压裂基础知识

压裂工艺基本知识2013年7月延长油田永宁采油厂工程技术知识普及讲座之提纲三.压裂液一.压裂的概念二.压裂设备及管柱四.支撑剂五.压裂工艺六.现场施工一、压裂基本概念压裂是指在井筒中形成高压迫使地层形成裂缝的施工过程。通常指水力压裂,水力压裂是指应用水力传压原理，从地面泵入携带支撑剂的高压工作液，使地层形成并保持裂缝，是被国内、外广泛应用的行之有效的增产、增注措施。压裂作业现场三.压裂液一.压裂的概念二.压裂设备及管柱四.支撑剂五.压裂工艺六.现场施工二、压裂设备及管柱地面设备1、压裂井口2、压裂管汇支撑剂混砂车压裂液泵车油管井口压裂液裂缝地层压裂材料：压裂液和支撑剂施工参数：排量、压力、砂比压裂设备：泵车(组)、液罐、砂车、仪表车水力压裂基本要件支撑剂混砂车压裂液泵车油管井口压裂液裂缝地层压裂流程压裂液支撑剂混砂车泵车交联剂高压管汇井口井筒内管柱地层压裂车组压裂设备主要包括压裂车、混砂车、仪表车、管汇车等。1、压裂泵车压裂车是压裂的主要动力设备，它的作用是产生高压，大排量的向地层注入压裂液，压开地层，并将支撑剂注入裂缝。它是压裂施工中的关键设备，主要由运载汽车、驱泵动力、传动装置、压裂泵等四部分组成。2、混砂车混砂车的作用是将支撑剂、压裂液及各种添加剂按一定比例混合起来，并将混好的携砂液供给压裂车，压入井内。目前混砂车有双筒机械混砂车、风吸式混砂车和仿美新型混砂车。混砂车主要由供液、输砂、传动三个系统组成。3、其它设备除了压裂车、混砂车主要设备外，还有仪表车、液罐车、运砂车等。仪表车是用于施工时，记录压裂过程各种参数，控制其它压裂设备的中枢系统，又称作压裂指挥车。压裂管柱压裂管柱主要由压裂油管、封隔器、喷砂器、水力锚等组成。目前井下管柱可分为笼统压裂管柱和分层压裂管柱。1、压裂油管压裂应使用专用油管。抗压强度应满足设计要求。浅井、低压可用J55钢级，内径Ф62mm油管（外径φ73mm）；中深井和深井使用N80或P105的内径Ф62mm或Ф76mm外加厚油管，最高限压分别是70Mpa和90Mpa。2、封隔器目前压裂用封隔器种类较多，浅井使用扩张式或压缩式50℃低温胶筒封隔器。深井使用扩张式、压缩式或机械式90℃以上胶筒封隔器。深井大通径CS-1封隔器，工作压力105Mpa，工作温度可达177℃。3、喷砂器喷砂器主要作用一是节流，造成压裂管柱内外压差，保证封隔器密封；二是通往地层的通道口，使压裂液进入油层，三是避免压裂砂直接冲击套管内壁造成伤害。4、压裂管柱压裂管柱一般分为笼统压裂管柱和分层压裂管柱。1）笼统压裂管柱笼统压裂管柱结构为：油管+水力锚+封隔器+喷嘴。2）分层压裂管柱双层双封三层三封三.压裂液一.压裂的概念二.压裂设备及管柱四.支撑剂五.压裂工艺六.现场施工三、压裂液压裂液的主要作用，是将地面设备的能量传递到油层岩石上，将油层岩石劈开形成裂缝，把支撑剂输送到裂缝中。压裂液在施工中按不同阶段的作用可分为前置液、携砂液、顶替液三种。为了压裂施工的顺利实施，要求压裂液具有低滤失性、高携砂性、降阻性、稳定性、配伍性、低残渣、易返排等性能。随着石油工业的发展，压裂施工的规模越来越大，压裂液用量越来越大，因而压裂液还应具备货源广、成本低，配制简单等特点，以满足大型压裂和新井压裂施工。压裂液的分类1、根据压裂液在不同泵注阶段的作用，可分为前置液、携砂液和顶替液。2、根据压裂液的类型，可分为水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液、乳化压裂液、醇基压裂液、清洁压裂液、酸基压裂液。3、根据压裂液所适应的地层温度，可分为低温压裂液、中温压裂液、高温压裂液三.压裂液一.压裂的概念二.压裂设备及管柱四.支撑剂五.压裂工艺六.现场施工四、支撑剂支撑剂是水力压裂时地层压开裂缝后，用来支撑裂缝阻止裂缝重新闭合的一种固体颗粒。