水力壓裂工藝培訓(xùn)教材

45/46水力壓裂工藝培訓(xùn)講義第一采油一廠工程技術(shù)大隊2004年6月

前言：水力壓裂是油田增產(chǎn)、增注，保持油田穩(wěn)產(chǎn)的一項重要工藝技術(shù)。它利用液體傳導(dǎo)壓力的性能，在地面利用高壓泵組，以大于地層汲取能力的排量將高粘度液體泵入井中，在井底憋起高壓，此壓力超過油層的地應(yīng)力和巖石抗張強度，在地層產(chǎn)生裂縫，接著將帶有支撐劑的攜砂液注入裂縫，裂縫邊得到延伸，邊得到支撐。停泵后就在油層形成了具有一定寬度的高滲透填砂裂縫，由于那個裂縫擴大了油氣流淌通道，改變了流淌方式，降低了滲流阻力，可起到增產(chǎn)增注作用，這一施工過程就叫油層水力壓裂。水力壓裂包括理論力學(xué)、材料力學(xué)、熱化學(xué)、高分子化學(xué)、機械制造等多個學(xué)科。一、壓裂液壓裂液的要緊功能是傳遞能量，使油層張開裂縫并沿裂縫輸送支撐劑。其性能好壞關(guān)于能否造出一條足夠尺寸、并具有足夠?qū)Я髂芰Φ奶钌傲芽p緊密相關(guān)，因此，有必要了解壓裂液的特點和性能。（一）壓裂液的作用壓裂液的要緊作用是將地面設(shè)備的能量傳遞到油層巖石上，在地層形成裂縫，并攜帶支撐劑填充到裂縫中。按照在壓裂施工中不同時期的作用能夠分為前置液、攜砂液、替擠液三種。1、前置液；用來在地層造成裂縫，并形成一定幾何形態(tài)裂縫的液體。在高溫井層中，還具有一定的降溫作用。2、攜砂液：攜帶支撐劑進入地層，把支撐劑充填到預(yù)定位置的液體。和前置液一樣也具有造縫及冷卻地層的作用。由于攜帶比重較高的支撐劑，必須使用交聯(lián)壓裂液。3、替擠液：把壓裂管柱、地面管匯中的攜砂液全部替入裂縫，以幸免壓裂管柱砂卡、砂堵的液體。組成與前置液一致。（二）壓裂液的性能為確保壓裂施工順利實施，要求壓裂液具有以下性能特點1、濾失性：要緊取決于壓裂液自身的粘度和造壁性，粘度高則濾失少。添加防濾失劑能改善壓裂液的造壁性，大大減少濾失量。2、攜砂性：指壓裂液關(guān)于支撐劑的攜帶能力。要緊取決于液體的粘度、密度及其在管道和裂縫中的流速，粘度越高，攜帶能力越強。3、降阻性：指壓裂液在管道中流淌時的水力摩擦阻力特性，摩阻越小，壓裂設(shè)備效率越高。摩阻過高會導(dǎo)致井口壓力高，從而降低排量，阻礙壓裂施工。4、穩(wěn)定性：壓裂液應(yīng)具有熱穩(wěn)定性，不能由于溫度升高而使粘度有較大的損失；還應(yīng)具有抗剪切穩(wěn)定性，可不能由于流速的增加而大幅度降解。5、配伍性：壓裂液進入地層后與各種巖石礦物及地層流體相接觸，不應(yīng)產(chǎn)生不利于油氣滲流的物理—化學(xué)反應(yīng)，例如可不能引起粘土膨脹或產(chǎn)生沉淀而堵塞油層。6、低殘渣：要盡量降低壓裂液中水不溶物的數(shù)量，以免降低油氣層和填砂裂縫的滲透率。7、易返排：施工結(jié)束后大部分注入液體應(yīng)能返排出井筒，減少壓裂液對地層的損害。特不是低壓井的返排尤其重要。因此，壓裂液應(yīng)具有濾失小、攜砂能力強、摩阻低、穩(wěn)定性好、配伍性好、低殘渣、易返排等特點。此外由于壓裂施工規(guī)模越來越大，壓裂液用量越來越大，壓裂液還應(yīng)具有貨源逛、成本低、配制簡單的特點，以滿足大型壓裂和新井壓裂施工的要求。（三）壓裂液的分類最早采納的壓裂液是油基壓裂液，20世紀50年代開始應(yīng)用胍膠稠化的水基壓裂液，60年代進展了交聯(lián)胍膠壓裂液，70年代開發(fā)出羥丙基胍膠，80年代采納了延遲交聯(lián)的水基壓裂液，90年代壓裂液向“清潔”無損害壓裂液體系進展。按造分散介質(zhì)的不同，壓裂液要緊分為水基壓裂液、油基壓裂液、乳化壓裂液、泡沫壓裂液、醇基壓裂液、表面活性劑（清潔）壓裂液和濃縮壓裂液。重點介紹目前廣泛應(yīng)用的水基壓裂液。（四）水基壓裂液是以水作為分散介質(zhì)，添加各種處理劑，特不是水溶性聚合物，形成具有壓裂工藝要求的較強綜合性能的工作液。一般水溶性聚合物和添加劑的水溶液稱為線形膠或稠化水壓裂液。線形膠一旦加入交聯(lián)劑，會形成具有粘彈性的交聯(lián)凍膠，交聯(lián)凍膠具有部分固體性質(zhì)，但在一定的排量和壓力下能夠流淌。水基壓裂液以安全、清潔和容易以添加劑操縱其性質(zhì)得到廣泛的應(yīng)用，除了極少數(shù)特不是水敏性地層外，水基壓裂液是壓裂液技術(shù)進展最快、最全面的體系。1、線形膠壓裂液是由水溶性聚合物稠化劑和其他添加劑組成，具有流淌性，一般屬于非牛頓流體，可近似用冪率模型來描述。典型壓裂液配方：稠化劑（香豆膠0.4-0.6%，胍膠0.3-0.5%，羥丙基胍膠0.2-0.5%）+殺菌劑（甲醛0.2-0.5%）+粘土穩(wěn)定劑（KCL2%）+破乳劑（SP1690.1-0.2%）+破膠劑（過硫酸銨20-100mg/L）。線形膠壓裂液具有一定的表觀粘度與低濾失性，減阻性能好，易破膠對地層損害小；但對溫度、剪切速率敏感。一般用于注水井和淺層油氣藏壓裂。2、交聯(lián)凍膠壓裂液同線形膠壓裂液對比，聯(lián)凍膠壓裂液具有更強的粘彈性和塑性，在造縫和攜砂能力等綜合性能方面優(yōu)于線形膠壓裂液，但由于破膠降粘相對困難，因而破膠劑的使用由為重要。典型壓裂液配方：基液：稠化劑（0.3-0.7%香豆膠、胍膠、羥丙基胍膠）+殺菌劑（甲醛0.2-0.5%）+粘土穩(wěn)定劑（KCL2%）+破乳劑+助排劑（0.2-0.6%DL）+降濾失劑+PH值調(diào)節(jié)劑+溫度穩(wěn)定劑。交聯(lián)液：交聯(lián)劑（硼砂、有機硼、有機鋯、有機鈦）+破膠劑（過硫酸銨少量），視交聯(lián)比和交聯(lián)性能配制交聯(lián)液濃度。為了適應(yīng)不同井層的情況，通過調(diào)節(jié)添加劑用量，壓裂液還能夠分為低溫（20-60℃）、中溫（60-120℃）、高溫（120℃以上）體系。3、水基壓裂液添加劑（1）稠化劑：水溶性聚合物作為稠化劑是水基壓裂液的差不多添加劑，用以提高粘度、降低濾失、懸浮和攜帶支撐劑。能夠用植物膠（如胍膠、香豆膠、田箐膠）及其衍生物（羧甲基纖維素、羥乙基纖維素等）、生物聚合物如黃胞膠以及合成聚合物（聚丙烯酰胺）。（2）交聯(lián)劑：交聯(lián)劑是通過交聯(lián)離子將溶解于水中的高分子鏈上的活性基團以化學(xué)鏈連接起來形成三維網(wǎng)狀凍膠的化學(xué)劑。