压裂施工过程中的井底压力计算
低渗透油藏压裂水平井产能计算方法
第23卷 第2期2009年4月现 代 地 质GEOSC IENCEVol 23 No 2Apr 2009低渗透油藏压裂水平井产能计算方法牟珍宝1,2,袁向春2,朱筱敏1(1 中国石化石油勘探开发研究院,北京 100083;2 中国石油大学资源与信息学院,北京 102249)收稿日期:2008 07 11;改回日期:2008 11 15;责任编辑:孙义梅。
作者简介:牟珍宝,女,工程师,博士后,1969年出生,油气田开发工程专业,主要从事油气地质和开发工程的科研工作。
Ema i :l ch i n a_baby123@s i na co m 。
摘要:针对低渗透油藏存在启动压力梯度和压敏效应的问题,在前人研究的基础上,根据水电相似原理,应用等值渗流阻力法,建立了压裂水平井补孔和不补孔两种情况下的产能公式,并且与其他压裂水平井产能公式与数值模拟结果进行了对比。
对比结果表明:如果水平井压裂后补孔,建议使用本研究建立的公式;如果压裂后不补孔,建议使用郎兆新的计算公式。
建立的压裂水平井产能公式,对目前低渗透油藏利用水平井进行开发具有重要的理论和现实意义。
关键词:低渗透油藏;压裂;水平井;产能;开发中图分类号:T E34 文献标志码:A 文章编号:1000-8527(2009)02-0337-04The Calcul ati ngM ethod of H orizontalW ells w ith Hydraulic Fracturesfor Low Per m eability ReservoirsMU Zhen bao 1,2,YUAN X iang chun 2,Z HU X iao m i n1(1 Explora tion and P ro d uction R esearc h In stit u te ,SI NOPEC,B eiji ng 100083,Ch i na;2 Fa c u lt y of Na t ura l Re source and Infor ma tion Technol ogy,Ch i na Un i versit y o f P etrole um,B eiji ng 102249,China )Abst ract :Based on the proble m for the starti n g pressure grad ient and str ong stress sensitivity fo r the l o w per m eab ility reservo irs ,the paper has established the production for mu la for horizonta lw e lls w ith hydraulic fractures i n d ifferent circum stances .If horizontal w ells w ith hydrau lic fract u res are no t partia ll y perfora ted ,the established producti o n for m ula w ill be an e ffective m ethod ,and if horizontal w ells w ith hydraulic fractures are par tiall y perfora ted ,the Langzhaox i n producti o n for m u la w ill be an effecti