浅谈压裂工艺.

浅谈压裂工艺单位：湖北中油科昊机械制造有限公司主讲人：付祥日期：2015年8月主讲提纲四、压后管理评价一、水力压裂基础知识二、压裂储层评价三、压裂设计优化压裂是怎么回事？一、水力压裂基础知识•利用液体传递压力在地层岩石中形成人工裂缝。•液体连续注入使得人工裂缝变得更大。•液体将高强度的固体颗粒（支撑剂）带入并充填裂缝。•施工结束，液体返排，支撑剂留在裂缝中，形成高流通能力的油气通道，并扩大油气的渗流面积。水力裂缝生长过程一、水力压裂基础知识1、岩石力学相关知识一、水力压裂基础知识1）岩石的泊松比当岩石受到压应力时,在弹性范围内,岩石侧向应变和轴向应变的比值称之为泊松比,单位:无因次。1、岩石力学相关知识一、水力压裂基础知识2）岩石的弹性模量当岩石受到拉应力或压应力时,轴向应力与应变的比值为一常数E（A到B),这个常数称之为岩石弹性模量(应力和应变成线性关系),单位MPa。2、相关压力概念一、水力压裂基础知识1）破裂压力使地层产生水力裂缝或张开原有裂缝时井底流体压力。2）破裂压力梯度破裂压力和深度的比值称之为破裂压力梯度，单位MPa/m。HPF影响因素：最小水平地应力及地应力非均匀性；渗透性，孔隙度，泊松比，抗拉强度，孔隙压力；地层孔隙连通性的系数；破裂压力的作用一、水力压裂基础知识地层破裂压力是确定井下管柱、井下工具、井口装置压力极限的主要依据；根据破裂压力可以确定压裂施工时的最高地面泵压、泵注排量以及需用设备功率。地应力大（井深）；非均匀性弱（高温高压下塑性强，泊松比大）,地层破裂压力高。地层渗透性低，破裂压力高，高渗透和非渗透层间的破裂压力差值可达30％以上。地层塑性大，可变形性强，不易压裂。地层破裂压力高的原因2、相关压力概念3）延伸压力水力裂缝在长宽高三个方向扩展所需缝内流体压力。一般它比闭合压力大,且与裂缝大小急压裂施工有关,单位MPa。一、水力压裂基础知识2、相关压力概念地面延伸压力计算井底延伸压力：瞬时停泵压力计算井底延伸压力：4）闭合压力开始张开一条已存在的裂缝所需流体压力或是裂缝恰好保持不闭合所需的流体压力。这一压力与地层中垂直于裂缝面上的最小主应力大小相等方向相反。闭合压力小于开始形成裂缝所需破裂压力,并始终小于裂缝延伸压力(岩石的抗拉强度)。一、水力压裂基础知识2、相关压力概念一、水力压裂基础知识裂缝闭合压力（静）裂缝延伸压力（静）压力时间排量不变，提高砂比，压力升高反映了正常的裂缝延伸净裂缝延伸压力管内摩阻地层压力（静）破裂前置液携砂液裂缝闭合加砂停泵baa—致密岩石b—微缝高渗岩石FECS2、相关压力概念PF—破裂压力PE—延伸压力PS—地层压力一、水力压裂基础知识3、破裂模式裂缝延伸准则1）裂缝破裂模式一、水力压裂基础知识3、破裂模式裂缝延伸准则2）裂缝延伸准则一、水力压裂基础知识4、压裂液1）概念压裂液是为造缝与携砂使用的液体，是水力压裂的关键组成部分。2）压裂液分类及作用压裂液是一个总称，根据其在压裂过程中的任务不同可分为前置液、携砂液和顶替液。前置液：作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝以备后面的携砂液进入，它还起到一定的降温作用。有时为了提高前置液的工作效率，在一部分前置液中加细砂以堵塞地层中的微隙，减少液体的滤失。携砂液：作用是将支撑剂带入裂缝中并将砂子放到预定位置上去。在压裂液的总量中，这部分占的比重较大。有造缝及冷却地层的作用。顶替液：作用是打完携砂液后，用于将井筒中全部携砂液替入裂缝中。一、水力压裂基础知识4、压裂液2）压裂液分类及作用水基压裂液水基压裂液主要是用水溶胀性聚合物作为成胶剂，制成能悬浮支撑剂的稠化溶液，具有粘度高、摩阻低及悬砂能力强的优点。缺点：但热稳定性和机械剪切稳定性较差。为了克服这一缺点，又发展了交链压裂液和延迟交链压裂液。油基压裂液a.矿场原油或炼厂粘性成品油b.