压裂工艺原理分析
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。
压裂技术
压裂技术压裂技术是一种为提高油气开采效率而发展起来的技术手段，通过注入高压液体进入油井中，对油层进行压裂，以增加储层的渗透性和产能。
随着石油资源的日益枯竭和对能源需求的不断增长，压裂技术在油气勘探开发中扮演着至关重要的角色，并逐渐成为石油工业的重要组成部分。
压裂技术的出现，为传统的油气开采方式带来了革命性的变革。
传统的油气开采多依赖于自然渗流，即油气通过地层自然渗透的压力和浸润作用到井中采集。
但大部分油气在地层储层中存在并不稳定，导致油井生产压力逐渐下降，产能缩减。
而通过压裂技术，可以通过人工增加井底的压力，迫使油气从储层中流出，大幅度提高产能和产出效率。
压裂技术的原理是通过高压泵将水或其他流体从井口注入油井，使其压力超过油层的破裂强度，形成裂缝。
然后，在压裂液的作用下，油层裂缝扩大，并与井身连接，形成一条通道，使固体颗粒得以进入油层储集空间，增加渗透性。
经过压裂处理后，油火可以更加顺利地从油层中流出，并被采集到地面上。
压裂技术的应用不仅能提高油井的产能，还能提高储层的利用率。
在一些低渗透性油气藏中，压裂技术可以扩大油层的渗透性，提高储层的采收率。
同时，压裂技术也被广泛应用于页岩气和致密油开发中。
这些资源属于非常低渗透性的储层，传统的采收方式往往效果不佳。
而通过压裂技术，可以将油气从储层中释放出来，大幅度提高采收率。
不过，压裂技术也面临着一些技术和环境挑战。
首先，压裂参数的选择非常关键，需要根据油层的特性和实际需求来确定合适的注入压力和液体组成。
其次，压裂过程对水资源的需求较大，并产生大量的废水。
处理和回收这些废水不仅成本高昂，而且需要应对水资源短缺和环境污染的问题。
此外，压裂技术也有一定的地质风险，可能导致地层破坏、井眼塌陷等问题。
因此，在使用压裂技术时，需加强油气勘探开采的科学监管和技术研究，以减少环境和社会风险。
总的来说，压裂技术作为油气勘探开采领域的一项重要技术，为提高油气产能和储层利用效率发挥了重要作用。
第1章-水力压裂
作用: Ø传递压力； Ø起裂和延伸裂缝； Ø携砂。
前置液
起缝、延伸裂缝、冷却
按
作
携砂液
延伸裂缝、悬砂
用
分
顶替液
顶替砂浆
对压裂液的要求: Ø与地层配伍； Ø有效悬浮和输送支撑剂； Ø滤失少； Ø摩阻低； Ø低残渣； Ø易返排； Ø热稳定性； Ø抗剪切稳定性。
一、压裂液类型
各种压裂液所占的比例
增能气 体, 25%
第一章 水力压裂
内容提要
Ø水力压裂造缝机理 Ø压裂液 Ø支撑剂 Ø水力压裂延伸模拟 Ø支撑剂输送 Ø水力压裂评价与设计 Ø压裂工艺技术
压裂:
hydraulic
分类: fracturing
水力压裂:利用地面高压泵组，以超过地层吸收能力 的排量将高粘压裂泵入井内而在井底产生高压，当 压力克服井壁附近地应力并达到岩石抗张强度时， 就在地层产生裂缝。继续泵注带有支撑剂的压裂液， 使裂缝继续延伸并在其中充填支撑剂。停泵后，由 于支撑剂对裂缝的支撑作用，在地层中形成足够长 的、有一定导流能力的填砂裂缝，从而实现油气井 增产和水井增注。
' w
0.5m A
修正：
cw
cw'
p f pa
1 2
用途:静态滤失系数 用于筛选评价压裂液
用途:动态滤 失系数为压裂 设计提供参数
2.受压裂液粘度控制的滤失系数
假设条件: Ø侵入符合达西定律； Ø活塞驱动
压裂液的实际滤失速度：
va
dL0.058Kp
