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壓裂施工質(zhì)量控制 川慶鉆探工程有限公司工程技術研究院2009年6月 一 壓裂機理概述二 壓裂設備及管柱三 壓裂液與支撐劑四 壓裂施工設計內(nèi)容五 壓前準備六 壓裂施工過程控制七 壓后管理要點八 常見壓裂工藝及質(zhì)量控制要點 一 壓裂機理概述 1 地應力對壓裂裂縫形態(tài)的影響 z x y 垂直縫 x y z水平縫 2 地層巖石破裂機理 當外力P min T時 地層巖石產(chǎn)生破裂 min 巖石最小主應力大小 MPaT 巖石擴張強度 MPa對垂直縫而言 由于儲層縱向砂 泥巖同向地應力大小存在一定差異 當純泥巖層達到一定厚度時 壓裂裂縫被限定在砂巖層內(nèi)延伸 砂 泥 一 壓裂機理概述 185井綜合柱狀地應力剖面 水平縫中流體流動示意圖 不同流體啟動壓力梯度對比圖 垂直縫中流體流動示意圖 3 壓裂增產(chǎn)機理 研究表明 儲層滲透率越低 儲層流體流動范圍越小 流體需要更高的流動壓差才能參與流動 壓裂裂縫的存在可以使更大范圍的儲層流體參與流動 一 壓裂機理概述 在地層中形成一定長度的高導流能力人工裂縫是提高特低滲透油田單井產(chǎn)量的關鍵 需要的的材料及設備1 高壓泵車 壓裂車2 高粘液體 壓裂液3 支撐劑4 混砂車等其它配套 一 壓裂機理概述 水力壓裂是利用地面高壓泵組 將壓裂液在超過儲層吸收能力的排量下泵入井中 在井底憋起高壓 當井底附近憋起的高壓超過井壁附近的地應力及巖石的抗張強度時 將使井底附近地層巖石產(chǎn)生破裂而形成裂縫 再將帶有支撐劑的攜砂液繼續(xù)擠入裂縫中 確保壓裂裂縫繼續(xù)延伸并將支撐劑充填在壓裂裂縫內(nèi) 壓裂結束后 壓裂裂縫由于支撐劑充填于其中內(nèi)而無法完全閉合 從而在井底附近地層內(nèi)形成具有一定幾何尺寸和導流能力的填砂裂縫 達到油井增產(chǎn)目的 水力壓裂原理 水力壓裂的工藝過程 憋壓 造逢 裂縫延伸 充填支撐劑 裂縫閉合 一 壓裂機理概述 造縫條件及裂縫的形態(tài) 方位等與井底附近地層的地應力及其分布 巖石的力學性質(zhì) 壓裂液的滲濾性質(zhì)及注入方式有密切關系 圖6 1壓裂過程井底壓力變化曲線a 致密巖石b 微縫高滲巖石 破裂壓力 延伸壓力 地層壓力 一 壓裂機理概述 二 壓裂設備及管柱 由于壓裂施工全過程中壓裂車 地面管線 井口和井內(nèi)管柱一直承受高壓 出于安全考慮 所采用壓裂施工設備 地面管線 井口和井內(nèi)管柱必須達到一定的技術指標方可上井施工 一 壓裂設備及主要功能 壓裂車是壓裂的主要動力設備 它的作用是給壓裂液加壓 并大排量的注向地層 壓開地層 并將支撐劑注入裂縫 主要由運載汽車 驅泵動力 傳動裝置 壓裂泵四部分組成 1 壓裂車 YLC 1050型壓裂車作業(yè)參數(shù)表 W 1500型壓裂車作業(yè)參數(shù)表 二 壓裂設備及管柱 壓裂施工過程中 壓裂車一般不允許在高擋位運行 以免機械故障 影響壓裂施工正常進行 每次壓裂施工結束后應檢查泵腔和密封圈 確保壓裂泵無刺漏現(xiàn)象 定期檢查壓裂車顯示儀表 高低壓閥門及控制系統(tǒng) 確保運轉正常 壓裂車運行及保養(yǎng)注意事項 二 壓裂設備及管柱 2 混砂車 混砂車是在混砂池將支撐劑 壓裂液及各種添加劑按一定比例混合起來 并將混好的攜砂液供給壓裂車 壓入井內(nèi) 目前混砂車有雙筒機械混砂車 風吸式混砂車和仿美新型混砂車 混砂車主要由供液 輸砂 傳動三個系統(tǒng)組成 混砂車運行及保養(yǎng)注意事項 定期檢查混砂車輸砂器 液添比例泵等關鍵部位 確保運轉正常 確保壓裂施工過程中輸砂比例 交聯(lián)劑液比例按方案設計執(zhí)行 禁止用水泥車給混砂車供交聯(lián)劑液 定期檢查混砂車顯示儀表 進出口閥門及控制系統(tǒng) 確保運轉正常 壓裂施工中 混砂車上水困難時應開啟專用離心泵給混砂車供液 二 壓裂設備及管柱 3 儀表車 儀表車是壓裂施工時顯示和記錄壓裂過程各種參數(shù) 控制其它壓裂設備的中樞系統(tǒng) 又稱作壓裂指揮車 1 壓裂設備控制系統(tǒng)主要對各壓裂設備采集的壓力 排量 泵功率等參數(shù)傳輸 顯示及控制 2 壓裂施工數(shù)據(jù)采集顯示記錄系統(tǒng)主要對井口壓力傳感器 混砂車進 出口液體流量 砂濃度等壓裂施工參數(shù)的采集 顯示和記錄 3 現(xiàn)場即時通信系統(tǒng)主要由對講機 耳麥組成 也有使用高音喇叭 特定手語的施工隊伍 二 壓裂設備及管柱 儀表車運行及保養(yǎng)注意事項 儀表車三大系統(tǒng)在上井前必須進行例行檢查 確保系統(tǒng)完整 運轉正常 壓裂施工中禁止帶故障運行 影響壓裂施工正常操作 壓裂施工數(shù)據(jù)采集顯示記錄系統(tǒng)必須能完整準確地采集 顯示和記錄井口油壓 套壓 施工排量 砂濃度 累計液量 累計砂量等參數(shù) 對壓力傳感器 混砂車進 出口流量計等采集儀表應定期校準 對已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不準的壓力傳感器 混砂車進 出口流量計應及時更換 確保施工數(shù)據(jù)真實可靠 二 壓裂設備及管柱 4 其它車輛 1 水泥車 主要用于配液 給油套環(huán)空打平衡 洗井沖砂等 2 管匯車 拉運專用高壓管匯 3 運砂車 4 液罐車 二 壓裂設備及管柱 二 地面高壓管匯 井口及井內(nèi)管柱 壓裂井口一般可分為兩類 用采油樹壓裂井口 采用大彎管 投球器 井口球閥與井口控制器的專用壓裂井口 壓裂井口使用注意事項 壓裂井口在使用前必須按要求進行試壓 所有閘門開關靈活 帶壓時無滲漏 1 壓裂井口 二 壓裂設備及管柱 2 壓裂管匯 壓裂管匯使用注意事項 壓裂管匯在使用性能必須達到石油行業(yè)標準 壓裂管匯 SY5260 91 要求 