水力壓裂技術(shù)詳解334頁（PPT 最新技術(shù)）_ppt

1、 一 水力壓裂原理1.概念 利用地面高壓泵組，以超過地層吸收能力的排量將高粘液體（壓裂液）泵入井內(nèi)，而在井底憋起高壓，當(dāng)該壓力克服井壁附近地應(yīng)力達(dá)到巖石抗張強(qiáng)度后，就在井底產(chǎn)生一條或幾條水平或垂直裂縫。繼續(xù)將帶有支撐劑的攜砂液注入壓裂液，裂縫繼續(xù)延伸并在裂縫中充填支撐劑。停泵后，由于支撐劑對裂縫的支撐作用，可在地層中形成具有一定幾何尺寸和導(dǎo)流能力的填砂裂縫。一、水力壓裂及發(fā)展歷程“水力壓裂” 是什么 ?液體連續(xù)注入使得人工裂縫變得更大。液體將高強(qiáng)度的固體顆粒（支撐劑）帶入并充填裂縫。施工結(jié)束，液體返排，支撐劑留在裂縫中，形成高流通能力的油氣通道，并擴(kuò)大油氣的滲流面積。利用液體傳遞壓力在地層巖石

2、中形成人工裂縫。從油藏工程的觀點出發(fā) 單井壓裂 整體壓裂 以研究單井滲流方式與滲流阻力的變化實現(xiàn)單井產(chǎn)能提高為目的 。它以建立的油藏注水開發(fā)井網(wǎng)與水力裂縫優(yōu)化組合的滲流系統(tǒng)實現(xiàn)單井產(chǎn)能與掃油效率的提高為其主要內(nèi)容 。2.水力壓裂的發(fā)展歷程 我國從五十年代起已開始進(jìn)行水力壓裂技術(shù)的研究，1952年在延長油礦開始的。50、60年代 1949.3在美國俄克拉荷馬州的維爾瑪進(jìn)行了第一次商業(yè)性的壓裂施工。壓裂主要作為單井的增產(chǎn)、增注措施，以追求單井增產(chǎn)增注效果為目標(biāo)，沒有考慮實施壓裂措施后，對油田開采動態(tài)和開發(fā)效果的影響。 2.水力壓裂的發(fā)展歷程 水力壓裂技術(shù)發(fā)展迅速，在壓裂材料、工藝技術(shù)和設(shè)計方法等方

3、面都取得了新的進(jìn)展。力壓裂已不再僅僅被孤立地作為單井的增產(chǎn)、增注措施來考慮，而是與油藏工程緊密結(jié)合起來，用于調(diào)整層間矛盾、改善驅(qū)油效率，成為提高動用儲量、原油采收率和油田開發(fā)效益的有力技術(shù)措施。 70年代 進(jìn)入低滲透油田的勘探開發(fā)領(lǐng)域，由于壓裂技術(shù)的應(yīng)用，大大增加了油氣的可采儲量，使本來沒有工業(yè)開采價值的低滲透油氣藏，成為具有相當(dāng)工業(yè)儲量和開發(fā)規(guī)模的大油氣田。 80年代 2.水力壓裂的發(fā)展歷程 90年代 水力壓裂逐漸成為決定低滲透油田開發(fā)方案的主導(dǎo)因素。在研究制定低滲透油田開發(fā)方案時，按水力裂縫處于有利方位確定井排方位，通過確定井網(wǎng)類型、布井密度和壓裂施工規(guī)模，使水力壓裂與油藏工程結(jié)合的更加緊

4、密，使低滲透油田的高效開發(fā)成為可能。近年來 國內(nèi)外在開發(fā)極低滲（以微達(dá)西計）的油氣田中，水力壓裂起到了關(guān)鍵性的作用。本來沒有開采價值的油氣田，經(jīng)大型壓裂后成為有相當(dāng)儲量及開發(fā)規(guī)模很大的油氣田。 水力壓裂造縫及增產(chǎn)機(jī)理二、水力壓裂的主要研究內(nèi)容壓前評估（壓裂選井選層）壓裂材料的優(yōu)化選擇水力壓裂設(shè)計水力裂縫診斷壓后評估壓裂是中、低滲透油氣田勘探、開發(fā)過程中的重要環(huán)節(jié)三、水力壓裂在勘探開發(fā)中的作用壓裂是非均質(zhì)、多油層油田調(diào)整層間矛盾、平面矛盾，實現(xiàn)分層開采的重要措施。 壓裂是低滲透油水井實現(xiàn)增產(chǎn)、增注技術(shù)的重要措施。 壓裂是對油層傷害解堵的有效方法。 勘探階段 開發(fā)階段 壓裂是實現(xiàn)低滲透、低孔隙度、

5、低豐度油田經(jīng)濟(jì)開發(fā)的有效手段。 三、水力壓裂在勘探開發(fā)中的作用壓裂是出砂油井進(jìn)行防砂的有效方法 壓裂是煤層氣開采或煤層采掘過程中排氣的一種安全技術(shù)措施。 開發(fā)階段 其他方面 第一節(jié)巖石力學(xué)參數(shù) 一、彈性模量 定義 巖石彈性模量是指巖石受拉應(yīng)力或壓應(yīng)力時巖石將產(chǎn)生變形，當(dāng)負(fù)荷增加到一定程度后，應(yīng)力與應(yīng)變即呈線性關(guān)系，應(yīng)力與應(yīng)變的比值稱為巖石的彈性模量。一、彈性模量 作用 巖石彈性模量的大小反映了儲集層巖石的致密程度，它與壓開縫寬成反比，與施工泵壓成正比 。在裂縫高度假設(shè)為恒定的二維模型中 對牛頓流體，裂縫寬度與彈性模量的四分之一成反比.對牛頓流體，裂縫寬度與彈性模量的關(guān)系是：水力裂縫模型PKN模

6、型：寬度剖面及水平剖面均為一橢圓，垂直剖面為矩形，裂縫高度恒定水力裂縫模型GDK模型：寬度剖面為矩形，水平剖面為橢圓形二、彈性模量 定義 巖石泊松比是指巖石受巖應(yīng)力時，在彈性范圍 內(nèi)巖石的側(cè)向應(yīng)變與軸向應(yīng)變的比值。二、彈性模量 作用 巖石泊松比則關(guān)系到壓開的裂縫高度在縱向上的延伸程度與地應(yīng)力剖面的解釋。 需注意： 彈性模量值和泊松比值的大小反映了巖石的軟硬程度。對砂巖而言，當(dāng)巖石由軟變硬時，彈性模量值由小至大，而泊松比恰恰相反。 現(xiàn)場測試方法 利用長源距聲波測井（LSDS）取得縱波速度和橫波速度，利用密度測井求得巖石密度，可獲得巖石力學(xué)參數(shù)的動態(tài)值。三、孔隙彈性系數(shù) 定義 它是反映孔隙壓力對巖

7、石變形影響系數(shù) 作用 它是求取水平地應(yīng)力的一個重要參數(shù). 第二節(jié) 壓裂壓力 一、巖石的斷裂韌性 應(yīng)力強(qiáng)度因子定義 應(yīng)力強(qiáng)度因子是指裂縫端部附近的應(yīng)力大小。 根據(jù)彈性理論，應(yīng)力場是以原點位于裂縫端部的坐標(biāo)系坐標(biāo)系表示的。 一、巖石的斷裂韌性 對于任意一個三維均勻體來說，裂縫加載有張開型、滑開型和撕開型3種基本模式。 應(yīng)力模型I稱為張開型，裂縫前方有一法向張力。模型II稱為滑開型，伴隨有一個縱向剪力。模型III稱為撕開型，伴隨有一橫向剪力。 水力壓裂產(chǎn)生的裂縫只適用于模型I 。一、巖石的斷裂韌性 巖石斷裂韌性定義 為了擴(kuò)展裂縫，凈壓力為正，在裂縫端部之前誘發(fā)一個張開的張應(yīng)力為。該應(yīng)力在端部趨向無限

