油水井增產(chǎn)增注技術(shù)第五章PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1油水井增產(chǎn)增注技術(shù)第五章油水井增產(chǎn)增注技術(shù)第五章一、 支撐劑簡介二、 裂縫導(dǎo)流能力及傷害三 、 支 撐 劑 運(yùn) 移四、 支撐劑測試第1頁/共59頁l支撐縫寬(propped fracture width):裂縫閉合在支撐劑上的寬度，mm；l支撐縫長(propped fracture length):裂縫閉合在支撐劑上的長度，m；l裂縫導(dǎo)流能力（fracture conductivity):在閉合應(yīng)力條件下的支撐縫寬與支撐劑滲透率的乘積，達(dá)西.厘米 m2.cm；l無因次裂縫導(dǎo)流能力（dimensionlessfracture conductivity):裂縫導(dǎo)流能力與儲(chǔ)層有效滲透率和支撐

2、裂縫半長的乘積之比，無單位；l砂液比（砂比）： 支撐劑的砂堆體積與攜砂液體積之比，%。第2頁/共59頁l支撐劑濃度（proppant concentration）： 支撐劑的質(zhì)量與攜砂 液體積之比，kg/m3；l支撐劑鋪置濃度（proppant displacement concentration）： 單位裂縫面積鋪置的支撐劑的質(zhì)量，kg/m2；l加砂強(qiáng)度（sand proportion）： 裂縫單位長度上的平均加砂體積， m3/ml壓裂液效率（efficiency of fracturing fluid）： 停泵時(shí)的壓裂液造縫體積與泵入儲(chǔ)層壓裂液總體積之比，%。第3頁/共59頁l分隔開并有效

3、支撐裂縫的兩個(gè)壁面，使壓裂施工結(jié)束后裂縫始終能夠得到有效支撐，需維持良好的裂縫面滲流與裂縫導(dǎo)流能力。l裂縫滲透率比地層滲透率大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。支撐劑設(shè)計(jì)需獲得支撐劑的類型及其在閉合應(yīng)力下的狀態(tài)，支撐劑的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)以及支撐裂縫導(dǎo)流能力的影響因素。第4頁/共59頁強(qiáng)度高：保證在高閉合壓力下不破碎，并有效支撐裂縫。粒徑均勻、園球度好：支撐劑粒徑均勻可提高支撐劑的承壓 能力及滲透性。目前使用的 支 撐 劑 顆 粒 直 徑 通 常 為 0.45-0.9mm( 即40/20目)。雜質(zhì)少：雜質(zhì)將堵塞支撐裂縫孔隙，降低裂縫導(dǎo)流能力。壓裂砂中的雜質(zhì)是指混在砂中的碳酸鹽、長石、 鐵的氧化物及粘土等礦物質(zhì)；一船用酸溶

4、解度來衡量存在于壓裂砂中的碳酸鹽、長石和氧化鐵含量； 用濁度來衡量存在于壓裂砂中的粘土、淤泥或無機(jī)物質(zhì)微粒的含量。密度低：體積密度小于2000kg/m3，以利于壓裂液輸送并有效充填裂縫?；瘜W(xué)穩(wěn)定：高溫鹽水中呈化學(xué)惰性，不與壓裂液及儲(chǔ)層流體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，避免污染支撐裂縫。第5頁/共59頁 脆性支撐劑：脆性支撐劑是指支撐劑硬度較大，在閉合壓力作用下不易變形的支撐劑，主要有石英砂和陶粒。 特點(diǎn): 硬度大，變形小，在高閉合壓力下易破碎； 種類：石英砂，人造陶粒（中強(qiáng)度，高強(qiáng)度） 韌性支撐劑：韌性支撐劑是在較高閉合壓力作用下相對(duì)容易變形但不易破碎的支撐劑。如樹脂包層砂(超級(jí)砂)、核桃殼等。 特點(diǎn): 變形

5、大，承壓面積大，高閉合壓力下不易破碎。 種類：預(yù)固化樹脂包層砂 ，固化樹脂包層砂。第6頁/共59頁樹脂薄膜包裹起來的砂粒，增加砂粒間的接觸面積，提高了抵抗閉合壓力的能力。樹脂薄膜可將壓碎的粉砂包裹起來，減少微粒間的運(yùn)移與堵塞孔道的機(jī)會(huì)，從而改善了填砂裂縫導(dǎo)流能力。樹脂包層砂總的體積密度較低，便于懸浮，降低對(duì)攜砂液的要求。樹脂包層支撐劑具有可變形的特點(diǎn)，使其接觸面積有所增加，防止支撐劑在軟地層的嵌入。第7頁/共59頁一 、 支 撐 劑 簡 介二、 裂縫導(dǎo)流能力及傷害三 、 支 撐 劑 運(yùn) 移四 、 支 撐 劑 測 試第8頁/共59頁l支撐裂縫導(dǎo)流能力(fracture conductivity)