v e m ethod i n stead of o ther d ifferentm eth ods for ho rizon talw e lls w ith hydraulic fractures .The estab lished producti o n for mu la of the horizonta lw ells w ith hydrau lic fractures has an i m portant t h eoretica l and practicalm ean i n gs f o r lo w per m eab ility reservo irs .Key wor ds :lo w per m ea b ility reservo i r ;hydrauli c fracturi n g ;hori z ontalw el;l producti o n ;develop m e nt0 引 言利用水平井开发低渗透油藏,虽然在一定程度上提高了低渗透油藏的开发效果,但由于渗透率较低,水平井产能也较低。
压裂试气施工方案
压裂试气施工(一）设备选型及主要施工装备见表5（二）井口采气树完井井口采用KQ78/65-70(EE—1。
5级9阀)采气井口。
（三）洗井射孔液设计1、洗井液:清水2、射孔液配方:1.0%KCL+清水。
设计配制50m3表6 射孔液添加剂设计量（四）试气施工程序搬迁安装→通井→洗井→试压→第一层射孔→压裂改造第一层→投球→压裂改造第二层→投球→压裂改造第三层→投球→压裂改造第四层→投球→压裂改造第五层→带压下管柱→排液→求产、产气剖面测试。
1、搬迁安装2、连接地面放喷流程3、套管滑套以上通井作业3。
1采用2。
0″连续油管加专用通井规进行通井，先通至2500m，降低油管下放速度，缓慢通至2600m，通井过程中，严禁通井规碰撞滑套位置（最上端套管滑套位置2631。
00m)3.2 通井时要平稳操作，下放管柱的速度控制在10-20m/min，通井到距设计位置100m 时，钻具下放速度不得超过5-10m/min。
3。
3 通井中途若遇阻、卡，悬重下降不能超过10-20KN,平稳活动管柱,严禁猛顿、猛放及硬压，使通井规慢慢通过，钻具上下活动无阻卡时，继续向下通井;若上提下放活动无效，应起出通井规进行检查，认真分析原因及时汇报，以便制定下步措施。
3。
4 资料录取:通井规外径、长度、通井深度、通井过程遇阻、遇卡深度及有关数据、调整后洗井钻具位置。
4、洗井及试压4。
1 通井合格后按标准安装好井口。
4。
2 准备井筒容积2。
5倍的洗井液，并按设计射孔液配方准备足量的添加剂。
4。
3 采用正循环洗井,要求排量大于600L/min，连续循环1.5周以上,洗至合格。
4.4 井筒正替优质射孔液，射孔液配方：按照“施工液体设计”执行;4.5 洗井合格后，对井筒和井口按标准进行试压，要求打压60MPa，历时30min压力下降≤0。
7MPa为合格.4.6 对防喷器、防喷井口进行试压,要求打压25MPa—45MPa-60MPa，不刺不漏，历时30min压力下降≤0。
第2章 井下各种压力的概念及其相互关系
第二章 井下各种压力的概念及其相互关系一 压力压力是井控工作中最主要的概念之一。
正确理解井下各种压力的概念及其相互关系对于掌握井控技术和防止井喷是非常重要的。
1、压力的定义压力也称压强，是指物体单位面积上所受的垂直力。
2、压力的数学表达式SF P 式中：P —压力，N/m 2F —作用于面积S 上的垂直力，NS —面积，m 23、压力的单位及换算压力的国际标准制单位是帕斯卡，简称帕，符号是Pa 。
