水力壓裂的工藝過程課件

第六章水力壓裂技術(shù)主要內(nèi)容：(4)壓裂設(shè)計(1)造縫機(jī)理(2)壓裂液(3)支撐劑利用100%的液體二氧化碳和石英砂進(jìn)行壓裂，無水無任何添加劑，壓后壓裂液幾乎完全排出地層，可避免地層傷害。其關(guān)鍵技術(shù)是混合砂子進(jìn)入液體二氧化碳中的二氧化碳混合器。適用于對驅(qū)替液、凍膠或表面活性劑的傷害敏感的地層，適合的儲層包括滲水層、低壓層及有微粒運移的儲層以及水敏性儲層。壓裂的定義：用壓力將地層壓開一條或幾條水平的或垂直的裂縫，并用支撐劑將裂縫支撐起來，減小油、氣、水的流動阻力，溝通油、氣、水的流動通道，從而達(dá)到增產(chǎn)增注的效果。壓裂的種類：(根據(jù)造縫介質(zhì)不同)水力壓裂高能氣體壓裂干法壓裂利用特定的發(fā)射藥或推進(jìn)劑在油氣井的目的層段高速燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體，壓裂地層形成多條自井眼呈放射狀的徑向裂縫，清除油氣層污染及堵塞物，有效地降低表皮系數(shù)，從而達(dá)到油氣井增產(chǎn)的目的的一種工藝技術(shù)。高能氣體壓裂：利用特定的發(fā)射藥或推進(jìn)劑在油氣井的目的層段高速燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體，壓裂地層形成多條自井眼呈放射狀的徑向裂縫，清除油氣層污染及堵塞物，有效地降低表皮系數(shù)，從而達(dá)到油氣井增產(chǎn)的目的的一種工藝技術(shù)。干法壓裂：利用100%的液體二氧化碳和石英砂進(jìn)行壓裂，無水無任何添加劑，壓后壓裂液幾乎完全排出地層，可避免地層傷害。其關(guān)鍵技術(shù)是混合砂子進(jìn)入液體二氧化碳中的二氧化碳混合器。適用于對驅(qū)替液、凍膠或表面活性劑的傷害敏感的地層，適合的儲層包括滲水層、低壓層及有微粒運移的儲層以及水敏性儲層。利用地面高壓泵組，將高粘液體以大大超過地層吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高壓；當(dāng)此壓力大于井壁附近的地應(yīng)力和地層巖石抗張強(qiáng)度時，在井底附近地層產(chǎn)生裂縫；繼續(xù)注入帶有支撐劑的攜砂液，裂縫向前延伸并填以支撐劑，關(guān)井后裂縫閉合在支撐劑上，從而在井底附近地層內(nèi)形成具有一定幾何尺寸和導(dǎo)流能力的填砂裂縫，使井達(dá)到增產(chǎn)增注目的工藝措施。水力壓裂：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(2)降低了井底附近地層中流體的滲流阻力：裂縫內(nèi)流體流動阻力小。水力壓裂增產(chǎn)增注的原理:(1)改變流體的滲流狀態(tài)：使原來徑向流動改變?yōu)橛蛯优c裂縫近似的單向流動和裂縫與井筒間的單向流動，消除了徑向節(jié)流損失，降低了能量消耗。第一節(jié)造縫機(jī)理裂縫形成條件裂縫的形態(tài)裂縫的方位井網(wǎng)部署提高采油速度提高原油采收率有利的裂縫狀態(tài)及參數(shù)能夠充分發(fā)揮其在增產(chǎn)、增注的作用。造縫條件及裂縫的形態(tài)、方位等與井底附近地層的地應(yīng)力及其分布、巖石的力學(xué)性質(zhì)、壓裂液的滲濾性質(zhì)及注入方式有密切關(guān)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、油井應(yīng)力狀況(一)地應(yīng)力垂向應(yīng)力：上覆層的巖石重量。有效垂向應(yīng)力：如果巖石處于彈性狀態(tài)，可根據(jù)廣義虎克定律建立巖石的有效水平應(yīng)力與有效垂向應(yīng)力的關(guān)系：在三向應(yīng)力作用下，x軸方向上的應(yīng)變分別為：令：得：由于存在側(cè)向應(yīng)力的約束，則：側(cè)壓系數(shù)考慮到構(gòu)造應(yīng)力等因素的影響，可以得到最大、最小水平主應(yīng)力為：1.井筒對地應(yīng)力及其分布的影響(二)井壁上的應(yīng)力圖6-2無限大平板中鉆一圓孔的應(yīng)力分布地層三維應(yīng)力問題轉(zhuǎn)化為二維方法處理圓孔周向應(yīng)力：(1)當(dāng)，時，，說明圓孔壁上各點的周向應(yīng)力相等，且與角度無關(guān)。(2)當(dāng)，時，說明最小周向應(yīng)力發(fā)生在方向上，而最大周向應(yīng)力卻在的方向上。(3)隨著的增加，周向應(yīng)力迅速降低。2.井眼內(nèi)壓所引起的井壁應(yīng)力壓裂過程中，向井筒內(nèi)注入高壓液體，使井內(nèi)壓力很快升高。井筒內(nèi)壓必然導(dǎo)致井壁上產(chǎn)生周向應(yīng)力。根據(jù)彈性力學(xué)中的拉梅公式(拉應(yīng)力取負(fù)號)：當(dāng)re=∞、Pe=0及r=ra時，井壁上的周向應(yīng)力為：即由于井筒內(nèi)壓而導(dǎo)致的周向應(yīng)力與內(nèi)壓大小相等，方向相反。3.壓裂液徑向滲入地層所引的井壁應(yīng)力由于注入井中的高壓液體在地層破裂前，滲入井筒周圍地層中，形成了另外一個應(yīng)力區(qū)，它的作用是增大了井壁周圍巖石中的應(yīng)力。增加的周向應(yīng)力值為：4.井壁上的最小總周向應(yīng)力在地層破裂前，井壁上的最小總周向應(yīng)力應(yīng)為地應(yīng)力、井筒內(nèi)壓及液體滲濾所引起的周向應(yīng)力之和：二、造縫條件（一）形成垂直裂縫的條件當(dāng)井壁上存在的周向應(yīng)力超過井壁巖石的水平方向的抗拉強(qiáng)度時，巖石將在垂直于水平應(yīng)力的方向上產(chǎn)生脆性破裂，即在與周向應(yīng)力相垂直的方向上產(chǎn)生垂直裂縫。造縫條件為：當(dāng)產(chǎn)生裂縫時，井筒內(nèi)注入流體的壓力即為地層的破裂壓力：(二)形成水平裂縫的條件當(dāng)井壁上存在的垂向應(yīng)力超過井壁巖石的垂向的抗張強(qiáng)度時，巖石將在垂直于垂向應(yīng)力的方向上產(chǎn)生脆性破裂，即在與垂向應(yīng)力相垂直的方向上產(chǎn)生水平裂縫。造縫條件為：當(dāng)產(chǎn)生水平裂縫時，井筒內(nèi)注入流體的壓力等于地層的破裂壓力：實驗修正：(三)破裂壓力梯度(破裂梯度)破裂梯度：地層破裂壓力與地層深度的比值。各油田根據(jù)大量壓裂施工資料統(tǒng)計出來的破裂