6、:支撐劑在儲(chǔ)層閉合壓力作用下通過或輸送儲(chǔ)層流體的能力，通常以支撐裂縫滲透率kf與裂縫寬度wf的乘積表示，單位為m2cm。l短期導(dǎo)流能力：對(duì)支撐劑試樣由小到大逐級(jí)加壓， 且在每一壓力級(jí)別逐級(jí)加壓測得的導(dǎo)流能力。 主要用于評(píng)價(jià)和選擇支撐劑。l長期導(dǎo)流能力：將支撐劑置于某一恒定壓力和規(guī)定的試驗(yàn)條件下，考察支撐縫導(dǎo)流能力隨時(shí)間的變化情況。用于壓裂效果評(píng)價(jià)。第9頁/共59頁導(dǎo)流能力單位為m2cm；滲透率單位為m2；第10頁/共59頁硬巖石硬巖石軟巖石軟巖石沒閉合壓力沒閉合壓力施加閉合壓力施加閉合壓力沒閉合壓力沒閉合壓力施加閉合壓力施加閉合壓力砂粒砂粒軟支撐劑軟支撐劑硬支撐劑硬支撐劑破碎破碎變形變形微小嵌

7、入微小嵌入砂粒砂粒軟支撐劑軟支撐劑硬支撐劑硬支撐劑破碎和嵌入破碎和嵌入變形變形比較大的嵌入比較大的嵌入第11頁/共59頁支撐劑嵌入巖層： 如果支撐劑硬度大于巖石硬度，支撐劑將嵌入裂縫壁面，從而減小支撐裂縫寬度，降低裂縫導(dǎo)流能力。支撐劑被壓碎： 如果支撐劑硬度小于巖石硬度，且支撐劑的抗壓強(qiáng)度小于其受到的閉合壓力，則支撐劑將被壓碎。這不僅減小了支撐裂縫寬度，而且由于支撐劑破碎后相互嵌入也降低了支撐裂縫滲透率，從而降低了裂縫導(dǎo)流能力。支撐劑受壓變形：對(duì)于韌性支撐劑，在閉合壓力作用下韌性支撐劑首先變形而增加了承壓面積，從而提高了支撐劑的承壓能力而不破碎。因此，采用韌性支撐劑雖然減小了支撐劑裂縫寬度，但

8、不存在破碎的微粒，所以仍有相對(duì)較高的裂縫導(dǎo)流能力。第12頁/共59頁支撐劑支撐劑壓裂液壓裂液裂縫幾何形態(tài)和產(chǎn)出液裂縫幾何形態(tài)和產(chǎn)出液尺寸尺寸圓度圓度裂縫閉合壓力裂縫閉合壓力時(shí)間時(shí)間溫度溫度溫度溫度凝膠類型和濃度凝膠類型和濃度附加流體損失附加流體損失交聯(lián)劑類型交聯(lián)劑類型破膠劑類型和濃度破膠劑類型和濃度裂縫寬度裂縫寬度在高速率和多相流條件下減少非達(dá)西或紊流流體的滲透率在高速率和多相流條件下減少非達(dá)西或紊流流體的滲透率第13頁/共59頁剩余裂縫導(dǎo)流能力定義第14頁/共59頁裂縫導(dǎo)流能力與閉合壓力相關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用最小的生產(chǎn)壓力值選擇支撐劑裂縫閉合應(yīng)力裂縫閉合應(yīng)力剩余裂縫導(dǎo)流能力剩余裂縫導(dǎo)流能力高強(qiáng)度