壓裂施工前必須對地面高壓管匯進行試壓 按預測泵壓的1 2 1 5倍試壓45MPa 穩(wěn)壓5min不刺不漏 壓力不降為合格 目前壓裂管匯種類很多 常用的有壓裂管匯車和專用的地面管匯 專用的地面管匯有8個連接頭 壓裂車可任選一個連接 高壓管線外徑 76mm 內(nèi)徑 60mm 最高壓力可達100MPa 二 壓裂設備及管柱 壓裂管柱主要由壓裂油管 封隔器 噴砂器 水力錨等組成 目前井下管柱可分為籠統(tǒng)壓裂管柱和分層壓裂管柱 1 壓裂油管壓裂應使用專用油管 抗壓強度應滿足設計要求 長慶油田儲層推薦采用N80內(nèi)徑 62mm或 76mm的外加厚壓裂油管 最高限壓70MPa 3 壓裂管柱 壓裂油管使用注意事項 下井前必須用熱水或蒸汽逐根刺凈油管內(nèi)外壁油污 并逐根檢查油管內(nèi)有無異物 下井前應對油管逐根檢查 凡是以下油管不能用于壓裂施工 凡是彎曲 變形 有裂縫和有砂眼的普通油管 經(jīng)過酸化或其它原因腐蝕過的普通油管 玻璃襯里油管和涂料油管 絲扣有損傷和使用過久的油管 起下鉆過程中注意對油管絲扣的保護 二 壓裂設備及管柱 2 封隔器 目前壓裂用封隔器種類較多 淺井使用擴張式或壓縮式50 低溫膠筒封隔器 深井使用擴張式 壓縮式或機械式90 以上膠筒封隔器 深井大通徑CS 1封隔器 工作壓力105Mpa 工作溫度可達177 壓裂封隔器使用注意事項 壓裂封隔器在使用前在地面按石油行業(yè)標準 擴張式封隔器 SY T5404 2002 要求進行試壓 達到要求方可入井 二 壓裂設備及管柱 3 水力錨 水力錨主要起定位作用 避免油管在承壓狀態(tài)下縮短對封隔器膠筒的損傷 在下井前水力錨必須按中華人民共和國行業(yè)標準 水力錨 ZBE14004 88 要求進行試壓 達到標準要求方可入井使用 噴砂器主要作用一是節(jié)流 造成壓裂管柱內(nèi)外壓差 保證封隔器密封 二是通往地層的通道口 使壓裂液進入油層 三是避免壓裂砂直接沖擊套管內(nèi)壁造成傷害 4 噴砂器 二 壓裂設備及管柱 5 壓裂管柱 合層壓裂管柱 分層壓裂管柱 油層 油層 A 合層壓裂管柱 直咀子 封隔器 水力錨 油管注意事項 直嘴子位置不能低于射孔段頂界 推薦位置為射孔段頂界以上10m 封隔器位置與直咀子距離30 40m B 分層壓裂管柱 死堵 下封隔器 噴砂器 上封隔器 水力錨 油管注意事項 下封隔器位置不能低于射孔段底界2m以上 應避開沉砂過多造成砂堵噴砂器應與下封隔器直接相連 封隔器位置應避開套管接箍位置 直咀子 二 壓裂設備及管柱 三 壓裂液與支撐劑 壓裂用壓裂液體和支撐劑是壓裂過程中實現(xiàn)對儲層造縫和填砂的重要載體 其性能的好壞直接影響到最終的壓裂效果 因此 對壓裂液和支撐劑的性能應嚴格控制 避免因壓裂入井材料質(zhì)量問題而造成的施工失敗和對儲層的傷害 壓裂液的主要作用 是將地面設備的能量傳遞到油層巖石上 將油層巖石劈開形成裂縫 把支撐劑輸送到裂縫中 壓裂液在施工中按不同階段的作用可分為前置液 攜砂液 頂替液三種 為了壓裂施工的順利實施 要求壓裂液具有低濾失性 高攜砂性 降阻性 穩(wěn)定性 配伍性 低殘渣 易返排等性能 隨著石油工業(yè)的發(fā)展 壓裂施工的規(guī)模越來越大 壓裂液用量越來越大 因而壓裂液還應具備貨源廣 成本低 配制簡單等特點 以滿足大型壓裂和新井壓裂施工 一 壓裂液 三 壓裂液與支撐劑 水基壓裂液目前世界上約有70 以上的壓裂作業(yè)采用的胍膠和羥丙基胍膠水基壓裂液 其成本低 使用安全方便 因而應用廣泛 酸凍膠壓裂液可攜酸 濃度達到15 20 實現(xiàn)壓裂酸化聯(lián)作 泡沫壓裂液國內(nèi)主要用于氣井 國外泡沫壓裂液約占總用量的25 表面活性劑膠束壓裂液 清潔壓裂液 低傷害 但配制要求高 破膠困難 低分子可回收環(huán)保壓裂液 壓裂液殘液可回收重復使用 粘度較低 適用于中低溫特低滲儲層 乳化壓裂液醇基壓裂液油基壓裂液 1 壓裂液主要類型 三 壓裂液與支撐劑 2 壓裂液性能要求 壓裂液基本性能一覽表 三 壓裂液與支撐劑 壓裂液體系性能必須滿足石油行業(yè)標準SY T6376 2008壓裂液通用技術條件規(guī)定的技術指標才能使用 壓裂液體系性能評價參照石油行業(yè)標準SY T5107 2005水基壓裂液性能評價方法進行 三 壓裂液與支撐劑 3 壓裂液配方篩選依據(jù) 儲層類型 油層 氣層 油氣水同出層等 儲層溫度儲層敏感性儲層物性 巖性和粘土礦物成分儲層油 氣 水性質(zhì)天然裂縫發(fā)育程度 三 壓裂液與支撐劑 二 支撐劑 支撐劑是水力壓裂時地層被壓開裂縫后 用來支撐裂縫阻止裂縫重新完全閉合的一種固體顆粒 它的作用是在裂縫中鋪置排列后形成支撐裂縫 從而在儲集層中形成遠遠高于儲集層滲透率的支撐裂縫帶 使流體在支撐裂縫中有較高的流通性 減少流體的流動阻力 達到增產(chǎn) 增注的目的 為了適應各種不同地層以及不同井深壓裂的需要 人們開發(fā)了許多種類的支撐劑 大致可分為天然和人造兩大類 支撐劑性能主要是物理性能和導流能力 目前常用的支撐劑有天然石英砂和人造支撐劑陶粒 石英砂多產(chǎn)于沙漠 河灘或沿海地帶 礦物組分以石英為主 石英含量 質(zhì)量百分比 是衡量石英砂質(zhì)量的重要指標 我國壓裂用石英砂中的石英含量一般在80 左右 石英含量越高 石英砂抗壓強度愈高 人造陶粒是一種主要由鋁礬土 氧化鋁 燒結或噴吹而成的 它具有較高抗壓強度 一般有中等強度和高強度兩種陶粒支撐劑 1 支撐劑主要類型 三 壓裂液與支撐劑 2 支撐劑單項性能要求 支撐劑單項性能必須達到石油行業(yè)標準SY T5108 2006 壓裂支撐劑性能指標及測試推薦方法 規(guī)定的指標值 評價方法參照標準執(zhí)行 從評價結果看 石英砂 陶粒 在28MPa 52MPa 閉合壓力時 破碎率小于10 左右 陶粒支撐劑的抗破碎性能明顯好于天然石英砂 支撐劑性能評價結果 三 壓裂液與支撐劑 3 支撐劑短期導流能力試驗 