水力压裂讲义ppt课件.ppt

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1、第十三章油水井增产增注措施第一节水力压裂定义：当地面高压泵组将液体以大大超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。增产原理：油气向井的径向流从地层裂缝从裂缝井底作用由径向流变为两个单相流，节约了能耗。连通地层深处解除近井地带污染一、造缝机理在压裂中，了解裂缝的形成条件，裂缝形态及方向对有效地发挥压裂在增产，增注中

2、的作用是极为重要的。但由于地下条件的复杂性，虽然进行了大量的研究，但仍未得到较好的解决。地层中造缝的影响因素井底附近的地应力及其分布岩石力学性质及压裂液的渗滤性质注入方式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)。(1)应力①垂向应力：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H：地层深度；φ：孔隙度；由于油气层中均有一定的孔隙压力pp(即地层压力或流体压力)，部分上覆岩层的压力σz被多孔介

3、质中的流体压力支持。②故有效垂向应力可表示为：③根据广义虎克定律，则可求出岩石的有效水平应力为：=推导：在σxe,σye,σze作用下，单元体在x轴方向上的应变为：因为存在侧向应力的限制，侧向应变为0，令得(2)地质构造对应力的影响受地质构造影响发生很大的变化，各个方向的应力也彼此不等。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。(3)井壁上的应力1)井筒对地应力及其分布的影响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

4、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，圆孔周向的应力分布：A）当r=a且σx=σy=σH时，σφ=2σx=2σy=2σH说明圆孔壁上各点的周向应力相等，与φ值无关。B)当r=a,σx>σy时，随着r的增加，周向应力迅速降低，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。即：2)井眼内

5、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。简化：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re→∞，厚壁筒外边界压力Pe=0时，井壁上r=a处的周向应力:式中——注入时的井底压力。即井筒内压引起的井壁周向应力与内压大小相等，符号相反。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

6、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：岩石骨架压缩系数岩石体积压缩系数其中：4)井壁上的总应力显然在地层破裂前，井壁上(=0°和=180°处)总周向应力：总垂向应力：2.造缝条件为使地层破裂，必须使井底压力高于井壁上的总应力及岩石的抗张强度。(1)形成垂直裂缝条件：如果地层的破裂属于纯张力破坏，那么随井内注入压力的不断增加，当达到或超过井壁附近地层的最小周向应力及岩石水平方向的抗张强度时，在垂直于水平周向应力的方向上产生垂直裂缝，即：其中：即：1）当有滤失时

7、：用代入上式有：2）无滤失时：有垂直裂缝产生于井筒相对应的两点上(=0°和180°)，这就是为什么在理论上假定垂直裂缝以井轴为对称的两条缝的原因。实际上多数情况是不对称的。(2)形成水平裂缝条件：当注入压力达到或超过井壁附近地层的最小垂向应力及岩石的垂向抗张强度时，在垂直于垂向应力的方向上产生水平裂缝，其条件为：1）存在滤失时：2）无滤失时：***有滤失时小于无滤失时的。二、压裂液压裂液是为造缝与携砂使用的液体，是水力压裂的关键组成部分。压裂液是一个总称，根据其在压裂过程中的任务不同可分为

8、前置液、携砂液和顶替液。1）前置液：作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝以备后面的携砂液进入，它还起到一定的降温作用。有时为了提高前置液的工作效率，在一部分前置液中加细砂以堵塞地层中的微隙，减少液体的滤失。2）携砂液：作用是将支撑剂带入裂缝中并将砂子放到预定位置上去。在压裂液的总量中，这部分占的比重较大。有造缝及冷却地层的作用。3）顶替液：作用是打完携砂液后，用于将井筒中全部携砂液替入裂缝中。中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有预防砂卡的作用。对于占总液量绝大多数的前置液及携砂液，必