比較常用且形成工業(yè)化的交聯(lián)劑為硼砂、有機硼、有機鋯、有機鈦等。（3）粘土穩(wěn)定劑：使用水基壓裂液，將引起粘土沉積、顆粒膨脹或運移。在施工中壓裂液對儲集層粘土礦物的損害通常是水敏性和堿敏性疊加作用的結(jié)果。水溶性介質(zhì)能使粘土礦物膨脹、分散或運移；同時水基壓裂液以堿性交聯(lián)為主，濾液粘土穩(wěn)定劑，使用濃度為1-2%。（4）殺菌劑：用于抑制和殺死微生物，使配制的基液性能穩(wěn)定，防止聚合物降解，同時阻止儲集層內(nèi)的細菌生長。甲醛、乙二醛、戊二醛具有良好的殺菌防腐作用，使用濃度0.5-1.0%。（5）表面活性劑：水基壓裂液的表活劑具有壓后助排和防乳破乳作用。由于乳化液的粘度較高，在井筒附近和地層原油發(fā)生乳化，會產(chǎn)生嚴峻的生產(chǎn)堵塞。應(yīng)用表面活性劑能夠保持破乳劑的活性，達到防乳破乳作用。（6）抗高溫穩(wěn)定劑：高溫下壓裂液的粘度下降主，要由于氧的存在加劇了壓裂液降解的速度，因此常用甲醇、硫代硫酸鈉、三乙醇胺等作為穩(wěn)定劑。（7）降濾失劑：水基線形膠與凍膠壓裂液由于具有較高的表觀粘度和能形成濾餅的特性，可操縱壓裂液降解的速度，但一般天然裂縫發(fā)育的儲集層應(yīng)加入降濾失劑。常用的為柴油、油溶性樹脂、聚合物和硅粉。（8）破膠劑：是壓裂液中的一種重要添加劑，要緊使壓裂液中的凍膠發(fā)生化學(xué)降解，由大分子變成小分子，有利于壓后返排，減少對儲集層的損害。常用的破膠劑包括酶、氧化劑、和酸。生物酶和催化氧化劑系列適用于20-54℃的低溫破膠劑；一般氧化破膠體系適用于54-93℃，而有機酸適用于93℃以上的破膠作用。（9）濾餅溶解劑：壓裂液在施工中由于濾失性造成聚合物濃縮，使壓裂液在裂縫和裂縫表面形成致密的濾餅，常規(guī)破膠劑不能將其破壞，因此需要濾餅溶解劑進行處理。（10）緩沖劑：在水基壓裂液中，通常用pH值調(diào)節(jié)劑操縱稠化劑水合增粘速度、所需的PH值范圍和交聯(lián)時刻以及操縱細菌的生長。常用的PH值調(diào)節(jié)劑為碳酸氫鈉、碳酸鈉、檸檬酸、福馬酸和氫氧化鈉。4、常用水基壓裂液及性能指標目前廣泛應(yīng)用的壓裂液有田箐膠、香豆粉和胍爾膠壓裂液，通過對三種壓裂液的性能指標進行對比，能夠看出田箐膠水不溶物高，壓裂液殘渣含量為1200mg/L，對地層和裂縫導(dǎo)流能力損害較大，而且其流變性和攜砂能力較差，因此，我們首選香豆粉、其次為胍膠壓裂液。目前常用的胍膠、香豆膠、改性胍膠各項技術(shù)標準見表1三種壓裂液性能對比表1壓裂液類型水不溶物（%）巖心損害率（%）殘渣（mg/l）田箐膠3045.51200香豆粉923.1334胍膠1634.3356水基壓裂液技術(shù)指標表表2序號項目指標1基液粘度mpas≥332凍膠初始粘度（mpas）≥3003凍膠剪切30min粘度（mpas）≥1504破膠性能（mpas）24h粘度小于10mpas5殘渣含量（mg/l）≤4006稠度系數(shù)（mpa.sn）≥10×1027流淌行為指數(shù)0.2-0.78破膠液表面張力（mN/m）≤309破膠液煤油界面張力（mN/m）≤510初濾失量m3/m2≤2×10-311濾失系數(shù)m/min-2≤1×10-3二、壓裂支撐劑支撐劑是水力壓裂時地層壓開裂縫后，用來支撐裂縫阻止裂縫重新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，使流體在支撐劑中有較高的流通性，減少流體的流淌阻力，達到增產(chǎn)、增注的目的。支撐劑通常分為天然和人造兩大類。（一）支撐劑的種類1、石英砂石英砂多產(chǎn)于沙漠、河灘和沿海地帶。如國內(nèi)的蘭州砂、承德砂、內(nèi)蒙砂。天然石英砂的化學(xué)成分是氧化硅，伴有少量的氧化鋁、氧化鐵、氧化鉀、氧化鈣和氧化鎂。天然石英砂礦物組分以石英為主。其含量是衡量石英砂質(zhì)量的重要指標。壓裂用石英砂石英含量在80%左右，伴有少量長石、燧石和其他噴出巖、變質(zhì)巖等巖屑。從石英的微觀結(jié)構(gòu)看，可分為單晶石英和復(fù)晶石英兩種，單晶石英的顆粒質(zhì)量越大，石英砂抗壓強度越高。一般石英砂的視密度2.65g/cm3，體積密度1.70g/cm3，承壓20-34Mpa。2、陶粒人造陶粒要緊由鋁礬土（氧化鋁）燒結(jié)或噴吹而成的，具有較高的抗壓強度，可劃分中等強度和高強度兩種陶粒。中等強度陶粒是由鋁礬土或鋁質(zhì)陶土制成，視密度2.7-3.3g/cm3。組分為氧化鋁或鋁質(zhì)，其質(zhì)量分數(shù)46%-77%，硅質(zhì)含量12%-55%，氧化物約10%。承壓55-80Mpa。高強度陶粒是由鋁礬土或氧化鎬制成，視密度3.4g/cm3?；瘜W(xué)組分：氧化鋁85%-90%，氧化硅3%-6%，氧化鐵約4-7%。氧化鈦、氧化鋯3%-4%。承壓100Mpa。3、樹脂砂樹脂砂是將樹脂薄膜包裹到石英砂的表面上，經(jīng)熱固處理制成。視密度2.55g/cm3。在低應(yīng)力下，樹脂砂性能與石英砂接近，在高應(yīng)力下，樹脂砂性能遠遠優(yōu)于石英砂。中等強度低密度或高密度樹脂砂可承壓55-69Mpa，它適應(yīng)了低強度天然石英砂和高強度鋁土支撐劑間的強度要求，相對密度較低，便于攜砂和鋪砂。樹脂砂分為兩種，固化砂和固化砂。固化砂是在地層溫度下固結(jié)，這對防止壓后出砂及防止地層吐砂有一定的效果。預(yù)固化砂在地面已形成完好的樹脂薄膜包裹的砂子，其優(yōu)點是：（1）樹脂薄膜包裹的砂子，增加了砂粒間的接觸面積，從而提高了抗閉合能力；（2）樹脂薄膜可將壓碎了的砂粒、粉砂包裹起來，減少了顆粒的運移與堵塞孔道的機會，從而改善了導(dǎo)流能力；（3）樹脂砂的總的體積密度比中強度和高強度人造支撐劑低許多，便于懸浮，降低了對壓裂液的要求。（二）壓裂支撐劑的要緊性能1、支撐劑性能的定義（1）支撐劑球度確實是指支撐劑顆粒接近球形的程度SP=dn/dcSP球度，Dn顆粒等值體積的球體的直徑，mmdc顆粒外接的球體的直徑，mm（2）支撐劑圓度圓度指支撐劑棱角的相對銳度或曲率的量度。（3）酸溶解度在規(guī)定的酸溶液及酸溶解時刻內(nèi)，確定一定質(zhì)量的支撐劑被酸溶解的質(zhì)量與支撐劑總質(zhì)量的百分比，稱為酸溶解度。（4）支撐劑濁度在規(guī)定體積的蒸餾水中加入一定體積的支撐劑，攪拌后液體的渾濁程度稱為支撐劑濁度。