支撐劑短期導流能力是選擇適合油層特點的支撐劑的重要依據(jù) 試驗方法按照石油行業(yè)標準SY T6302 1997 2005 壓裂支撐劑充填層短期導流能力評價推薦方法 規(guī)定方法進行 室內(nèi)評價結果表明 閉合壓力增大 支撐裂縫導流能力呈下降趨勢 相同條件下 陶粒支撐劑導流能力明顯高于石英砂 支撐劑導流能力評價結果 三 壓裂液與支撐劑 4 支撐劑優(yōu)化選擇 對垂直縫而言 當裂縫無因次導流能力應達到 WK f KXf 30時 壓裂效果較好 例 某儲層埋深1850 1900m 壓裂停泵壓力在8 12MPa 井底流動壓差為5MPa 取裂縫半長Xf 150m 滲透率K 1 2 10 3 m2 計算得裂縫導流能力應達到 WK f 15 30 m2 cm 作用于支撐劑上的閉合壓力為25MPa左右 在5kg m2鋪砂濃度和25MPa閉合壓力下 蘭州石英砂的導流能力約在50 m2 cm 因此 當鋪砂濃度大于5kg m2時 蘭州石英砂就可以滿足某儲層壓裂施工的要求 三 壓裂液與支撐劑 四 壓裂施工設計內(nèi)容 壓裂設計是壓裂施工的指導性文件 一般先進行壓裂方案設計 再由施工方出具祥細的施工設計進行實施 禁止以壓裂方案設計替代施工設計 對成熟區(qū)塊常規(guī)壓裂可由施工方直接出具施工方案進行施工 壓裂設計的任務 優(yōu)選出經(jīng)濟可行的增產(chǎn)方案壓裂設計的原則 最大限度發(fā)揮油層潛能和裂縫的作用使壓裂后油氣井和注入井達到最佳狀態(tài)壓裂井的有效期和穩(wěn)產(chǎn)期長壓裂設計的方法 根據(jù)油層特性和設備能力 以獲取最大產(chǎn)量或經(jīng)濟效益為目標 在優(yōu)選裂縫幾何參數(shù)基礎上 設計合適的加砂方案 執(zhí)行標準 SY T5289 2008油 氣 水井壓裂設計與施工及效果評估方法SY T6566 2003水力壓裂安全技術要求 壓裂優(yōu)化設計流程示意圖 壓裂方案是在充分認識和分析儲層條件的基礎上 針對儲層改造目標 做出的一整套最優(yōu)化的應對措施處理方案 由于低滲透油田壓裂具有自身特點 壓裂優(yōu)化設計針對地層與工藝 單井與區(qū)塊 裂縫與井網(wǎng) 傷害與保護 投入與產(chǎn)出等進行全面優(yōu)化 一 壓裂方案設計 四 壓裂施工設計內(nèi)容 FracproPT DowellFracCADE 多級注入 閉合酸化 CO2泡沫壓裂 壓裂酸化優(yōu)化設計軟件 試井解釋軟件 EPS WORKBECH 四 壓裂施工設計內(nèi)容 壓前評估是完整評估油井壓裂效果的過程 主要包括油井基礎資料評價 鄰井壓裂改造工藝 效果對比分析和現(xiàn)有壓裂技術適應性 針對性評價 優(yōu)先選擇儲層改造效果好 針對性強的壓裂技術進行壓裂方案設計 油井基礎資料 井身結構 錄井顯示 儲層物性及電性 儲層縱向巖性變化情況 油井生產(chǎn)動態(tài)及歷次措施效果 油井在井網(wǎng)中的位置 注水見效程度 特點等 1 壓前評估 壓裂井在井網(wǎng)中的位置 壓裂井目的層測井圖 壓裂井前期采油曲線 壓裂井 四 壓裂施工設計內(nèi)容 2 壓裂總體方案制定 壓裂方式 合壓 分壓 壓裂工藝 常規(guī)壓裂 其它壓裂工藝 壓裂液 水基胍膠壓裂液 配方支撐劑 石英砂 陶粒 支撐劑粒徑壓裂管柱 單上封 上提管柱分層壓裂 不動管分層 井口 油管 封隔器 水力錨 噴砂器類型 配套措施 前置酸預處理 高能氣體壓裂預處理 液氮助排 油套環(huán)空打平衡 四 壓裂施工設計內(nèi)容 3 壓裂加砂規(guī)模及施工參數(shù)確定 天 不同縫長下的累計產(chǎn)量 不同無因次導流能力下的產(chǎn)量 無因次導流能力與砂比關系 不同排量下經(jīng)濟分析 1 壓裂規(guī)模及施工參數(shù)優(yōu)化 縫長優(yōu)化鋪砂濃度優(yōu)化施工排量 砂比優(yōu)化 2 確定壓裂規(guī)模及施工參數(shù) 3 制定合理的施工泵注程序 5 壓裂裂縫模擬計算 四 壓裂施工設計內(nèi)容 4 壓裂方案設計顯示內(nèi)容 1 油田 井號 設計人 審核人 設計日期 單位 2 油井基本情況 位置 井身結構 3 油層基本數(shù)據(jù) 油層深度 電性 巖性 射孔位置 參數(shù) 井斜數(shù)據(jù) 4 油層前期改造情況 油井生產(chǎn)情況及異常情況提示 5 壓裂方案 壓裂方式壓裂工藝支撐劑類型 用量 壓裂液配方 用量 液體性能要求壓裂泵注程序6 給出指定壓裂工藝的特殊要求7 施工前的井筒 地面準備要求及壓后管理措施8 技術風險提示及應急預案 四 壓裂施工設計內(nèi)容 二 壓裂施工設計 壓裂施工設計除完整的反映壓裂方案設計內(nèi)容外 還必須明確地標出壓裂施工需要的所有設備 井筒和地面材料型號 規(guī)格 數(shù)量 和壓裂前后施工工序及關鍵要求 以便于施工隊伍進行材料組織和作業(yè) 壓裂施工設計必須明確具體顯示的內(nèi)容 壓裂封隔器 噴砂器 或噴咀 位置 井口 油管 封隔器 水力錨 噴砂器 或噴咀 的規(guī)格 型號和數(shù)量 支撐劑生產(chǎn)廠家 粒徑及數(shù)量 施工用水量 壓裂液添加劑生產(chǎn)廠家 代號 備量 液罐規(guī)格 數(shù)量 壓裂設備 壓裂車 混砂車 運砂車 水泥車等 型號 數(shù)量 祥細的壓裂前后的施工工序及各工序施工要求 施工異常處理預案 四 壓裂施工設計內(nèi)容 五 壓前準備 壓裂現(xiàn)場施工包括壓前準備 壓前作業(yè) 壓裂施工和壓后作業(yè)等 新井施工工序 通 洗井 井筒試壓 射孔 下壓裂鉆具 壓裂 放噴及排液 反洗井 換抽汲管柱抽汲及求產(chǎn) 老井施工工序 灌井筒 起原井管柱 通 洗井 下壓裂鉆具 壓裂 放噴及排液 反洗井 換抽汲管柱抽汲及求產(chǎn) 執(zhí)行標準 SY T5289 2008油 氣 水井壓裂設計與施工及效果評估方法SY