8、大，離開端部逐漸降低，在無限遠(yuǎn)處為零。當(dāng)裂縫端部的應(yīng)力值達(dá)到最大，即張開型應(yīng)力強(qiáng)度因子 達(dá)到臨界值，巖石應(yīng)力強(qiáng)度因子的臨界值稱為巖石的斷裂韌性，它決定了裂縫在延伸過程中所需要的力。記作 一、巖石的斷裂韌性 作用壓裂巖石的斷裂韌性是阻止裂縫向前擴(kuò)展的一個量度。裂縫在擴(kuò)展過程中，受周圍巖石的斷裂韌性 的控制。根據(jù)能量條件，內(nèi)壓（或通常所說的破裂載荷）會在裂縫邊緣某一點上誘發(fā)一個應(yīng)力強(qiáng)度因子 當(dāng)它大于巖石的斷裂韌性時，裂縫向前擴(kuò)展。即：巖石斷裂韌性的大小與施工泵壓（即破裂壓力和裂縫延伸壓力）的高低呈正比，與水力裂縫縫長的長短呈反比 。 在一定條件下，巖石斷裂韌性的大小可使水力裂縫方位不再沿水平最大主

9、應(yīng)力方位延伸而發(fā)生轉(zhuǎn)向。 第二節(jié) 壓裂壓力 二、地層破裂壓力 地層破裂壓力定義 應(yīng)地層破裂壓力定義為使地層產(chǎn)生水力裂縫時的井底流體壓力。 地層破裂壓力的高低與巖石彈性性質(zhì)、孔隙壓力、天然裂縫的發(fā)育情況以及該地區(qū)的地應(yīng)力等因素有關(guān)。 地層破裂壓力與地層中部深度的比值稱為破裂壓力梯度。 二、地層破裂壓力作用地層破裂壓力是確定井下管柱、井下工具、井口裝置與泵注設(shè)備壓力極限的依據(jù)。根據(jù)破裂壓力確定壓裂施工時的地面最高泵壓、泵注排量以及需用設(shè)備功率。根據(jù)破裂壓力梯度可以大致推斷水力裂縫的形態(tài)。一般認(rèn)為，在壓力系數(shù)為1.0的正常油藏中。 地如果破裂壓力梯度小于0.0150.018 時，多為水平裂縫； 如果

10、破裂壓力梯度大于0.023 時，多為垂直裂縫。 二、地層破裂壓力 采集方法 理論計算方法Eaton法 該理論認(rèn)為，地下巖層處于均勻水平地應(yīng)力狀態(tài)，其中充滿著層理、微裂隙和（張開或隱形的）天然裂縫，流體在壓力作用下將沿這些薄弱面侵入，使其張開并向巖層延伸，且張開裂縫的流體壓力只需克服垂直裂縫面的地應(yīng)力。 二、地層破裂壓力 采集方法 測井分析法 利用測井資料得出泊松比后，按下式計算地層破裂壓力： 對于多數(shù)沉積巖，可取 =1，于是 二、地層破裂壓力 采集方法 利用現(xiàn)場施工參數(shù)計算 施工泵注前置液使的最高井底壓裂壓力（此時，可認(rèn)為是 壓開地層時的井底破裂壓力）； 泵注前置液時最高地面泵注壓力； 井筒的

11、靜液柱壓力； 井筒管柱的沿程摩阻； 射孔孔眼的孔眼摩阻； 瞬時停泵壓力； 地層破裂壓力梯度；三、裂縫延伸壓力和裂縫凈壓力 定義 裂縫延伸壓力是指一旦產(chǎn)生水力裂縫，該縫欲在長、寬、高三方位擴(kuò)展所需的初始流體壓力。 一般，裂縫延伸壓力小于地層破裂壓力而大于裂縫的閉合壓力。該值的高低與儲集層巖石斷裂韌性、壓開的裂縫體積，即與施工規(guī)模的大小有關(guān)。 裂由圖可見，地層破裂后，裂縫在較破裂壓力低的壓力下向地層深處延伸。在這一過程中，由于流體在縫中流動阻力的增加，使裂縫延伸壓力隨之稍有增大。 作用 施工中，裂縫延伸壓力與裂縫凈壓力隨時間的變化，是判斷裂縫延伸狀態(tài)的重要依據(jù)，用來進(jìn)行壓裂設(shè)計和指導(dǎo)現(xiàn)場壓裂施工。

12、三、裂縫延伸壓力和裂縫凈壓力 裂縫延伸壓力采集 進(jìn)行現(xiàn)場階梯式泵注試驗是確認(rèn)裂縫延伸壓力最可靠的方法。如果井底未下壓力計，應(yīng)將地面上測定的裂縫延伸壓力換算到井底條件： 井底裂縫延伸壓力； 地面測量的裂縫延伸壓力。 試驗中或試驗結(jié)束后，如取得地面瞬時關(guān)井壓力，則井底的裂縫延伸壓力為： 瞬時停泵延伸壓力； 地面瞬時關(guān)井壓力。四、裂縫閉合壓力 定義 裂縫閉合壓力有兩種不同的定義，但其實質(zhì)一樣。（1）開始張開一條已存在的水力裂縫所必須的流體壓力。（2）使裂縫恰好保持不至于閉合所需要的流體壓力。 這一流體壓力與地層中垂直于裂縫面上的最小主應(yīng)力大小相等，方向相反。閉合壓力小于開始形成水力裂縫所需要的破裂壓

13、力，并始終小于裂縫的延伸壓力，即使產(chǎn)層存在天然裂縫也是如此。 四、裂縫閉合壓力 作用（1）裂縫閉合壓力是所有壓裂壓力分析的參考，或作為基準(zhǔn)壓力。該壓力相當(dāng)于油藏滲流分析中的原始地層壓力。因此，它是壓裂設(shè)計與壓裂效果評價的重要參數(shù)。（2）裂縫閉合壓力是選擇支撐劑類型、粒徑尺寸、鋪置濃度和確定導(dǎo)流能力的主要依據(jù)。四、裂縫閉合壓力 采集方法 現(xiàn)場進(jìn)行微型壓裂、注入返排試驗或注入關(guān)井試驗可直接求取裂縫閉合壓力，計算式如下： 試在微型壓裂中有： 試最大水平主應(yīng)力估算為： 在小型測試壓裂注入返排試驗中： 由于：所以 微型壓裂中再次開泵后重新張開裂縫的壓力； 微型壓裂中第一次瞬時關(guān)井壓力（井底）。第三節(jié) 就

14、地應(yīng)力場課程內(nèi)容就地應(yīng)力場影響就地應(yīng)力場的因素就地應(yīng)力場在水力壓裂中的作用第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場 作用在地殼任一深度下某一巖石質(zhì)點（單元體）上實時的三維地應(yīng)力及其方位（走向）稱之為就地應(yīng)力場。 就地應(yīng)力場 （1）它是控制水力裂縫幾何形態(tài)、方位與擴(kuò)展的主要因素。 （2）在注水開發(fā)的油藏中壓裂，這一參數(shù)決定了水里裂縫的縫長及其施工規(guī)模，以便與給定的注采井網(wǎng)相匹配 （3）它而對尚待壓裂開發(fā)的油藏而言，它又是部署注采井網(wǎng)和制定壓裂措施的根本依據(jù)。第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場地應(yīng)力 存在于地殼中的內(nèi)應(yīng)力稱之為地應(yīng)力。它是地殼巖石受垂向上的重力、水平方向上的各種構(gòu)造動力和其他動力作用，在巖石內(nèi)部某一

15、深處質(zhì)點（單元體）上引起相應(yīng)變形的一個巖石力學(xué)參數(shù)。 油氣儲集層巖石的地應(yīng)力主要由重力應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力、孔隙壓力和熱應(yīng)力耦合而成。地應(yīng)力隨儲集層所在構(gòu)造、埋藏深度、巖石性質(zhì)和孔隙壓力的不同而變化，是以變量。第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場地應(yīng)力分布 地應(yīng)力呈三維分布，即在x、y和z軸上各有一個地應(yīng)力存在，統(tǒng)稱為主應(yīng)力。其中一個基本上是垂直的，稱之為垂向主應(yīng)力 （或 ），另兩個主應(yīng)力 和 則呈水平狀，相互垂直地分布在360平面的任一區(qū)間上，它們均稱為水平主應(yīng)力。這三個主應(yīng)力相互垂直，又不相等，有 的關(guān)系。第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場地應(yīng)力大小 （1）三個主應(yīng)力值大小不等。垂向主應(yīng)力 （或 ）來自上覆巖