1帕就是1 m 2面积上受到1N 的垂直力时形成的压力，即 1Pa = 1 N/m 2压力的单位帕是一个相对较小的单位。
为了现场应用的方便，常使用千帕(KPa)和兆帕(MPa)两个单位，即1 MPa=1000 KPa=106 Pa与过去常用的工程大气压(kgf/cm 2)的换算关系是1 MPa= 10.194 kgf/cm2 1 kgf/cm 2= 98.067 KPa粗略计算时，可认为1 kgf/cm 2 = 100 KPa = 0.1MPa另外，压力的国际工程单位是巴(bar)，1bar=1.01972kgf/cm 2 英制中，压力的单位是psi 。
1psi 即1平方英寸面积上受到1磅的垂直力。
与兆帕的换算关系是 1000psi= 6.895MPa二静液压力1、静液压力的定义静液压力是由静止液体的重力产生的压力。
其大小取决于液体的密度和液体的垂直高度，与液体的断面形状无关。
2、静液压力的计算P=ρgH式中：P--静液压力，MPaρ--液体密度，g/cm3g--重力加速度，0.00981H--液柱的垂直高度，m在陆上钻井作业中，H为井眼的垂直深度，起始点自转盘面算起，液体的密度为钻井液的密度。
例1 某井钻至井深2000米处，所用钻井液密度为1.2 g/cm3,求井底处的静液压力。
解：P=ρgH = 1.2×0.00981×2000 = 23.5 MPa三地层压力1、地层压力的定义地层压力是指地下岩石孔隙内流体的压力，也称孔隙压力。
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，
水力压裂设计PPT课件
Khristianovich、
Geertsma、Deklerk
L(t)
Daneshy
2 假设条件
(1)岩石为均质各向同性。
(2)岩石变形服从线弹性应力应变关系。 (3)流体在缝内作一维层流流动, 缝高方向
裂缝呈矩形。 (4)缝中X方向压降由摩阻产生, 不考虑动
能和势能影响。 (5)裂缝高度和施工排量恒定。
清孔液、前垫液、预前置液）
对压裂液的性能要求
(1) 与地层岩石和地下流体的配伍性； (2) 有效地悬浮和输送支撑剂到裂缝深部； (3) 滤失少 ； (4) 低摩阻 ； (5) 低残渣、易返排 ； (6) 热稳定性和抗剪切稳定性 。
压裂液对储层的伤害
✓压裂液在地层中滞留产生液堵 ✓地层粘土矿物水化膨胀和分散运移产生
浮 力阻 颗粒 力 重力
概念
— 自由沉降 — 干扰沉降
受力分析
— 固体颗粒的重力 — 流体对固体颗粒的浮力 — 颗粒的运动阻力
浮 力阻 颗粒 力 重力
重力 浮力 阻力
Fg
6
d
3 P
P
g
Fb
6
d
3 P
f
g
Fd
CD
1 2
f
U
2 P
A
CD
8
f
d
P2U
2 P
F=Fg-Fb 当F＝Fd时
UP
[ 4d p (P f 3CD f
— 颗粒的表面是粗糙的； — 颗粒的形状是不对称的 不规则颗粒的沉降速度小于球形颗粒的沉降速度
支撑剂在幂律液体中的沉降
用视粘度a代替
a KD n1
UP
d
2 P
(
P
第二章井下各种压力的概念
在井下作业中，井内液柱压力的下限要与地层 压力相平衡，即不污染油气层，又能保证井控安 全。而其上限则不应超过地层的破裂压力，以避 免压裂地层造成井漏。尤其是地层压力差别较大 的裸眼井段，如措施不当会造成先漏后喷的问题。 破裂压力是制定施工措施、确定最大关井套压的 重要依据。
19 江苏油田井控技术培训学校
压力的表示方法
我国石油作业现场有4种压力的表示方法。
1.用压力单位表示：
这是一种直接表示法，如100 kPa、10 MPa。