T6566 2003水力壓裂安全技術要求 一 壓前作業(yè) 執(zhí)行行業(yè)標準 起下油管作業(yè)規(guī)程 SY T5587 6 93 1 起下管柱 起下管柱前必須充分壓井 確認壓井合格 才能起下管柱作業(yè) 每起出10 20根油管向井內(nèi)灌一次壓井工作液 防止井內(nèi)壓井工作液液面降低發(fā)生井噴 當下入管柱的底部有封隔器 通井規(guī)等不可刮 碰的工具時 下到射孔井段及設計井深的最后幾根時 應該限速下入 下入速度不得超過5m min 下壓裂管柱時下鉆速度小于18m min 起鉆完等措施時 井內(nèi)必須先下入不小于井深1 3的油管 坐好井口 連續(xù)灌入壓井液 嚴禁空井等停 五 壓前準備 通井規(guī)外徑比套管內(nèi)徑小6 8mm 下通井管柱速度控制為10 20m min 下到距離設計位置或人工井底100m時下放速度不得超過5 10m min 通井過程遇阻時 懸重下降控制不超過20 30KN 并平穩(wěn)活動管柱 循環(huán)沖洗 嚴禁猛敦 硬壓 洗井排量控制在500 550L min 洗井不通時 應停泵分析原因 不得強行憋泵 2 通 洗井 執(zhí)行行業(yè)標準 SY T5587 16 93油水井修井作業(yè)通井 刮削套管作業(yè)規(guī)程SY T5587 7 93油水井常規(guī)修井作業(yè)洗井作業(yè)規(guī)程 五 壓前準備 3 井筒試壓 油氣井試壓指標 用高壓管線將試壓設備與井口油放閘門連接起來進行套管內(nèi)試壓 試壓時 穩(wěn)壓30min 允許壓降不超過0 5MPa為合格 僅限于新井 五 壓前準備 4 射孔 僅限于新井和補孔壓裂井 執(zhí)行行業(yè)標準 SY T5325 2005射孔施工及質(zhì)量監(jiān)控規(guī)范SY5436 1998石油射孔和井壁取心用爆炸物品儲存 運輸和使用的安全規(guī)定SY T5562 2000油氣井用射孔槍 射孔前必需用壓井液灌滿井筒 負壓射孔例外 每射一槍都要灌滿井筒 射孔前要做好防噴準備 裝好防噴器并試壓合格 射孔過程中發(fā)現(xiàn)溢流 停止射孔作業(yè) 迅速起出電纜 搶下光油管 出現(xiàn)井涌時搶裝井口 關井觀察壓力 并立即匯報 若井噴來勢迅猛 應迅速關閉防噴器 并密切注視井口 若有失控前兆 應將電纜切斷 關井觀察壓力 射孔后檢查發(fā)射率 若單炮發(fā)射率低于80 時 必須補射 五 壓前準備 二 壓前準備 五 壓前準備 壓裂施工前 現(xiàn)場施工監(jiān)督及技術人員必須首先熟悉掌握壓裂施工設計要求的所有內(nèi)容 壓裂設備 材料 地面管線流程 井下管柱等 并逐項對壓前需要準備的材料及工序進行檢查落實 若發(fā)現(xiàn)與施工設計要求不符或存在安全隱患的項目應立即進行整改 確保壓裂施工保質(zhì)保量順利完成任務 1 井內(nèi)管柱位置檢查 主要檢查點 封隔器坐封位置下壓裂管柱時 應逐根檢查并丈量 記錄油管長度 計算出準確的封隔器坐封位置 并通過油管短節(jié)的調(diào)整使封隔器坐封位置避開套管接箍 井口完好 閘門開關靈活 工具配件 大鉗 壓力表及接頭等 齊全 地面試壓不剌不漏 產(chǎn)品有檢驗合格證 2 施工材料檢查及抽樣 對進入施工現(xiàn)場的壓裂液添加劑 支撐劑等所有施工材料產(chǎn)品進行檢查 包括產(chǎn)品檢驗報告 生產(chǎn)廠家 產(chǎn)品名稱 代號 規(guī)格 產(chǎn)品外包裝等進行祥細檢查 對無檢驗報告或檢驗不合格產(chǎn)品 產(chǎn)品外包裝破損 標識不清楚的產(chǎn)品 被雨淋 水浸或污染的產(chǎn)品 出現(xiàn)嚴重變質(zhì) 結塊的產(chǎn)品 嚴格禁止入井 并對所有與施工設計不符的材料產(chǎn)品進行抽樣備檢 現(xiàn)場清點壓裂液添加劑材料包裝及數(shù)量 并對砂罐車逐個對砂罐體積及砂面高度進行丈量 并祥細記錄 配液結束及施工結束時再清點剩余材料量 確保實際入井材料達到施工設計要求 五 壓前準備 3 壓裂施工設備 壓裂車數(shù)量 型號及總功率必須達到壓裂施工設計要求 禁止壓裂車高擋位運行 施工前壓裂車和混砂車必須進行全面檢查及試運行 確保運行情況良好 控制系統(tǒng)完好 儀表車數(shù)字采集系統(tǒng) 顯示系統(tǒng)及控制系統(tǒng)必須配套齊全 并在施工前進行全面檢查 確保運行良好 全面檢查對講機 耳麥 確保無故障 并配發(fā)到所有關鍵崗位人員 除密閉砂罐車外 包括敞篷砂罐車在內(nèi)的其它所有運砂車必須用防雨篷布將砂罐及砂袋包住 避免下雨將支撐劑淋濕 影響加砂 雨天施工必須用防雨篷布將砂罐及砂袋包住 另外 壓裂施工前 應將自卸砂罐頂部的塵土清干凈 避免加砂過程中塵土落入輸砂器漏斗中 對袋裝砂 應在輸砂器漏斗中放入鋼絲網(wǎng) 并有專人及時將留在鋼絲網(wǎng)面上的繩頭 砂袋殘片去掉 水泥車等其它車必須按施工設計要求配齊 五 壓前準備 4 地面流程 地面高 低管線在連接前 必須對大罐出口閥門 混砂車進出口閥門 壓裂車進 出口閥門 井口油 套閘門開關進行全面檢查 對閥門開關不靈活或開關不嚴的閥門及時更換 井口閥門與高壓管線接頭 大罐閥門與低壓管線接頭應匹配 否則應及時更換 地面高壓流程管線必須采用N80以上鋼級的油管 油管短節(jié)及彎頭 1 作業(yè)機 2 油井 3 土油池4 平衡車5 消防車6 壓裂車7 拉砂車8 混砂車9 大罐10 儀表車 五 壓前準備 5 大罐與配液用水質(zhì)檢查 儲液罐用途要標識清楚 配制交聯(lián)劑的儲液罐應為專用罐 不能與基液罐混用 備水前 所有儲液罐內(nèi)外壁要徹底清洗 保證內(nèi)外干凈 無異物 為保證供液暢通和提高液體使用率 壓裂液罐后端應墊高40cm 配液用水必須選用井水 禁止采用地表水或油田污水 要求配液用水中機械雜質(zhì) 