（5）支撐劑的密度視密度：單位質(zhì)量的支撐劑與其顆粒體積之比。體積密度：單位質(zhì)量的支撐劑與其堆積體積之比。（6）抗破裂能力對一定體積的支撐劑，在額定壓力下進行承壓測試，確定的破裂率表征了支撐劑抗破裂能力，破裂率高，抗破裂能力低。2、支撐劑性能指標（1）粒徑分布標準篩檢測組合表表3粒徑范圍，mm1.25-0.90.9-0.450.45-0.24目數(shù)16/2020/4040/70標準篩組合mm1.61.250.631.250.90.451.00.630.350.90.50.280.750.450.2240.630.350.125底盤底盤底盤支撐劑的粒徑范圍可分為0.24-0.45mm，0.45-0.9mm，0.9-1.25mm三種規(guī)格。能夠依照下表進行檢測，落在公稱直徑范圍內(nèi)的樣品質(zhì)量不低于樣品總質(zhì)量的90%；小于支撐劑下限的質(zhì)量不應(yīng)超過總質(zhì)量的2%；大于頂篩的樣品質(zhì)量不應(yīng)超過總質(zhì)量的0.1%；落在支撐劑下限篩子的樣品質(zhì)量不低于樣品總質(zhì)量的10%；（2）支撐劑的球度、圓度天然石英砂的球度、圓度應(yīng)大于0.6，人造陶粒的球度、圓度應(yīng)大于0.8。（3）支撐劑酸溶解度各種支撐劑的同意的酸溶解度數(shù)值見下表4，天然石英砂和人造支撐劑的酸溶解度數(shù)值應(yīng)符合同一標準。支撐劑酸溶解度表表4粒徑范圍，mm酸溶解度最大值，%1.25-0.9≤50.9-0.45≤50.45-0.24≤7（4）支撐劑的濁度支撐劑的濁度應(yīng)低于100NTU或100度。（5）支撐劑的破裂率石英砂、陶粒的抗破裂能力應(yīng)符合表5、表6石英砂抗破裂指標表表5粒徑范圍，mm閉合壓力，MPa破裂時受力，KN破裂率，%1.25-0.92142.56≤140.9-0.452856.75≤140.45-0.243570.94≤8人造陶?？蛊屏阎笜吮肀?粒徑范圍，mm破裂率，%1.25-0.9250.9-0.45100.45-0.2483、支撐裂縫導(dǎo)流能力的阻礙因素支撐裂縫導(dǎo)流能力是指裂縫傳導(dǎo)儲集層流體的能力，并以支撐帶的滲透率（Kf）與寬度（Wf）的乘積（KfWf）來表示。阻礙支撐劑導(dǎo)流能力的因素要緊有支撐裂縫承受的作用力、支撐劑的物理性質(zhì)、支撐劑的鋪植置濃度，以及支撐劑對巖石的嵌入、承壓時刻和壓裂液的損害等因素。（1）地應(yīng)力與地層孔隙壓力的阻礙關(guān)于壓裂井，壓裂后形成的支撐帶中的支撐劑承受著裂縫閉合壓力PP，他是地層地應(yīng)力即最小主地應(yīng)力σmin與地層孔隙壓力之差，生產(chǎn)時最低的地層孔隙壓力應(yīng)是井底流壓Pf，即：

PP=σmin-Pf支撐劑的導(dǎo)流能力隨著閉合壓力的增加而降低，見曲線1曲線1導(dǎo)流能力隨閉合壓力變化曲線（2）支撐劑物理性能對導(dǎo)流能力的阻礙支撐劑物理性能包括粒徑、圓球度、強度、濁度、酸溶解度、密度，其中對裂縫導(dǎo)流能力阻礙比較敏感的要緊是粒徑、圓球度、強度。①粒徑大小及其均勻程度阻礙著支撐裂縫的孔隙度和滲透率。在低閉合壓力，大粒徑支撐劑可提供高導(dǎo)流能力，但輸送比較困難，要求裂縫有足夠的動態(tài)寬度。粒徑相對集中，比較均勻的支撐劑可提供更高導(dǎo)流能力。②圓球度好的支撐劑能承受高的閉合壓力，在低閉合壓力下，帶有棱角的支撐顆粒比圓球度好的具有更高的導(dǎo)流能力。③破裂率低，導(dǎo)流能力高，因此通常依照支撐劑的破裂率選擇支撐劑。（3）支撐劑鋪置濃度對導(dǎo)流能力的阻礙支撐劑鋪置濃度指單位裂縫壁面積上的支撐劑量，單位kg/m2，導(dǎo)流能力隨鋪置濃度增加而增加，多層鋪置能夠降低支撐劑的破裂程度，能夠提高裂縫寬度，因而提高導(dǎo)流能力。（4）支撐劑壓碎和嵌入對導(dǎo)流能力的阻礙當裂縫閉合在支撐帶上時，支撐劑顆粒將由裂縫壁面嵌入巖層或被壓碎，兩者都阻礙縫寬和滲透率，導(dǎo)致導(dǎo)流能力下降。這與巖石硬度有重要關(guān)系，當巖石楊氏模量大于28000Mpa時，對支撐劑的壓碎阻礙起要緊作用；當巖石楊氏模量小于28000Mpa時，對支撐劑的嵌入阻礙起主導(dǎo)作用。支撐劑在裂縫中多層排列有利于減緩嵌入的阻礙，鋪置濃度越大，嵌入阻礙就越小。（5）壓裂液對導(dǎo)流能力的阻礙壓裂后，壓裂液破膠返排，但仍有部分破膠較差的壓裂液及殘渣滯留在支撐帶孔隙中，以及壓裂液在縫壁形成的濾餅，都會導(dǎo)致導(dǎo)流能力下降。各種壓裂液對裂縫導(dǎo)流能力的阻礙見下表7壓裂液對導(dǎo)流能力阻礙情況表表7壓裂液種類裂縫導(dǎo)流能力保持系數(shù)，%生物聚合物95泡沫壓裂液80-90聚合物乳化液65-85油基凍膠45-70線形溶膠45-55羥丙基胍膠10-50三、壓裂設(shè)備和壓裂管柱（一）地面壓裂設(shè)備1、壓裂專用井口壓裂井口一般可分為兩類：（1）用采油樹壓裂，按采油樹型號分為250、350、600、700、1050型。250型工作壓力25Mpa，用于淺井，其他分不用于中深井、深井和超深井。氣井壓裂要緊采納這類井口，可防止壓后產(chǎn)氣量大，能夠直接關(guān)閉井口閥們，用壓裂管柱生產(chǎn)。（2）采納大彎管、投球器、井口球閥和井口操縱器的專用壓裂井口，大彎管、投球器、井口球閥工作壓力70Mpa，最大過砂量150m3。2、壓裂地面管匯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。高壓管匯外徑ф76mm，內(nèi)徑ф60mm最高壓力100Mpa。（二）壓裂車組壓裂車組要緊包括壓裂車、混砂車、儀表車和管匯車。典型壓裂車組及性能參數(shù)表表8車型綜合性能參數(shù)備注西方壓裂車檔位傳動箱1900r/min1800r/min1700r/min1、大泵水功率1300馬力；2、柱塞直徑114.3mm3、沖程203.2mm傳動比沖次n/min排量m/min壓力MPa沖次n/min排量m/min沖次n/min排量m/min13.65581.80.599.477.50.47373.20.44722.625113.90.69684107.90.659101.90.62232.176137.40.83969.7130.20.795123.00.75141.781167.91.02557150.10.972150.20.91751.563191.31.16850.0181.31.107171.21.04661.279233.81.42841.0221.51.353209.21.27871.000299.11.82732.0283.31.730267.61.63580.718416.6西方混砂車整機參數(shù)吸、排液管匯8個閥門，有替擠旁通。