16、石的重力；兩個水平主應(yīng)力 和 則由構(gòu)造應(yīng)力構(gòu)成。在兩個水平主應(yīng)力中，量值大的稱為最大水平主應(yīng)力，記作 （或 ），小的叫做最小水平主應(yīng)力 （或 ）。 （2）垂向主應(yīng)力值是其上覆巖石密度與其埋藏深度的函數(shù)。對給定的油氣儲集層，該值可視為常數(shù)。兩個水平主應(yīng)力除受儲集層構(gòu)造、埋深、巖性等因素的影響之外，更受制于儲集層孔隙壓力因注水、采油所帶來的變化，并與之共增減。 第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場地應(yīng)力大小 如以垂向主應(yīng)力為參照，則在儲集層巖石的某一質(zhì)點上三個主應(yīng)力的大小可分為以下三種類型： I類，垂向應(yīng)力為最小主應(yīng)力，即 ； II類，垂向應(yīng)力為最大主應(yīng)力，即 ； III類，垂向主應(yīng)力為中間應(yīng)力，即 ；

17、第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場地應(yīng)力大小 （3）有效地應(yīng)力。作用在油氣儲集層上的地應(yīng)力，一部分由儲集層孔隙中的流體所支持，即由儲集層孔隙壓力所承擔(dān)，另一部分則直接作用在巖石顆粒的骨架上，稱為有效地應(yīng)力，也稱為巖石骨架應(yīng)力。 （4）垂向主應(yīng)力與水平主應(yīng)力的相對大小決定了水力裂縫的產(chǎn)狀（形態(tài)）。 第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場地應(yīng)力方位 地應(yīng)力具有方位（走向）性。在原始狀態(tài)下垂向主應(yīng)力與兩個水平主應(yīng)力呈平衡狀，而一旦受（挖掘、鉆井或壓裂等）外力作用，破壞了這一平衡，根據(jù)最小主應(yīng)力原理，儲集層巖石的破裂總是產(chǎn)生于強(qiáng)度最弱、阻力最小處的方位，即在垂直于最小主應(yīng)力的方位上破裂?；蛘哒f，巖石總是沿最大主應(yīng)力的

18、方位破裂。第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場相關(guān)術(shù)語 構(gòu)造應(yīng)力是指由構(gòu)造運動引起的巖體引起的巖體中的地應(yīng)力增量。這一增量導(dǎo)致了構(gòu)造運動、產(chǎn)生構(gòu)造變形和形成各種構(gòu)造形跡。它以矢量形式疊加在地層重力應(yīng)力場中，使兩個水平應(yīng)力既相互垂直，又不相等。構(gòu)造應(yīng)力第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場相關(guān)術(shù)語 根據(jù)測井資料和地應(yīng)力剖面，按地質(zhì)分層給出每層地應(yīng)力值的做法叫做分層地應(yīng)力。層與層之間的地應(yīng)力差值叫做地應(yīng)力差。地應(yīng)力差是壓裂設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)，也是制定工藝措施的主要依據(jù) 分層應(yīng)力或地應(yīng)力差第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場相關(guān)術(shù)語 根據(jù)地應(yīng)力剖面，僅按地應(yīng)力的數(shù)值大小進(jìn)行分層的做法稱為地應(yīng)力分層。相鄰的不同地質(zhì)層因其力學(xué)性質(zhì)相

19、近而被歸為同一地應(yīng)力層；或在同一地質(zhì)層內(nèi)因各種原因使地應(yīng)力突變成為兩個、甚至多個不同的地應(yīng)力層。地應(yīng)力分層第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場相關(guān)術(shù)語 地層溫度變化使其內(nèi)部引起的應(yīng)力增量稱為熱應(yīng)力。熱應(yīng)力與該地層溫度變化的幅度及該層巖石的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。例如火燒油層、注熱水或注熱蒸汽都會改變油藏局部乃至整個油層的地應(yīng)力大小和方位。 熱應(yīng)力第三節(jié) 就地應(yīng)力場影響就地應(yīng)力場的因素 影響就地應(yīng)力場最主要的是油氣儲集層的地質(zhì)構(gòu)造、埋藏深度、巖性及其力學(xué)性質(zhì)和油氣藏的開采活動（孔隙壓力和儲集層溫度的變化）。第三節(jié) 就地應(yīng)力場影響就地應(yīng)力場的因素地質(zhì)構(gòu)造局部應(yīng)力場與區(qū)域應(yīng)力場 第三節(jié) 就地應(yīng)力場影響就地應(yīng)力場的因

20、素地質(zhì)構(gòu)造斷層 斷層是地層在地應(yīng)力作用下發(fā)生破裂和滑動的結(jié)果，在一定的應(yīng)力場下所形成的斷層類型基本固定 第三節(jié) 就地應(yīng)力場影響就地應(yīng)力場的因素地質(zhì)構(gòu)造斷層 正斷層上盤沿斷層面相對下降，下盤相對上升的斷層稱為正斷層。在正斷層中垂向應(yīng)力 （或 ）是最大主應(yīng)力 ，斷層走向為中等應(yīng)力 （最大水平主應(yīng)力 ）的方向，且在這一以正斷層為標(biāo)志的地殼松弛區(qū)，水平主應(yīng)力 （ 或 ）約為垂向主應(yīng)力 的13。 第三節(jié) 就地應(yīng)力場影響就地應(yīng)力場的因素地質(zhì)構(gòu)造斷層 逆斷層上盤沿斷層面相對上升，下盤相對下降的斷層稱為逆斷層。若弱斷層面傾角小于45則稱為逆掩斷層。在逆斷層中垂向應(yīng)力 （ 或）是最小主應(yīng)力 ，斷層走向為中等主應(yīng)

21、力 （最小水平主應(yīng)力 ）的方向，且在這種地殼壓縮區(qū)內(nèi)，水平主應(yīng)力 則是垂向主應(yīng)力 的3倍。即：第三節(jié) 就地應(yīng)力場影響就地應(yīng)力場的因素地質(zhì)構(gòu)造斷層 滑移斷層斷層兩盤沿斷層面走向相對移動的斷層稱為滑移斷層。在這種斷層中，垂向主應(yīng)力 （或 ）是中等主應(yīng)力 ，斷層走向與最大水平主應(yīng)力（ ） 的方向的交角小于45。 第三節(jié) 就地應(yīng)力場影響就地應(yīng)力場的因素埋藏深度 地應(yīng)力的大小隨埋藏深度而增加。在沉積巖中，垂向應(yīng)力近似等于其上覆巖石的重力。 以上覆巖石的重力來確認(rèn)垂向應(yīng)力值。即： 隨埋藏深度的增加，構(gòu)造應(yīng)力也不斷增大，致使增大了兩個水平應(yīng)力的差值，且使應(yīng)力方向趨于一致。 當(dāng)油氣井深超過一定深度后，垂向應(yīng)力

22、 （ 或）會成為三向主應(yīng)力中的中間應(yīng)力，三者的相對大小為 。說明該地區(qū)的斷層活動以走向滑移斷層為主，壓裂油氣儲集層將產(chǎn)生垂直裂縫。第三節(jié) 就地應(yīng)力場影響就地應(yīng)力場的因素巖石類型和巖性 沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖被成為世界上三大類巖石類型。地應(yīng)力在期間的分布各有異同。 在沉積巖中，兩個水平主應(yīng)力與深度有良好的線性關(guān)系，且最大與最小水平應(yīng)力之差在三類巖石中是最小的； 巖漿巖中水平應(yīng)力高，且水平應(yīng)力差大； 變質(zhì)巖中兩個水平應(yīng)力均隨埋深而增大，但它們的離散型較強(qiáng)。第三節(jié) 就地應(yīng)力場影響就地應(yīng)力場的因素巖石類型和巖性 同類巖石不同巖性地層的最小水平主應(yīng)力。 最小水平主應(yīng)力值隨地層巖石泊松比的增加而增大。該值