9、支撐劑高強(qiáng)度支撐劑高質(zhì)量砂高質(zhì)量砂低質(zhì)量砂低質(zhì)量砂第15頁/共59頁濾餅會(huì)降低油氣流入，但由于可流動(dòng)的壓裂面太大，一般可忽略濾餅影響。流入主要是有支撐劑的導(dǎo)流能力決定。允許流動(dòng)的有效裂縫寬度允許流動(dòng)的有效裂縫寬度裂縫閉合壓力裂縫閉合壓力軟地層裂縫面軟地層裂縫面嵌入地層嵌入地層初始有效裂縫寬度初始有效裂縫寬度濾餅濾餅第16頁/共59頁支撐劑鋪置濃度定義為單位裂縫面積上的支撐劑質(zhì)量，反映支撐劑在裂縫面上的排列層數(shù)或者說支撐裂縫寬度。盡管單層局部支撐有最大的裂縫導(dǎo)流能力，但在現(xiàn)場難以實(shí)現(xiàn)，而且單層鋪砂容易壓碎或嵌入； 多層支撐劑不僅可以減少破碎率或因嵌入帶來的不利影響，而且增加了支撐裂縫寬度，從而提

10、高裂縫導(dǎo)流能力。 裂縫導(dǎo)流能力隨鋪砂濃度增加而增加。裂縫中鋪砂濃度一般應(yīng)大于5.0kg/ m2，并與儲(chǔ)層滲透率和裂縫長度相匹配。在高閉合壓力下，應(yīng)排列5-8層支撐劑才能取得較好的效果。第17頁/共59頁剩余裂縫導(dǎo)流能力剩余裂縫導(dǎo)流能力支撐劑濃度支撐劑濃度第18頁/共59頁剩余裂縫滲透率剩余裂縫滲透率過硫酸銨破乳劑濃度（過硫酸銨破乳劑濃度（1b/1000gal）。）。壓裂液組成壓裂液組成:40 1b/1000gal HPG聚合物和硼酸鹽交聯(lián)劑的混合物。聚合物和硼酸鹽交聯(lián)劑的混合物。第19頁/共59頁 導(dǎo)流能力隨溫度增高而降低，當(dāng)溫度超過50C，影響更大；閉合壓力越高，這種影響越大。而且顆粒越大，

11、溫度對(duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響越小。對(duì)于直徑0.28-0.45毫米(40/60目)石英砂，基本不存在溫度影響。第20頁/共59頁l目前使用的絕大多數(shù)壓裂液是屬于水基天然植物膠類型，如田菁粉、胍膠等，它們本身含有一定數(shù)量的殘?jiān)?，從而降低支撐帶滲透率。l對(duì)于胍膠壓裂液， 殘?jiān)咳Q于成膠劑濃度、破膠劑類型及濃度。殘?jiān)谛纬蔀V餅過程中起了積極作用，它本身就是降濾劑，但殘?jiān)鼘?duì)裂縫導(dǎo)流能力的影響不可忽視。l壓裂后，壓裂液破膠返排，但仍有部分破膠較差的壓裂液及殘?jiān)鼫粼谥螏Э紫吨校约皦毫岩涸诳p壁形成的濾餅，都會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)流能力下降。第21頁/共59頁壓裂液對(duì)導(dǎo)流能力影響壓裂液對(duì)導(dǎo)流能力影響壓裂液種類裂縫導(dǎo)流能

12、力保持系數(shù)%生物聚合物95泡沫壓裂液80-90聚合物乳化液65-85有機(jī)凍膠45-70線形溶膠45-55羥丙基胍膠10-50第22頁/共59頁 長期導(dǎo)流能力隨時(shí)間而逐漸下降，一般經(jīng)過10-20d后趨于穩(wěn)定。不同支撐劑在不同流體介質(zhì)中的長期導(dǎo)流能力并不相同。預(yù)測水力壓裂井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)時(shí)，必須考慮裂縫的長期導(dǎo)流能力。第23頁/共59頁lHigh rate (non-Darcy or turbulent) flow effects. These can be particularly important when stimulating gas wells.lMultiphase flow effec

13、ts (as observed during oil production).lGradual “clean up” (reduction in water saturation from the fracturing fluid in the near-fracture formation). This leads to a long term increase in the effective permeability of this formation situated next to the hydraulic fracture. This process can take many

14、months after hydraulically fracturing a low permeability formation.l高速率（非達(dá)西或紊流）流影響。在氣井增產(chǎn)措施中顯得尤為重要。高速率（非達(dá)西或紊流）流影響。在氣井增產(chǎn)措施中顯得尤為重要。l多相流的影響。（在生產(chǎn)井中較為常見）。多相流的影響。（在生產(chǎn)井中較為常見）。l分步洗井（減少近壓裂地層中壓裂液的飽和水）。這使得水力壓裂地層附近的有效滲透率長期持續(xù)增加。這一環(huán)節(jié)會(huì)從水力壓裂附近是低滲透時(shí)期持續(xù)好幾個(gè)月。分步洗井（減少近壓裂地層中壓裂液的飽和水）。這使得水力壓裂地層附近的有效滲透率長期持續(xù)增加。這一環(huán)節(jié)會(huì)從水力壓裂附近是低滲