吸入泵壓力＝0.21MPa排量＝15.9m3/min砂泵壓力＝0.46MPa排量＝15.9m3/min液體添加泵干粉添加泵泵1排量=0~32kg/min，泵2排量=0~90kg/min儀表車大泵操縱電源、發(fā)動機、檔位、泵速、緊急制動、報警計算機TS—80、PDU監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)顯器打印機4筆繪圖器其它HDE現(xiàn)場參數(shù)校正儀、SM—A壓差式砂密度計1、壓裂車是壓裂的要緊動力設(shè)備，其作用是產(chǎn)生高壓，大排量的向地層注入壓裂液，壓開地層，并將支撐劑注入裂縫。要緊由運載汽車、驅(qū)泵動力、傳動裝置、壓裂泵四部分組成。2、混砂車作用是將支撐劑、壓裂液及各種添加劑按一定比例混合，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(fēng)吸式混砂車和仿美新型混砂車。要緊由供液、輸砂、傳動三個系統(tǒng)組成。3、其他設(shè)備包括儀表車、液罐、砂罐。儀表車是用于施工中記錄各種參數(shù)，操縱其他壓裂設(shè)備的中樞系統(tǒng)，又稱壓裂指揮車。（三）壓裂工具和壓裂管柱1、壓裂工具壓裂管柱要緊由壓裂油管、封隔器、噴砂器、水力錨、安全接頭等組成。（1）壓裂封隔器壓裂封隔器要緊起封隔油層的目的，保障壓裂細分改造的要求，可分為擴張式和壓縮式兩類，常用封隔器性能和特點見下表壓裂封隔器性能表表9名稱用途工作壓力Mpa溫度℃外徑mm長度mmK344-114常規(guī)低溫淺井壓裂5070114870K344-114導(dǎo)壓封隔器大砂量、高砂比壓裂50901141470K344-114可洗井用于斜直井分層壓裂50701141066Y344-114用于中深井壓裂701201141255Y344-114可洗井常規(guī)井高砂比壓裂50701141255Y443-114高溫、深井壓裂80150114-（2）噴砂器噴砂器的作用一是節(jié)流，造成套管內(nèi)外壓差，保證封隔器密封，二是通往地層的通道口，三是幸免壓裂砂直接沖擊套管內(nèi)壁造成損害。（3）壓裂油管壓裂油管應(yīng)使用專用油管，抗壓強度滿足設(shè)計要求。低壓淺井可用鋼級J55的ф62mm油管，呈壓55Mpa；中深井和深井分不應(yīng)用呈壓70Mpa、鋼級N80和呈壓90Mpa、鋼級P105的外加厚油管。2、壓裂管柱（1）滑套式分層壓裂管柱該管柱可廣泛應(yīng)用于一般壓裂、多裂縫壓裂、選擇性壓裂、限流壓裂、重復(fù)限流壓裂。投球打套子一次可壓裂三層，上提可壓裂四層。見圖1。按照管柱承壓可分為40Mpa、55Mpa管柱。40Mpa常用于一般壓裂、多裂縫壓裂、選擇性壓裂等老井壓裂，破裂壓力低、排量在2.4m3/min左右；55Mpa管柱用于破裂壓力高、排量要求3.8m3/min左右的新井限流法壓裂?；资椒謱訅毫压苤鶊D（圖1）擴張式封隔器擴張式封隔器壓裂層段3壓裂層段2壓裂層段1噴砂器3（帶套）噴砂器2（帶套）噴砂器1（不帶套）絲堵（2）平衡壓裂管柱適用于三次加密井壓裂，其油層性質(zhì)差、縱向上分散，隔層薄，能夠幸免壓裂壓竄。隔層上下的層段都射孔，施工時液體通過平衡器出液口和噴砂器出液口同時進入平衡層和壓裂層，打完前置液后投球打下平衡器濾砂滑套，使平衡器出液口出液不出砂。由于壓前在需要愛護的隔層上下建立起一定的平衡壓力，在壓裂層形成裂縫、加砂過程中，平衡層仍進液不進砂，從而減小了需要愛護的隔層上下壓差，使得在壓裂過程中需要愛護的隔層得到有效的愛護，壓后平衡層裂縫自然閉合。圖2愛護隔層壓裂原理圖圖2愛護隔層壓裂原理圖（3）橋塞壓裂管柱針對常規(guī)壓裂管柱卡距小于40m、跨距小于140m的局限性，引進了適合大跨距，油層分散的井段施工的橋塞壓裂管柱。圖3橋塞管柱示意圖圖3橋塞管柱示意圖壓裂時將可取式橋塞釋放于預(yù)設(shè)壓裂層段的下面，上提管柱至待壓層段上面，現(xiàn)在卡距內(nèi)沒有油管連接，能夠?qū)⒍鄠€分散的薄差油層封隔在一個壓裂層段中進行改造，降低了壓裂成本，提高了薄差油層的開發(fā)價值。由于具有反洗井功能，可滿足施工中操縱替擠量和高砂比的要求。四、壓裂工藝1、一般壓裂工藝利用不壓井、不放噴井口裝置，將壓裂管柱及其配套工具下入井內(nèi)預(yù)定位置，實現(xiàn)不壓井、不放噴作業(yè)。當壓完第一層（最下一層）后，通過投球器和井口球閥分不投入不同直徑的鋼球，逐次將滑套憋到已用噴砂器內(nèi)堵死水眼，打開上部噴砂器通道，然后依次再進行壓裂。當最后一層替擠完后，立即活動管柱，并投入堵塞器，從而實現(xiàn)不壓井、不放噴起出油管。適用于一般射孔完井，一個壓裂卡段壓裂加砂只形成一個支撐裂縫，是我廠要緊采納壓裂工藝。2、多裂縫壓裂工藝依照被壓開油層的吸液啟動壓力低，吸液量大的特點，壓開一個層后，在較低的排量向油層替入高強度水溶（或油溶）轉(zhuǎn)向劑、（蠟球、樹脂球）封堵已壓開層的射孔炮眼，迫使壓裂液轉(zhuǎn)向進入其它層，在替入泵壓明顯升高，啟動其它泵車壓裂第二層。整個過程，壓裂加砂—封堵—壓裂加砂，在一個壓裂卡距中，通過蠟球封堵射孔炮眼，壓裂液轉(zhuǎn)向，壓裂加砂改造多層。其工藝特點，在一般射孔完井，達到一井壓裂多層，一段壓多縫的目的。用于常規(guī)射孔井，分層壓裂管柱卡不開的多個性質(zhì)相近的差油層壓裂改造。3、選擇性壓裂工藝利用油層內(nèi)不同部位或各油層間吸液能力不同的特點，通過投入暫堵劑將滲透率高、吸液能力強、啟動壓力低的高含水部位、層或人工裂縫臨時封堵，迫便壓裂液分流，從而在其它部位或?qū)觾?nèi)壓開新裂縫，達到選擇性壓裂的目的，暫堵劑是油溶性的，在一定溫度條件下，可變軟溶于原油中，開井即可解堵。用于常規(guī)射孔井，針對厚油層改造采納的一種壓裂工藝。常用的暫堵劑有石蠟、高壓聚乙稀、松香和重晶石粉。4、限流法壓裂工藝用于加密井，薄、差油層完井改造。