文档介绍：第六章水力压裂技术
水力压裂(hydraulic fracturing)
一种油气井增产、注水井增注的重要技术措施
依靠水力能量憋压,将地层压开一条或多条水平或垂直裂缝,然后用支撑剂(砾石)支撑裂缝,形成高导流能力通道,达到增产增注目的
采油工程原理与设计
水力压裂过程
1 憋压:使用高压泵组,将高粘携砂液,以远高于地层吸收能力的排量泵入地层
2 造缝(fracture initiation)当压力高于地层抗张强度后,裂缝张开
3 加砂:裂缝张开,在携砂液中加入砾石支撑剂,进入裂缝
4 裂缝扩展(Fracture extension) 继续泵注砂浆,裂缝延伸扩展并被支撑剂充填
5 裂缝闭合(Fracture close)停泵卸压,裂缝闭合在支撑剂上,形成高导流填砂裂缝
6 下泵投产(Put into production)
水力压裂技术
压裂增产增注机理
改变渗流状态:径向流▬►双线性流
地层向井筒的径向节流变为向裂缝壁面的近似单向流动,渗流面积增大,降低能量消耗
高导流能力的填砂裂缝
降低流体渗流阻力,高渗透性的填砂裂缝的流动阻力很小
水力压裂技术
主要内容
造缝(Fracture Initiation)机理
应力状况、裂缝形成条件
压裂液(Frac fluid)
类型、滤失性、流变性
支撑剂(Proppant)
性能要求、类型、在裂缝的分布特性、选择
压裂设计
裂缝参数计算、压裂效果评价
水力压裂技术
裂缝形成条件、形态(垂直或水平)、方位等对增产增注效果有较大影响
确定合理井网、设计裂缝几何参数、提高开采速度和最终采收率、防止过早水窜
造缝条件、裂缝形态方位取决于井底附近的应力分布、岩石力学性质、压裂液的滤失性、注入方式等
第一节造缝机理
典型的压裂曲线
破裂压力PF
延伸压力PE
地层压力PS
井底压力高于地层破裂压力PF后,地层破裂裂缝张开,然后在较低的裂缝延伸压力PE下,裂缝向前扩展,等泵卸压后,压力恢复到地层压力PS
对于微裂缝发育或高渗透性地层,压裂过程中无明显的岩石破裂现象
第一节造缝机理
钻孔后地层应力:井为柱坐标纵轴
垂向主应力(Vertical stress)
径向应力(Radial stress)
切/周向应力(Tangential stress)
钻井后的地层应力
第一节造缝机理
地层钻孔后,造成地层应力集中,改变了地层应力分布状况,地层应力不能再简单地用三个主应力表示
地层应力关系
原始地层应力:垂向应力σz、最大水平主应力σx (σhmax )
最小水平主应力σy (σhmin )
原始地层应力经过简单计算便可得到,作为其它应力计算的基础数据
钻井后柱坐标下各应力与原始地层主应力的关系
原始地
层应力
第一节造缝机理
柱坐标:垂向
径向、切向
1 垂向主应力σz
垂向应力由上覆岩层重力引起
随深度和岩石密度发生变化
有效垂向主应力
等于原始垂直主应力减去孔隙压力
孔隙压力:油藏压力或流体压力
原始地层主应力计算
A. 密度取平均值或常数
B. 密度为深度(z)的函数
C. 密度分段取平均值
密度测井资料
第一节造缝机理