0 2 PH 6 5 7 5 配液前用精密試紙逐罐進行檢查 凡不符合要求的液罐內(nèi)的水必須放掉 重新備水 測試 壓裂液基液罐內(nèi)液面與罐頂應留有10 20cm高度空間 以免在配液過程中發(fā)生溢罐污染環(huán)境 五 壓前準備 6 壓裂液配液過程及基液性能檢測 配液所用的壓裂液添加劑產(chǎn)品質(zhì)量應符合石油行業(yè)或企業(yè)標準規(guī)定 要求每個添加劑產(chǎn)品都必須具有對應批次產(chǎn)品的檢驗報告 只有檢驗合格產(chǎn)品才能用于壓裂液配液和施工 固體添加劑產(chǎn)品外包裝完好 無結塊 液體添加劑在加入前先攪拌均勻再使用 1 壓裂液添加劑性能要求 SY T5764 2007壓裂用植物膠通用技術要求SY T6074 94植物膠及其改性產(chǎn)品性能測定方法Q SYKT0039 2005壓裂用殺菌劑性能評價方法SY T5762 1995壓裂酸化用粘土穩(wěn)定劑性能測定方法SY T5755 1995壓裂酸化用助排劑性能評價方法SY T6216 1996壓裂用交聯(lián)劑性能試驗方法SY T6380 1998壓裂用破膠劑性能試驗方法SY T5280 2000原油破乳劑通用技術條件SY T5281 2000原油破乳劑使用性能檢測方法 瓶試法 五 壓前準備 壓裂液配液過程中 必須先在每個基液罐中加入殺菌劑 再緩慢加入胍膠增稠劑和其它添加劑 并對每個基液罐和交聯(lián)劑罐大排量 0 5m3l min 循環(huán)15min以上 循環(huán)至罐上下液體性能一致 基液中不能有魚眼存在 2 壓裂液配液要求 五 壓前準備 壓裂液性能現(xiàn)場檢測主要檢測壓裂液基液粘度和交聯(lián)液的挑掛性能 現(xiàn)場配液完畢后和壓裂施工前對壓裂液和交聯(lián)劑液各取一次樣進行現(xiàn)場性能檢測 取樣要求在每個罐的上 中 下三個不同部位各取一個樣 每個罐混合成一個樣進行液體性能檢測 壓裂液基液粘度采用便攜式六速旋轉粘度計檢測 要求0 35 胍膠壓裂液基液粘度應達到30mPa s 0 4 的胍膠壓裂液基液粘度應達到35 40mPa s 3 壓裂液現(xiàn)場性能檢測 將所有基液樣品按一定量混合成一個樣 取100ml基液混合樣放在干凈燒杯中 并用一次性抽取10ml以上交聯(lián)劑液 少量多次加入基液混合樣中 邊加入邊攪拌 至壓裂液完全交聯(lián) 記錄交聯(lián)劑用量 重復三次 確定交聯(lián)比 用攪棒挑起交聯(lián)液觀察 要求交聯(lián)液可完全挑掛方可使用 五 壓前準備 7 壓裂施工前施工方案及異常情況處理預案交底 壓裂施工準備工作完畢后 現(xiàn)場技術人員應要求甲方將所有參與現(xiàn)場施工人員召集在一起進行壓裂方案交底 明確施工程序和遇到異常高壓或砂堵情況時處理預案及各崗位職責 要求試油隊和壓裂隊都要有專人負責進行現(xiàn)場巡查 如出現(xiàn)緊急情況應第一時間組織人員按處理預案進行作業(yè) 要求關鍵位置有專人負責 并給關鍵崗位人員配備對講機和耳麥 看交聯(lián) 混砂車上看井口 井口附近看砂面 砂車上面看液面 液罐上面倒大罐閥門 低壓管匯區(qū) 五 壓前準備 壓裂施工程序一般分為以下七道工序 1 循環(huán)目的是鑒定各種設備性能 檢查管線是否暢通 就是將壓裂液由液罐車打到壓裂車再返回液罐車 循環(huán)時單車泵排量不低于1m3 min 時間不少于30s 循環(huán)路線是液罐 混砂車 壓裂泵 高壓管匯 液罐 目的是檢查壓裂泵上水情況以及管線連接情況 循環(huán)前一定要關閉井口閥門 六 壓裂施工過程控制 執(zhí)行標準 SY T5289 2008油 氣 水井壓裂設計與施工及效果評估方法SY T6566 2003水力壓裂安全技術要求 2 試壓關死井口總閘 對地面高壓管線 井口 連接絲扣 由壬等憋壓檢驗 試驗壓力為預測泵壓的1 2 1 5倍 穩(wěn)壓5min 各部位不刺不漏 壓力不降為合格 3 低替低替過程要求用活性水或壓裂液替出井筒油管內(nèi)原有液體 一般要求最低低替液量油管容積的1 5倍 低替時排量不得高于0 5m3 min 泵壓不得高于2MPa 以免出現(xiàn)封隔器座封 原有井內(nèi)液體被壓入地層的情況出現(xiàn) 要求低替至井口油井進出口水色一致為止 六 壓裂施工過程控制 4 封隔器座封換胍膠液 先開啟1 2臺壓裂車 由小到大緩慢提高泵注排量達到1m3 min左右時 若油套環(huán)空返出液快速減小至不出液時 關閉套管閘門 準備正式壓裂施工 若返出液排量變化不明顯時應繼續(xù)提高泵注排量 當排量超過施工設計排量時 返出液排量無變化時 應中止施工 起管柱檢查 對壓裂施工壓力超過35MPa的井 準備好水泥車 當施工壓力超過30MPa以上連續(xù)不降時 用水泥車或700型壓裂車給油套環(huán)空打平衡 禁止直接用大排量座封封隔器 避免封隔器膠筒破壞影響施工 六 壓裂施工過程控制 5 壓裂注前置液封隔器座封后 啟動全部車輛緩慢提高排量向井內(nèi)注入壓裂液 迫使施工壓力迅速升高形成破壓 壓開地層進行造縫 若施工壓力快速升高接近施工限壓時 應適當降低施工排量 等破壓過后壓力下降后再恢復排量至設計排量 若施工壓力繼續(xù)上升有可能超壓時 應停泵分析原因 再做下步處理 六 壓裂施工過程控制 6 壓裂注攜砂液 加砂過程 當?shù)貙右驯粔洪_裂縫 待壓力 排量穩(wěn)定后即可加支撐劑 壓裂加砂過程中 砂比由15 20 的低砂比緩慢提高40 50 高砂比 要求初始砂比控制在10 15 除特殊壓裂工藝外 每次砂比提高幅度不得超過10 每一階段砂比一般打入一個井筒的液量后再提砂比 以免提砂比速度過快或提高幅度而出現(xiàn)砂堵 對成熟區(qū)塊或施工壓力較低的油井 為提高總施工砂比 可將砂比較快地提高到30 45 的中高砂比 壓裂加砂過程中 看交聯(lián)人員必須隨時觀察混砂池內(nèi)交聯(lián)液交聯(lián)性能 