2.用压力梯度表示：
压力梯度是指单位深度或高度地层压力的变化量， 即单位井深压力的变化值。计算公式为： G＝p/H＝10-3ρg＝0.009 81ρ （2-2）
1 江苏油田安全培训中心
井下各种压力的概念
静液压力，地层压力，上覆岩层压力，地层破裂 压力，井底压力，压差，压力损失，激动压力和 抽吸压力。
压力的表示方法
2 江苏油田井控技术培训学校
静液压力
静液压力是由静止液体重力产生的压力。
3 江苏油田井控技术培训学校
如图2-1所示。静液压力是液柱密度 和垂直高度的函数，其大小取决于 液柱密度和垂直高度。 ph＝10-3gH ＝0.009 8H （2-1） 式中 ph——静液压力，MPa； g——重力加速度，9.81 m/s2； ——液体密度，g/cm3； H——液柱的垂直高度，m。
4 江苏油田井控技术培训学校
例2-1：如图2-1所示，井内井液的密度为1.20 g/cm3，地层水的密度为1.07 g/cm3，求3 000 m 处的静液压力及地层孔隙内流体的压力。
解：井液静液压力： pm＝10-3gH＝10-3×1.20×9.81×3 000＝35.316 （MPa） 地层孔隙内流体的压力： pp＝10-3gH＝10-3×1.07×9.81×3 000＝31.49（MPa）
井眼内压力及相互关系
井眼内压力及相互关系一、钻井液静液压力1、定义：由静止钻井液自身质量所产生的压力。
2、计算公式：钻井液静液压力=9.8×钻井液密度×液柱的垂直高度。
从公式中可以看出，静液压力的大小，只和液体的密度、液柱的垂直高度有关，和截面形状无关。
二、压力梯度1、定义：每增加单位垂直深度（或高度）压力的增加值称为压力梯度。
2、表达式：压力梯度=压力÷高度=液体密度×9.8三、地层压力1、定义：指岩石孔隙中流体所具的压力。
2、地层压力的分类（1）正常地层压力：指从地表到地下该地层处的静液压力。
（9.8----10.486千帕/米）（2）异常高压：指地层压力梯度高于正常压力梯度时。
称为异常高压。
（3）异常低压：指压力梯度低于正常压力梯度称异常低压。
3、地层压力的表示方法（1）用压力的具体数值表示。
（2）用地层压力梯度表示。
（3）用等效钻井液密度表示。
（4）用压力系数表示。
即：某点地层压力与该深度淡水柱的静液压力之比。
四、地层破裂压力1、定义：是指地层抵抗水力压裂的能力，换句话说：指某一深度地层发生破裂或裂缝时所能承受的压力。
2、地层破裂压力梯度：指每增加单位垂深度（或高度）地层破裂压力的增加值称为地层破裂压力梯度3、计算公式地层破裂压力梯度=地层破裂压力÷垂直深度=9.8×地层破裂压力当量钻井液密度。
4、地层破裂压力实验操作步骤钻完水泥塞，再钻进（第一个沙层）3米左右，上提钻具，用地面防喷器关井，小排量(0.8---1.32升/秒)向井内缓慢注如钻井液(最好用水泥车)记录不同时间的泵入量和井口压力，开始泵入量和压力呈直线关系,当偏离直线的点即为该地层的破裂压力对应的井口压力。
即套管鞋处最大允许关井套压五、波动压力1、抽吸压力指钻柱向上运动时井内钻井液向下流动使井底压力减小的压力叫抽吸压力。
2、激动压力指钻柱向下运动时，井内钻井液向上流动时，使井底压力增加的压力。
第6章 水力压裂技术(20130325)
①预测不同裂缝长度和导流能力下的产量，并 绘制产量与缝长和无因次导流能力关系曲线
②根据产量要求，优选裂缝参数 ③选择支撑剂类型 ④确定尾随支撑剂体积和尾随比 ⑤根据地层条件选择压裂液
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水力压裂施工现场