23、自小而大的排序是：砂巖粉砂巖煤層泥巖。 相鄰巖層間的最小水平主應(yīng)力值會有較大差異，有時這一差值可達(dá)14MPa。 如兩個相鄰巖層的最小水平主應(yīng)力差大于4 或7 后，便會對水力壓裂產(chǎn)生垂直裂縫的垂向延伸起到遏制（阻擋）作用。所以，就壓裂設(shè)計而言，采集、建立壓裂井層的地應(yīng)力剖面是非常重要的，也是科學(xué)有效地進(jìn)行壓裂設(shè)計所必須的。第三節(jié) 就地應(yīng)力場影響就地應(yīng)力場的因素巖石類型和巖性 同不同硬度巖石中的水平應(yīng)力。國外學(xué)者依據(jù)巖石的軟硬程度給出在硬巖石、中硬巖石和軟巖石中的水平應(yīng)力表達(dá)式，并指出在硬巖石中兩個水平主應(yīng)力差值大。彈性模量為511的硬巖石（如輝長巖、閃長巖、花崗閃長巖、雜白云石英、石英斑巖等）：

24、彈性模量為25MPa的中硬巖石（如大理石、石灰?guī)r、角礫巖等）： 彈性模量為12MPa的軟巖石中（如高嶺石、頁巖、炭質(zhì)泥巖、蛇紋巖、砂巖等）： 第三節(jié) 就地應(yīng)力場影響就地應(yīng)力場的因素油藏開發(fā)活動 油氣田（藏）的開發(fā)活動，如油氣開采、注水、注氣（或主蒸汽）、熱力開采等活動都會改變原始地應(yīng)力場的狀態(tài)。其中，影響最大的是油氣儲集層的孔隙壓力和儲集層溫度的變化。 總的地應(yīng)力由儲集層流體的孔隙壓力和巖石顆粒的骨架壓力（有效地應(yīng)力）集合而成。在這一總地應(yīng)力中，孔隙壓力要占到50%70%，顯然，儲集層開采活動帶來的孔隙壓力衰減會使總地應(yīng)力產(chǎn)生變化，其中，最小水平主應(yīng)力將隨孔隙壓力的下降而減?。?儲集層孔隙壓力

25、的衰減 第三節(jié) 就地應(yīng)力場影響就地應(yīng)力場的因素油藏開發(fā)活動 油氣田（藏）的開發(fā)活動，如油氣開采、注水、注氣（或主蒸汽）、熱力開采等活動都會改變原始地應(yīng)力場的狀態(tài)。其中，影響最大的是油氣儲集層的孔隙壓力和儲集層溫度的變化。儲集層溫度的變化會使巖石體積變形，但受圍壓的限制又使這一變形受到約束，從而產(chǎn)生了附加的熱應(yīng)力，總的地應(yīng)力則隨之改變。假定儲集層巖石各向同性，能夠很快傳遞和消耗掉由溫度變化引起的垂向應(yīng)力的改變，而使垂向主應(yīng)力仍保持與上覆巖層重力的平衡。 儲集層溫度變化 第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場在水力壓裂中的作用 1.就地應(yīng)力場決定了水力裂縫的產(chǎn)狀及其延伸方位（1）水力裂縫的產(chǎn)狀取決于三個方向

26、主應(yīng)力值的相對大小。如果垂向主應(yīng)力值最大，儲集層將被壓出垂直裂縫；反之，如果垂向主應(yīng)力最小，則會產(chǎn)生水平縫。（2）一旦出現(xiàn)水力裂縫，那么，該裂縫將在垂直于最小主應(yīng)力方位延伸?；蜓灾?，水力裂縫總是沿最大主應(yīng)力方位延伸。第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場在水力壓裂中的作用 1.就地應(yīng)力場決定了水力裂縫的產(chǎn)狀及其延伸方位斷層、褶皺和天然裂縫發(fā)育的構(gòu)造會影響該構(gòu)造的地應(yīng)力場，有可能產(chǎn)生斜向裂縫（高角度的垂直裂縫）或復(fù)合裂縫（垂直和水平共存的裂縫，或稱T形縫）。所以，掌握油氣田（藏）的就地應(yīng)力場狀態(tài)，確認(rèn)水力裂縫的產(chǎn)狀及其延伸方位是科學(xué)有效地進(jìn)行壓裂工作的首要前提。 注意第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場在水力壓裂

27、中的作用 2.最小水平主應(yīng)力值是確認(rèn)某些施工參數(shù)的依據(jù)（1）確認(rèn)破裂壓力（2）確認(rèn)選用支撐劑的類型和粒徑尺寸 儲集層的破裂壓力隨該層最小主應(yīng)力的增加而增大 作用在縫中支撐劑上的壓力是壓裂目的層最小水平主應(yīng)力 和井底流動壓力 之差，如下式：第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場在水力壓裂中的作用 3.地應(yīng)力剖面和地應(yīng)力差的作用 就地應(yīng)力剖面和就地應(yīng)力差控制著壓裂施工狀態(tài)（凈壓力）、水力裂縫高度、壓后效果的判斷和分壓方式的選擇。 如果沒有特殊說明,地應(yīng)力剖面是指按地應(yīng)力數(shù)值大小并以地應(yīng)力分層形式給出的實時最小水平主應(yīng)力剖面；地應(yīng)力差則是以地質(zhì)層系按分層地應(yīng)力形式來表述儲集層與其上下隔層的實時最小水平主應(yīng)力之

28、差。 第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場在水力壓裂中的作用 3.地應(yīng)力剖面和地應(yīng)力差的作用 （1）地應(yīng)力差與壓裂施工狀態(tài) 壓裂施工中裂縫的凈壓力隨地應(yīng)力差的增加而增大，且增量效應(yīng)顯著。這里的凈壓力是指施工中的壓裂井井底壓力與裂縫閉合壓力（即最小水平主應(yīng)力）之差。反映到現(xiàn)場施工中則會出現(xiàn)高泵壓，以致不能完成任務(wù)。第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場在水力壓裂中的作用 3.地應(yīng)力剖面和地應(yīng)力差的作用 （2）地應(yīng)力差與裂縫高度的關(guān)系 理想的裂縫高度是壓裂目的層的厚度。實際上，裂縫高度完全取決于壓裂目的層（或?qū)佣危┡c其上下隔層的最小水平主應(yīng)力差。一般認(rèn)為，如果該壓差大于4MPa或7MPa，會對裂縫的垂向延伸起遏制（

29、遮擋）作用，但也難有如此理想的天然條件。通常采取降低泵注排量、壓裂液粘度、施工規(guī)?；蚴褂闷∏颉⒅亓η虻却胧﹣頊p緩其效果，但關(guān)鍵在它們之間最小水平主應(yīng)力的差值。 第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場在水力壓裂中的作用 3.地應(yīng)力剖面和地應(yīng)力差的作用 （2）地應(yīng)力差與裂縫高度的關(guān)系 也由于壓裂目的層（或?qū)佣危┯锌赡芪挥诓煌淖钚∷街鲬?yīng)力區(qū)，那么，產(chǎn)生的裂縫高度亦不相同。圖110至圖113給出了壓裂目的層（或?qū)佣危┪挥诘蛻?yīng)力區(qū)、較高應(yīng)力區(qū)、高應(yīng)力區(qū)和高低應(yīng)力區(qū)交界處四種情況下的裂縫高度。第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場在水力壓裂中的作用 3.地應(yīng)力剖面和地應(yīng)力差的作用 （3）地應(yīng)力剖面是判斷壓裂目的層中的支

30、撐剖面、估算壓裂效果及其對應(yīng)措施的依據(jù) 由于壓裂目的層（或?qū)佣危┯锌赡芪挥谏鲜鏊姆N應(yīng)力區(qū)中的某一位置上，因此，即使施工規(guī)模相同，而落實到目的層（或?qū)佣危┲械闹纹拭妗⒅慰p長和縫中支撐劑的鋪置濃度（計量單位kg ）或?qū)Я髂芰袠O大差別，因此，獲得的壓裂效果懸殊。 第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場在水力壓裂中的作用 3.地應(yīng)力剖面和地應(yīng)力差的作用 （3）地應(yīng)力剖面是判斷壓裂目的層中的支撐剖面、估算壓裂效果及其對應(yīng)措施的依據(jù) 在設(shè)計之初即應(yīng)根據(jù)地應(yīng)力剖面確認(rèn)裂縫高度、壓裂目的層（或?qū)佣危┑南鄬ξ恢煤彤a(chǎn)生的支撐剖面來估算壓裂效果，對不理想的支撐剖面制定補(bǔ)救措施，如壓后采取裂縫自然閉合或強(qiáng)制閉合技術(shù)，或

