油水井增产增注措施.doc

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1、第十三章油水井增产增注措施本章要求掌握的内容(12学时)·掌握油水井增产增注措施的基本原理及提高措施效果的途径；·压裂造缝机理及裂缝几何尺寸预测。·压裂液性质、支撑剂性质及分布对压裂效果影响。·水力压裂优化设计方法及压裂工艺选择。·碳酸盐岩地层酸化增产原理及工艺，影响酸化效果的因素及提高酸化效果的途径。·常用酸波及添加剂性能。·砂岩土酸处理原理、影响因素及处理工艺。·高能气体压裂的增产机理及压裂工艺。·物理法增产增注技术的原理、工艺及适应性。　第一节水力压裂水力压裂是油气井增产、水井增注的一项重要技术措施。当地面高压泵组将液体以大大超

2、过地层吸收能力的排量注入井中时，在井底附近蹩起超过井壁附近地层的最小地应力及岩石抗张强度的压力后，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，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具有很高的导流能力，使油气能够畅流入井，从而起到了增产增注的作用。大型水力压裂可以在低渗透油藏内形成深穿透、高导流能力的裂缝，使原来没有工业价值的油气田成为具有一定产能的油气田，其意义已远远超过一口井的增产增注作用。本节主要介绍水力压裂的造缝机理、压裂设计及压裂工艺。一、造缝机理在地层中造缝

3、，井底附近的地应力及其分布、岩石的力学性质、压裂液的渗滤性质及注入方式是控制裂缝几何形态的主要因素。图6-5是压裂施工过程中，井口压力随时间变化的典型曲线。压裂过程中，当井口压力达到值后,地层发生破裂，然后在较低的延伸压力下，裂缝向地层深处延伸。在地层渗透率较高或存在微裂缝的情况下，地层破裂时井底压力并不比延伸压力有明显的升高。这些现象反映了井底附近地层中地应力分布的不同以及岩石在力学性质上的差异。1.地应力及其分布一般情况下，地层中的岩石处于压应力状态。作用在地下某单元体上的力有垂向主应力及水平主应力(其中又分为互相垂直的和)。

4、(1)应力作用在单元体上的垂向应力来自上覆岩层的重量，其数值约为                        (13-1)式中——总垂向应力，Pa;——岩石骨架密度,,一般为2000～3400;------流体密度，；D——地层深度，m；φ——孔隙度。由于油气层中均有一定的孔隙压力(即地层压力或流体压力)，部分上覆岩层的压力被多孔介质中的流体压力支持，故有效垂向应力可表示为=                       (13-2)如果岩石处于弹性状态，根据广义虎克定律假设水平应变为零且，则可求出岩石的有效水平

5、应力与有效垂向应力的关系为=                      (13-3)式中——岩石的波松比。(2)地质构造对应力的影响上述应力之间的关系，受地质构造影响发生很大的变化，不仅是垂向应力与水平应力受构造力的控制，并且水平应力中的两个应力和也彼此不等.如果岩石单元体是各向同性材料，岩石破裂时的裂缝方向总是垂直于最小主应力轴。当已知地层中各应力的大小时，裂缝的形态或裂缝方向即可被确定，如图13-1所示。图13-1裂缝面垂直于最小主应力方向(3)井壁上的应力井壁上的应力主要从下述几方面考虑。1)井筒对地应力及其分布的影

6、响在地层中钻井以后，破坏了原始应力的平衡状态，使得井壁上及其周围地层中的应力分布发生变化。为了简化，将地层中的三维应力问题用二维方法来处理，并近似地直接采用弹性力学中双向受力的无限大平板中钻有一个圆孔时的应力计算公式来分析井壁应力，如图13-2所示。根据弹性力学中周向应力的计算式得圆孔周向的应力分布                      (13-4)当r=a，且==时，=2=2=2说明圆孔壁上各点的周向应力相等，与φ值无关。当r=a，且＞时，式中()，()——最大、最小周向应力。随着r的增加，周向应力迅速降

7、低，如图13-2(b)所示。大约在几个圆孔直径之外，即降为原地应力值，孔壁上的应力比远处的大得多，这就是在压裂中地层破裂压力大于延伸压力的一个重要原因。2)井眼内压所引起的井壁应力压裂过程中，向井筒内注入高压液体，使井内压力很快升高，井筒内压必然产生井壁上的周向应力。若把井筒周围的岩石看作是一个具有无限壁厚的厚壁圆筒，假设材料是弹性的，根据弹性力学中的拉梅公式(拉应力取负号),当厚壁筒外边界半径→∞，厚壁筒外边界压力=0时，井壁上r=a处的周向应力                      (13-5)式中——注入时的井底压力。

8、3)压裂液径向渗入地层所引起的井壁应力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，形成了一个附加应力区，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