水力压裂施工现场
水力压裂施工现场
水力压裂施工现场
地面砂比：
支撑剂体积与压裂液体积之比。
在忽略裂缝内流动阻力的情况下，可以认为裂缝内的 FRCD从缝端到井底是线性增加的，因而要求砂浓度呈线性 增加。
全悬浮型支撑剂分布特点：
适合于低渗透率地层，不需要很高的填砂裂缝导流能 力就能有很好的增产效果；支撑面积很大，能最大限度地 将压开的面积全部支撑起来。
FRCD＝Wf˙Kf＝（KW）f
裂缝参数：Lf，FRCD，是最关键的因素； 最大缝宽： Wmax， Wf
4 Wmax
动态缝宽：施工过程中的裂缝宽度；～10mm 支撑缝宽：裂缝闭合后的宽度 W支；3～5mm。
一、支撑剂的要求 1.粒径均匀；
2.强度大，破碎率小； 3.圆度和球度高；
4.密度小； 5.杂质少。
(一)全悬浮型支撑剂分布 高粘压裂液：
压裂液粘度足以把支撑剂完全悬浮起来，在整个施 工过程中没有支撑剂的沉降，停泵后支撑剂充满整个裂 缝内，因而携砂液到达的位置就是支撑裂缝的位置。
裂缝闭合后的砂浓度(铺砂浓度)：
是指单位体积裂缝内所含支撑剂的质量。 裂缝内的砂浓度(裂缝内砂比)：
指单位裂缝面积上所铺的支撑剂的质量。
3.水力压裂增产增注原理
（1）降低井底附近地层渗流阻力。
（2）改变了流动形态，由径向流→双线性流（地
层线性流向裂缝，裂缝内流体线性流入井筒）。
4.水力压裂过程
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（ ８ ）
式 中： Ｐ为流 体密 度 ， ｋ ｇ ／ ｍ ； ｒ ｔ 为 孔 眼数 ； ｄ为： ｆ Ｌ ｌ ￣ 直径 ， ｍ； ｃ为孔 眼 流量 系数 ； Ｄ Ｅ Ｎ 为孔 密 ，Ｔ Ｌ ／ ｍ； ｈ为施 工 层 段有 效 打 开 厚 度 ， ｍ； ｐ ｌ 为基液密度 ， ｋ ｇ ／ ｍ ３ ； ｐ 为 支 撑 剂 体 积 密度 ， ｋ ｇ ／ ｍ 为支撑 剂视 密 度 ， ｋ ｇ ／ ｍ ； ｃ 为砂 比。 压裂施 工过 程 中 ．前 置液施 工结 束 后进 行携 砂 液 作业时， 砂 子对 ： ｆ Ｌ ｌ ￣的磨 蚀使 孔径 变 大 ， 孔 眼流 量系 数
在孔 眼处起 裂 ，流体 将通过 套 管外窄 小 的环空 进 入裂 缝， 并 且该 通道 与裂 缝主体 相连 处形 成尖 点 ， 严 重 阻碍 流体 与支 撑剂进 入 。 ３ ） 多 裂缝 现象 。 在斜 井与 长井 段压 裂过 程 中 ， 产生 许 多平 行 的 、 相互 竞 争 的裂 缝 ， 因为 这
（ ７ ）
静 水 压力 ， ＭＰ ａ ； Ａ ｓ ， ａ ｓ ， △ ｐ 分别 为井 筒 摩 阻 、 射
孔孔 眼摩 阻和近井 弯 曲摩 阻 ， ＭＰ ａ 。 ２ ． １ 井筒摩 阻 Ｌ ｏ ｒ ｄ等 利 用 前 人 的 实 验 资 料 建 立 了 溶 胶 及 混 砂
盟
ｌ ＋ 盟
不 能通 过这些 裂缝 ， 导致 只进 液不进 砂 的情 况 ， 给正 常 施 工带来 危 害 。因此 ， 在 压裂 施工 过程 中 ， 准 确 计算井 底 压力对 于压 裂裂 缝扩 展模 拟 、压 后产 能评 价 乃至施
式 中： Ｇ， 尸分 别 为 ＨＰ Ｇ稠 化 剂 和支 撑 剂 的质 量 浓 度 ，
ｋ ｇ ／ ｍ ； 为 管 柱 内压 裂 液 平 均 流 速 ， ｍ／ ｓ ； Ｑ 为 注 入 排
量， ｍ３ ／ ｍｉ ｎ ； Ｄ 为油管 内径 ， ｍ ｌ Ｔ ｌ 。 将式（ ４ ） 代 入式 （ ３ ） 得：
ｌ ｎ １ ２． ３８ － Ｄ ×１ ． １ ５ ４×ｌ ０－ － ４