31、自然加強(qiáng)制閉合技術(shù)使目的層（或?qū)佣危┍M量有一個最佳支撐剖面來減緩壓裂效果的損失；對那些得不償失甚至勞而無功的地應(yīng)力剖面（裂縫高度或支撐剖面）與壓裂目的層（或?qū)佣危┙M合，則應(yīng)重新審視壓裂的選井選層是否妥當(dāng)。圖114和圖115給出了絕大多數(shù)壓裂目的層（或?qū)佣危┰诘蛻?yīng)力區(qū)和較高應(yīng)力區(qū)時的支撐剖面。 第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場在水力壓裂中的作用 3.地應(yīng)力剖面和地應(yīng)力差的作用 （4）地應(yīng)力剖面是確定分壓層段和分壓方式的可靠依據(jù)多層系多油層的井應(yīng)該進(jìn)行分層壓裂。分壓層段須根據(jù)地應(yīng)力剖面數(shù)據(jù)來劃分，使各分壓層段在垂向上不串通，實現(xiàn)一井多縫以獲得最大開發(fā)效益。分壓層段確定后，仍要以地應(yīng)力剖面為依據(jù)，進(jìn)一步

32、考察分壓層段中各小層、隔層的最小水平主應(yīng)力值，以確認(rèn)該層段的分壓方式。 第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場在水力壓裂中的作用 3.地應(yīng)力剖面和地應(yīng)力差的作用 （4）地應(yīng)力剖面是確定分壓層段和分壓方式的可靠依據(jù)最小水平主應(yīng)力值相近且尚未射孔的新井，或是尚待射開的老井的某一層段，可選擇限流法進(jìn)行分層壓裂。最小水平主應(yīng)力值相差懸殊，可考慮封堵球法的分壓方式。一般，在層系或小層之間如有較厚的泥巖隔層，可使用橋塞封隔器法進(jìn)行分壓改造。如有可能也可以把橋塞封隔器法與限流量法或封堵球法相結(jié)合對分壓層段進(jìn)行壓裂。第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場在水力壓裂中的作用 4.在給定的注采井網(wǎng)中，最小水平主應(yīng)力方位控制著裂縫的支

33、撐半長和壓裂開發(fā)效果（1）有利裂縫方位和不利裂縫方位水力裂縫方位總是垂直于最小水平主應(yīng)力方位，而沿最大水平主應(yīng)力方位延伸。就給定的注采井網(wǎng)而言，水力裂縫的延伸相對于注采井則有“有利”和“不利”之分。如圖116所示，如果水力裂縫的延伸方位與注水井排或采油井排的連線平行，該裂縫稱為有利裂縫方位；反之，如與注采井的連線（注入水的主流線）相平行則稱之為不利的裂縫方位。若壓裂井在給定的注采井網(wǎng)中處于不利裂縫方位，則裂縫支撐半長必受約束，壓裂效果亦差強(qiáng)人意。 第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場在水力壓裂中的作用 4.在給定的注采井網(wǎng)中，最小水平主應(yīng)力方位控制著裂縫的支撐半長和壓裂開發(fā)效果（2）水力裂縫支撐半長的

34、優(yōu)化必須以該裂縫在給定注采井網(wǎng)中位置和井距為依據(jù)在一次采油期，如裂縫方位有利，裂縫的支撐半長的下限可達(dá)0.5倍井距；如裂縫方位不利，或處于有利和不利之間，最穩(wěn)妥的辦法是支撐半長的上限為井距的0.25倍。如果壓裂井層由二次或加密井采油，則無論裂縫方位有利與否，裂縫支撐半長的上限完全取決于注水前沿的位置。第三節(jié) 就地應(yīng)力場就地應(yīng)力場在水力壓裂中的作用 4.在給定的注采井網(wǎng)中，最小水平主應(yīng)力方位控制著裂縫的支撐半長和壓裂開發(fā)效果（3）在給定的注采井網(wǎng)中裂縫方位決定了開發(fā)效果如圖117和圖118比較了有利和不利的裂縫方位及其縫長對掃油效率和累積產(chǎn)量的影響 第一節(jié) 水力壓裂造縫機(jī)理 水力壓裂過程中，裂縫

35、的形成條件、裂縫的形態(tài)、裂縫的方位，影響裂縫在增產(chǎn)增注中的作用。裂縫的形成條件、形態(tài)及方位井底附近的地應(yīng)力及分布影響巖石的力學(xué)性質(zhì)壓裂液的滲濾性質(zhì)及注入方式第一節(jié) 水力壓裂造縫機(jī)理 一、油井應(yīng)力狀況 一般情況下，地層中的巖石處于壓應(yīng)力狀態(tài)，作用在地下巖石某單元體上的應(yīng)力為垂向主應(yīng)力和兩個水平主應(yīng)力。 1.地應(yīng)力 （一）.地應(yīng)力第一節(jié) 水力壓裂造縫機(jī)理 2.水力壓裂法測量地應(yīng)力的方法與原理 水力壓裂法測量地應(yīng)力的基本假設(shè)：（1）測量段巖石是均質(zhì)、各向同性的線彈性體，有很低的滲透性；（2）水力壓裂的模型可簡化為一個無限大巖石平板中有一個圓孔，圓孔孔軸與垂向應(yīng)力平行，在平板內(nèi)作用著兩個水平主應(yīng)力。（

36、3）水力壓裂的初裂縫面是直立平行于孔軸的；（4）有相當(dāng)長的一段裂縫面和最小水平主應(yīng)力方向垂直。第一節(jié) 水力壓裂造縫機(jī)理 2.水力壓裂法測量地應(yīng)力的方法與原理第一節(jié) 水力壓裂造縫機(jī)理 2.根據(jù)彈性理論，巖石平板上的應(yīng)力分布為：第一節(jié) 水力壓裂造縫機(jī)理 在井壁上，當(dāng)r=a，公式可以改寫為：第一節(jié) 水力壓裂造縫機(jī)理 巖石的拉伸破裂強(qiáng)度準(zhǔn)則公式： 巖石產(chǎn)生拉伸破壞時井內(nèi)液柱壓力（地層破裂壓力）為： 在地層破裂后，瞬時停泵，裂縫不再向前擴(kuò)展，但仍保持張開，此時的壓力 （瞬時停泵壓力）應(yīng)與垂直裂縫的最小地應(yīng)力相平衡，即第一節(jié) 水力壓裂造縫機(jī)理 瞬時停泵后重新啟泵，使閉合的裂縫重新張開。由于張開閉合裂縫所需

37、要的壓力 與地層破裂壓力 相比，不需要克服巖石的抗拉伸強(qiáng)度 ，所以，近似認(rèn)為破裂層位的拉伸強(qiáng)度等于這兩個壓力的差值。利用壓裂壓力曲線中的破裂壓力、瞬時停泵壓力和裂縫重新張開時的壓力可以計算地層地應(yīng)力：第一節(jié) 水力壓裂造縫機(jī)理 在地層上鉆井后，井壁上及其周圍地層中的應(yīng)力分布受到井筒的影響，可簡化為：無限大平板中鉆一個孔的受力情況，鉆孔后板內(nèi)原來均勻應(yīng)力重新分布，造成圓孔附近應(yīng)力集中。 1.井筒對地應(yīng)力及其分布的影響 （二）井壁上的應(yīng)力第一節(jié) 水力壓裂造縫機(jī)理 1.井筒對地應(yīng)力及其分布的影響 （二）井壁上的應(yīng)力適合壓裂的井層需經(jīng)壓裂投產(chǎn)才具備開發(fā)價值的低滲、特低滲油氣井層?？紫抖雀?、含油（氣）飽和

38、度高和有效厚度大的油氣層。有效滲透率高、有效厚度大、油氣的地下粘度低的油氣層。 反映油氣層驅(qū)油能力的壓力水平或壓力系數(shù)的下限應(yīng)在65%70%或0.650.70以上的儲集層。已證明油氣層內(nèi)儲有大量油氣，由于近井地帶受到污染，使本井層低產(chǎn)，而周圍同層鄰井高產(chǎn)。油氣層平面上連通性好。壓前產(chǎn)量遞減曲線平緩，說明供油面積大。油氣層壓裂井段集中，跨度越小越好，且井段上下有較好的遮擋層。油氣層井段的固井質(zhì)量好；壓裂管柱、工具設(shè)備能完成壓裂施工任務(wù)，井場和環(huán)保條件符合施工要求及國家法規(guī)。不適合壓裂的井層油氣層儲能系數(shù)（R值）太低。 油氣層經(jīng)長期生產(chǎn)可采儲量接近枯竭。油氣層壓力水平（壓力系數(shù)）衰落到65%（0.