若交聯(lián)不好應及時調(diào)整交比 確保交聯(lián)液交聯(lián)性能始終處于較好狀態(tài) 避免交聯(lián)液性能大幅變化而造成施工壓力波動 甚至出現(xiàn)砂堵現(xiàn)象 六 壓裂施工過程控制 壓裂指揮人員應隨時注意觀察施工壓力變化 當施工壓力大幅波動或快速提高時 應積極采取措施 降砂比 降排量 壓力平穩(wěn)后恢復正常砂比 排量 壓裂加砂過程中 禁止單車供砂 混砂池液面高度保持在池高的50 70 禁止出現(xiàn)溢池或干鍋現(xiàn)象 造成施工加砂中斷 加砂結束時應即時檢查剩余砂量及液量 計算實際加砂量及用液量 7 頂替加砂結束后 立即泵入頂替液 把地面管線及井筒中的攜砂液全部頂替到裂縫中去 防止余砂沉積井底形成砂卡 頂替液不可過量 一般替擠量為地面管線與油管總容積即可 六 壓裂施工過程控制 1 關井 放噴排液壓后關井20 30min 采用油咀由小到大控制放噴 禁止直接用井口閘門控制放噴 油咀的選擇可根據(jù)井口油壓大小來選擇 表中參數(shù)僅供參考 七 壓后管理要點 壓裂結束關井期間 現(xiàn)場施工隊伍應向監(jiān)督提交完整的壓裂施工數(shù)據(jù) 電子文檔 施工曲線 壓裂施工數(shù)據(jù)匯總表和施工確認單 壓裂施工異常井應注明原因 2 壓裂施工資料提交 4 抽汲排液 求產(chǎn) 探砂面 沖砂 完井 按照試油操作規(guī)程進行 3 反洗井 活動管柱 起出管柱放噴結束后 應立即大排量反洗井 要求洗井排量不低500l min 洗至返出液無砂粒 進 出口水色一致為止 洗井結束后卸完井口 先活動管柱 再起出壓裂管柱 禁止直接上提管柱 防止余砂殘存在封隔器上部 造成砂卡 活動管柱可加速封隔器膠筒回收 七 壓后管理要點 八 常見壓裂工藝及控制要點 各油田和區(qū)塊的油層性質(zhì) 壓力 溫度等條件不同 完井方法 技術設備條件也有差異 因此壓裂方法也不相同 分層壓裂工藝高能氣體壓裂工藝縫內(nèi)轉向壓裂工藝底水油藏 三低一小 壓裂工藝前置酸壓裂工藝 常見壓裂工藝 分層壓裂就是多層分區(qū)或單獨壓開預定層位 多用于射孔完成的井 這種方法由于處理井段小 壓裂強度及處理半徑相對提高 能夠充分發(fā)揮各產(chǎn)層的潛力 因而增產(chǎn)效果比較好 一 分層壓裂工藝 1 連續(xù)上提管柱分層壓裂工藝2 投塑料球分層壓裂工藝3 不動管柱分層壓裂工藝 主要分層壓裂工藝 八 常見壓裂工藝及控制要點 連續(xù)上提管柱分層壓裂工藝是用兩級封隔器卡住壓裂層段 施工時先壓下層 壓完后上提至第二層 這樣依次將各層壓開 這種方法多用于選壓層段間距均勻 選壓層位較少的井 1 連續(xù)上提管柱分層壓裂工藝 下封隔器位置不能低于射孔段底界2m以上 噴砂器應與下封隔器直接相連 封隔器位置避開套管接箍 最高砂比和平均砂比應略低于合層壓裂方案 每壓裂施工完一層應立即反洗井上提管柱 不得長時間關井 技術要點 八 常見壓裂工藝及控制要點 2 投塑料球分層壓裂工藝 對于射孔完成的井 可采用 18 25mm的塑料球 尼龍球等將巳壓開裂縫處的射孔孔眼暫時封堵起來 繼續(xù)蹩壓近使壓裂液進入未壓開層段并形成新的裂縫 施工時 在壓裂加入一定量的支撐劑后 停砂用井口專用的投球器 不停泵將塑料球或尼龍球送入井下 堵住已壓開裂縫段的射孔孔眼 繼續(xù)壓開新裂縫 依此可連續(xù)壓開幾條裂縫 壓裂施工前 必須進行驗孔 射孔有效率低于80 建議采用其它工藝進行施工 投入封堵球數(shù)量應為封堵層段射孔孔眼數(shù)的1 1 1 2倍 不適用于油層段套損井 結蠟 結垢嚴重的井 封堵球送入井下必須等到出現(xiàn)明顯的壓力升高 平穩(wěn)后再開始加砂 禁止支撐劑與封堵球一同加入 從而影響封堵球的封堵效果 技術要點 八 常見壓裂工藝及控制要點 3 不動管柱分層壓裂工藝 不動管柱分層壓裂工藝是采用自下而上直徑增大的滑套用銷釘將其固定在噴砂器上 堵死噴砂器孔眼 只有最下一級噴砂器不堵 壓開最下層后 投球封上一級滑套 并蹩壓剪斷銷釘 使滑套下移 露出上面一級噴砂器孔 使下面一級堵死 壓開上面一層后 依次自下而上投球逐層壓開 組配管柱和投鋼球時應仔細操作 滑套直徑應自下而上由小到大 投鋼球時也應小后大依次投入 不可出錯 每壓完一層應立即投入對應鋼球入球座 封堵已壓完層上部油管通道 打開滑套進行上一層壓裂施工 壓裂全部結束后應立即控制放噴排液 反洗井 活動上提并起出管柱 技術要點 八 常見壓裂工藝及控制要點 二 高能氣體壓裂 高能氣體壓裂亦稱可控脈沖壓裂 爆燃壓裂 是指利用火藥或火箭推進劑燃燒產(chǎn)生的高溫 高壓氣體壓出多條徑向裂縫 以取得增產(chǎn)效果的方法 1 工藝特點對油層增產(chǎn)增注作用 a 機械作用b 水力振蕩作用c 高溫熱作用d 化學作用 壓裂工藝 電纜送彈地面引爆油管送彈撞擊引爆 常用 壓擋反射定時引爆 八 常見壓裂工藝及控制要點 a 機械作用 燃爆產(chǎn)生的高壓氣體在超過巖石破裂壓力的條件下 在井筒附近產(chǎn)生多條徑向裂縫 b 水力振蕩作用 燃爆是在井中存在液柱條件下發(fā)生 高溫 高壓氣體的產(chǎn)生將會推動液柱向上運動 而隨著體積增大 壓力下降 液柱會向下運動 這種反復的上下運動有助于裂縫形成和清理油層堵塞 c 高溫熱作用 燃燒產(chǎn)生的高溫可達500 700 能夠融化油井附近的石蠟和瀝青 降低油的粘度 d 化學作用 燃燒后的產(chǎn)物主要是CO2 N2和部分HCl 這些氣體在高壓下都會溶于原油 降低原油粘度 八 常見壓裂工藝及控制要點 2 適用范圍高能氣體壓裂主要適用于水敏地層 脆性巖層 對于塑性地層不甚適用 可能產(chǎn)生壓實效應 對膠結疏松巖層可能引起出砂 長慶油田主要用于底水油藏改造及破壓較高的延長組儲層壓前預處理 八 常見壓裂工藝及控制要點 高能氣體壓裂彈保存 運輸和使用嚴格執(zhí)行國家及行業(yè)標準規(guī)定 