《水力压裂设计》ppt课件

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1、水力压裂设计HydraulicFracturing背景垂直井单相油流产量公式对具体井，地层条件(ko,h)、流体性质(o,Bo)和井特性(re,rw)已经确定。提高产量的措施:注水保持地层压力;人工举升降低井底流动压力;对于低渗透储层：水力压裂第一节水力压裂概述水力压裂示意图压裂材料：压裂液和支撑剂施工参数：排量和压力压裂设备：泵车(组)、液罐、砂车、仪表车力学观点：裂缝形成与延伸是力学行为。生产角度：裂缝方位与形态影响压裂改造效果问题：储层应力环境—地应力场(2)水力裂缝方位(3)破裂压裂计算与预测基本思路：注水井采油井地应力存在于地壳内部的应力，是由

2、于地壳内部的垂直运动和水平运动及其它因素综合作用引起介质内部单位面积上的作用力。地下岩石应力状态：为三向不等压压缩状态.x（x）y(y)z(z)主应力:x，y，z;应变:x，y，z第二节、地应力分析与破裂压力1地应力场原地应力：重力应力构造应力孔隙流体压力热应力地应力构成：原地应力+扰动应力。其中：r(h)为上覆岩层密度，由密度测井曲线获得。(1)重力应力（上覆压力）为Boit孔隙弹性常数。有效垂向应力为由广义虎克定律计算总应变研究对象：地层中任意单元体。由于泊松效应，垂向应力产生的侧向压力(2)构造应力定义：地壳的构造运动引起

3、的岩体之间的相互作用力。是地应力的一个分量。来源：各种构造运动，包括：区域构造—巨大构造单元间的相互作用力；局部构造—产生于局部地区岩体之间。如断层、岩层弯曲等。ABC特点构造应力属于水平的平面应力状态挤压构造力引起挤压构造应力张性构造力引起拉张构造应力构造运动的边界影响使其在传播过程中逐渐衰减。断层和裂缝发育区—正断层，水平应力x可能只有垂向应力z的1/3。右旋走向滑动断层正断层逆断层—逆断层或褶皱带的水平应力可大到z的3倍。(3)热应力原因：地层温度变化引起的内应力增量。计算方法特点：与温度变化、岩石力学性质有关产生环境：火烧油层、注蒸汽开采、注

4、水2人工裂缝方位原理：裂缝面垂直于最小主应力方向当z最小时，形成水平裂缝；当Y或x>z，形成垂直裂缝。yxxyz显裂缝地层很难出现人工裂缝。微裂缝地层—垂直于最小主应力方向；—基本上沿微裂缝方向发展，把微裂缝串成显裂缝y二、水力压裂造缝机理1井壁最终应力分布rxrRwxy(4)井壁上的总周向应力(应力迭加原理)＝地应力+井筒内压+渗滤引起的周向应力2水力压裂造缝条件(1)形成垂直缝岩石破坏条件－压为正，拉为负－最大有效周向应力大于水平方向抗拉强度有液体渗滤当破裂时，Pi=PF无液体渗滤当破裂时，Pi=PF(2)形成水平缝岩石破坏

5、条件最大有效周向应力大于垂直方向抗拉强度有液体渗滤有效总垂向应力为：当破裂时，Pi=PF1.94无液体渗滤有效总垂向应力为：当破裂时，Pi=PF0.943破裂压力梯度定义理论计算(垂直裂缝形态)矿场统计当αF<0.015～0.018MPa/m,形成垂直裂缝当αF>0.022～0.025MPa/m,形成水平裂缝三、地应力的测量及计算（1）矿场测量—水力压裂法—井眼椭圆法（井壁崩落法）（2）岩心分析（实验室）—滞弹性应变恢复（ASR）—微差应变分析（DSCA）（4）有限元计算（3）测井解释第三节压裂液压裂液及其性能要求压裂液添加剂压裂液的流动性压裂液的滤失性压

6、裂液对储层的伤害压裂液选择压裂液的组成前置液携砂液顶替液（完整的压裂泵注程序中还可以有清孔液、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的伤害压裂液与原油乳化造成的地层伤害润湿性发生反转造成的伤害压裂液残渣对地层造成的损害压裂液对地层的冷却效应造成地层伤害压裂液滤饼和浓缩对地层的伤害压裂液液体污染(1)粘土水化与微粒运移(2)压裂液

7、在孔隙中的滞留（3）润湿性压裂液固相堵塞来源—基液或成胶物质的不溶物—降滤剂或支撑剂中的微粒—压裂液对地层岩石浸泡而脱落下来的微粒—化学反应沉淀物等固相颗粒。作用—形成滤饼后阻止滤液侵入地层更远处，提高了压裂液效率，减少了对地层的伤害；—它又要堵塞地层及裂缝内孔隙和喉道，增强了乳化液的界面膜厚度而难破胶。压裂液浓缩压裂液的不断滤失和裂缝闭合，导致交联聚合物在支撑裂缝内的浓度提高（即浓缩）。支撑剂铺置浓度对压裂液浓缩因子有较大影响，随着铺砂浓度降低，压裂液浓缩因子提高，此时不可能用常规破胶剂用量实现高浓缩压裂液的彻底破胶，形成大量残胶而严重影响支撑裂缝导流能

8、力。第四节水力压裂设计模型裂缝延伸二维模型卡特模型Carter，1