采油工程-水力压裂
德国水力压裂法
德国水力压裂法
德国水力压裂法________________________
在石油勘探开发中，水力压裂法是一种用于提高油井生产能力的技术。
德国水力压裂法是继美国水力压裂法之后出现的一种技术，它主要是通过增加油井产能来提高勘探开发效率。
它是由德国石油工业协会在20世纪80年代开发的，它的特点是采用压裂量大，压裂缝宽，能够有效提高油井的生产能力。
德国水力压裂法的基本原理是通过高压水的喷射，以及制备的特殊压裂剂的配合，将油层内的裂缝扩大，从而增加油层内的储量。
其中，为了保证高压水的有效注入，需要用到高压设备。
而为了获得较好的效果，还需要设计合理的压裂方案。
德国水力压裂法对于勘探开发具有重要意义。
首先，它能够有效地提高油井生产能力，从而提高勘探开发的效率。
其次，它能够节省勘探开发的成本，因为它无需使用昂贵的设备，而且能够减少勘探开发时间。
此外，它还可以避免一些不必要的污染，因为水力压裂法不会产生大量废气和废水。
然而，德国水力压裂法也存在一些问题。
首先，它只适用于低孔隙、低孔隙度、低表观密度的油层中，因此在一些高孔隙、高孔隙度、高表观密度的油层中无法发挥作用。
其次，它也存在一定的安全风险，因为它使用的是高压水，如果不小心就会造成一些意外。
此外，它也会使油层内的气体流动性发生变化，从而影响油井的生产效率。
总之，德国水力压裂法是一种用于提高勘探开发效率的有效方法，它既能够节省成本，又能够有效地避免一些不必要的污染。
然而，由于它存在一定的风险，所以在使用时应该格外注意安全。
采油工程6
H min
Cr 1 Cb
Cr－基质岩石骨架压缩系数；
Cb－岩石体积压缩系数；
ξ－水平应力构造系数，由实验测定。
(二)井壁上的应力 1.井筒对地应力及其分布的影响
圆孔周向应力：
x y
2 a2 x y 1 2 r 2 3a 4 1 4 cos 2 r
炸药在井筒内的爆轰和爆燃使井筒附近产生多条裂缝。 常用炸药有黑索金、奥克托金等。
爆炸压裂技术特点
爆炸造成的压缩应力波使井周岩石发生塑性变形，
形成的残余应力场使得爆炸初期形成的大量裂缝重
新闭合，或被爆炸残余物堵塞。 井内爆炸易损坏井筒； 所用硝化甘油类药剂过于敏感是爆炸压裂失败的原因 之一。
高能气体压裂
当井壁上存在的周向应力达到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。
s q ³ s th
岩石为各向同性材料，破裂时的裂缝方 向总是垂直于最小主应力轴。
z x y
当产生裂缝时，井筒内注入流体的压力即为地层的破裂压 力： 3 h
①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；②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；③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，④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。
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。
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：
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。
- 1 -。
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。
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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。
水力压裂技术
水力压裂技术
水力压裂技术是一种将深层油气藏岩石的裂缝或孔隙扩展的一种技术，用于提高储层
的孔隙度和渗透率，以提高油气产量。
水力压裂技术最初发展于 20 世纪 50 年代，其原
理是利用高压水在岩石中形成微米级岩石裂缝，从而使石油和天然气易于向外渗出和流动。
水力压裂技术通常用于地层测试或发现新的油田，也可以派生出油气勘探、开采、输送、
储存等一系列相关技术和工艺。
水力压裂技术一般包括三个基本步骤：一是在目标层位灌注高压水，从而在岩石中形
成裂缝；二是通过注入操作助剂，增大灌注压力，进而拓宽并扩大已有的裂缝；三是通过
注入填料、压裂液以及砂颗粒等助剂，保持裂缝扩大的状态，防止岩体被关闭，持续改善
储层的渗透性。
水力压裂技术具有丰富的应用前景，可以有效提高油气储层的渗透性，从而提高产量。
它相对于其他技术来说有着较高的稳定性，可以有效提高油气藏的利用率，改善储层的渗
透性。
同时，水力压裂技术安全可控，利用广泛，可作为一种全新的技术手段来提高储层
的发掘率，在现代油气开采中发挥着不可替代的作用。
