式中，—分别为地层水平面x 和y 方向的有效应力；，—分别为地层水平面x 和y 方向的应变；E ，—分别为地层岩石杨氏弹性模量和泊松比。
E 和ν为岩石力学参数，典型值见表6-1。
它们与岩石类型和所受到的围压、温度有关。
表6-1 常见岩石的泊松比与杨氏模量因岩体水平方向上应变受到限制，即εx =0，εy =0。
则泊松效应引起的水平应力场为（6-4）砂岩的泊松比一般在0.15~0.27之间。
泊松比越大，水平主应力越接近垂向应力。
考虑孔隙流体压力后的地层水平主应力为（6-5）2) 构造应力场构造应力场是指构造运动引起的地应力场增量。
它以矢量形式迭加在地层重力应力场中，使得水平主应力场不均匀。
一般而言，在正断层和裂缝发育区是应力释放区，例如，正断层中的水平主应力可能只有垂向应力的1/3，而在逆断层或褶皱地带的水平应力可以大到垂向应力的3倍。
通常，构造应力场只有两个水平主应力，属于水平的平面应力状态，而且挤压构造引起挤压构造应力，张性构造引起拉张构造应力。
3) 热应力场热应力场是指由于地层温度变化在其内部引起的内应力增量，与温度变化量和岩石性质有关。
油田开发中的注水、注蒸汽和火烧油层等可以改变油藏的主应力大小，甚至主应力方向。
将油藏边界视为无穷大，考虑其侧向应变受到约束，温度变化引起的水平应力增量∆σx ，∆σy 为（6-6）式中αT ——岩石热膨胀系数；()[]()[]⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+-=+-=x z y y z y x x E E σσνσεσσνσε11x σy σx εy ενzy x σννσσ-==1[]SS z y x p p αασννσσ+--==1νασσ-∆=∆=∆1TE T y x∆T ——地层温度增量。
2．地应力场确定地应力场确定包括地应力大小和方向。
主要手段主要有： 1) 水力压裂法由图6-3所示微型压裂(mini-frac)压力曲线计算应力场。
（6-7） （6-8）（6-9）式中—分别为地层破裂压力和裂缝重张压力；— 分别为岩石抗张强度和地层闭合压力。
2)实验室分析方法应用定向取心技术保证取出岩心样品的主应力方位与其在地层中主应力方位一致。
岩心从地下三向压应力状态改变到地面自由应力状态，根据岩心各方向的变形确定主应力方位和数值。
(1) 滞弹性应变恢复（ASR ）基于岩心与其承压岩体发生机械分离后所产生的应力松弛，按各个方向测量应变并确定主应变轴。
并假定主方向与原位应力主轴相同，按已知的弹性常数和上覆岩层载荷情况间接计算应力值。
(2) 微差应变分析（DSCA ） 从井底取出的岩心由于应力释放和应变恢复会发生膨胀，产生或重新张开微裂缝。
基于应变松弛作为“应力史”痕迹的思想，应变松弛形成的微裂缝密度和分布与岩心已经出现的应力下降成正比。
通过描述微裂隙分布椭球，即可揭示以前的应力状态。
根据和这些微裂缝相关的应变推断主应力方向，并从应3) 测井解释方法利用测井（主要是密度测井、自然伽玛测井、井径测井和声波时差测井以及中子测井、自然电位测井等）资料，首先基于纵横波速度与岩石弹性参数之间的关系解释岩石力学参数，再结合地应力计算模式获得连续的地应力剖面。
4) 有限元模拟 根据若干个测点地应力资料，借助于有限元数值分析方法，通过反演得到构造应力场。
强烈取决于根据研究工区所建立的地质模型、数学力学模型和边界条件。
此外，测定地应力方向的常用方法还有声波测定、井壁崩落法、地面电位法、井下微地震法和水动力学试井等方法。