39、65）以下。 由巖心測定的空氣滲透率，油層小于0.1、產(chǎn)能系數(shù)（值）小于0.15；氣層滲透率如小于0.1，若沒有足夠有效厚度支持，壓后難見成效。已確認(rèn)壓開的垂直裂縫將延伸到目的層上下的產(chǎn)氣層或出水層。 壓裂井的井況極差。 不具備壓裂現(xiàn)場施工場地，或環(huán)保措施不達(dá)標(biāo)的壓裂井層。注水開發(fā)油藏在不同含水期的壓裂選層選壓主力層中的低產(chǎn)儲集層。判斷方法 ：壓裂目的層地層壓力高，生產(chǎn)壓差大，采油指數(shù)小；在同一開采層系中，壓裂目的層的產(chǎn)量明顯低于鄰井同層；分層測試結(jié)果說明，壓裂目的層的動、靜態(tài)資料不匹配；經(jīng)試井或壓降曲線分析證實，目的層確有污染；有資料證明目的層在鉆井、完井或歷次井下作業(yè)過程中受到傷害。選壓非

40、主力層中注采關(guān)系明確、注水層吸水好而對應(yīng)生產(chǎn)層低產(chǎn)的儲集層。對前次壓裂施工質(zhì)量差、壓后效果差強(qiáng)人意，經(jīng)診斷確有把握的儲集層進(jìn)行重復(fù)壓裂。1.低含水期（綜合含水率小于20%） 注水開發(fā)油藏在不同含水期的壓裂選層經(jīng)分層測試，選壓或重復(fù)壓裂尚有（剩余可采儲量與地層壓力）增產(chǎn)潛力的儲集層。 選壓主力或非主力層中的低含水層。選壓久未動用的非主力層。 2.中含水期（綜合含水率20%60%） 3.高含水期（綜合含水率達(dá)60%以上） 選壓主力或非主力層中的薄油層或差油層。 選壓加密調(diào)整井中不含水或中低含水層。 壓裂新層系開發(fā)井中的儲集層。 壓裂儲量標(biāo)準(zhǔn)以外的含油氣砂層。壓裂時機(jī)的把握在原始地層壓力附近進(jìn)行壓裂

41、肯定能夠獲得最大的壓裂效果。低滲、特低滲油氣藏的開發(fā)必須進(jìn)行壓裂投產(chǎn)，且應(yīng)壓出高導(dǎo)流能力的長縫，努力擴(kuò)大井層泄油（氣）面積。對僅依靠溶解氣驅(qū)或彈性驅(qū)的油氣藏，更要依靠高導(dǎo)流能力的長縫來充分利用天然驅(qū)動能量，用壓裂開發(fā)這類難以動用的儲量。 對低滲注水開發(fā)的油藏（田），壓裂已是投產(chǎn)開發(fā)必不可少的程序，也是制定開發(fā)方案不可或缺的措施。壓裂時機(jī)的把握 對低滲注水開發(fā)的油藏（田），壓裂已是投產(chǎn)開發(fā)必不可少的程序，也是制定開發(fā)方案不可或缺的措施。生產(chǎn)了一段時間后再進(jìn)行壓裂以彌補(bǔ)產(chǎn)量遞減。對應(yīng)注水層全力強(qiáng)化注水，但壓裂目的層受地質(zhì)或工程條件所限，地層壓力難以恢復(fù)。注水強(qiáng)勁有力，衰竭的地層壓力得以恢復(fù)有的甚至

42、超過原始地層壓力。此時有一最佳的壓裂區(qū)間，任一井層在這一區(qū)間內(nèi)壓裂均會增產(chǎn)。對未能進(jìn)入“壓裂最佳區(qū)”的目的井層，應(yīng)先對注水層加強(qiáng)注水，以進(jìn)行“注水培養(yǎng)”，然后進(jìn)行有效的壓裂作業(yè)。 壓后仍需對該層進(jìn)行“注水支持”，使其保持長期的增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。 對注水開發(fā)的低滲油田（藏），壓裂井層壓前要進(jìn)行注水培養(yǎng)，然后應(yīng)選好壓裂時機(jī)，壓后要繼續(xù)獲得注水的支持和保護(hù)。第四節(jié) 壓裂液壓裂液在施工過程中的任務(wù)：一是壓開儲集層，形成人工水力裂縫；二是攜帶支撐劑進(jìn)入裂縫使之成為導(dǎo)流能力的（有效）支撐裂縫。 第一節(jié)壓裂液類型及添加劑一、壓裂液的類型按施工中不同的泵注階段，壓裂液可以分為：前置液作用：壓開地層，延伸拓展裂縫，形

43、成具有一定幾何尺寸的裂縫 ；冷卻地層。 攜砂液作用：進(jìn)一步擴(kuò)展裂縫，在縫中輸送和鋪置支撐劑，形成具有一定導(dǎo)流能力和幾何形狀的支撐劑填充裂縫 ；冷卻地層。 頂替液作用：將井筒中的攜砂液全部替入儲集層裂縫，以免井底沉砂或砂卡井下工具 。 水基壓裂液 油基壓裂液 泡沫壓裂液 乳化壓裂液 清潔膠束壓裂液 醇基壓裂液 酸基壓裂液 一、壓裂液的類型根據(jù)配置材料和液體性狀不同，壓裂液可分為 ：（1）水基壓凍膠裂液 主要由水、稠化劑、交聯(lián)劑和破膠劑配制而成。特點：粘度高，可調(diào)性好，易于控制，造縫性能好，攜砂能力強(qiáng)；摩阻低，濾失量小，耐溫耐剪切能力好，能在指定的時間內(nèi)破膠排液， 配制材料貨源廣。 適用范圍：除少

44、數(shù)低壓、油潤濕，強(qiáng)水敏地層外，適用于大多數(shù)油氣層和不同規(guī)模的壓裂改造，特別可以完成高溫、高壓、深井、超深井、高砂比、大砂量等高難度壓裂作業(yè)。1.水基壓裂液水基壓裂液是以水作為分散介質(zhì)（溶劑），再添加多種添加劑配制而成的一種壓裂液 。按稠化方式和稠化程度不同可分為水基凍膠壓裂液、線性膠壓裂液和活性水壓裂液。（2）線性膠壓裂液（稠化水壓裂液）以稠化劑和表面活性劑配置而成的粘稠性水溶液。 特點：粘度較低，攜砂性能差，降濾失性能略好，有一定造縫能力。 適用范圍：主要用于壓裂防砂、礫石充填、低溫（小于60）、淺（小于1000）井的壓裂改造；或用于低砂量、低砂比的煤層氣或不攜砂注水井壓裂。（3）活性水壓裂

45、液 加有表面活性劑的低粘水溶液。特點：粘度幾乎為零，濾失量大，依靠大排量可以攜帶較少支撐劑。適用范圍：適用于淺井低砂量、低砂比的小型解堵壓裂和煤層氣井壓裂。 稠化劑 ：磷酸酯 交聯(lián)劑：鋁酸鹽 特點：粘度較高、耐溫性能較好、攜砂能力較強(qiáng)、對儲集層傷害較小 。缺點：價格昂貴、施工困難和易燃 。2.油基壓裂液以就地原油或柴油作為分散介質(zhì)與各種添加劑配制而成的壓裂液稱為油基壓裂液。 按分散相類型不同，泡沫壓裂液體系可以分為泡沫壓裂液、泡沫壓裂液、和泡沫壓裂液和空氣泡沫壓裂液。 優(yōu)點：粘度高，攜砂和懸砂性能好，摩阻損失小、濾失量小，液體效率高、在相同液量下裂縫穿透深度大；含水量小，密度低，且氣體膨脹能力