dt
f L
积分求L，回代达西定律
12
v0.05K 8 f Lp0.17K ftp
牛顿型：
圆管稠度系数：
Kp
水力喷砂射孔压裂
环境保护与可持续发展
减少环境污染
优化水力喷砂射孔压裂的 作业流程，降低废水和废 气的排放，减少对环境的 污染。
节能减排
研发低能耗、低排放的设 备和工艺，降低水力喷砂 射孔压裂过程中的能源消 耗和碳排放。
资源回收利用
对水力喷砂射孔压裂过程 中产生的废料进行回收利 用，实现资源的循环利用。
市场应用前景与商业模式
煤层气开发
总结词
水力喷砂射孔压裂技术在煤层气开发中具有重要作用，能够提高煤层气的产量和采收率。
详细描述
煤层气是一种清洁能源，开发利用煤层气对于减少环境污染和能源需求具有重要意义。 水力喷砂射孔压裂技术能够有效地对煤层进行射孔和压裂，提高煤层气的产量和采收率。 该技术对于低渗透煤层和致密煤层的开发尤其有效，能够显著提高煤层气的开采效率和
1 2
市场需求增长
随着油气勘探开发领域的不断发展，水力喷砂射 孔压裂技术的应用范围和市场前景将不断扩大。
商业模式创新
探索新的商业模式，如服务外包、技术转让等方 式，推动水力喷砂射孔压裂技术的商业化应用。
3
国际合作与交流
加强国际合作与交流，引进国外先进技术和管理 经验，提高我国水力喷砂射孔压裂技术的国际竞 争力。
水力喷砂射孔压裂的定义
定义
水力喷砂射孔压裂是指利用高压水流携带砂 粒或磨料对油井进行射孔，并在射孔的同时 对储层进行压裂的技术。通过这种方式，可 以在储层中形成更多的裂缝，增加油气的渗 透面积，从而提高油气的产量。
技术原理
水力喷砂射孔压裂技术的基本原理是利用高 压水流携带砂粒或磨料，通过喷嘴将水流和 砂粒或磨料高速喷射到油井的储层中。水流 和砂粒或磨料在撞击到储层岩石时产生冲击 力，这种冲击力能够使岩石破碎并形成孔洞 。同时，高压水流产生的压力能够使储层中 的裂缝扩大，进一步增加油气的渗透面积。
压裂车工作原理
压裂车工作原理概述压裂车是一种用于油气井压裂作业的专用设备，通过将高压液体注入井口，将岩石裂缝扩张并填充砂浆，从而增加油气产量。
压裂车的工作原理涉及多个步骤和关键技术，下面将详细介绍。
1. 井筒准备在进行压裂作业之前，需要对井筒进行准备工作。
首先，要对井眼进行清洁，以确保后续操作的顺利进行。
然后，在需要进行压裂的地层上方设置套管，并在套管与井壁之间注入水泥浆，形成固定的密封屏障。
这样可以防止压力传递到地层上方或下方的其他地层，并确保良好的封闭效果。
2. 流体混合在压裂车开始工作之前，需要准备合适数量和类型的流体。
通常使用水、添加剂和砾石组成的液体混合物来进行压裂作业。
这些添加剂可以改善流体性能、增加黏度、抑制泡沫等。
3. 压力泵压裂车上配备有高压泵，用于将流体注入井口。
压力泵的工作原理是利用柱塞或活塞的运动，将流体推送到高压下。
通过控制泵的运行速度和输出压力，可以调节流体的注入速度和压力。
4. 压裂头在流体从泵进入井口之前，需要经过一个叫做压裂头的装置。
压裂头有多个出口，每个出口都连接到一个称为射孔弹簧器的装置上。
射孔弹簧器用于在地层中形成小孔，以便流体能够进入地层并进行裂缝扩张。
5. 压裂液注入当流体通过压裂头进入井口后，会沿着井筒向下注入地层。
在注入过程中，流体会遇到地层中的阻力，并逐渐扩展岩石裂缝。
同时，添加剂中的颗粒物质会填充这些岩石裂缝，并形成一个稳定的砾石包袱。
6. 压力监测在进行压裂作业期间，需要不断监测井口的压力变化。