稠化油，稠化油=油（原油、汽油、柴油、煤油、凝析油）+稠化剂（脂肪酸铝皂、磷酸酯铝盐）酸基压裂液用植物胶或纤维素稠化酸液得到稠化酸或用非离子型聚丙烯酰胺在浓盐酸溶液中，以甲醛交链而得到酸冻胶。酸基压裂液适宜于碳酸盐类油气层的酸压。一、水力压裂基础知识4、压裂液2）压裂液分类及作用滤失少压裂液的滤失性主要取决于它的粘度与造壁性，粘度高则滤失少。在压裂液中添加防滤失剂，能改善造壁性并大大减少滤失量。悬砂能力强压裂液的悬砂能力主要取决于粘度，压裂液只要有足够高的粘度，砂子即可完全悬浮，这对砂子在缝中分布是非常有利的。摩阻低压裂液的摩阻愈小则在设备功率一定的条件下，利用造缝的有效功率愈大。摩阻过高不仅降低了有效功率的利用，且由于井口压力过高，排量降低。稳定性压裂液应具有热稳定性，不能由于温度的升高而使粘度有较大的降低；液体还应有抗机械剪切的稳定性，不因流速的增加而发生大幅度的降解。配伍性压裂液进入地层后与各种岩石矿物及流体相接触，不应产生不利于油气渗滤的物理—化学反应。低残渣要尽量降低压裂液中水不溶物的数量，以免降低岩石及填砂裂缝的渗透率。易反排施工结束后大部分注入液体反排出井外，排液愈完全，效果愈好。货源广便于配制，价钱便宜。一、水力压裂基础知识5、支撑剂1）概念层形成裂缝后,由携砂液输送、携带充填至裂缝中的具有一定强度与圆球度的固体颗粒。2）作用泵注停止且缝内液体排出后保持裂缝处于张开状态，地层流体可通过支撑剂由裂缝流向井底。3）支撑剂分类按其力学性质分为两大类脆性支撑剂(如石英砂、玻璃珠等)，特点是硬度大，变形小韧性支撑剂(如核桃壳、铝球等)，特点是变形大，承压面积随之加大，高压下不易破碎。一、水力压裂基础知识5、支撑剂4）支撑剂要求粒径均匀。支撑剂粒径均匀可提高支撑剂的承压能力及渗透性。目前使用的支撑剂直径多半是0.42～0.84mm(40～20目)，有时也用少量直径为0.84～2mm(20～10目)的。强度高。支撑剂组成不同，其强度也不同，强度越高，承压能力越大。杂质含量少。压裂砂中的杂质是指混在砂中的碳酸盐、长石、铁的氧化物及粘土等矿物质。常用酸溶解度来衡量存在于压裂砂中的碳酸盐、长石和氧化铁含量；用浊度来衡量存在于压裂砂中的粘土、淤泥或无机物质微粒的含量。主讲提纲四、压后管理评价一、水力压裂基础知识二、压裂储层评价三、压裂设计优化二、压前储层评价1、储层地质特征分析1）地质沉积及韵律特征主要从沉积相及沉积微相来分析。结合物源的方向，从宏观上掌握砂体在平面上的岩性、物性分布情况。结合就地应力的方位，如裂缝走向与砂体岩性及物性变好的方向一致，对压裂的效果就非常有利，此时可根据储层的有效渗透率大小定性确定施工规模的大小。如砂体分布不连续的透镜状储层，如通过长缝连成一体，也可望获得理想的增产效果。其次，小层在纵向上的分布特点及岩性、物性差异也须值得关注。如小层纵向上分布集中，岩性、物性差异较小，可统一作为压裂对象。另外，地层沉积的韵律特征也同样值得关注。一般而言，反韵律储层对压裂较为有利，而正韵律或复合韵律油层就不太适合。但如见到注水效果，韵律油层都没有非韵律油层理想的含量。砂泥岩组合特征及开发现状分析二、压前储层评价1、储层地质特征分析2）剩余油分布集中区陆相沉积的特点就是储层的纵横向非均质性较强。即使在一次采油期，在纵向上也存在产出较少而地层压力系数相对较高的潜力层；如储层的连通性相对较好，则在二次采油期，潜力层产出及注入量都较小。因此，即使全井的综合含水率较高，有的甚至达80%以上，但仍可对其潜力层进行分层压裂，并达到增油降水的显著效果。3）物质基础与能量基础压裂要有效，首先必须有物质前提，也就是剩余可采储量的多少。能量基础就是目前储层压力系数的高低。矿场经验表明，压力系数过高或过低都难以获得理想的增产效果。一般而言，压力系数以0.7-1.3范围为好。砂泥岩组合特征及开发现状分析二、压前储层评价2、储层敏感性分析储层的速敏性：是指在钻井、测试、试油、采油、增产作业、注水等作业或生产过程中，当流体在储层中流动时，引起储层中微粒运移并堵塞喉道造成储层渗透率下降的现象。