高能氣體壓裂彈現(xiàn)場組裝由專業(yè)人員進行操作 非專業(yè)人員嚴禁參與 高能氣體壓裂彈間連接處 彈體與發(fā)火裝置和油管連接處應進行防水密封處理 并做仔細檢查 確認無誤方可入井 否則造成施工失敗 下鉆過程中應嚴格控制下鉆速度在10m min左右 每根油管下至最后20 30cm時應降低下鉆速度 防止油管頓鉆造成彈體脫落 下鉆至最后一根油管時 用兩個吊卡一正一反卡住油管頂部接箍 插上插銷后用粗鋼絲將兩個吊卡捆在一起 清理所有人員至安全區(qū)后由專業(yè)技術人員投棒引爆 并用秒表計量投棒到爆燃時間 爆燃結束后 應由專人手持便攜式有毒有害氣體檢測儀對井場氣體進行檢測 確認安全后方可進行起鉆作業(yè) 技術要點 SY T6308 1997油田爆破器材安全使用推薦作法WJ Z9034 2002無殼高能氣體壓裂彈通用技術條件 執(zhí)行標準 八 常見壓裂工藝及控制要點 三 縫內(nèi)轉向壓裂工藝 技術原理 借助于縫內(nèi)轉向劑的加入和壓裂施工參數(shù)的結合控制 在主裂縫通道產(chǎn)生橋堵 使主裂縫產(chǎn)生升壓效應 擺脫地應力對裂縫方向控制 實現(xiàn)裂縫轉向 壓開新的支裂縫或溝通更多微裂縫 形成不同方位的支裂縫 常規(guī)重復壓裂裂縫延伸示意圖 縫內(nèi)轉向重復壓裂裂縫延伸示意圖 八 常見壓裂工藝及控制要點 技術要點 縫內(nèi)轉向壓裂工藝需要在加入轉向劑前對施工砂比根據(jù)施工壓力進行不斷調(diào)整 才能為加入轉向劑后壓力的提高創(chuàng)造有利條件 因此 現(xiàn)場指揮人員應配合專業(yè)技術人員進行施工砂比調(diào)整 加入轉向劑應由專業(yè)技術人員進行實施 加入速度 加入量由專業(yè)技術人員根據(jù)施工實際情況進行調(diào)整 加完轉向劑后先維持方案要求砂比對施工壓力進行觀察 等待施工壓力上升 下降至平穩(wěn)后可按設計正常施工至結束 若施工壓力快速大幅上升 有可能超壓時 可降砂比 降排量的預案進行處理 其它按常規(guī)壓裂施工處理 縫內(nèi)轉向壓裂施工壓力曲線 八 常見壓裂工藝及控制要點 四 底水油藏 三低一小 壓裂工藝 延安組 長2底水油藏油 水處于同一砂體 無明顯的泥巖隔層 壓裂改造容易壓穿底水 造成油井壓后高含水 降低了儲層改造效果 長慶油田多年來形成的 三低一小 低排量 低砂比 低射開程度和小砂量 壓裂改造模式 有效地提高了底水油藏的開發(fā)效果 底水油藏常規(guī)壓裂裂縫示意圖 技術要點 一般施工砂比最高不超過40 施工排量在0 8 1 2m3 min施工排量應嚴格控制在設計砂比附近 平均施工砂比在18 25 其它同常規(guī)壓裂施工 八 常見壓裂工藝及控制要點 五 前置酸加砂壓裂技術 針對物性差 喉道半徑小 酸溶性礦物含量高的儲層 將酸液作為部分壓裂前置液 大排量注入地層后 再連續(xù)進行后續(xù)加砂壓裂施工 將砂巖酸化與加砂壓裂技術集成 形成前置酸加砂壓裂技術 改善裂縫與地層之間的滲流能力 提高壓裂液破膠程度 從而達到增產(chǎn)的目的 酸巖溶蝕反應可改善裂縫附近地層的滲透性 酸液具有抑制粘土礦物膨脹 防治微粒運移的作用 殘酸在返排階段可溶解部分壓裂液濾餅和裂縫壁面殘膠 殘酸的降解作用可提高壓裂液破膠程度 酸液可以溶解支撐裂縫中壓裂液殘膠及酸溶性雜質(zhì) 提高支撐裂縫導流能力 前置酸的作用 八 常見壓裂工藝及控制要點 技術要點 前置酸液為普通酸 可按常規(guī)酸液配制方法進行配液 前置酸采用耐酸壓裂車泵入 壓裂加砂過程中按常規(guī)壓裂施工程序進行 八 常見壓裂工藝及控制要點 第二部分酸化施工質(zhì)量控制要點 一 酸化機理二 酸液及添加劑三 酸化工藝四 酸化設計五 酸化施工過程 一 酸化機理 酸化是油氣井增產(chǎn)或注水井增注的重要措施 在油田生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大作用 它是利用酸液的化學溶蝕作用及向地層擠酸時的水作用 解除油層堵塞 擴大和連通油層孔縫 恢復和提高油層近井地帶的滲透率 從而增加油氣井產(chǎn)量和注水井的注入量 常規(guī)酸化 當注酸壓力小于油氣層破裂壓力 主要利用酸液的化學溶蝕作用 擴大與酸液接觸的巖石的孔 縫 洞 壓裂酸化或酸壓 如用水力先將地層壓開裂縫 然后再注酸或注酸時的壓力超過地層的破裂壓力都能起到壓裂酸化的雙重作用 普通酸自生酸復合酸緩速酸泡沫酸乳化酸膠凝酸降阻酸 酸液類型 1 酸化工藝及酸液類型 2 油井產(chǎn)量下降的原因 砂巖儲層滲透率降低 往往是地層污染 堵塞造成的 鉆井 作業(yè)過程中泥漿壓井液進入地層造成的污染 層內(nèi)粘土微粒在采油 注水過程中隨液流移動對地層孔隙造成的堵塞 由于地層壓力 溫度變化造成的地層結垢 鐵 鈣等的化學沉淀造成的堵塞等 一 酸化機理 3 砂巖酸巖反應機理 砂巖地層由砂粒和粒間膠結物組成 砂粒主要成分是石英 長石 膠結物主要成分是粘土 碳酸鹽礦物 一 酸化機理 鹽酸與碳酸鹽礦物反應 鹽酸與鐵質(zhì)礦物反應 方解石 白云石 菱鐵礦 砂巖酸化一般采用鹽酸與氫氟酸的混合酸 土酸 或其它能夠生成氫氟酸的酸液 鹽酸先同碳酸鹽礦物 鐵質(zhì)反應 溶解碳酸鹽和鐵質(zhì) 然后氫氟酸再與石英 粘土礦物反應 提高地層滲透率 一 酸化機理 如果土酸中的鹽酸量不夠 不能完全溶解地層中的碳酸鹽礦物 則氫氟酸將與碳酸鹽礦物反應 生成CaF2沉淀 堵塞孔道 氫氟酸與石英 粘土礦物反應 石英 鈉長石 沉淀 沉淀 沉淀 一 酸化機理 4 基質(zhì)酸化增產(chǎn)原理 低于地層破裂壓力下注酸 使酸液盡可能沿徑向流動 溶解巖石或外來固相顆粒 增加近井地帶的滲透率 酸液與巖石發(fā)生化學反應 部分溶解巖石 礦物 生成可溶性的鹽和氣體 增大孔隙體積 溶蝕孔壁或縫壁 增大孔隙體積 擴大裂縫寬度 改善流體滲流條件 酸液溶蝕孔道或裂縫中的堵塞物 或破壞堵塞物的結構使之解體 然后隨殘酸液一起排出地層 