通过压力传感器和数据采集系统，可以实时监测井口的压力曲线，并根据需要调整流体的注入速度和压力。
7. 压裂液回收在完成压裂作业后，需要将使用过的压裂液回收。
这些液体中可能含有油、气和其他有害物质，需要进行处理和处理。
通常采用分离技术将油气与液体分离，并对液体进行进一步处理或处置。
8. 压裂效果评估进行完压裂作业之后，需要评估压裂效果。
可以通过监测井口产量、地层压力等指标来评估。
油层水力压裂、酸化处理和设备讲解
（1）前置液，即不包含支撑剂的压裂液。用于形成和延伸地
层裂缝，为支撑剂进入地层建立必要的空间，同时可以降低
地层温度保持压裂液的粘度。
（2）携砂液，用于进一步延伸裂缝，将支撑剂带入压裂裂缝
预定的位置，充填裂缝，形成高渗透支撑裂缝带。
（3）顶替液，用于将井筒内携砂液全部顶入地层裂缝，避免
井底沉砂。
13
一、油层水力压裂
裂缝延伸
图5-1 油层压裂工作原理示意图
1－油管；2－套管；3－封隔器；4－地层
8
一、油层水力压裂
1.1 油层水力压裂的作用和基本原理 2、压裂的基本原理
当地面泵停止向井内打入高压液体后，由于岩石的弹性，以及油层上覆压力 的作用，会使人造裂缝大部分闭合。所以为了保持这些裂缝长期处于张开的状态， 一般压裂时均向油层裂缝内充填固体颗粒，称为支撑剂，裂缝内填入了支撑剂， 尽管地面泵停止注入高压液体，裂缝也不会闭合了，见图5-1（d）所示。通过这 种方式提高油层的渗透能力，改善油气层的物理结构和性质，进而增加油井的产 量或水井的注水量。
一、油层水力压裂
1.2 压裂液和支撑剂 1、压裂液 3）压裂液的种类
目前，约有70%的压裂采用以胍胶和羟丙基胍胶为主的水 基压裂液，5%的压裂液采用油基压裂液，25%的压裂液采用气 化压裂液。为满足压裂工艺的要求，还需要在压裂液中加入 多种添加剂。
为满足压裂工艺的要求，还需要在压裂液中加入添加剂。 例如：PH值调节剂、杀菌剂、粘土稳定剂、破乳剂、降滤剂、 温度稳定剂、起泡剂和减阻剂等。
1.3 压裂施工
经过充分准备后便可以进行压裂施工了，施工按以下工 序进行：循环—试压—试挤—压裂—加支撑剂—替挤—反洗 或活动管柱 1）循环，目的是鉴定各种设备性能，检查管线是否畅通。循 环路线是液罐车→混砂车→压裂车→高压管汇→液罐车。 2）试压，关死井口总闸，对地面高压管线、井口、连接丝扣 等憋压至30～40Mpa，保持2～3分钟不降压为合格。 3）试挤，试压合格后，打开总闸门，用1～2台压裂车将压裂 液注入油层，直到压力稳定为止。 4）压裂，逐个启动或同时启动压裂车，加大排量，以很高的 速度向井内泵注压裂液，在井底瞬时造成高压，当泵注量大 大超过地层吸收能力，压裂液产生的压力大于地层破裂压力 时，地层被压开裂缝，继续泵入压裂液使裂2缝1 延伸和扩展。
限流法压裂技术
限流法压裂技术限流法压裂技术１.原理通过严格限制炮眼的数量和直径，并以尽可能⼤的注⼊排量进⾏施⼯，利⽤压裂液流经孔眼时产⽣的炮眼摩阻，⼤幅度提⾼井底压⼒，并迫使压裂液分流，使破裂压⼒接近的地层相继被压开，达到⼀次加砂能够同时处理⼏个层的⽬的。
如果地⾯能够提供⾜够⼤的注⼊排量，就能⼀次加砂同时处理更多⽬的层。
２.布孔⽅案编制的原则在限流法完井压裂设计中，制定合理的射孔⽅案是决定⼯艺效果的核⼼，根据限流法⼯艺特点，结合油层和井⽹的实际情况确定射孔⽅案。
（１）保证⾜够的炮眼摩阻值，在此条件下充分利⽤设备能⼒提⾼排量，以套管能承受的最⾼压⼒为限，尽可能压开破裂压⼒⾼的⽬的层。
（２）对已见⽔或平⾯上容易⽔窜的层，处理强度应严格控制。