采油工程压裂酸化
第六章——水力压裂（ ）
2.压裂工艺发展简况 3.裂缝形态
垂直裂缝：裂缝面垂直于水平面 水平裂缝：裂缝面平行于水平面
第六章——水力压裂（ ）
4.目的 （1）增产增注 （2）封堵大厚层底水 （3）提高油气田工业开采价值（勘 探阶段）
第六章——水力压裂（ ）
5.增产增注原理 1）改变了地层中流体渗流方式
4. 地应力状态对造缝的影响
增产（注）措施——压 裂
一、水力压裂（ ）
5.压裂液
影响压裂施工的各种因素中，压裂 液的性能是其中的主要因素之一。
1）压裂液的任务
压裂液是一个总称，根据其在施工 过程中不同阶段的任务不同，可分为前 置液、携砂液和顶替液三种。
增产（注）措施——压 裂
一、水力压裂（ ）
5.压裂液
增加了高温高压气体的能量利用率；简 化了施工工艺；增加了高速射流的作用过 程 ；可以实现隔层位同时施工。
增产（注）措施——压 二、高能气体压裂(裂 )
2.高能气体压裂技术发展趋势
1）高能气体压裂与射孔复合技术
高能气体压裂与射孔复合的另外一个技 术是超正压射孔技术。
超正压射孔技术 (简称 )是采用井眼压 力远高于使地层产生裂缝所需要的压力 (即 岩层破裂压力 )的条件下进行射孔。
2）压裂液的性能要求
滤失少；悬砂能力强；摩阻低；稳 定性好（热稳定性和抗机械剪切）；配 伍性好；低残渣；易返排；货源广、便 于配制、价格便宜
增产（注）措施——压 一、水力压裂（裂）
5.压裂液 3）压裂液的类型
水基压裂液 油基压裂液施——压 一、水力压裂（裂）
6.支撑剂
1）支撑剂的类型
压裂后能否在地层中造出一条高裂 缝导流能力、足够长度的填砂裂缝，直 接关系到压裂后的增产效果合压裂施工 的成败。
油田开发技术-压裂
一、压裂基本原理 水力压裂概念
压裂：若液体被泵入井中的速度快于液体在地层中 的扩散速度，将不可避免地使地层压力升高 并在某些点发生破裂。
一、压裂基本原理
所谓压裂就是利用水力作用，使油层形成裂 缝的一种方法，又称油层水力压裂。油层压裂工 艺过程是用压裂车，把高压大排量具有一定粘度 的液体挤入油层，当把油层压出许多裂缝后，加 入支撑剂(如石英砂等)充填进裂缝，提高油层的 渗透能力，以增加注水量(注水井)或产量(油气井)。 常用的压裂液有水基压裂液、油基压裂液、乳状 压裂液、泡沫压裂液及酸基压裂液多种基本类型。
三、压裂体系
低分子环保型压裂液的性能特点
增稠液的粘度低 压裂液的残渣含量低 压裂液流变性能受温 度影响小 压裂液的破胶与交联 可逆 液体的滤失低且对地 层伤害小 填砂裂缝导流能力高
HPGF压裂液
LMF压裂液
LMF和HPGF压裂液外观
低渗透油层压裂 新工艺技术
一、多级加砂压裂技术提高了厚层状油层的改造效果
整个裂缝扩展过程分段，每一段单独进行优化，由于每 一段的温度和裂缝扩展规律不完全一致，因此，每一段 都对应一优化的施工参数； 十变优化参数：排量、压裂液类型（黏度）、支撑剂类
型、支撑剂粒径、稠化剂浓度、交联比、破胶剂浓度、 砂液比、压后放喷油嘴尺寸、抽汲及生产期的井底流压 （考虑应力敏感后，不同时期要求不同的值）。
二、压裂设计方法
压裂多级优化技术示意图 ——“十变”分阶段优化参数
线性胶 深井低浓度稠化剂 压裂液类型 降低稠化剂浓度 压裂液类型 放喷油嘴尺寸
增 大 方 向
停泵后算起
稠化剂浓度 支撑剂粒径 破胶剂
砂液比 排量
rfpa水力压裂
rfpa水力压裂
RFPA水力压裂是一种新型油气勘探开发技术，其研发与应用具有重要意义。
一、RFPA水力压裂的定义和原理
RFPA水力压裂是利用RFPA数学模型对岩石固体物理力学特性进
行计算，并结合流体动力学原理，进行水力压裂。
RFPA数学模型可以
对岩石孔隙结构、裂隙分布、强度及断裂韧度等参数进行准确计算，
从而实现水力压裂操作的优化及精细管理。
二、RFPA水力压裂的应用场景
1、油气勘探开发：利用RFPA水力压裂技术可实现天然气、石油
开采中的洁净化、高效化、低成本化等多重优势，与传统压裂技术相比，RFPA水力压裂技术具有更高的采油率、更低的裂缝闭合速度以及
更好的经济效益。
2、隧道工程：RFPA水力压裂技术可以应用于隧道掘进过程中的
地面松散地质物与周围岩体间的固结与配合，从而实现隧道稳固性及
工程安全性的提升。
三、RFPA水力压裂技术的优势
1、RFPA水力压裂技术可以对岩石孔隙结构、裂隙分布、强度及
断裂韧度等参数进行计算，从而实现水力压裂操作的优化及精细管理。
2、RFPA水力压裂技术具有更高的采油率、更低的裂缝闭合速度
以及更好的经济效益。
3、RFPA水力压裂技术可以应用于隧道工程中，实现隧道稳固性
及工程安全性的提升。
综上所述，RFPA水力压裂技术的研发与应用具有重要意义，其在油气勘探开发和隧道工程中的应用，将为经济发展和社会进步做出重
要贡献。
水力压裂介绍
储层分布、物性特征、流体特征
储层深度、厚度及其展布
压力、温度
岩性特征：长石含量、石英含量、岩屑含量 等
胶结类型
含油面积、储量 .
