压裂工艺技术基本理论

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1、压裂工艺技术基本理论谢玲玲水力压裂（HydraulicFracturing)—水力压裂力学—水力压裂材料性能与评价—水力压裂裂缝延伸模拟—支撑剂在裂缝中运移分布—水力压裂效果分析—水力压裂工艺技术—水力压裂诊断评估技术水力压裂概念压裂：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。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

2、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。压裂井场地面布置流程1.作业机；2.油井；3.排污池4.平衡车5.消防车6.压裂车7.拉砂车8.混砂车9.大罐10.仪表车水力压裂作用开发阶段油气井增产水井增注调整层间矛盾改善吸水剖面提高采收率勘探阶段增加工业可采储量，扩大勘探成果；其它方面：井网结构调整三种原因：1、穿透近井地带的伤害，使井恢复其自然产能；2、在地层中延伸有高导流的通道，使产

3、量超过自然水平；3、改变在地层中的液体流动。图6-1压裂施工曲线PF—破裂压力PE—延伸压力PS—地层压力P井底>=PF时压力时间排量不变，提高砂比，压力升高反映了正常的裂缝延伸裂缝闭合压力（静）裂缝延伸压力（静）净裂缝延伸压力管内摩阻地层压力（静）破裂前置液携砂液裂缝闭合加砂停泵baa—致密岩石b—微缝高渗岩石FECS第一节水力压裂造缝机理应力状态：主应力:x，y，z;应变:x，y，z(1)重力应力一、地应力分析1地应力场(2)构造应力特点—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

4、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。在断层和裂缝发育区是应力释放区。—正断层，水平应力x可能只有垂向应力z的1/3，—逆断层或褶皱带的水平应力可大到z的3倍。(3)热应力2人工裂缝方位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；—基本上沿微裂缝的方向发展，把微裂缝串成显裂缝。裂缝方向总是垂直于最小主应力y二、水力压裂造缝机理1井壁最终应力分布rxrRwxy（1）井筒处应力分布（2）向井筒注液产生的应力分布（3）压裂液渗入地层引起的井壁

5、应力（4）井壁上的总周向应力(应力迭加原理)(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根据最小主应力原理—当z最小时，形成水平裂缝;—当Y或x>z，形成垂直裂缝。zxyyxz2水力压裂造缝条件形成垂直缝（有液体渗滤、无液体渗滤）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(2)形成水平缝（有液体渗滤、无液体渗滤）岩石破坏条件－最大有效周向应力大于垂直方向抗拉强度3破裂压力梯度定义理论计算矿场统计当αF<0.015～0.018M

6、Pa/m,形成垂直裂缝当αF>0.022～0.025MPa/m,形成水平裂缝（1）矿场测量—水力压裂法—井眼椭圆法三、地应力的测量及计算（2）实验室分析—滞弹性应变恢复（ASR）—微差应变分析（DSCA）（3）有限元计算第二节压裂液—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；(

7、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。一、压裂液类型水基压裂液油基压裂液乳化压裂液泡沫压裂液液化汽压裂液酸基压裂液1水基压裂液发展活性水压裂液稠化水压裂液水基冻胶压裂液水基冻胶压裂液组成水＋稠化剂（成胶剂）＋添加剂成胶液水＋添加剂＋交联剂交联液水基压裂液种类：植物胶、聚合物、纤维素衍生物生物聚多糖(1)稠化剂植物胶及衍生物—胍胶—田菁、—香豆胶、—槐树豆胶、—魔芋胶、—龙胶稠化剂等纤维素衍生物—羧甲基纤维素钠盐（CMC）—羟乙基纤维素（HEC）—羧甲基羟

8、乙基纤维素（CMHEC）。生物聚多糖工业合成聚合物—聚丙烯酰胺（PAM）—部分水解聚丙酰胺（PHPAM）—甲叉基聚丙烯酰胺（MPAM）(2)交联剂两性金属（非金属）含氧酸盐—硼酸盐、铝酸盐、铬酸盐、锑酸盐和钛酸盐等弱酸强碱盐无机盐类两性金属盐—如硫酸铝、氯化铬、硫酸铜、氯化锆等强酸弱碱盐无机酸脂—如钛酸脂、锆酸脂醛类—甲醛、乙醛、乙二醛等(3)破胶剂生物酶体系适用温度21~54℃，pH值范围pH=3