厚层与薄层划为⼀个层段处理时，强度应有所区别。
（３）当隔层厚度⼩于规定的界限时，要特别注意应减少孔数，防⽌窜槽现象的发⽣。
（４）考虑裂缝破碎带的影响，当处理层段内层数多，其炮眼总数因受限制⽽少于待处理层数的情况下，可在相邻的⼏个⼩层的中间位置布孔。
（５）由于⽬前射孔技术⽔平有限，个别炮眼的堵塞难以避免，因⽽允许实际的布孔数量⽐理论计算的稍多⼀些，以利于顺利完成施⼯。
（６）⼀般常⽤10mm或⼩于10mm的炮眼直径进⾏限流，因⼩直径孔眼有利于增加炮眼摩阻，可减少施⼯设备。
（７）为提⾼限流法压裂施⼯成功率，各⼩层的破裂压⼒必须相近，即对破裂压⼒低的层段要减少布孔数和孔径，对于破裂压⼒⾼的层段要做相反的处理。
３.适⽤地质条件主要适⽤于纵向及平⾯上含⽔分布情况都较复杂，且渗透率⽐较低的多层薄油层的完井改造。
４.应⽤效果在⼤庆油⽥应⽤限流法压裂3131⼝井，平均单井⽇产油14.6t，累计产油408.68×104t。
５.主要施⼯步骤（１）下替喷管柱：下⼊φ62mm油管，φ118mm刮蜡器，实探⼈⼯井底，上提2m替喷，⾄出⼝见清⽔，上提油管⾄射孔底界以下10m，替⼊油层保护液10m3。
《压裂基础培训》课件
随着全球对环境保护意识的提高，许多国家对压裂技术中的用水 、废弃物处理等方面提出了更严格的法规和限制。
技术更新换代的压力
随着油气开采难度的增加，对压裂技术的要求也越来越高，需要不 断更新技术和设备来满足开采需求。
高成本与低效益的矛盾
压裂技术的实施成本较高，而油气价格受市场波动影响大，导致压 裂技术的经济效益不稳定。
压裂技术的发展经历了从传统水力压裂到新型复合压裂的演变，技术不断进步和创新。
详细描述
自20世纪50年代以来，压裂技术经历了多个发展阶段。最初的传统水力压裂技术使用 单一的液体或气体来施加压力。随着技术的进步，复合压裂技术开始出现，结合了多种 液体和支撑剂来提高压裂效果。如今，新型的复合压裂技术已经成为主流，能够更有效
《压裂基础培训》ppt课件
• 压裂技术概述 • 压裂技术的基本原理 • 压裂技术的主要设备 • 压裂技术的实际应用案例 • 压裂技术的挑战与未来发展
01 压裂技术概述
压裂技术的定义
总结词
压裂技术是一种通过施加压力将岩石破碎，从而释放和增加油气井产量的技术 。
详细描述
压裂技术是一种广泛应用于油气开采领域的增产技术。通过使用高压力将岩石 破碎，形成裂缝，使油气在井筒内流动更加顺畅，从而提高油气的产量。
04 压裂技术的实际应用案例
油田开发中的应用案例
案例一
某油田采用压裂技术提高采收率 ，通过压裂改造，单井产量提高
30%，最终实现增产目标。
案例二
某油田针对低渗透油藏，采用压裂 技术实现有效开发，通过优化压裂 参数和工艺，提高了储层渗透率和 产能。
案例三
某油田在老油田二次开发中，利用 压裂技术对老井进行改造，成功挖 掘出剩余油藏潜力，提高了采收率 。
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压裂液
1、压裂液的定义
-压裂施工中用到的工作液。 -压裂液是由多种添加剂按一定配比形成的非均质不稳定化
学体系。
-按泵注顺序和所起的作用不同，压裂液分为前置液、携 砂液和顶替液。
压裂液
2、压裂液应用必备的条件
-与地层岩心和流体配伍性良好；
-能造出一定宽度、有足够导流能力的裂缝；
-造缝并向张开延伸的裂缝输送支撑剂；
（一般取区块值）
Pm = RL × H （RL：压裂液的油技术手册）
压裂基本概念
6、地面施工泵压曲线