r F t p p -=σcy p =σsr y x p p --=σσ3r F p p ,c t p ,σ图6-3 微型压裂压力曲线3．人工裂缝方位在天然裂缝不发育的地层，压裂裂缝形态取决于其三向应力状态。
根据最小主应力原理，水力压裂裂缝总是产生于强度最弱、阻力最小的方向，即岩石破裂面垂直于最小主应力方向，如图6-4所示。
当σz 最小时，形成水平裂缝（horizontal fracture ）；当σy 最小时，形成垂直裂缝(vertical fracture)。
(a) σz 最小 (b) σy 最小图6-4 水力压裂人工裂缝形态示意图对于显裂缝地层很难出现人工裂缝。
而微裂缝地层可能出现多种情况，人工裂缝面可以垂直于最小主应力方向；也可能基本上沿微裂缝的方向发展，把微裂缝串成显裂缝。
二、破裂压力地层岩石破裂前，井壁最终应力场为钻孔应力集中、向井筒注液产生的应力、注入压裂液径向滤失诱发应力的迭加。
基于最终应力分布结合岩石破裂准则确定破裂压力计算公式。
1．井壁最终应力分布1）井筒应力分布对于裸眼井，记井眼半径为r w 。
钻井完成后地层中应力分布可视为无限大均质各向同性岩石平板中有一圆形孔眼时的应力状态，如图6-5a 所示。
记压应力为正、张应力为负，根据弹性力学理论计算图中任意点 (r ,θ) 处的应力分布。
（6-10）式中σx 、σy —分别为x 方向和y 方向上的应力；σr 、σθ—分别为径向和周向（切向）上的应力； θ，r —任意径向与x 轴的极角和极半径； σr θ—计算点剪切应力。
⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+--=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+--+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=θσσσθσσσσσθσσσσσθθ2sin 32122cos 312122cos 34121244224422442222r r r r r r r r rr r r r r ww y x r w y x w y x w wy x w y x r图6-5a 钻井后地层受力物理模型图6-5b 钻井后的井壁应力分布由式（6-10）可知：离井壁越远，周向压应力迅速降低，径向压应力逐渐增加；而且大约几个井径之后，周向压应力降为原地应力，径向应力增加到原地应力。
如图6-5b 所示。
实际上，由于岩石的抗压强度比抗张强度大得多，而且钻井孔眼引起的应力集中使得井壁处应力大于原地应力，因此，水力压裂造缝时主要关心的应是井壁处的周向应力σθ。
通常记σx >σy ，则当θ=0︒或180︒，井壁处周向应力最小。
σθmin = 3σy -σx 当θ=90︒或270︒，井壁处周向应力最大。
σθmax = 3σx -σy 对于套管完成井，考虑到水泥环与岩石的力学性质比钢材与岩石的力学性质差别小得多，可按双层厚壁圆筒的弹性力学理论计算井筒周围的应力状态。
2）向井筒注液产生的应力分布为了在井壁的薄弱处人为诱发裂缝，需要向井筒注入高压液体使井底压力迅速提高。
将裸眼井筒周围岩石系统视作具有无限壁厚、且承受内外压力的厚壁圆筒，按弹性力学理论计算其应力分布（6-11）式中 p e ，p i —分别为厚壁筒外边界压力（无穷远处p e 为零）和井底注入压力。
式（6-11）表明：注入压裂液在井壁周围各个方向上所产生的应力均为张应力，因此，向井筒注液有利于撕开地层。
水力压裂图示