程 中混 砂液 管线 摩 阻 （ 即井筒摩 阻 ） 。 ２ ． ２ 射 孔孔 眼摩 阻 射： ｆ Ｌ ： ｆ Ｌ 眼摩 阻 的计算 公 式为
０ ． ０ ０ ０ ２＠ ａ ｐ ｐ ｅ ｆ一 － 一 ２ ４
１ ０ 儿 ｄ ０
工 成功 完成具 有重 要意 义 。
２ 井 底 压 力 计 算 方 法
液摩 阻 的计算 方法 ｌ ｌ ３ ］ 。 由于铰链 ＨＰ Ｇ 和 ＨＰ Ｇ 溶胶 的
摩阻 差别 不大 ，因而 Ｌ ｏ ｒ ｄ等 采用 ＨＰ Ｇ溶 胶 的 数据 提 出 了降阻 比 的概念 ：
ｐ 。 分别 为溶 胶 或混砂 溶 胶 、 清水 的摩 阻 ， 式中： ａ ｐ 。 ａ
．
，
随之 增加 。孔 径 和： ｆ Ｌ ｌ ￣ 流 量系 数对 射： ｆ Ｌ ： ｆ Ｌ ｌ ￣ 摩 阻均 有
－ － －
＝
一
等× ２ Ｉ ８ ３ ８ × ｌ ０ ～ 一
一
０ ． １ ６ ３ ９ １ ｎ ｆ ８ ． ３ ４ ７ Ｇ） 一 ｅ
× ２ ． ３ ３ ６ Ｘ １ ０’ Ｐ
（ ５ ）
通 过式 （ ５ ） 可 以求 出降 阻 比 ， 然 后根 据 工程 流 体力
学 相关 理论 方法 ， 求 出管 线清水 摩 阻 ， 进 而 求 出压 裂过
度 井压 裂过程 中 ， 随着裂 缝缝 高 的增 加 ， 起裂 点 附近 常
壁上 的流 动液 体为 层流 状态 下 的黏 弹性 液体 ，此处 的 雷诺数 较低 ， 固体颗 粒浓 度 也较低 ； 而流 动 中心 的颗 粒 浓 度 和雷诺 数较 高 ， 形成 高浓 度 的流 核 。因此 ， 将 经 验
第２ Ｏ卷 第 ３期
李 达， 等． 压 裂 施 工 过 程 中 的井 底 压 力 计 算
射孑 Ｌ 孑 Ｌ 眼摩 阻主 要 由射 孔数 量不 足 、孔 眼清 洁差
现象 ， 即在 流 动过 程 中 ， 因 固体 颗 粒脱 离 了管 壁 ． 在 管
或 堵塞 严重 等 因素造成 。导 致近井 弯 曲摩 阻 的原 因主 要有 ： １ ） 井斜 方位 与远 场裂缝 延伸 方 向不一 致 。 在大 斜
Hale Waihona Puke 公 式修 正为 Ｉ ｎ １
ｏｒ
：
出现裂缝 拐弯 ， 从而 产生 裂缝 弯 曲现 象 。 ２ ） 射孔方 位 与
远场 裂缝 面不一 致 。 如 果二 者夹角很 大 ， 导致 裂缝 不会
２ ． ３ ８ 一 ：
— ０ ． ６ ０ １ ７ 一 ０ ． １ ６ ３ ９ ｌ ｎ（ ８ ． ３ ４ ７ Ｇ） 一
些裂缝 不 能满足 支撑 剂进入 的最 低要 求 ，所 以支撑 剂
无法通 过这 些裂缝 。
下
ｅ
× ２ ． ３ ３ ６ ×１ ０ ～Ｐ
（ ３ ）
其中
．
： × ２ ． １ ２ × １ ０ ４
Ｄ
（ ４ ）
在 压裂 过程 中 。压 裂液 与支 撑剂 由井筒 进 入 主裂 缝前 ， 通 常存 在近 井摩 阻 。 在 斜井 或射 孔不 当井 的压 裂 施工中， 存在 较高 的近井 摩 阻 ｓ 。 。较 高 的近井 摩 阻导 致 较高 的静 压力 ， 限制 近井 筒缝宽 ， 增加 意外 脱 砂 的可 能性 ．致使 裂缝长 度 、导流 能力等 参数 达不 到 预期 要 求： 同时 ， 在 近井 简地 带 经 常 出现 多 裂缝 现 象 ， 支 撑 剂
针 对压 裂施工 过程 的特 点 ，建 立井 Ｉ ＝ Ｉ 压 力 折算 井 底 压力模 型 ：
（ ６ ）
ｐ ｗ ｆ ＝ ｈ 十 ｐ ｈ 一 △ Ｐ ｂ — ａ ｐ ｒ ｆ 一 Ｐ
（ １ ）
其中
ｎ ＝ Ｄ Ｅ Ｎｈ
Ｊ ９ ：
式 中： Ｐ ， Ｐ ， Ｐ 分 别 为井底 压力 、井 口压力 和压 裂 液