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（1）压裂施工过程模拟 裂缝几何尺寸是产量预测所必须的数据，通常 采用施工模拟来估算。利用计算机技术，对裂 缝延伸和支撑剂运移等动态过程进行模拟，可 较准确地预见施工过程及结果
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压裂优化设计
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压裂方案设计对于压裂措施的实施具有纲领性的意义 和指导性的作用，长期的生产实践表明，其对增产效果的 影响可概括为压裂方案设计的可行性、合理性和经济性。
可行性是指压裂设计确定的施工方案风险低、成功率 高，工艺技术可靠
济性是指压裂设计确定的施工规模有利于获得最大措 施效益
合理性是指压裂设计确定的人工裂缝与储层相匹配， 在相同的规模下有利于获得最佳的增产效果
.
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（3）施工材料的选择 压裂液、添加剂和支撑剂的选择是压裂设计的一个重要环 节。它们的特性将直接影响压裂增产效果。对于压裂液应 考虑其粘度、液体滤失摩阻、返排、与储层岩石的配伍性 及费用和来源。对于支撑剂要考虑一定应力下支撑剂的渗 透率及与储层渗透率的比较，通过孔眼和裂缝时支撑剂的 可输运性，也要考虑费用及来源
七十年代，进入低渗透油田的勘探开发领域，由于压裂
技术的应用，大大增加了油气的可采储量，使本来没有
工业开采价值的低渗透油气藏，成为具有相当工业储量
和开发规模的大油气田
.
3
八十年代，水力压裂已不再仅仅被孤立地作为单井的增产、 增注措施来考虑，而是与油藏工程紧密结合起来，用于调 整层间矛盾（调整产液剖面）、改善驱油效率，成为提高 动用储量、原油采收率和油田开发效益的有力技术措施
水力压裂综述
文献综述前言水力压裂是油田增产一项重要技术措施。
由地面以超过地层吸收能力的排量高压泵组将液体注入井中，此时，在井底附近便会蹩起压力，当蹩气的压力超过井壁附近地层的最小地应力和岩石抗张强度时，在地层中便会形成裂缝。
随之带有支撑剂的液体泵入缝中，裂缝不断向前延伸，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。
由于压裂形成的裂缝提高了产油层导流能力，使油气能够畅流入井内，从而起到了增产增注的作用。
为了完成水力压裂设计，在地层中造成增产效果的裂缝，需要了解与造缝有关的地应力、井筒压力、破裂压力等分布与大小。
这些因素控制着裂缝的几何尺寸，同时对与地面与井下设备的选择有关。
同时，用于水力压裂的压裂液的性能、数量，支撑剂的排布情况关系到裂缝的几何尺寸，压裂技术-端部脱砂技术，对提高压裂效果起到很大作用，这些因素关系到能否达到油田增产的目的，需要进行详细研究。
在建立适当的裂缝扩展模型的基础上，实现现场实际生产情况的模拟研究，对进一步优化水力压裂参数，提高压裂经济实用性起到很大作用。
这项油田增产措施自发展以来，得到国内外广泛采用，并且经不断的开发试验，已取得很大成效。
水力压裂技术的发展过程水力压裂技术自 1947 年美国堪萨斯州进行的的第一次试验成功以来，至今近已有60余年历史。
它作为油井的主要增产措施，正日益受到世界各国石油单位的重视及采用 ,其发展过程大致可分以下几个阶段:60 年代中期以前 ,各国石油公司的工作者们的研究工作已适应浅层的水平裂缝为主，此时的我国主要致力于油井解堵工作并开展了小型压裂试验。
60 年代中期以后 ,随着产层加深 ,从事此项事业的工作者以研究垂直裂缝为主。
已达成解堵和增产的目的。
这一时期 ,我国发展了滑套式分层压裂配套技术。
70 年代 ,工作进入到改造致密气层的大型水力压裂阶段。
我国在分层压裂技术的基础上 ,发展了蜡球选择性压裂工艺 ,以及化学堵水与压裂配套的综合技术。
80 年代 ,逐步进入了低渗油藏改造时期，并开始了优化水力压裂设计。