水力压裂图示水力压裂水力压裂法水力压裂技术水力压裂原理水力压裂技术手册水力压裂革命水力压裂的物理优化水力喷射压裂水力压裂技，就是开采页岩油气时所使用的一种钻井技术，主要目标是令油气井增产。原理就是利用地面高压泵，将大量化学物质掺杂水、沙子、石子制成压裂液，再灌进岩石深处并压裂岩石，最终释放出石油或天然气。当前，这项技术对天然气井增产效果更为明显。这项技术在美国最早于1946年被堪萨斯州所采用。
水力压裂_精品文档
水力压裂什么是水力压裂？水力压裂（Hydraulic Fracturing，简称水压）是一种在地下岩石层中注入高压水和添加剂以制造裂缝的技术。
它被广泛用于油田和天然气开采中，旨在增加地下储层的渗透率和产量。
水力压裂是目前广泛使用的一种增产方法，可应用于各种类型的地质结构和岩石组合。
水力压裂的原理和过程压裂液的组成水力压裂过程中使用的压裂液是由水、砂和添加剂组成的混合物。
水的主要作用是传递压力，并在裂缝形成后将砂颗粒带入其中以保持裂缝的开放性。
砂颗粒的大小和形状可以根据具体的地质条件进行调整。
添加剂通常包括粘度剂、消泡剂、防菌剂和界面活性剂等，用于改善压裂效果以及保护设备。
压裂过程水力压裂通常是在千米以下的深井中进行的。
整个过程分为多个步骤：1.预处理：地下岩石的特性和地质结构分析后，会进行预处理来确定最佳注水点和压裂压力。
这一步骤通常包括孔隙度测量、浸泡实验和岩心分析等。
2.井筒注水：在进行水力压裂前，需要先在井筒中注入压裂液。
压裂液通过井筒进入地下岩石层，加压注入。
3.裂缝扩张：高压的压裂液在地下岩石层中流动，对岩石施加巨大的压力。
这个过程会导致岩石层裂缝扩张，增加油气的渗透区域。
4.砂颗粒进入：压裂液中的砂颗粒会随着液体一起进入岩石裂缝中。
这些砂颗粒的作用是防止裂缝在裂缝压力释放后重新闭合。
5.压力释放：压力释放后，压裂液从井筒中排出，油气开始从裂缝中渗出到井筒中。
水力压裂的优势和挑战优势1.提高产量：水力压裂可以显著增加地下储层的渗透率，从而提高油田和天然气田的产量。
2.提高可采储量：通过裂缝扩张和增加储层渗透性，水压可以开发以前无法利用的油气资源。
3.可针对不同地质条件：水力压裂可以适应不同类型的地质结构和岩石组合，具有一定的灵活性。
挑战1.环境影响：水力压裂过程中使用的大量水和化学添加剂可能对地下水资源和环境造成污染。
2.地震风险：水力压裂过程中产生的岩石应力释放可能导致地震活动，尤其是在地下注水压力较大的地区。
水力压裂
携砂液
防止井筒沉砂。
水力压裂技术
压裂液的性能要求： ①滤失少： ③摩阻低： 造长缝、宽缝 取决于它的粘度与造壁性
②悬砂能力强：取决于粘度 摩阻愈小，用于造缝的有效功率愈大
④稳定性好： 热稳定性和抗机械剪切稳定性 ⑤配伍性好： 不应引起粘土膨胀或产生沉淀而堵塞油层 ⑥低残渣： ⑦易返排： 以免降低油气层和填砂裂缝的渗透率 减少压裂液的损害
1 x1 x E
x2
E
y
x3
E
z
水力压裂技术
由于存在侧向应力的约束，则：
x x1 x 2 x 3
令： x 得：
1 x y z 0 E
y
x y
1
z
考虑到构造应力等因素的影响，可以得到最大、最小水平 侧压系数 主应力为：
水力压裂技术
(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
y H (1) 当 当 r ， ra a x (2) ， x y 时， (3) 随着 时， 2 2的增加， 3 H ， 2 x x y min 0 ,180 y
3
压缩并使油藏流 体流动的压差
使压裂液滤失于 储层内的压差 裂缝壁面滤 饼的压力差
水力压裂技术