要求低密度、定位射孔，大排量壓裂施工，其原理：當破裂壓力較低的油層被壓開后，吸液能力增加，其射孔炮眼產(chǎn)生節(jié)流壓力損失，在排量增加的條件下，套管內(nèi)壓力接著升高，依次壓開破壓相近的油層，在一定壓裂排量下，達到一次壓裂加砂處理多個目的層。每個壓裂卡段炮眼10個左右。假如地面能夠提供足夠大的注入排量，就能一次加砂同時處理更多目的層。夾層夾層夾層夾層19.5MPa17.5MPa18.5MPa夾層夾層19.5MPa17.5MPa18.5MPa夾層夾層19.5MPa17.5MPa18.5MPa夾層夾層19.5MPa17.5MPa18.5MPa（過程二）（過程一）（過程三）（過程四）5、復(fù)合壓裂工藝適用于常規(guī)射孔井，復(fù)合壓裂那個地點指在一個作業(yè)期內(nèi)，采納高能氣體燃爆壓裂與一般水力壓裂對油、水井先后進行壓裂改造，其工藝技術(shù)特點。利用這兩種壓裂工藝造縫機理不同，兩者相互補充，高能氣體壓裂先在井筒近井地帶一次燃爆形成立體網(wǎng)狀裂縫體系，隨后進行一般水力壓裂，在高能氣體燃爆形成的裂縫的引導(dǎo)下，使這些裂縫得到延伸、支撐。在井筒近井地帶形成立體網(wǎng)狀支撐裂縫，發(fā)揮兩種壓裂工藝優(yōu)勢，提高油井工藝效果。復(fù)合壓裂工藝是我們廠首次在大慶油田提出此工藝概念，并實施了第一口壓裂井。該工藝適用于多油層、非均質(zhì)常規(guī)射孔井的油層改造，施工時應(yīng)適當提高壓裂液粘度、前置液量和施工排量，幸免狹窄裂縫過多引起砂堵。6、CO2泡沫壓裂工藝它是以液態(tài)CO2或CO2與其它壓裂液混合，加入相應(yīng)添加劑，來代替壓裂施工中所使用的常規(guī)水基壓裂液的壓裂施工工藝技術(shù)。CO2壓裂液要緊成分是液態(tài)CO2、原膠液和若干種化學(xué)添加劑。在壓裂施工注入過程中，隨深度的增加，溫度逐漸升高，達到一定溫度后，CO2開始汽化，形成原膠為外相，CO2為內(nèi)相的兩相泡沫液。由于泡沫液具有氣泡稠密的密封結(jié)構(gòu)，氣泡間的相互作用而阻礙其流淌性，從而使泡沫具有“粘度”，因而具有良好的攜砂性能，在壓裂施工中起到與常規(guī)水基壓裂液相同的作用。由于液態(tài)CO2在地層中既能溶于油，也能溶于水，因此可改善原油物性，降低油水界面張力。CO2泡沫可在裂縫壁面形成阻擋層，可大大減少濾失及對地層的損害。另外，泡沫壓裂液的PH值在3.5左右，可有效防止粘土膨脹，還對地層起到一定的解堵作用。因此，泡沫壓裂液比水基壓裂液更適用于對深層氣井、低滲低壓油井、水敏性地層和稠油井的壓裂改造。7、端部脫砂壓裂工藝脫砂壓裂是利用壓裂液的濾失特性，在壓裂過程中，當裂縫擴展到預(yù)定的長度時，在裂縫端部人為地造成砂堵，從而阻止裂縫進一步擴展。裂縫端部形成砂堵以后，以大于裂縫向地層中濾失量的排量，接著按設(shè)計的加砂方案向裂縫中注入混砂液。隨著注入時刻的增加，注入壓力和裂縫寬度會逐漸增加，裂縫中的支撐劑濃度也越來越高，當?shù)孛姹脡哼_到預(yù)定的壓力時停止施工，就能夠獲得較高的裂縫導(dǎo)流能力，如此既操縱了裂縫半徑，又實現(xiàn)了較高的裂縫導(dǎo)流能力。該工藝要緊應(yīng)用于油層滲透率較高，油水井井距小，需要形成短寬縫壓裂施工的井層。選用壓裂液粘度相對較低，以保證一定的濾失量；同時要用反洗井管柱，幸免砂堵事故。五、壓裂油層愛護壓裂對油層的損害要緊是壓裂液和儲集層巖石及地層流體相互作用的綜合結(jié)果，因此降低壓裂液的損害，應(yīng)加強室內(nèi)研究，并注重在施工過程中進行愛護。（一）地層損害的因素1、由于壓裂液的注入，改變了地層原始含油飽和度，并產(chǎn)生兩相流淌，流淌阻力加大，毛細管力的作用致使壓裂液返排困難和阻力增加，甚至出現(xiàn)嚴峻和持久的水鎖現(xiàn)象。2、壓裂液殘渣及壓裂液在裂縫壁面上形成難以降解的濾餅對地層的損害。殘渣會堵塞地層孔喉，還會滯留在裂縫中損害裂縫導(dǎo)流能力。3、壓裂過程中引起的粘土礦物的膨脹和顆粒運移，使流淌孔隙減??；粘土顆粒隨壓裂液濾入地層，形成橋堵，造成損害。4、壓裂液與原油乳化，乳化液通過毛細管、喉道時存在賈敏效應(yīng)，造成液堵。5、壓裂液進入地層后，由于地層流體溫度下降，由于冷卻效應(yīng)，使原油中蠟及瀝青析出，造成損害。6、壓裂液與地層流體的配伍性不行，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成沉淀，以及添加劑使用不當造成巖石潤濕性改變等損害。7、支撐劑的損害。雜質(zhì)含量過高堵塞地層孔道；小顆粒支撐劑運移堵塞裂縫；支撐劑破裂率高形成微顆粒，降低裂縫導(dǎo)流能力。8、措施不當導(dǎo)致地層損害。鉆井液、壓井液的損害；未加防膨劑導(dǎo)致水敏地層被損害；酸敏地層采取常規(guī)酸化處理也會導(dǎo)致?lián)p害。（二）壓裂施工油層中愛護措施1、優(yōu)選壓裂液降低儲層的損害壓裂液殘渣滯留在裂縫和空隙中，對裂縫導(dǎo)流能力和儲層滲透率回造成較大的阻礙，應(yīng)優(yōu)選增稠劑，使用合理的濃度和交聯(lián)比，在滿足施工的條件下，降低粉劑濃度。2、降低乳化損害。適當?shù)募尤肫迫閯┛捎行Х乐谷榛瘞淼淖璧K。3、降低水敏阻礙。采納KCL防膨劑可抑制粘土顆粒的分散；有機防膨劑還能夠以長分子鏈形式吸附在粘土表面，防止顆粒的運移和分散。4、降低濾液導(dǎo)致的水鎖損害。采納高效助排劑可有效降低返排阻力，降低壓裂液的表面張力、界面張力，有效改善增產(chǎn)措施效果。5、合理操縱擴散壓力時刻，及時返排，必要時采取強制閉合的方法，使用小噴嘴放噴，減少壓裂液濾失，使裂縫在不斷排出的同時快速閉合。6、提高各種添加劑的連續(xù)性和穩(wěn)定性，提高破膠劑性能，減少地層損害和污染。六、壓裂施工和質(zhì)量要求（一）壓裂施工過程壓裂施工一般包括以下工序：循環(huán)、試壓、試擠、壓裂、加砂、替擠、擴散壓力、活動管柱。專門情況可進行酸預(yù)處理、小型壓裂測試、壓后壓降監(jiān)測等工序。1、循環(huán)：目的是檢查壓裂車組設(shè)備性能，保證地面流程管線暢通。循環(huán)時單車排量不低于1m3/min，時刻許多于30s。2、試壓：平穩(wěn)啟動壓裂車高壓泵，對井口閥門以上的設(shè)備和地面管線進行承壓性能試驗，壓力為預(yù)測泵壓的1.2-1.5倍，穩(wěn)壓5min，不刺不漏壓力不降為合格。