水力压裂力学-1.ppt

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1、个人简历2011.8水力压裂力学单文文（教授级高级工程师）水力压裂力学1绪论2岩石力学3流体力学与流变学4水力压裂模拟5压裂液与支撑剂6水力压裂设计7水力裂缝测试技术一、绪论1水力压裂是一项永远的增产技术2水力压裂过程：泵注具有一定粘性的压裂液，在井筒附近的储层内形成高压，劈开地层形成裂缝并使之延伸；继续注入混有支撑剂的携砂液，支撑剂运移到裂缝前端；施工结束后，压裂液化学破胶，成低粘状态，返排到地面；地层中留下了一条由支撑剂的高导流能力的裂缝通道。3水力压裂过程亚裂施工现场一、绪论3水力压裂发展：有60多年的发展历史，大致分为三个阶段①20世纪40年代末到

2、60年代中期水力压裂作为油井增产技术逐步得到发展，研究压裂工艺和改进压裂材料的质量及开发化学剂。②20世纪70年代到80年代末发展了大型水力压裂技术，开发了压裂酸化设计的各种数学模型，提出了压裂力学的概念，压裂力学分析技术得到了进一步发展，压裂设备的发展。③20世纪90年代至21世纪初水力压裂方案优化设计，材料研制，实时监测设备，计算机控制得到了进一步完善和发展。6一、绪论4水力压裂力学是对压裂工程中涉及到的一系列力学行为的描述。水力压裂力学涉及流体力学（包括渗流力学）、固体力学、断裂力学和热力学。流体力学描述单相、两相或三相流体在裂缝中的流动（包括在多孔

3、介质中的渗流力学）；固体力学描述由于流体压力变化引起的岩石变形或开裂；断裂力学描述水力裂缝端部附近发生的破坏及裂缝延伸；热力学描述压裂流体与地层间的热交换。7一、绪论5压裂工程与油藏工程的关系油藏研究是水力压裂改造能否取得经济效果的重要基础。主要包括：储层的构造和建筑格架（储集体的构造条件）；储层物性的空间分布；储层内流体分布及其性质。水力压裂是改造低渗、特低渗油气藏的重要手段根据储层特点进行有针对性的压裂酸化设计与实施。8截至2009年底，中石油累计探明石油地质储量中低渗透储量占40.6%，探明天然气地质储量中低渗透储量占78.3%近年新增石油储量中73

4、%、新增天然气储量83%为低渗透年天然气新增探明储量变化情况年原油新增探明储量变化情况水力压裂力学1绪论2岩石力学3流体力学与流变学4水力压裂模拟5压裂液与支撑剂6水力压裂设计7水力裂缝测试技术二、岩石力学1基本概念①应力：作用在单位面积上的力，当面积无限趋于零时的极限，成为作用在某点的应力，应力单位是N/㎡，简称为Pa（帕）。yxzσyyσxxσzz11二、岩石力学②应变：如果l是两点之间的原长，变形后新的长度为l+Δl，则应变定义为：③线弹性：对线弹性的材料，应力与应变关系是线性的：E成为弹性模量。12二、岩石力学2与压裂力学有关的几个力学概念①地应力

5、：地壳或岩石圈中存在的应力，包括由上覆岩体重力引起的应力和构造运动引起的应力两部分。它决定了外力压裂裂缝的基本形态：水平裂缝或垂直裂缝。②地层压力（孔隙压力）：地层岩石孔隙所含流体承受的压力，在油气藏开发过程中孔隙压力是变化的。13二、岩石力学③有效应力：作用在岩石骨架（颗粒）上的力。④地层破裂压力⑤裂缝闭合压力（闭合应力）：开始张开一条已存在的裂缝所需流体压力。⑥裂缝延伸压力⑦瞬时停泵压力⑧净压力⑨摩擦力：井筒摩阻，孔眼摩阻，裂缝内摩阻。14一般地层岩石含有孔隙，孔隙中含有流体，流体承受的压力称为孔隙压力。（石油工程中称为地层压力）在油气藏开发过程中，孔

6、隙压力是变化的。2.地层压力（孔隙压力）岩石力学性质及其对压裂工程的影响3.有效应力σ’：有效应力，作用在岩石骨架（颗粒）上的力σ：地应力（总应力）Pp:孔隙压力（地层压力）α:孔隙弹性系数，表征孔隙压力对总应力的反作用程度。岩石力学性质及其对压裂工程的影响4.地层破裂压力使地层产生张性裂缝的压力如果不考虑液体滤失如果考虑液体滤失σ2：水平最小主应力σ1：水平最大主应力Pp：地层压力γ：泊松比T：岩石抗张强度岩石力学性质及其对压裂工程的影响5.裂缝闭合压力（闭合应力）：开始张开一条已存在的裂缝所需流体压力这压力和岩层中垂直于裂缝面的应力大小相等，方向相反。

7、这应力就是地应力的最小主应力，常常称之为闭合应力6.裂缝延伸压力是指延伸一条存在着裂缝所需要的压力岩石力学性质及其对压裂工程的影响7.瞬时停泵压力（ISIP）：是指水力压裂停泵时刻的压力8.净压力是指水力裂缝内流体压力高于闭合压力的部分即Pn=Pf-PcPn：净压力，Pf：裂缝内净压力，Pc：闭合压力9.摩擦力井筒摩阻，孔眼摩阻，裂缝内摩阻岩石力学性质及其对压裂工程的影响二、岩石力学3地应力场：地应力是深度、岩性、孔隙压力、结构以及构造形式的函数，包含了地应力大小与地应力方向。①垂向应力②水平应力ρ：岩石密度；γ：泊松比；p：孔隙压力；α：孔隙弹性系数20

8、二、岩石力学③地应力测试技术a.长源距声波测井方法利用长源距声波测