（三）具有造壁性压裂液滤失系数CⅢ
滤失系数CⅢ是由实验方法测定
加压口
滤 失 量 ml
α
Vsp
tg m
筛座 （含滤纸或岩心片） 出液口 图4-4 静滤失仪示意图
0
1
2 3min 4 时间，
006—水力压裂
造缝(Fracture Initiation)机理 应力状况、裂缝形成条件 压裂液(Frac fluid) 类型、滤失性、流变性 支撑剂(Proppant) 性能要求、类型、在裂缝的分 布特性、选择 压裂设计 裂缝参数计算、压裂效果评价
高导流能力的填砂裂缝
降低流体渗流阻力 高渗透性的填砂裂缝的流动阻力很小 降低流体渗流阻力，高渗透性的填砂裂缝的流动阻力很小
第一节 造缝机理
地层应力关系
第一节 造缝机理
原始地层应力：垂向应力σz、最大水平主应力σx (σhmax ) 最小水平主应力σy (σhmin ) 原始地层应力经过简单计算便可得到，作为其它应力计算的基础 数据 对于确定的深度h，钻井后柱坐标下各应力与原始地层主应力的关 系为 为
地层钻孔后，造成地 层应力集中，改变了 地层应力分布状况， 地层应力不能再简单 地用三个主应力表示
第一节 造缝机理
第一节 造缝机理
裂缝是如何被压开的?！
一般情况：
当井筒内压力较低时，井壁周围的切向应力表
现为压应力
井筒流体压力会影响井眼附近岩石的切向应力 随着井筒流体增加（同时井眼附近地层的孔隙
(1)σx≠ σy导致σθ与θ有关 (2) r rw： min 0,180 3 y x
Zt z Pwf Pr 1
1 2 1
4
2013/12/9
水平裂缝形成条件
水平裂缝形成条件
Pwf Pr
第一节 造缝机理
井筒压力是唯一人为可控的因素，知道了破裂
(3) 随着 r 增加，切向应力 σθ 减小，井壁应力集中 地层破裂压力大于裂缝延伸压力的原因之一
水力压裂名词解释
水力压裂名词解释
水力压裂（Hydraulic Fracturing）是一种地质勘探和开采技术，它通过在地层中钻孔，并在孔壁周围液压压裂地层以加大孔径，从而使原本封闭的砂岩层或者火山岩层有利于油气的运行，从而使油气主动的流向钻孔。
它是一种压裂技术，通过高压水液，将地层钻孔的墙壁压裂开，以提高水流量，从而有效地提高从地层内抽取的油气量。
一般来说，压裂阶段使用超高压水，使地层压碎，改变油气的运行方向，从而实现钻井抽取原油的目的。
水力压裂的优点是可以有效地改变孔隙形状和孔的大小，还可以有效地提高油气的产量，还可以节省很多的时间和费用，只需要在探钻之前完成，即可获得较高的产量，当然，这也增加了潜在的环境风险。
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[工学]水力压裂讲义
![[工学]水力压裂讲义](https://360docs-1393072327.cos.ap-beijing.myqcloud.com/413fc92d50e2524de4187e1d.webp)
第一页，编辑于星期一：十二点 二十八分。
水力压裂概述
水力压裂示意图
第二页，共188页。
✓压裂材料：压裂液 和支撑剂 ✓施工参数：排量和 压力
✓压裂设备：泵车 (组)、液罐、砂车、 仪表车
第二页，编辑于星期一：十二点 二十八分。
第三页，共188页。
第三页，编辑于星期一：十二点 二十八分。
水力压裂作用
由于泊松效应，垂向应力产生的侧向压力
x y 0
x
y
1
z
岩石类型 杨氏模量， 泊松
104MPa 比
硬砂岩
4.4
0.15
中硬砂岩 2.1
0.17
软砂岩
0.3
0.20
硬灰岩
7.4
0.25
中硬灰岩