3、試擠：打開井口閥門，關(guān)閉循環(huán)放空閥門，逐臺啟動壓裂車，按設(shè)計要求排量將壓裂液擠入地層，壓力由低到高直到穩(wěn)定。檢查井下管柱和工具情況，檢查壓裂層位的吸液能力。4、壓裂：試擠正常后，逐臺啟動壓裂車，以高壓大排量持續(xù)擠入前至液，使裂縫形成并擴展延伸。油層破裂的瞬間破裂壓力與地層深度的比值，稱為壓裂破裂梯度，反映油層破裂的難易程度。5、加砂：油層裂縫形成后，泵壓和排量穩(wěn)定后便可加砂。要分段操縱好混砂比，要逐漸提高且均勻加砂，保證壓力、排量平穩(wěn)，嚴禁中途停泵。6、替擠：加砂完成后，打開混砂車的旁通替擠流程，向井內(nèi)注入替擠液，將攜砂液替擠到油層裂縫中，要嚴格執(zhí)行設(shè)計，嚴禁超量替擠。7、關(guān)井擴散壓力：壓裂施工結(jié)束后，關(guān)閉所有進出口閥門，等待壓裂液破膠濾失及裂縫閉合，防止出砂，造成裂縫口鋪砂濃度過低。8、活動管柱：負荷應(yīng)不超過管柱懸重的200KN，上提速度操縱在0.5m/min，活動行程不小于5m。要達到管柱提放自如，拉力表懸重正常。（二）壓裂施工質(zhì)量要求1、壓裂管柱質(zhì)量要求（1）壓裂管線應(yīng)用N80以上鋼級油管或短接連接，嚴禁應(yīng)用玻璃油管、涂料油管、和軟管線連接。（2）高壓管匯初端到井口距離在40-600m，連接方向為進液管指向井口的方向；壓裂管柱無水利錨，應(yīng)在井口套管頭、壓裂裝置用19mm鋼絲繩固定。（3）壓裂管柱噴砂器與下封隔器直接連接，最下一級封隔器以下的尾管長度不小于8m，壓裂管柱底端距井內(nèi)砂面或人工井底的距離不小于10m。（4）K344-113壓裂管柱最多同意使用4級封隔器，上提一次；Y344-114壓裂管柱最多同意使用2級封隔器，上提2次。（5）嚴禁用壓裂管柱進行替噴、沖砂、壓井、打撈作業(yè)。2、壓前作業(yè)質(zhì)量要求（1）探砂面：一律采納光油管硬探，砂面深度以指重表懸重下降二格，拉力表下降0.5噸，連探三次數(shù)據(jù)一致為準，其管柱深度為砂面深度。（2）沖砂：沖砂管柱絲扣要上緊，做到不刺不漏，沖砂管以砂面以上2米左右進行沖砂，液量充足，排量不低于20方/時。連續(xù)三次測得出口含砂量小于0.2%為合格。（3）壓井：壓裂施工嚴禁壓井，如確需壓井作業(yè)，必須履行審批手續(xù)。（4）替噴：深度必須距人工井底1-2m；替噴要完全，水量充足（一般為井筒容積2.5倍），排量20方/小時，出口比重1.01為合格；出水中準接軟管線，不準接90度彎頭。（5）刮蠟：a、刮蠟用小于套管內(nèi)徑6mm刮蠟器進行刮蠟，如下不去可依照實際情況縮小刮蠟器外徑。b、泵掛深度小于800m，則刮蠟深度至800m，泵掛深度大于800m，則刮蠟至設(shè)計泵掛深度。c、刮蠟后，替入井筒容積的1.2-1.5倍熱水進行循環(huán)，洗出井內(nèi)死油、死蠟，如壓井刮蠟，則用同比重泥漿進行循環(huán)。3、壓裂施工過程質(zhì)量要求（1）壓裂前后要探砂面，底界距砂面或井底距離大于15m。（2）循環(huán)時單車泵排量不低于1m3/min，時刻大于30s，排靜殘液、余砂。（3）加砂過程要保持連續(xù)性，不抽空，加砂均勻嚴禁中途停泵；（4）加砂施工要注意觀看套壓表，壓力上升超過8mpa應(yīng)停止施工，打開套管放空，再觀看壓力變化，如在6mpa以下套壓能穩(wěn)住，可接著加砂施工。（5）投鋼賕打噴砂器滑套時，投入鋼球規(guī)格與噴砂器滑套對應(yīng)，排量操縱在0.4-0.6m3/min。（6）壓裂施工中嚴禁放噴，已防砂卡及壓裂層段吐砂。（7）多裂縫壓裂投暫堵劑排量操縱在0.4-0.6m3/min；破裂壓力要在同排量下提高2mpa以上，否則再次封堵，追加1/2蠟球量。在限壓40mpa時，如第一條縫超過35mpa以上，可終止多裂縫施工。（8）替擠量小于井下管柱和地面管線容積的1.2倍，采納打開混砂車的替擠旁通流程擠入替擠液。（三）壓裂施工異常情況處理壓裂施工過程中，經(jīng)常出現(xiàn)壓不開、壓竄、砂堵、砂卡等事故?？衫镁诒米毫Α⑻讐罕?、注入排量、砂比的變化及壓裂液排量的記錄曲線準確推斷，及時處理。1、壓不開壓力隨注入量的增加急劇上升，專門快達到施工許可壓力上限，緣故要緊是由于：（1）地層性質(zhì)、吸液能力差；（2）管柱堵塞、工具問題、管柱深度有誤；（3）射孔質(zhì)量問題，井筒與地層連通不行。處理方法=1\*GB2⑴磁性定位校驗卡點深度。深度無差錯則擠酸處理目的層，降低地層破裂壓力及解除近井污染后再壓裂。=2\*GB2⑵深度若有差錯，則調(diào)整準確后再壓裂。=3\*GB2⑶磁性定位測井時，依照下井儀器的遇阻深度推斷管柱是否堵塞。有堵塞則起出管柱，通油管后重下壓裂管柱再壓裂。=4\*GB2⑷管柱無堵塞且深度準確，仍壓不開則起出壓裂管柱，檢查噴砂器凡爾是否卡死，凡爾卡死則換噴砂器等工具，重下壓裂管柱再壓裂。=5\*GB2⑸如深度準確、無堵塞、噴砂器均正常，則進行擴層、改層壓裂，或放棄對該層壓裂。2、壓竄壓竄是指壓裂施工中，壓裂液由某一異常通道返至第一級封隔器以上油套環(huán)空，使地面套壓持續(xù)升高；或返至最下一級封隔器以下油套環(huán)空，使管柱上頂?shù)漠惓Ｊ┕がF(xiàn)象。壓竄緣故分兩大類，一是管外竄槽，二是管柱問題。管外竄槽有：地層竄槽、水泥環(huán)竄槽；管柱問題有：封隔器不坐封、封隔器膠筒破裂、油管破裂、油管接箍短脫、管柱深度差錯等。處理方法=1\*GB2⑴停泵，套管放空，反復(fù)2～3次。=2\*GB2⑵仍有竄槽顯示則磁性定位校驗卡點深度。=3\*GB2⑶深度無差錯則上提管柱至未射孔井段，驗封。=4\*GB2⑷驗封仍有竄槽顯示則起出管柱，發(fā)覺管柱短脫則進行打撈，正常驗封起出則檢查油管和封隔器破損情況。=5\*GB2⑸驗封沒有竄槽顯示則講明地層竄，進行擴層、改層壓裂，或放棄對該層壓裂。3、砂堵加砂過程中，壓力大幅度上升講明有砂堵跡象，應(yīng)立即停砂或降低砂比。如壓力接著上升可能發(fā)生端部脫砂或砂堵。緣故是：（1）壓裂液攜砂性或抗剪切性差；（2）砂比過高或提的過快；（3）地層濾失性大，裂縫發(fā)育，壓裂液濾失嚴峻；（4）前置液量過少，壓裂液破膠過快。處理方法：發(fā)生砂堵后應(yīng)立即進行放噴、返排，在管柱同意條件下進行反洗。七、壓裂新工藝（一）注入井樹脂砂壓裂技術(shù)1、注入井壓裂失效緣故分析分析注入井壓裂措施效果差、有效期短的緣故要緊是由于注聚井的注入壓力較高，接近破裂壓力。