压裂设计及施工工艺分析

延安职业技术学院

毕业论文

题目压裂设计及施工工艺分析

学生方军军

指导教师唐小刚

评阅人

专业油气开采技术

完成日期2009年12月7日

摘要：压裂技术是低渗透油田增加单井产量确保油田稳产提高经济效益的重要措施。论文详细分析和研究了压裂的造缝机理；提出了压裂的选井选层原则、压裂的工艺技术特点和相应措施；介绍了压裂在国内外的应用现状，结合国内外压裂的现场应用情况分析了压裂效果及存在的难题，从中明确了低渗透油田压裂技术的发展趋势。

关键字：压裂；分析；应用

目录

第一章绪论··························- 3 -

1.1水利压裂技术发展现状··················- 3 -

1.2 水力压裂新工艺和新技术·················- 5 -第二章油气井压前分析诊断 ························································································ - 6 -

2.1油气井压前分析诊断意义·················- 6 -

2.2油气井压前分析诊断的主要内容··············- 6 -第三章压裂设计技术······················- 7 -

3.1压裂酸化技术概况····················- 7 -

3.2压裂酸化设计优化的考虑·················- 7 -

3.3压裂酸化材料选择的考虑·················- 8 -

3.4最理想的压裂酸化作业··················- 9 -

3.5最理想的压裂酸化工作液·················- 9 -

3.6压裂酸化施工中的参数优化················- 9 - 第四章结论·························- 11 - 参考文献··························- 12 -

第一章绪论

水力压裂技术经过了近半个世纪的发展，特别是自80年代末以来，在压裂设计、压裂液和添加剂支撑剂、压裂设备和监测仪器以及裂缝检测等方面都获得了迅速的发展，使水力压裂技术在缝高控制技术、高渗层防砂压裂、重复压裂、深穿透压裂以及大砂量多级压裂等方面都出现了新的突破。现在水力压裂技术作为油水井增产增注的主要措施，已广泛应用于低渗透油气田的开发中，通过水力压裂改善了井底附近的渗流条件，提高了油井产能，在美国有30%的原油产量是通过压裂获得的国内低渗油田的产量和通过水力压裂改造获得的产量也在逐渐增加，水力压裂技术的最优实施和关键性技术的突破，将给石油工业带来不可估量的前景。

水力压裂技术自发展半个多世纪以来，为增加油气井产量、提高油气田开发水平作出了不可磨灭的贡献。但不是所有的压裂措施都能达到预期的增产效果，许多油气井压裂以后增产效果不理想甚至没有增产效果，其中一个重要原因就是压裂过程中压裂本身对油气层造成了损害。因此有必要对压裂过程中的裂缝损害进行研究并找出相应的解决措施。

水力压裂过程中存在的损害主要包括粘土膨胀与颗粒运移损害、机械杂质引起堵塞损害、支撑裂缝导流能力的损害等。所以，要提高压裂效果，可以从改进压后裂缝导流能力和提高裂缝壁面附近地层的渗透率两个方面入手，这就是要进行水力压裂复合酸化技术研究的依据。

酸液体系是否合理是能否消除压裂液对裂缝壁面及支撑剂层损害的关键因素，因此也是水力压裂复合酸化技术能否取得成功的关键。本文对己有的几种酸液配方分别进行压裂液伤害的解堵效果实验，筛选出最合理有效的酸液配方，并进行了对地层的酸化效果评价和对支撑剂层的解堵效果评价。经分析对比表明，通过实验筛选出的合理的酸液配方能较好的改善裂缝壁面附近地层的渗透率和支撑裂缝的导流能力。通过酸液处理后，如果返排彻底，其导流能力可以恢复到裂缝初始导流能力。

