水力压裂原理周六.ppt

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1、水力压裂原理（HydraulicFracturingprinciple）(1)在钻井、固井和完井过程中。一些外来液体和固体颗粒进入井壁附近地层中，形成难以渗透的表皮(Skin)；(2)油气层渗透性很差，油气难以流出。水力压裂作用(2)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(1)勘探阶段增加工业可采储量用高压泵组将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排液量注入井中，在井底憋起高压，使地层产生裂缝。然后继续将带有支撑剂的压裂液注入缝中，停泵后即可在地层中形成足够长度、一定宽度和高度的填砂

2、裂缝。它具有很高的渗透能力，大大改善了油气层的渗透能力，使油气畅通流入井中，可起到增产的作用。压裂作业垂直裂缝示意图压裂施工曲线第一节造缝机理a—致密岩石b—微缝高渗岩石压力时间地层压力ba破裂压力延伸压力图典型的施工压力曲线应力状态：主应力:x，y，z;应变:x，y，z(1)重力应力1、地应力分析—孔隙弹性常数由广义虎克定律计算总应变由于泊松效应，垂向负荷产生的侧向压力(2)构造应力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

3、平应力可大到z的3倍。(3)热应力2、人工裂缝方位裂缝方向总是垂直于最小主应力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。根据最小主应力（x，y，z）原理—当z最小时，形成水平裂缝;—当Y或x最小时，形成垂直裂缝。zxyyxzy3、井筒处应力分布rxrrwxy应力集中，PF>PE（1）井筒处应力分布当r=rw，＝0及180时，＝3y－x当r=rw，＝90及270时，＝3x－y当

4、x=y＝2y=2x说明周向应力相等，与无关当x>y()0,180=()min()90，270=()max分析随r增加，迅速降低(平方次)应力集中PF>PE（2）向井筒注液产生的应力分布当re，Pe=0于是r=rw时，＝-Pi弹性力学拉梅公式(拉应力为负)(3)压裂液渗入地层引起的井壁应力(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4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

5、于水平方向抗拉强度有液体渗滤无液体渗滤(2)形成水平缝岩石破坏条件－最大有效周向应力大于垂直方向抗拉强度有液体渗滤无液体渗滤1.940.945、破裂压力梯度定义：理论计算和矿场统计当αF<0.015～0.018MPa/m,形成垂直裂缝当αF>0.022～0.025MPa/m,形成水平裂缝第二节、压裂液压裂液是一个总称。在压裂过程中，注入井内的压裂液在不同施工阶段有各自的任务，可以分为：前置液携砂液顶替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

6、)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。1、压裂液类型水基压裂液油基压裂液乳化压裂液泡沫压裂液酸基压裂液液化汽压裂液(1)水基压裂液活性水压裂液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交联液水基压裂液添加剂:稠化剂、交联剂、破胶剂。(1)稠化剂植物胶及衍生物—胍胶—田箐纤维素衍生物—羧甲基纤维素钠盐（CMC）—羟乙基纤维素（HEC）—羧甲基羟乙基纤维素（CMHEC）生物聚多糖工业合成聚合物—聚

7、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、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—8,最佳pH=5氧化破胶剂适用于pH=3—14。普通氧化破胶剂适用温度54—93℃；延迟活化氧化破胶剂适用温度83—116℃，常用氧化破胶剂是过硫酸盐。

8、有机弱酸很少用作水基压裂液的破胶剂,适用温度大于93油基压裂液中典型的破胶剂碳酸铵盐、氧化钙和/或氨水溶液(2)油基压裂液适应性:水敏性地层、有些气层发展:矿场原油稠化油冻胶油基液:原油、汽油、柴油、煤油、凝析油稠化剂:脂肪酸皂(脂肪酸铝皂、磷酸脂铝盐等)特点:污染小、遇地层水自动破乳；易燃、成本高、热稳定性较差。(3)乳化压裂液常用：两份油+一份稠化水(聚合物)油相(内相)<50%，压裂液粘度太低>80%，不稳定或粘度太高类型：水外相型油外相型