由于聚合物溶液中團塊的作用，將導(dǎo)致井下的注入壓力瞬間超破裂壓力，現(xiàn)在壓裂的裂縫就會張開。同時具有高攜砂能力的聚合物溶液將把裂縫中的支撐劑向地層深處推動，使井筒附近的裂縫閉合。沒有支撐劑的裂縫與未壓裂的地層滲透率相近，造成注聚井壓裂有效期短。聚驅(qū)注入井由于注入壓力高和地層二次堵塞等緣故，存在瞬間超破裂壓力注入的現(xiàn)象，導(dǎo)致注入液將裂縫口支撐劑帶到地層深部，裂縫口閉合，壓裂失效?；谝陨险J識，通過大量的室內(nèi)實驗研究，優(yōu)選出樹脂砂進行現(xiàn)場試驗，近兩年的研究和實踐證明，在注入井采納尾追樹脂砂壓裂工藝可有效的防止壓裂裂縫口閉合，可將壓裂有效期由目前的不足3個月延長到20個月，確保壓裂井增注效果和有效期。2、樹脂砂壓裂機理樹脂涂層砂是在壓裂石英砂顆粒表面涂敷一層薄而有一定韌性的樹脂層，該涂層能夠?qū)⒃蝿└淖優(yōu)榫哂幸欢娣e的接觸。當該支撐劑進入裂縫以后，由于溫度的阻礙，樹脂層首先軟化，然后在固化劑的作用下發(fā)生聚合反應(yīng)而固化。從而使顆粒之間由于樹脂的聚合而固結(jié)在一起，將原來顆粒之間的點與點接觸變成小面積接觸，降低了作用在砂礫上的負荷，增加了砂粒的抗破裂能力。而且，固結(jié)在一起的砂礫形成帶有滲透率的網(wǎng)狀濾段，阻止壓裂砂的運移。試驗表明原油、地層水和酸對樹脂涂層砂沒有阻礙。如圖4、圖5所示在壓裂加尾砂施工中，加入一定量的樹脂砂，通過合理的替擠量，使樹脂砂均勻分布在裂縫口周圍，壓裂后擴散壓力使裂縫閉合，關(guān)井96小時保證有足夠的固化時刻，待樹脂砂充分固化后開井注入。圖5樹脂砂壓裂原理圖圖6樹脂砂壓裂俯視圖1—井筒、2—石英砂、3—地層、4—樹脂砂3、樹脂砂壓裂施工工藝樹脂砂加砂半徑及加砂量的確定依照室內(nèi)實驗結(jié)果，在模擬裂縫內(nèi)當聚合物溶液的流速為0.1388mm/s時石英砂開始運移。因此現(xiàn)場聚合物注入井裂縫內(nèi)的流速高于此值范圍內(nèi)都應(yīng)采納樹脂砂。經(jīng)計算壓裂過程中樹脂砂的加砂半徑應(yīng)為11m，需要尾追1m3的樹脂砂。現(xiàn)場壓裂過程中尾追樹脂砂量為1.3m3，能夠防止裂縫內(nèi)所有支撐劑在聚合物溶液作用下的運移。樹脂砂固化時刻的確定樹脂砂固化時刻測試表明，在40℃環(huán)境溫度下，樹脂砂初始固化時刻為30min，最終固化時刻為96hr。壓裂施工結(jié)束后地層溫度恢復(fù)時刻約為30min。因此現(xiàn)場制訂現(xiàn)場施工工序為：單層壓裂結(jié)束后先不動管柱等候120min，待壓力擴散且樹脂砂初凝后再起壓裂管柱。壓裂井投注前關(guān)井96hr，使樹脂砂充分固結(jié)。4、樹脂砂壓裂操縱替擠量技術(shù)研究合理的替擠量才能確保樹脂砂均勻充填到裂縫口，在替擠過程中，攜砂液不是以段塞狀推進，而是呈循環(huán)狀態(tài)移動，替擠液為壓裂液基液，其用量依照壓裂管柱的不同有所區(qū)不，目前常規(guī)壓裂沿用1：1.3的替擠比例，由于人員素養(yǎng)和計量不準等緣故，無法滿足樹脂砂壓裂替擠要求，因此，開展了以下工藝研究：1）只壓裂一層段應(yīng)用尾噴嘴壓裂管柱：其替劑量能夠按井筒容積+地面管線容積的1倍施工，施工中即使有一定量的沉砂，也可不能阻礙壓裂施工的正常進行。在201站上返井北1-330-P43井施工時采納該管柱，滿足1：1替擠的要求。北1-330-P43井壓裂管柱示意圖層段數(shù)據(jù)（m）卡點位置（m）安全接頭未射（m）水力錨2級未射（m）956.9Y341-114955956.9?25mm噴嘴?25mm噴嘴970.6人工井底1087.3圖7北1-330-P43井施工管柱圖2）壓裂多層的55MPa壓裂管柱該管柱一趟最多可壓裂4層，為確保施工順利進行和施工安全，確定替劑量由常規(guī)壓裂的井筒容積+地面管線容積的1.3倍以上降到目前的1.2倍。3）橋塞式壓裂管柱該管柱由可取式橋塞、打撈頭、和封隔器組成，可實現(xiàn)耐壓55Mpa，耐溫90。C，該管柱通過上提一次施工可完成2-3層段的壓裂，且不受卡距限制，適合大卡距、高砂比、低替擠量施工。（二）新井壓裂高效助排劑的應(yīng)用室內(nèi)實驗研究證實，壓裂液對巖心的損害率達到40%以上，因此減少壓裂液的濾失、加快和提高壓裂液的返排是減小壓裂液損害的重要措施。為提高返排率，保證壓裂措施效果，推廣應(yīng)用了高效發(fā)泡助排劑。1、發(fā)泡助排劑原理高效發(fā)泡助排劑是由兩種無機鹽、發(fā)泡劑、表面活性劑、穩(wěn)定劑、清防蠟劑組成。兩種無機鹽在65℃以上或在催化劑的作用下反應(yīng)釋放熱量，能夠解除高粘油區(qū)塊由于低溫液體的注入所造成的臘質(zhì)、膠質(zhì)的損害；釋放熱量的同時并生成大量的惰性氣體，它能夠有效提高地層返排壓力，以利于壓后快速返排，提高返排率；發(fā)泡劑在生成氣體過程中產(chǎn)生大量的泡沫，它能夠有效的降低壓裂液的濾失；表面活性劑能夠改變地層潤濕性降低表面張力，減小毛細管的阻力，以利壓裂液的返排；同時發(fā)泡助排劑還具有防膨的作用，由于配方中一種無機鹽為氨鹽，具有專門好的防膨性能。2、現(xiàn)場應(yīng)用情況:針對新井壓裂存在注采不同步，同時由于新井壓裂后投產(chǎn)時刻長，壓裂液對地層損害大的實際問題，為確保新井限流壓裂效果，在南一區(qū)55口新井壓裂應(yīng)用了高效發(fā)泡助排劑，見到明顯效果。（1）現(xiàn)場施工情況該工藝在每層前置液時期壓開裂縫后，以1m3/min的排量泵入助排劑1m3，同時加入25kg過硫酸鉀破膠劑，然后以大排量泵入前置液；在加砂時期，楔形加入35kg過硫酸鉀破膠劑。在施工中，我們重點把住追加破膠劑和壓后返排兩道工序，確保壓裂液的及時破膠和返派，壓后擴散40min打開套管，取返排液測試粘度低于3mpa.s返排液已破膠。返排液由專用罐車運送返排液，平均初期返排率達到40%以上，每口井壓后都達到了一定的噴勢。（2）壓后返排量、返排率對比返排率、返排液量對比表表10項目層數(shù)初返排量（m3）終返排量（m3）總液量（m3）初返排率（%）終返排率（%）加助排劑3.5831482183868未加助排劑4611312422554差值21171314（三）愛護薄隔層壓裂工藝三次加密井由于井距小，目的層位于主力油層的變差部位；儲層間隔層厚度小，目的層薄且縱向分散跨距大。