它的作用是在裂缝中铺置排列后形成支撑裂缝，从而在储集层中形成远远高于储集层渗透率的支撑裂缝带。使流体在支撑裂缝中有较高的流通性，减少流体的流动阻力，达到增产、增注的目的。目前常用的支撑剂有天然石英砂和人造支撑剂陶粒支撑剂物理性能包括粒度组成、球度和圆度、密度、酸溶解度、浊度和抗破碎能力。石英砂三.压裂液一.压裂的概念二.压裂设备及管柱四.支撑剂五.压裂工艺六.现场施工五、压裂工艺压裂工艺技术是影响压裂效果的一个重要因素。对于不同特点的油气层，必须采用与之相适应的工艺技术。目前油田常用的压裂工艺有滑套式管柱分层压裂工艺、投球法压裂工艺等，但随着压裂工艺技术的发展，针对不同油层的特点，近几年来相继开发应用了限流法压裂工艺、平衡压裂工艺、脱砂压裂工艺、高能气体压裂、复合压裂、泡沫压裂等。一、滑套式管柱分层压裂工艺二、投蜡球法压裂工艺投球法压裂工艺主要指压裂过程中投密封球封堵炮眼的压裂工艺。工艺原理是根据不同渗透率的油层吸液能力不同，已经压裂层段和渗透率高的层段吸液能力强的特点，投入一定量的堵塞球或炮眼密封球，封堵已经压裂层段或渗透率高、吸液能力强的油层炮眼，使井筒内压力增高，当达到破裂压力高的层段的破裂压力时，目的层也被压开裂缝。三、限流法压裂工艺通过严格限制炮眼的数量和直径，并以尽可能大的注入排量进行施工，利用压裂液流经孔眼时产生的炮眼摩阻，大幅度提高井底压力，并迫使压裂液分流，使破裂压力接近的地层相继被压开，达到一次加砂能够同时处理几个层的目的。如果地面能够提供足够大的注入排量,就能一次加砂同时处理更多目的层。四、定位平衡压裂工艺这项技术主要是针对水平裂缝油层，在预压裂层段的上部、下部或油层中部含有高含水层时，而且隔层较薄，强度差，隔层或水泥环不足以承担压裂时隔层内外的巨大压差，利用特殊工具（一级或多级平衡器），使被平衡层只进液不进砂，压力与被压裂层段处于同一压力系统，在目的层得到压裂改造的同时，高含水隔层得以保护，这就是定位平衡压裂工艺。五、端部脱砂压裂工艺脱砂压裂就是在压裂过程中，利用压裂液的滤失特性，当裂缝半径扩展到预定的长度时，在裂缝端部人为地造成砂堵，从而阻止裂缝的进一步径向扩展；裂缝端部形成砂堵后，以大于裂缝向地层中滤失量的排量，继续按设计的加砂方案向裂缝中注入高浓度混砂液，随着注入时间的增加，注入压力和裂缝宽度会逐渐增加，裂缝中的支撑剂浓度也越来越高，当地面泵压达到预定的压力时停止施工，就可以获得较高的裂缝导流能力，这样既控制了裂缝半径，又满足了高导流能力的要求。六、高能气体压裂高能气体压裂是指利用火药或火箭推进剂燃烧产生的高温、高压气体压出多条径向裂缝以取得增产效果的方法。七、复合压裂工艺复合压裂工艺包括热化学复合压裂工艺和燃爆复合压裂工艺。是热化学压裂和高能气体压裂与水力压裂相结合的产物。八、泡沫压裂工艺泡沫压裂工艺技术是80年代以来发展起来的新工艺技术，它是液态CO2或N2与其它压裂液混合，加入相应的添加剂，代替普通压裂液完成造缝、携砂、顶替等工序的压裂工艺技术。根据使用的压裂液组成不同，可分为二氧化碳液体压裂、二氧化碳（甲醇）稠化水压裂、二氧化碳与氮气双相泡沫压裂和二氧化碳泡沫压裂四种形式，其中以二氧化碳泡沫压裂最为常用。三.压裂液一.压裂的概念二.压裂设备及管柱四.支撑剂五.压裂工艺六.现场施工六、现场施工压裂现场施工包括压前准备、压前作业、压裂施工和压后作业等。一、压前准备1、配置压裂设备及辅助设施2、压裂用原材料3、组配压裂管柱4、地面压裂流程二、压前作业1、探砂面、冲砂2、起原井管柱3、压井替喷4、压裂层段预处理5、下压裂管柱下入压裂管柱，压裂管柱承压达到设计要求。三、压裂施工压裂施工一般包括以下工序：循环、试压、试挤、压裂、加砂、替挤和活动管柱。特殊情况下需要加入酸预处理、小型压裂测试、压后压降监测等工序。四、压后作业压后按设计要求探砂面、起出压裂管柱，完井达到投产要求。谢谢大家