-
0.27
软灰岩
0.8
0.30
岩石类 型 砾岩
白云岩 花岗岩
泥岩 页岩 煤
杨氏模量， 104MPa
7.4 4.0~8.4 2.0~6.0 2.0~5.0 1.0~3.5 1.0~2.0
x（x） 第十页，编辑于星期一：十二点 二十八分。
地应力构成：原地应力 + 扰动应力。
原地应力：重力应力
构造应力
孔隙流体压力 热应力 。
第十一页，共188页。
第十一页，编辑于星期一：十二点 二十八分。
(1) 重力应力（上覆压力）
z
10 6
H 0
r(h)gdh
其中：r(h) 为上覆岩层密度，由密度测井 曲线获得。
第二十七页，共188页。
第二十七页，编辑于星期一：十二点 二十八分。
2 水力压裂造缝条件
(1) 形成垂直缝 岩石破坏条件
地应力与压裂力学----水力压裂
盆地中因侵入体的局部热作用、断裂带的热液影响及地层中矿物转 化过程中的热释放等，能够引起局部应力的增加。 工程因素：钻井泥浆循环、注水等也可以诱导产生热应力使得井眼 附近的应力发生变化。
其它应力
T ET x y 1
塑性泥岩、盐岩、石膏的“流动”可能使地应力“软化”，造成地应力 状态“趋同”，并有可能达到与岩层静压力相当。 岩石中的矿相变引起的局部应力变化，如矿物体积的改变等。
一
地应力研究
1 地应力概述
基本概念 地应力分类 地应力来源
地应力计算模型
1 地应力概述
z
z = x + y +
x
y
地层岩石处于三维应力状态
压应力为正，拉张应力为负
基本概念
有效应力与孔隙压力
有效应力：沉积岩石骨架所“承受”的地应力。
孔隙压力：流体所“承受”的力，也称为地层压力。 Tetzaghi : S=σ+Pb
y
地应力来源
上覆岩层重力应力
1 z pS pS x y 考虑孔隙流体压力后的地层水平应力: 1
由于周围岩石的围限作用:
x y 0
x y
z
构造应力
多次复杂的地壳运动，使地下产生了极其复杂的不同形态、不同方位、不 同性质、不同等级以及不同次序的构造形迹，就是说构造应力场实质上是随时 间演化的、非稳定应力场。 按时期，构造应力场可划分为古构造应力场和现今构造应力场。 就其研究范围而言，构造应力场又可分为局部构造应力场（某一构造单元 的应力分布规律）、区域构造应力场（某一地区的应力分布规律）及全球构造 应力场。 由于构造应力的作用，使得原地应力状态发生很大的变化，最大水平地应 力有可能超过上覆岩层压力。
6 水力压裂共155页
x y 0 x y 1z
(2) 构造应力
定义与来源 特点
—构造应力属于水平的平面应力状态 —挤压构造力引起挤压构造应力 —张性构造力引起拉张构造应力 —构造运动的边界影响使其在传播过程中逐渐衰减。 在断层和裂缝发育区是应力释放区。 — 正断层，水平应力x可能只有垂向应力z的1/3， — 逆断层或褶皱带的水平应力可大到 z的3倍。
➢ 水力压裂力学 ➢ 水力压裂材料性能与评价 ➢ 水力压裂裂缝延伸模拟 ➢ 支撑剂在裂缝中运移分布 ➢ 水力压裂效果分析 ➢ 水力压裂工艺技术 ➢ 水力压裂诊断评估技术
水力压裂概念
水力压裂作用
(1) 勘探阶段 增加工业可采储量
(2) 开发阶段 油气井增产 水井增注 调整层间矛盾改善吸水剖面 提高采收率
• 随r增加， 迅速降低(平方次) • 应力集中
• PF > PE
（2）向井筒注液产生的应力分布
弹性力学拉梅公式(拉应力为负)
r re e2 2//r rw 2 2 1 1pi1 1 r rw w 2 2//r re2 2pe
当 re， Pe =0 于是 r= rw时，＝ - Pi
(3) 压裂液渗入地层引起的井壁应力