1.1水利压裂技术发展现状

水力压裂就是利用地面大功率高压机泵组，以大大超过地层吸收能力的排量将高粘液体注入

井中，随即在井底憋起高压而劈开地层形成裂缝；继续注入液体，促使裂缝延伸扩张，而后将带

有支撑剂的液体注入地层。这样停泵卸压后即可在地层中形成具有一定长度、一定宽度和高度的

填砂裂缝。由于压裂形成的裂缝有很高的导流能力，有效地改善了油气层的渗流条件，为流体提

供了很好的渗流通道，降低了流体渗流阻力，从而大幅度提高油、气、水井的产液、产气量或吸

水能力。随着油田开发水平的提高，水力压裂技术越来越受到人们的重视。

水力压裂自1947年在美国堪萨斯州胡果顿气田试验成功以来经过50多年的发展，不仅已成为

油气井增产、水井增注的重要技术措施，而且是油藏整体开发的重要组成部分和评价认识储层的

重要方法。近年来，水力压裂己广泛用于调整油气层开采中的三大矛盾、提高注水效果和加快油

气田的开发速度等领域。此外，它可用于极低渗透率气田的开发，使本来没有工业价值的气田成

为具有相当工业储量和开发规模的大气田。如今，水力压裂技术在裂缝模型、压裂井动态预测、

压裂液、支撑剂、压裂施工设备、应用领域等方面均取得了惊人的发展。

压裂液方面：目前，国内压裂液已形成系列，品种达30多种，常见的水基压裂液，占90%，

泡沫压裂液占约10%，油基压裂液使用很少。90年代，研制出了延迟交联技术和新型胶囊破胶剂

技术，从而研制出低伤害压裂液，但如前所述，硼酸盐交联压裂液溶具有10%—20%的伤害率，这

对于低渗透油层乃是十分有害的，于是国外一些公司有相继研制出新型无伤害压裂液。这类压裂

液的最大特点是不含聚合物绸化剂，或绸化剂浓度极低。如液态CO2压裂液就是用100%的纯液态

CO2，它具有返排彻底、无残渣、对地层无伤害等特点。再如粘弹性表面活性剂基压裂液不含聚合

物而是含有一种从长链脂肪酸得来的基胺盐，这种压裂液也具有不需要破胶剂，压后返徘彻底、

无伤害等特点。自进行大规模水力压裂以来，压裂液无论从单项添加剂研制、整体压裂液配方体

系的形成、室内研究仪器设备和方法以及现场应用工艺技术等均发生了重大变化，特别是20世纪

90年代以来，压裂液体系研究趋于完善，在压裂液化学和应用工艺技术方面又取得了许多新的突破，并在现场应用中发挥了重要作用。

支撑剂方面：近年来，中等强度和高强度支撑剂发展较快，与石英砂形成了支撑剂系列，可满足不同目的的压裂要求。中等强度的支撑剂有树脂包层石英砂。树脂包层支撑剂是70年代末研究出来的，80年代发展完善，目前己代替烧结铝钡土支撑剂。

它有两种：固化和预固化。固化砂在地层温度下固结，这对于防止压后裂缝吐砂和防止地层

出砂有一定效果；预固化砂则是在地面上已形成完好的树脂薄膜包囊，它的优点是：①树脂薄膜

包囊起来的砂子，增加了粒间的接触面积，提高了抵抗闭合应力的能力；②树脂薄膜可将压碎的

砂粒小块、粉砂包囊起来，减少了微粒的运移与堵塞孔道的机会；③树脂包层砂总的体积密度比

高强度人造支撑剂要低，便于悬浮，降低了对携砂液的要求。支撑剂回流一直是困扰油气采输的

难题之一，也是支撑剂发展急需解决的问题。近年来，国外包胶支撑剂及支撑剂回流控制技术得

到了不断完善和发展。近期支撑剂的技术进展是：a．双涂层技术；b．部分固化支撑剂：c．吠

喃树脂包层支撑剂；d．HTL-PCP支撑剂系统；e．支撑剂返排控制技术；f．支撑剂的优化设计。

压裂监测技术的发展：近几年来，各种压裂监测设备和监测技术都得到了较大的发展。裂缝

高度检测方法包括井温测量法和放射性同位素示踪法。裂缝方位和几何尺寸的主要检测方法是在

裸眼井中下井下电视测量、微地震测量、无线电脉冲测量等方法对裂缝进行探测，通过传送系统

在地面进行实时显示，根据图像观察和分析裂缝的方位和几何形态。

裂缝模型的发展：压裂设计模型是综合岩石断裂力学和固液两相流体力学、传热学等模拟水

力裂缝几何形状和参数，由压裂设计模型编制的压裂设计软件己普遍应用于所有油田的压裂施

工。目前国内外己提出许多种复杂程度不同的模型来预测裂缝的几何形状，大致可分为二维模型、

拟三维模型、真三维模型。从二维模型到真三维模型，假设条件依次变宽，而求解的复杂度却呈

几何级递增，当然模拟实际压裂的准确性也越来越高。在国外，80年代以前，压裂设计使用的主

要是二维软件，进入90年代后，拟三维压裂设计软件的使用率达到了80，全三维软件和二维软件

各为10%左右，世界各主要石油服务公司已广泛应用拟三维压裂设计软件，而且己拥有比较成熟

的全三维软件。目前，全三维软件由于所需的很多参数无法准确确定和需要较高档的计算工具(工

作站)及较长的计算时间，所以在矿场上还没有普遍使用，而主要用于评价拟三维设计软件的精

确程度和一些复杂井层的施工设计。论文下节将对主要的压裂模型作简单介绍。

缝高控制技术的发展：压裂过程中，当油层为薄油层或上下遮挡层为弱应力层时，压裂裂缝

可能会穿透生产层进入遮挡层，达不到压裂效果，严重时甚至连通含水层造成水窜，从而导致压

裂失败。因此近几年来，国内外对缝高控制技术进行了广泛的研究。目前的主要方法有：①建立

人工隔层控制缝高；②非支撑剂液体段塞控制缝高；③调整压裂液密度控制缝高；④冷水水力压