46、強(qiáng)，易于壓后返排，對油層污染小缺點：溫度穩(wěn)定性差，使用范圍受到限制，由于井筒氣液柱的壓降低，需要的施工泵壓高，對于深度大于2000以上的油氣層施工難度大，設(shè)備特殊，成本較高。適用范圍：泡沫壓裂液一般用于低壓、水敏和含氣儲集層的壓裂改造。3.泡沫壓裂液泡沫壓裂液是指在水力壓裂過程中，以水、線性膠、水基凍膠、酸液、醇或油作為分散介質(zhì)，以、或空氣作為作為分散相（不連續(xù)相），與各種添加劑配制而成的壓裂液 。水包油乳化壓裂液是以油相（柴油或原油）作為分散相分散在作為分散介質(zhì)的液體 。油包水乳化液則有水相作為分散相分散在作為分散介質(zhì)的油相（柴油或原油）中的壓裂液體系。 優(yōu)點：具有良好的耐溫耐剪切能力、濾失

47、量低、液體效率高、低傷害 。缺點：摩阻偏高、破乳困難。4.乳化壓裂液乳化壓裂液是以油水乳化液作為分散介質(zhì)，與各種添加劑配制而成的壓裂液。包括水包油和油包水兩種乳化壓裂液。 二、壓裂液添加劑在確定壓裂液類型后，根據(jù)儲集層特征和工藝設(shè)計要求選擇用于改善壓裂液性能的化學(xué)劑稱為壓裂液添加劑。 1.水基壓裂液添加劑最常用的水基壓裂液添加劑有稠化劑、交聯(lián)劑、破膠劑、助排劑、粘土穩(wěn)定劑、pH調(diào)節(jié)劑、殺菌劑、破乳劑、降濾失劑 等 。1）稠化劑稠化劑（也稱為增稠劑）是水基壓裂液的主劑，用以提高壓裂液的粘度，降低壓裂液濾失、懸浮、攜帶和輸送支撐劑。常用的稠化劑：植物膠及其衍生物 、纖維素衍生物 、生物聚多糖 、合

48、成聚合物 。 2）交聯(lián)劑交聯(lián)劑是通過交聯(lián)離子（基團(tuán)）將溶解于水中的聚合物線型大分子鏈上的活性基團(tuán)用化學(xué)鍵連接起來而形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的化學(xué)劑。常用的交聯(lián)劑有硼砂、有機(jī)鋯、有機(jī)鈦和有機(jī)硼等。 3）交聯(lián)劑交聯(lián)劑是通過交聯(lián)離子（基團(tuán)）將溶解于水中的聚合物線型大分子鏈上的活性基團(tuán)用化學(xué)鍵連接起來而形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的化學(xué)劑。常用的交聯(lián)劑有硼砂、有機(jī)鋯、有機(jī)鈦和有機(jī)硼等。 4）破膠劑破膠劑是壓裂液組成中的一種重要添加劑，其主要作用是在壓裂結(jié)束后，通過破壞交聯(lián)條件而降解聚合物大分子，使凍膠壓裂液達(dá)到破膠降粘的效果。 常用破膠劑有過氧化物破膠劑 、膠囊破膠劑 、酶破膠劑 。5）粘土穩(wěn)定劑粘土穩(wěn)定劑的作用是利用粘

49、土表面化學(xué)離子交換的特點，改變粘土表面的結(jié)合離子，從而改變粘土的物化性質(zhì)，或破壞其離子交換能力，或破壞雙電層離子間的斥力，達(dá)到防止粘土水合膨脹或分散運移的效果。常用粘土穩(wěn)定劑有無機(jī)鹽 、表面活性劑 、無機(jī)聚合物 、有機(jī)聚合物 。6）助排劑助排劑可以降低壓裂液破膠液的表面張力，增加返排能量，減少壓裂液對儲集層的污染。常用助排劑有增能氣和表面活性劑。7）殺菌劑殺菌劑是保證壓裂配制后、施工時不腐敗變質(zhì)的添加劑。常選用甲醛、乙二醛等醛類溶液或季銨鹽類作為殺菌劑。2.油基壓裂液添加劑使用的添加劑主要為稠化劑、交聯(lián)劑。1）稠化劑常用稠化劑是由具有不同分子質(zhì)量的有機(jī)脂肪醇與無機(jī)非金屬氧化物五氧化二磷生成的磷

50、酸酯。 2）交聯(lián)劑一般油基壓裂液選用弱有機(jī)酸鹽作交聯(lián)劑，如（醋酸鈉）、乙酸鉀（醋酸鉀）、水楊酸鈉、聚丁二烯或聚異戊二烯等。3.泡沫壓裂液添加劑泡沫壓裂液除了要使用水基壓裂液中的主要添加劑之外，還要添加氣體（液、液）、起泡劑和穩(wěn)泡劑。第二節(jié)壓裂液性能要求及性能評價一、壓裂液的性能要求1.儲集層地質(zhì)特征對壓裂液性能的要求 2.壓裂工藝對壓裂液性能的要求3.壓裂工程條件對壓裂液性能的要求 4.壓裂液配制的可操作性 1.儲集層地質(zhì)特征對壓裂液性能的要求 1）壓裂液類型的確定（1）粘土礦物類型及其含量的影響（2）儲集層的五敏特征 速敏性 水敏性 酸敏性 堿敏性 鹽敏性 （3）壓裂液類型的初步確定 在非強(qiáng)

51、水敏地層中，盡可能優(yōu)先考慮使用水基壓裂液，并考慮加入適量的防膨劑或粘土穩(wěn)定劑，以減少壓裂液對儲集層的傷害。 在強(qiáng)水敏地層中，主要考慮使用油基壓裂液、乳化壓裂液和泡沫壓裂液。 在酸敏地層中使用泡沫壓裂液時，必須考慮可能造成的傷害。在堿敏地層中一般使用中性水基壓裂液。在具有鹽敏上下限的儲集層中選擇水基壓裂液時，必須考慮壓裂液與儲集層流體的礦化度的匹配。 （3）壓裂液類型的初步確定 一般在儲集層壓力系數(shù)小于0.7時，應(yīng)該考慮使用泡沫壓裂液或必要的助排措施。水基壓裂液可以在任何溫度段上使用，而油基壓裂液、泡沫壓裂液和乳化壓裂液的上限溫度為120。在高滲儲集層中，壓裂液的濾失量增大，一般使用高粘度或含有

52、降濾失劑的壓裂液。由于儲集層埋深的增加，壓裂液在井筒中流動時間增加，需要壓裂液具有良好的抗剪切性能或降低摩阻性能。 2）壓裂液添加劑的選擇原則 （1）儲集層物化性質(zhì)對壓裂液的要求 儲集層孔隙和天然裂縫要求壓裂液應(yīng)具有造壁濾失性能，需要選擇適當(dāng)?shù)慕禐V失劑。對孔喉發(fā)育、毛細(xì)管壓力高和壓力系數(shù)低的儲集層壓裂，要盡可能地把壓裂液殘渣、殘膠和表面、界面張力降至最低，減緩對儲集層孔喉的堵塞和發(fā)生水鎖，此時應(yīng)選用恰當(dāng)?shù)闹艅?。針對儲集層所含的粘土礦物組分，壓裂液應(yīng)具有穩(wěn)定粘土的能力，確定防膨劑或粘土穩(wěn)定劑的類型及用量 。根據(jù)儲集層的潤濕性，要求壓裂液能夠防止油潤濕。2）壓裂液添加劑的選擇原則 （2）儲集層流