PE —延伸压力 P井底>= PF时
一、地应力分析
1 地应力场
应力状态： 主应力: x ， y， z ; 应变: x， y， z
(1) 重力应力
z 1 06 0Hr(h)g d h
z zPs —孔隙弹性常数
注意： 的物理意义
由广义虎克定律计算总应变
x x1x2x3 E 1[x(y z)]
x
（1）井筒处应力分布
x 2y( 1 r r w 2 2 )x 2y( 1 3 r r 4 w 4 )c2 os
6-水力压裂
当P试验P真实时
2 压裂液粘度影响的滤失系数Cv
假设 压裂液为牛顿型液体且作线性层流流动； 压裂液呈活塞式侵入，即侵入段地层流体被顶替； 压裂液和地层岩石均不可压缩； 压差ΔＰv为常数。
理论基础：达西定律计算实际滤失速度
最终得到:
m2
MPa
mPa.S
3 地层流体压缩性影响的滤失系数Cc
本构方程
宾汉型液体
在一定的剪切应力作用下才能流动，最后接近牛顿液体，剪切应力与剪切速率成线性关系。
本构方程
典型压裂液:泡沫压裂液
粘弹性液体
流体特征： 当除掉剪切力时，这种流体会恢复或部分恢复原来受到剪切作用期间所具有的形变。这种具有部分弹性恢复效应，也具有非牛顿性和与时间有关的全部粘性性质的流体称为粘弹性流体。 目前使用的水基冻胶压裂液大部分都表现出具有部分或全部粘弹特征。
类型：水外相型 油外相型
特点:破乳快、污染小； 热稳定性差、成本高
4 泡沫压裂液
组成：液相 + 气相 + 添加剂泡沫液 液相: 稠化水、盐水、水冻胶、原油 或成品油、酸液 气相： 氮气、二氧化碳、空气、天然气等
适用范围 K<1mD， 粘土含量高的砂岩气藏 低压、低渗浅油气层压裂
三、 地应力的测量及计算
（1） 矿场测量 — 水力压裂法 — 井眼椭圆法
（2）实验室分析 —滞弹性应变恢复 （ASR） —微差应变分析 （DSCA）
（3） 有限元计算
第二节 压裂液
压裂液及其性能要求 压裂液添加剂 压裂液的流动性 压裂液的滤失性 压裂液对储层的伤害 压裂液选择
2 油基压裂液
适应性: 水敏性地层、有些气层 发展: 矿场原油 稠化油 冻胶油 基液: 原油、汽油、柴油、煤油、凝析油 稠化剂: 脂肪酸皂(脂肪酸铝皂、磷酸脂铝盐等) 特点: 污染小、遇地层水自动破乳； 易燃、成本高、热稳定性较差。
水力压裂
现场测试方法
利用长源距声波测井（LSDS）取得纵波速度和 利用长源距声波测井（LSDS） 横波速度，利用密度测井求得岩石密度， 横波速度，利用密度测井求得岩石密度，可获 得岩石力学参数的动态值。 得岩石力学参数的动态值。
E d = ρ bυ s2
2 3υ p − 4υ s2 2 υ p − υ s2
地如果破裂压力梯度小于0.0150.018 ①地如果破裂压力梯度小于0.0150.018 MPa／m 时， 多为水平裂缝； 多为水平裂缝； 如果破裂压力梯度大于0.023 ②如果破裂压力梯度大于0.023 MPa／ m 时，多为垂 直裂缝。 直裂缝。
二、地层破裂压力
采集方法 理论计算方法— 理论计算方法 Eaton法 法
IC
I
K I≥ K
IC
岩石断裂韧性的大小与施工泵压（ 岩石断裂韧性的大小与施工泵压（即破裂压力和裂缝延伸压力 的高低呈正比， ）的高低呈正比，与水力裂缝缝长的长短呈反比 。 在一定条件下， 在一定条件下，岩石断裂韧性的大小可使水力裂缝方位不再沿 水平最大主应力方位延伸而发生转向。 水平最大主应力方位延伸而发生转向。
水力压裂造缝及增产机理 压前评估（压裂选井选层） 压前评估（压裂选井选层） 压裂材料的优化选择 水力压裂设计 水力裂缝诊断 压后评估