速敏评价实验的目的①找出由于流速作用导致微粒运移从而发生损害的临界流速，以及找出由速度敏感引起的储层损害程度；②为水敏、盐敏、碱敏、酸敏四种实验及其它的各种损害评价实验确定合理的实验流速提供依据。一般来说，由速敏实验求出临界流速后，可将其它各类评价实验的实验流速定为0.8倍临界流速，因此速敏评价实验必须要先于其它实验；③为确定合理的注采速度提供科学依据。速敏评价实验二、压前储层评价2、储层敏感性分析酸敏概念：酸化酸液进入储层后，一方面可改善储层的渗透率，另一方面又与储层中的矿物及地层流体反应产生沉淀并堵塞储层的孔喉。指储层与酸作用后引起渗透率降低的现象。酸敏实验目的：其本质是研究酸液与储层的配伍性，为储层基质酸化和酸化解堵设计提供依据。酸敏评价实验主讲提纲四、压后管理评价一、水力压裂基础知识二、压裂储层评价三、压裂设计优化三、优化压裂设计1、需收集的资料井身结构、套管、油管及井口状况包括井口装置的规范、井身结构、井下管柱（套管、油管），油套管尺寸、钢级、抗拉、抗内压、抗外挤及下深等，水泥返深、固井质量等。井下工具井下工具的名称、尺寸、耐温耐压、位置及工作原理等射孔参数射孔井段，弹型号，孔密、孔径、相位等。主要资料三、优化压裂设计2、压裂设计所需参数压裂目的层及邻层的厚度及其横向展布；压裂目的层的渗透率和孔隙度大小及其邻层岩石力学特性；岩石力学特性包括应力大小、杨氏模量、泊松比、断裂韧性；天然裂缝的发育及分布；断层的发育及分布；岩性及矿物组成和储层敏感性；储层流体特性；压裂液性能；压裂液的类型、流变性能、耐温耐剪切性能、滤失性能、摩阻及对岩心的伤害等。支撑剂特性；支撑剂的类型、粒径范围、密度、圆度、球度、抗破碎率等物理性能，酸溶解度等化学性能及不同闭合压力下的导流能力和渗透率等。三、优化压裂设计2、压裂设计主要内容2.1、压裂设计储层保护原则2.2、设计优化思路2.3、裂缝长度的确定2.4、平均砂比确定2.5、前置液量确定2.6、施工排量的优化2.7、泵注程序优化2.8、压裂液优化2.9、注入方式优化2.10、压裂井段优化三、优化压裂设计2、压裂设计主要内容1）以预防为主，解堵为辅地层损害常常是不可逆的；解堵损害困难、成本高、效果差；2）尽可能不让入井流体进入或少进入油气层入井流体进入后可能造成地层岩石或流体复杂的物理化学变化；入井流体返排常常困难；3）进入的流体应与储层岩石或流体配伍；压裂措施在改善储层渗透性的同时也不可避免对储层产生了伤害,压裂改造对储层伤害主要表现以下方面:液锁(降低油水界面张力)、压裂液残渣(优选压裂液)、水敏(加粘土稳定剂)、乳化(防乳化剂)、固相侵入(支撑剂优选)。2.1、压裂设计储层保护原则三、优化压裂设计2、压裂设计主要内容2.2、设计优化思路三、优化压裂设计2、压裂设计主要内容2.2、设计优化思路a.根据增产要求确定裂缝长度和导流能力；b.预选施工排量、前置液量和携砂液量；c.计算动态裂缝几何尺寸；d.支撑剂在裂缝中的运移与分布，确定支撑裂缝几何尺寸；e.计算支撑裂缝长度和导流能力以及增产倍比；f.如果满足增产要求则结束，否则重选液量、砂量，返回（c）重新计算。三、优化压裂设计2.3、裂缝长度的确定低渗层（K10-3um2），因为容易得到较高的裂缝导流能力比值，欲提高压裂效果，应以增加裂缝长度为主。这是压裂低渗、特低透层采取大型压裂技术增加缝长的根据。高渗层，不容易得到较高的裂缝导流能力比值，欲提高压裂效果，应提高(Kb)f，片面追求长Lf得不到好的效果。对一定缝长，存在一个最佳裂缝导流能力，超过该值而增加裂缝导流能力的效果甚微。分类参数ⅠⅡⅢⅣⅤ孔隙度%20高15～20中10～15中5～10低5特低渗透率×10-3μm2100高100～10中10～1低1～0.1低0.1特低排驱压力MPa0.030.03～0.150.15～0.70.7～33饱和度中值压力MPa0.150.15～0.80.8～44～1010最大孔喉半径