15、透時(shí)期持續(xù)好幾個(gè)月。第24頁/共59頁一 、 支 撐 劑 簡 介二、 裂縫導(dǎo)流能力及傷害三、 支撐劑運(yùn)移四、 支撐劑測試第25頁/共59頁水力裂縫中支撐劑鋪置主要受壓裂液濾失及運(yùn)移影響：1. 支撐劑對(duì)壓裂液流變性的影響；2. 對(duì)流（重力流）；3. 支撐劑在壓裂液中運(yùn)移。井筒井筒裂縫的上邊界裂縫的上邊界裂縫的下邊界裂縫的下邊界液體液體注砂早期注砂早期注砂晚期注砂晚期第26頁/共59頁一般來講攜砂液的粘度slurry比僅有壓裂液時(shí)的粘度base要高，Nolte（1988）發(fā)現(xiàn)對(duì)冪律流體可以用牛頓流體的關(guān)系描述：式中，fv 支撐劑體積百分?jǐn)?shù)； fvM 流動(dòng)砂漿最大百分比。第27頁/共59頁l流體間對(duì)

16、流是由于密度較大的流體在密度較小的流體下流動(dòng)，或密度較小的流體在密度較大的流體上流動(dòng)造成的。在水力壓裂中，當(dāng)高密度砂漿泵注在前面泵入階段的流體中（前置液）下流動(dòng)，會(huì)造成對(duì)流，從而影響攜砂。lVnwin和Hammond（1995）以及Smith和Klein（1995）發(fā)現(xiàn)如果泵入過量前置液，泵注結(jié)束后流體流動(dòng)可能會(huì)引起對(duì)流直至前置液濾失掉。如果縫寬較大，對(duì)流影響更大。然而由于低楊氏模量的地層一般是高滲的，這種情況下端部脫砂設(shè)計(jì)和停泵后濾失快可有效地避免對(duì)流。第28頁/共59頁 水力壓裂的核心是形成滿足導(dǎo)流能力要求的填砂裂縫，支撐劑在裂縫的沉降影響到填砂裂縫幾何尺寸和裂縫導(dǎo)流能力。支撐劑運(yùn)移： 支

17、撐劑沉降； 沉降式分布； 懸浮式分布。第29頁/共59頁l 自由沉降： 單個(gè)顆粒在無限流體介質(zhì)空間內(nèi)的沉降。l 干擾沉降：顆粒群在有限流體空間內(nèi)的沉降。1. 單顆粒自由沉降顆粒在流體中沉降時(shí)受力 ）顆粒的重力； ）流體對(duì)顆粒的浮力； ）顆粒在流體中下降運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的阻力。第30頁/共59頁重力：浮力：阻力：第31頁/共59頁CD與雷諾數(shù)有關(guān)，雷諾數(shù)與Up有關(guān)。不同的雷諾數(shù)可求得相應(yīng)的速度值。第32頁/共59頁干擾沉降l 支撐劑濃度的影響；l 壁面的影響；l 顆粒形狀的影響。第33頁/共59頁干擾沉降(Novoty公式)l 支撐劑濃度對(duì)沉降速度的影響（粒間干擾， UH UP ） 當(dāng)NRe 2時(shí)，

18、 當(dāng)2NRe500時(shí)， 當(dāng)NRe 500時(shí)，第34頁/共59頁其它干擾沉降公式.第35頁/共59頁UH=FwUP, , Fw-壁面拉拽系數(shù)當(dāng)NRe 1:當(dāng)NRe 100 :當(dāng)1NRe100 : 插值第36頁/共59頁a.全懸浮分布：指壓裂液粘度足以把支撐劑完全懸浮起來，在整個(gè)施工過程中沒有支撐劑的沉降，停泵后支撐劑充滿整個(gè)裂縫內(nèi)，因而攜砂液到達(dá)的位置就是支撐裂縫的位置。b.沉降式分布：由于剪切和溫度等降解作用，壓裂液在裂縫內(nèi)的攜砂性能并不能達(dá)到全懸浮，在裂縫延伸過程中，部分支撐劑隨攜砂液一起向縫端運(yùn)動(dòng)，另一部分則可能沉降下來。第37頁/共59頁沉降式分布支撐劑沉降速度、砂堤堆起高度等都與裂縫參