起到疏通流道的作用 恢復地層原始滲透能力 一 酸化機理 Muskat理論計算公式 其中 Jo 無污染地層的產(chǎn)能Js 酸化處理后的產(chǎn)能Fk 污染地層和原始滲透率的比值 Fk ks kok 地層原始滲透率 10 3 m2ks 污染帶等效滲透率 10 3 m2re 泄油半徑 mrs 污染帶半徑 m 污染程度 污染半徑對增產(chǎn)倍比的影響 封閉油藏污染井示意圖 一 酸化機理 計算結果表明 污染地層 在污染半徑一定時 污染程度由輕到重 在酸化解除污染后 所獲得的增產(chǎn)倍比值也在逐漸增大 這說明基質(zhì)酸化對存在污染的井是極有效的 無污染地層 進行基質(zhì)酸化處理 效果不大 一 酸化機理 5 酸壓增產(chǎn)原理 酸壓是在高于地層破裂壓力下 將酸液擠入地層 形成裂縫并與裂縫壁面反應 非均勻刻蝕巖石形成凹凸不平或溝槽狀刻蝕縫 酸溶蝕壓開的人工裂縫 形成大大高于地層原始滲透率的酸蝕裂縫 提高油氣滲流能力 酸蝕裂縫溝通高滲透裂縫帶 擴大泄流面積 酸液進入裂縫壁面孔隙或裂隙與巖石發(fā)生反應 溶蝕孔壁或微縫壁 改善流體向裂縫滲流條件 酸液溶蝕孔道或裂縫中的堵塞物 或破壞堵塞物的結構使之解體 疏通流道 恢復地層原始滲透能力 一 酸化機理 6 影響酸巖反應速度因素 酸巖反應是在固液兩相 酸液與巖石 間的界面上進行的復相反應 溫度的影響 溫度升高酸巖反應速度加快 壓力的影響 低壓下 壓力對酸巖反應速度影響很大 壓力升高 影響減弱 壓力升高到5 0 6 0MPa后 壓力影響很小 巖石類型的影響 低溫下酸液與石灰?guī)r要比白云巖反應速度快 面容比的影響 面容比越大 酸巖反應越快 常規(guī)酸化酸液有效作用距離只有幾十厘米 酸壓活性酸深入地層的距離可以達到幾十米 一 酸化機理 酸液類型與酸液濃度的影響 不同類型酸液的離解度相差很大 而酸巖復相反應速度與溶液內(nèi)部H 濃度呈正比 采用強酸反應速度更快 流速的影響 酸巖反應速度隨酸液流速增大而加快 尤其處于紊流狀態(tài)時更為明顯 但反應速度增加的倍比小于酸液流速增加的倍比 酸液來不及完全反應就已流入地層深處 因此 提高注酸排量可以增加活性酸深入地層的距離 同離子效應的影響 溶液中生成物濃度增加將抑制酸液正反應 減緩生成物擴散 增大H 傳質(zhì)阻力 因此 同離子效應減小酸巖反應速度 酸巖反應速度的快慢 決定了酸液有效作用距離的大小 反應速度越快 有效作用距離越短 一 酸化機理 二 酸液及添加劑 酸處理所用的酸液是由主酸液和適當?shù)奶砑觿┙M成 酸化時必須針對施工井層具體情況選擇適當?shù)闹魉嵋汉吞砑觿?1 酸液選擇原則 能與油氣層巖石反應并生產(chǎn)易溶的產(chǎn)物 加入化學添加劑后 配制成的酸液化學和物理性質(zhì)能夠滿足施工要求 同地層礦物 流體配伍施工安全 方便 酸液選擇的原則很簡單 即酸液必須有效消除傷害 包括二次傷害 且能增加滲透率 酸化沉淀物傷害主要取決于 1 化學因素 沉淀物在后置液及油層天然流體中的溶解度 2 結晶因素 沉淀物為非晶質(zhì)還是晶質(zhì) 3 形態(tài)因素 關系到可以移動晶粒 從溶液中檢出沉淀在孔隙空間 的形式 4 濃度因素 是否高得足以引起孔隙系統(tǒng)堵塞 5 油層因素 傷害與滲透率 孔隙大小和空隙形態(tài)等巖石特征有關 二 酸液及添加劑 注 用15 HCl作前置液預處理 用螯合的5 HCl作前置液預處理 用7 5 HCl或10 的醋酸作前置液預處理 用5 醋酸作前置液預處理 Mcleod 1984 根據(jù)大量的現(xiàn)場實踐提出了砂巖酸化時酸液的選擇準則 如表所示 二 酸液及添加劑 常用酸液主要特點和適用條件 2 常用酸液體系 二 酸液及添加劑 二 酸液及添加劑 適用條件 砂巖儲集層的解堵酸化施工 恢復和提高近井地帶滲流能力 典型配方 8 12 HCI 3 5 HF 2 3 緩蝕劑 2 3 表面活性劑 1 3 鐵離子穩(wěn)定劑 1 3 粘土穩(wěn)定劑 1 常規(guī)土酸體系 鹽酸 氫氟酸工業(yè)標準 二 酸液及添加劑 主要特點 酸巖反應速度慢 活性穿透距離大 酸處理半徑大 能將粘土及其他微粒融合為惰性粒子 就地膠結 從而穩(wěn)定粘土 防止微粒運移造成的傷害 能抑制粘土礦物質(zhì)的水敏性膨脹 有利于儲集層保護 有效增產(chǎn)期長 適用條件 砂巖油氣層的深穿透酸化施工或高溫井的酸化施工 2 氟硼酸緩速體系 氟硼酸由硼酸 H3BO3 和氟化銨 NH4F 和鹽酸配置而成 酸化過程中 與地層反應 生成氫氟酸 水解速度較慢 對敏感性礦物有較好的抗失穩(wěn)特性 二 酸液及添加劑 將酯與氟化胺在井口混合后以較低的排量泵入地層 酯分解生成有機酸 有機酸再與氟化胺反應生成氫氟酸 理論上 該工藝可將酸注入地層很深的部位進行酸化 使用不同的脂類化合物可以滿足不同儲集層溫度 40 107 的要求 3 自生土酸 4 緩速酸 在土酸中加入氯化鋁 從而降低酸巖反應速度 但存在氟化鋁 氟鋁酸鹽等傷害性產(chǎn)物過早沉淀的危險 應用于砂巖油層 二 酸液及添加劑 5 有機土酸 有機酸甲酸 HCOOH 和乙酸 CH3COOH 為弱離子型 慢反應的有機酸 有機土酸就是用部分分解的弱有機酸代替土酸中的部分鹽酸和氫氟酸 延緩酸巖反應速度 適用于高溫井 成本高 6 硝酸 采用粉末硝酸與其它添加劑有機結合形成強酸性和強氧化性液體 與地層反應生成可溶性硝酸鹽 可有效解除油層堵塞 不產(chǎn)生二次傷害 反應生成的熱還可降低原油和瀝青質(zhì)粘度 恢復油層滲透性 二 酸液及添加劑 在常規(guī)酸液中加入一定數(shù)量的增稠劑 可使酸液粘度提高到10 40mPa s 稱為稠化酸 適用條件 碳酸鹽巖地層酸壓裂施工或天然裂縫發(fā)育地層的深穿透處理 主要特點 反應速度慢 作用距離遠具有良好的降濾失性能具有一定的粘度 可造縫和攜砂摩阻系數(shù)小 極大降低施工泵壓典型配方 20 28 HCI 2 酸液增稠劑 2 3 緩蝕劑 2 3