53、體性質(zhì)對壓裂液性能的要求儲集層流體（油、氣、水）不與壓裂液出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，應(yīng)適當(dāng)加入破乳劑。儲集層流體（油、氣、水）不與壓裂液發(fā)生反應(yīng)形成沉淀，所有添加劑應(yīng)與儲集層流體配伍。2.壓裂工藝對壓裂液性能的要求3.壓裂工程條件對壓裂液性能的要求4.壓裂液配制的可操作性第二節(jié)壓裂液性能要求及性能評價二、壓裂液的性能評價（一）基液性能 （二）交聯(lián)性能（三）流變性能（四）濾失性能（五）破膠性能（六）對儲集層基質(zhì)的傷害（七）壓裂液的靜態(tài)沉降（八）配伍性能（九）摩阻 （一）基液性能 壓裂液基液性能：表觀粘度和pH值。 （二）交聯(lián)性能 壓裂液的交聯(lián)性能是指基液與交聯(lián)劑交聯(lián)時間的長短和交聯(lián)形成凍膠后的狀況。 旋渦封

54、閉法是用吳茵混調(diào)器測定交聯(lián)凍膠形成旋渦完全封閉所需要的時間。 挑掛法則是測定自用玻璃棒開始按一個方向攪拌基液和交聯(lián)劑起，至形成的凍膠能夠挑起為止的時間為交聯(lián)時間。 （三）流變性能壓裂液流動和變形的能力稱之為壓裂液的流變性能。 1.流變性能評價耐溫性能：通過測定壓裂液表觀粘度隨溫度的變化，確定壓裂液體系使用溫度的上限。 用旋轉(zhuǎn)粘度計，以3.0min0.2min的增量升溫，同時以 170 的剪切速率測定壓裂液的表觀粘度，直到表觀粘度低于50毫帕秒為止，以此確定壓裂液耐溫能力。耐剪切性能：通過測定壓裂液表觀粘度在恒定剪切速率下隨時間的變化，確定壓裂液體系在恒定剪切速率下，表觀粘度保持在50毫帕秒以上

55、的時間。用旋轉(zhuǎn)粘度計，在3 剪切速率下，以3.0min0.2min的增量升溫到測定溫度，再在170 的剪切速率下連續(xù)剪切至壓裂液粘度低于50毫帕秒所用的時間。流體牛頓流體非牛頓流體純粘性無彈性的粘性流體粘彈性流體流變性與時間有關(guān)的非牛頓流體流變性與時間無關(guān)的非牛頓流體有屈服應(yīng)力的塑性流體無屈服應(yīng)力的擬塑性流體脹性流體觸變性流體震凝性流體（三）流變性能2.壓裂液的流動特性1）牛頓壓裂液牛頓流體的剪切應(yīng)力與剪切速率成正比的關(guān)系：流變曲線是一通過原點的直線。意義是牛頓流體在外力作用下流動時，剪切應(yīng)力與剪切速率成正比。 從牛頓流體的流變方程和流變曲線可以看出，這類流體有如下特點：當(dāng) 0時， 0，因此只

56、要對牛頓流體施加一個外力，即使此力很小，也可以產(chǎn)生一定的剪切速率，即開始流動。 2）塑性壓裂液 塑性流體：是由液體及懸浮在其中固體顆粒組成，由于微小的固體顆粒形狀不規(guī)則，并且顆粒表面具有一定的物理化學(xué)性質(zhì)，使得顆粒與顆粒之間產(chǎn)生作用力，形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)性，因此塑性流體在靜止時具有一定的結(jié)構(gòu)力。它受力不能立刻變形，必須加足夠的力破壞結(jié)構(gòu)性，發(fā)生剪切變形才開始流動。使流體開始流動的最低剪切應(yīng)力稱為靜切應(yīng)力 。 從塑性流體的流變曲線可以看出，當(dāng)剪切應(yīng)力超過靜切應(yīng)力時，在初始階段剪切應(yīng)力和剪切速率的關(guān)系不是一條直線，表明此時塑性流體還不能均勻地被剪切，粘度隨剪切速率增大而降低（結(jié)構(gòu)破壞）。 繼續(xù)

57、增加剪切應(yīng)力，當(dāng)其數(shù)值增大到一定程度之后，粘度不再隨剪切速率增大而發(fā)生變化，此時流變曲線變成直線.此直線段的斜率稱為塑性粘度。延長直線段與剪切應(yīng)力軸相交于一點，通常將稱為動切應(yīng)力 。 塑性流體流變方程： （三）流變性能2.壓裂液的流動特性3）假塑性壓裂液 假塑性流體的流變曲線通過原點并凸向剪切應(yīng)力軸，隨剪切速率的增加，其斜率變小，說明壓裂液結(jié)構(gòu)被破壞，粘度隨之降低。這類流體的流動特點是：施加極小的剪切應(yīng)力就能產(chǎn)生流動，不存在靜切應(yīng)力，它的粘度隨剪切應(yīng)力的增大而降低。 假塑性流體和塑性流體的一個重要區(qū)別 假塑性壓裂液的流變方程： n小于1（三）流變性能2.壓裂液的流動特性4）脹塑性壓裂液 脹塑性

58、壓裂液比較少見，這種流體與冪律流體的流動方程的差別在于其流態(tài)指數(shù)大于1 。從流動曲線E可以看出： 稍加外力即發(fā)生流動，粘度隨剪切速率（或剪切應(yīng)力）的增加而增大。與假塑性流體相反，其流變曲線凹向剪切應(yīng)力軸。這種流體在靜止?fàn)顟B(tài)時，所含的顆粒是分散的。當(dāng)剪切應(yīng)力增大時，部分顆粒會糾纏在一起形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，使流動阻力增大。 （四）濾失性能 壓裂液的濾失性是指壓裂液在裂縫中流動時，在縫內(nèi)壓力（延伸壓力）和地層壓力之差的作用下，使部分壓裂液滲入地層的性質(zhì)。1.濾失性能測定（1）動態(tài)濾失（巖心濾失性）測定（2）靜態(tài)濾失（濾紙濾失性）測定 （四）濾失性能2.壓裂液濾失系數(shù)的計算 壓裂液濾失系數(shù)與該液體特性、儲集

59、層巖性及儲集層所含流體的特性有關(guān)，壓裂液濾失系數(shù)越低，說明在壓裂過程中其濾失量也越低。 在壓裂過程中，壓裂液濾失到地層受三種機(jī)理控制，即壓裂液的粘度、儲集層巖石和流體的壓縮性以及壓裂液的造壁性。 （1）壓裂液粘度控制的濾失系數(shù) 當(dāng)壓裂液的粘度大大超過油藏流體的粘度時，壓裂液的濾失速度主要取決于壓裂液的粘度。當(dāng)高粘度牛頓液體的壓裂液在恒定的壓差下，以層流垂直的濾失于沒有壓力的多孔介質(zhì)中時，可以用達(dá)西公式導(dǎo)出液體的濾失系數(shù)及濾失速度： 壓裂液實際濾失速度為經(jīng)驗公式： 通過以上兩個公式可知：濾失系數(shù) 與儲層參數(shù)、及縫內(nèi)外的壓差和壓裂液粘度有關(guān)。當(dāng)這些參數(shù)不變時， 為常數(shù)，但濾失速度卻是濾失時間的函數(shù)

60、，時間越長，濾失速度越小。 （2）受儲集層巖石和流體壓縮性控制的濾失系數(shù) 當(dāng)壓裂液的粘度接近于地層流體的粘度，此時控制壓裂液濾失的是儲集層巖石和流體的壓縮性，這是因為儲集層巖石和流體受到壓縮而讓出一部分空間，壓裂液才得以濾失進(jìn)去。 受儲集層巖石和流體壓縮性控制的濾失系數(shù)，在一定的地層與流體的粘度參數(shù)下主要受壓力差的控制，也與地層流體的綜合壓縮系數(shù)有關(guān)。在研究濾失系數(shù)、時，常將式中的壓力差取為延伸壓力與油藏壓力之差。實際情況并非如此，壓裂液濾失于儲集層后的總壓力差分為兩部分：，是使壓裂液濾失于儲集層內(nèi)的壓差，是壓縮并使油藏流體流動的壓差。如果考慮裂縫壁面濾餅的壓力差部分，則總壓力降就包括了三部分