19、數(shù)(長、 寬、 高)有關(guān)。沉降式分布：裂縫高度上的分布平衡流速/平衡高度計(jì)算砂堤堆起速度平衡時(shí)間第38頁/共59頁沉降式分布1） 裂縫高度上的分布 平衡狀態(tài)下，垂直裂縫剖面上由下向上支撐劑分布可以分為四個(gè)區(qū)域： 區(qū)域：沉降下來的砂堤，砂堤的高度為平衡高度； 區(qū)域：在砂堤面上的顆粒滾流區(qū)； 區(qū)域：懸浮區(qū)，雖然顆粒都處于懸浮狀態(tài)，但不是均勻的， 存在濃度梯度； 區(qū)域：無砂區(qū)。第39頁/共59頁沉降式分布在平衡狀態(tài)下增加地面排量，則、與區(qū)均將變薄，區(qū)則變厚；如果流速足夠大，區(qū)可能完全消失。再進(jìn)一步增加排量，縫內(nèi)的濃度梯度剖面消失，成為均質(zhì)的懸浮流。第40頁/共59頁沉降式分布2)平衡流速l平衡流速定

20、義式為：l砂堤的平衡高度：第41頁/共59頁沉降式分布2)平衡流速l湯姆斯解法：利用顆粒自由沉降速度與阻力速度的比值，先得到阻力速度，再利用此阻力速度求出平衡流速。l定義式：l牛頓液體：第42頁/共59頁沉降式分布l 非牛頓液體：層流：阻力速度與平衡流速的關(guān)系可用下二式表示：紊流：第43頁/共59頁沉降式分布l我國礦場上常以砂比(小數(shù)或百分?jǐn)?shù))表示加砂濃度，砂比是砂堆體積與壓裂液體積之比，此時(shí)砂液混合物的密度將是：l垂直縫是以井軸為對(duì)稱的兩條相等的縫，則進(jìn)入單翼縫中的流量，應(yīng)為地面總排量的一半。第44頁/共59頁沉降式分布3)砂堤的堆起速度 砂堤的堆起速度與縫中的實(shí)際流速和平衡流速的速度差有關(guān)

21、。當(dāng)縫中流速達(dá)到平衡流速時(shí)，砂堤停止增高， 處于平衡狀態(tài)，因此：C值為砂子與壓裂液的體積比，即砂比S。第45頁/共59頁沉降式分布4)平衡時(shí)間假設(shè)砂堤達(dá)到平衡高度的95， 就認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到平衡高度，此時(shí)函數(shù):所以：第46頁/共59頁沉降式分布1. 支撐劑在縫高度上的分布 攜帶支撐劑的液體進(jìn)入裂縫后，固體顆粒主要受到水平方向液體攜帶力、垂直向下重力以及向上浮力的作用，當(dāng)顆粒相對(duì)于攜帶液有沉降運(yùn)動(dòng)時(shí)，還會(huì)受到粘滯阻力作用。l液體的流速逐漸達(dá)到使顆粒處于懸浮狀態(tài)的能力，此時(shí)顆粒停止沉降，這種狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。l平衡時(shí)的流速稱為平衡流速，即攜帶顆粒最小流速。在此流速下，顆粒沉積與卷起處于動(dòng)平衡狀態(tài)。第47頁/共59頁全懸浮分布1）裂縫內(nèi)砂比與地面砂比l裂縫內(nèi)的砂濃度(裂縫內(nèi)砂比)：是指單位體積裂縫內(nèi)所含支撐劑的質(zhì)量。l裂縫閉合后的砂濃度(鋪砂濃度)：指單位面積裂縫上所鋪的支撐劑質(zhì)量。l地面砂比有兩種不同的定義方法：單位體積混砂液中所含的支撐劑質(zhì)量；支撐劑體積與壓裂液體積之比。第48頁/共59頁全懸浮分布2）單元濾失在t時(shí)間內(nèi)從此單元含砂液中濾失的體積百分?jǐn)?shù)為：第49頁/共59頁全懸浮分布濾失后的縫內(nèi)砂濃度為： 由公式看出，要求縫內(nèi)保持一定的砂濃度(相當(dāng)于一定的導(dǎo)流能力)時(shí)， 地面砂濃度隨著注入單元體積而變化。l以注入單元體積數(shù)S代替n,則l從縫的前端向井底進(jìn)行計(jì)算時(shí)，