①如果施工压力保持恒定，压裂液性能稳定，地面施工泵压与地下井底压力的变化是一致的； ②加砂会对施工泵压有一定的影响； ③油管压裂时，套压反映井底压力变化。
压裂形成的裂缝与地应力分布、岩石力学性质、压 裂液的性质以及注入方式等有密切关系。
压裂基本概念
4、地应力与裂缝的形态和方位
δz＞δx＞δy 垂直缝
δz＞δy＞δx 垂直缝
δx，y＞δz 平缝
水
裂缝的形态取决于地层地应力的大小和方向。
压裂裂缝总是与地层最小主应力垂直，与地层最大主应力平行。
压裂基本概念
-耐温、耐剪切；
-施工完成后能够破胶，迅速反排；
-易于控制、安全；
-经济可行。
压裂液
3、压裂液按化学性状分类（分散介质） -水基--交联冻胶、线性胶；比重为1 -油基--稠化柴油、稠化原油；比重为0.75 -乳化--水包油、油包水；比重为0.85 -泡沫--氮气 、二氧化碳、双元 ；比重为0.3
压裂液
6、压裂液特性
支撑剂
1、压裂支撑剂体系
a、支撑剂需要支撑压开的裂缝，以增加流动能力 b、理想的特性： -高强度 -抗腐蚀 -低比重 -容易获得，费用低廉 c、支撑剂类型 -石英砂：强度中等，密度较低，价格便宜。 -陶粒；强度高，密度高，价格高。 -树脂涂层砂或陶粒：可固结，可控制返砂，价格高。
支撑剂
4、压裂液体系
①水基压裂液：交联冻胶压裂液和线性胶压裂液。 交联冻胶压裂液：是目前压裂液应用的主要类型，发展的 方向是低成本、低伤害。 ②油基压裂液：适用于低压、偏油润性、强水敏的储层。 ③乳化压裂液：适用于水敏、低压地层。 ④泡沫压裂液：适用于低压、水敏性储层，特别是气藏。
压裂液
5、压裂添加剂
压裂液
支撑剂
6、依据闭合应力选择支撑剂
支撑剂
7、选择支撑剂尺寸
①射孔直径应当是支撑剂直径的6倍 ②动态裂缝宽度应当是颗粒直径的3倍
③闭合应力高时，采用小粒径的支撑剂
2、油藏中裂缝导流能力
裂缝导流能力KW f : 裂缝闭合应力: PC =ɑ× H - P流 裂缝导流能力会随支撑剂的腐蚀、破碎、 嵌入,压裂液成胶剂残渣以及支撑剂沉降而 降低.
支撑剂
3、不同支撑剂的裂缝导流能力
支撑剂
4、残余导流能力的百分比
支撑剂
5、支撑剂用量选择的因素
-设计的裂缝长度 -需要支撑剂浓度 -预期的裂缝高度
5、地面泵压
Ppump = Pf - Pm + PF Ppump ----- 井口施工泵压 Pf Pm PF ----- 地层破裂压力 ----- 井筒液柱压力 ----- 管柱及管线、孔眼的压裂液摩阻（主要是管柱摩阻） 垂直裂缝 水平裂缝
其中Pf =（0.14~0.18）× H （0.23~0.25）× H
压裂工艺原理
大纲
压裂基本概念 压裂液 支撑剂
压裂基本概念
1、什么是压裂？
用地面压裂车将压裂液以大大超过地层吸收 能力的排量注入井中，在井底附近憋起高压，即
在地层中形成裂缝，随着带有支撑剂的液体注入
缝中，裂缝逐渐向前延伸，在地层中形成了具有 足够长度，一定宽度和高度的填砂裂缝。
压裂基本概念
2、压裂为什么增产？
a、改变地层油流方向 压裂前
压裂后
径向流
流通阻力大，造成产量低 地层渗透率：0.1-20毫达西
单向流
流通阻力小，产量高 支撑剂渗透率：180毫达西
b、沟通油气储集层 c、解除近井地带污染
压裂基本概念
3、造缝机理
压 裂施工过程中井底压力随时间的变化
3个步骤：①破裂地层 ②加砂 ③顶替 PF：地层破裂压力 PE：裂缝延伸压力 PS：地层压力 a：致密低渗地层时出现 b：地层微裂缝发育或高渗地层时出现