目前的壓裂工藝受隔層2m和卡距40m的限制，適應(yīng)性差，細分改造程度低，無法滿足需要，急需研究應(yīng)用適應(yīng)三次加密井壓裂技術(shù)，以保證壓裂效果提高動用程度。1、平衡壓裂管柱原理適用于三次加密井壓裂，能夠幸免壓裂壓竄。按照愛護隔層位置可分為愛護上隔層、愛護下隔層和愛護中間隔層。最小隔層能夠達到0.6m。隔層上下的層段都射孔，施工時液體通過平衡器出液口和噴砂器出液口同時進入平衡層和壓裂層，打完前置液后投球打下平衡器濾砂滑套，使平衡器出液口出液不出砂。由于壓前在需要愛護的隔層上下建立起一定的平衡壓力，在壓裂層形成裂縫、加砂過程中，平衡層仍進液不進砂，從而減小了需要愛護的隔層上下壓差，使得在壓裂過程中需要愛護的隔層得到有效的愛護，壓后平衡層裂縫自然閉合。2、應(yīng)用情況及效果為滿足地質(zhì)細分改造的要求，進一步發(fā)揮壓裂工藝的潛力，應(yīng)用愛護隔層壓裂工藝5口井。均為愛護中間隔層，平均單井砂巖厚度9.6m、有效厚度4.3m；平均隔層厚度1.4m，最小隔層1.1m，壓前壓后驗竄證實不竄。愛護薄隔層壓裂井統(tǒng)計表表11井號井不壓裂日期砂巖（m）有效(m)方式隔層厚度（m）壓后驗竄備注北1-330-P46水03.1.1111.27.1中間1.3不竄樹脂砂壓裂北1-1-18油03.3.229.13.2中間1.4不竄上返北1-丁2-P50油03.4.139.83.9中間1.1不竄北1-1-P48油03.5.1910.43.9中間1.7不竄南1-31-側(cè)斜14水03.4.57.53.6中間1.6不竄平均9.64.31.4如南1-31-側(cè)斜14井，該水井SII1-2、SII2-3兩層間最小隔層厚度為1.6m，采納愛護中間隔層壓裂管柱進行壓裂，該井6個小層均得到有效改造，壓后初期日增注39m3，壓力下降2.9Mpa。（四）聚驅(qū)采出井防砂壓裂聚驅(qū)采出井、電泵井壓裂普遍有較好的改造效果，但隨著聚驅(qū)采出井壓裂井數(shù)的增加，壓裂后出砂卡泵的現(xiàn)象日益突出。壓裂后出砂，降低了裂縫的導(dǎo)流能力，如吐砂嚴峻，危害性極大，將導(dǎo)致砂埋油層或井筒砂堵造成油井停產(chǎn)作業(yè)、地面和井下設(shè)備嚴峻磨蝕砂卡、頻繁地沖砂檢泵等工作量增大，既提高了施工作業(yè)成本，又阻礙了壓裂整體效果。1、聚驅(qū)采出井壓裂后出砂機理研究聚合物采出井出砂現(xiàn)象嚴峻，要緊與裂縫出砂機理、聚驅(qū)采出井地層、井內(nèi)流體特性及壓裂工藝有著緊密的關(guān)系。（1）裂縫出砂機理通過室內(nèi)實驗對支撐劑在裂縫的力學(xué)穩(wěn)定性進行研究，在模擬裂縫條件下，支撐劑受力情況如圖所示。假設(shè)裂縫完全閉合，支撐劑要緊受裂縫的壓實作用T、壓實作用產(chǎn)生的靜摩擦力F（阻止支撐劑排出的作用力），同時裂縫中的支撐劑還受到在一定生產(chǎn)壓差下壓力和井內(nèi)流體攜帶共同引起的推拽力dPf。（各個支撐劑相互間的作用力可忽略不計）因此，當井內(nèi)流體向井筒流淌時，對支撐劑的推拉力可描述為：T1dPf=dPA+μAV/d（1）dPfF式中μ流體粘度；T2A滲流面積V流速d顆粒直徑圖8裂縫內(nèi)支撐劑受力示意圖由公式能夠看出，隨著流體粘度的增加，拉力增大，流體的攜砂能力增強。當生產(chǎn)壓差增大時，流體的流速增加，推拽力增大。通過室內(nèi)實驗，能夠給出在不同閉合壓力、不同生產(chǎn)壓差下縫寬、顆粒直徑的關(guān)系。裂縫內(nèi)支撐劑力學(xué)穩(wěn)定性實驗結(jié)果表12縫寬/粒徑支撐劑粒徑（mm）凈閉合壓力MPa壓力梯度Mpa/m穩(wěn)定性6.50.566.481.67不穩(wěn)定5.50.566.481.60穩(wěn)定5.50.566.483.39不穩(wěn)定5.50.566.482.26不穩(wěn)定5.50.566.481.67穩(wěn)定5.50.7114.821.80不穩(wěn)定5.60.7114.821.80不穩(wěn)定能夠看出=1\*GB3①當縫寬與顆粒直徑比Wf/d>5.5裂縫處于不穩(wěn)定狀態(tài)，容易遭到破壞，造成支撐劑返排；=2\*GB3②在相同縫寬和閉合壓力下，當壓力梯度Pd增大時，裂縫趨于不穩(wěn)定，當Pd數(shù)值達到1.67時，裂縫遭到破壞，有支撐劑返排；=3\*GB3③閉合壓力超出裂縫強度時，由于支撐劑破裂，也會引起出砂。（2）聚驅(qū)采出井出砂緣故分析=1\*GB3①生產(chǎn)壓差增大，造成出砂壓裂后，由于增大了生產(chǎn)壓差，降低流壓，已增加初期產(chǎn)能，使裂縫內(nèi)壓裂梯度隨著增加，裂縫穩(wěn)定性降低，導(dǎo)致出砂。=2\*GB3②流體粘度增大，攜砂能力增強導(dǎo)致出砂隨著采出液濃度的增加，混合液的增稠特性越來越顯著，從而使粘度加大，流體對支撐劑的推拽力增加，采出液攜砂性增強，裂縫易出砂；=3\*GB3③采納短寬縫壓裂工藝，縫寬大易出砂由于高砂比壓裂形成縫寬大，當縫寬與顆粒直徑比Wf/d>5.5裂縫處于不穩(wěn)定狀態(tài)，易造成出砂。2、防砂工藝原理（1）尾追核桃殼防砂原理該方法是在尾追砂中加入大粒徑核桃殼防砂，一方面利用核桃殼自身顆粒的抗壓強度和特有的可壓縮性，摩擦系數(shù)大，在裂縫近井筒附近形成“防砂井壁”，使壓裂砂不能進入井筒效果比較明顯，成功率高。另一方面由于增大了支撐劑的平均粒徑，使裂縫寬度與支撐劑的平均粒徑的比值降小，從而裂縫的穩(wěn)定性增強，防止裂縫吐砂。石英砂與核桃殼樣品導(dǎo)流能力和滲透率實驗表13上表是粒徑為1.2 ～2.0mm吉林通化核桃殼與石英砂不同體積比樣品室內(nèi)實驗數(shù)據(jù)表。從表中能夠看出：導(dǎo)流能力及滲透率隨地層閉合壓力的增加而降低；在相同閉合壓力下，導(dǎo)流能力、滲透率及破裂率隨石英砂與核桃殼體積比的增加而增大。通過進行核桃殼的破裂率實驗，核桃殼支撐劑在21Mpa下差不多不破裂，50Mpa下產(chǎn)生微量破裂，破裂率僅為2.5%（28Mpa下石英砂破裂率7.8%）。（2）樹脂砂防砂工藝應(yīng)用樹脂砂能夠有效防止支撐劑的破裂、嵌入和運移，同時隨著油層深度的增加，閉合壓力變大，其破裂率明顯低于石英砂，因而能夠提高裂縫導(dǎo)流能力，從其防砂機理來看，與注入井防止支撐劑向地層內(nèi)運移相反，是在裂縫口形成一