油水井增产增注技术第一章

•第1章基本原理及概念•第2章压裂施工与设备•第3章压裂力学•第4章压裂液•第5章支撑剂•第6章压裂工艺•第7章压裂设计及压后分析•第8章现代压裂技术•第9章压裂故障分析与处理•第10章酸化技术•第11章其它增产技术一、水力压裂增产增注原理二、压裂液基础三、支撑剂基础1.地质与油气藏问题：可能性较小；2.比预期的渗透率低；3.渗透率各向异性严重：垂向太低；4.天然裂缝网沟通不畅；5.无效压裂。低渗透油气井低效的主要原因：水力压裂是油田增产、增注，保持油田稳产的一项重要工艺技术。它利用液体传导压力的性能，在地面利用高压泵组，以大于地层吸收能力的排量将高粘度液体泵入井中，在井底憋起高压，此压力超过油层的地应力和岩石抗张强度，在地层产生裂缝。继续将带有支撑剂的携砂液注入裂缝，裂缝边得到延伸，边得到支撑。停泵后就在油层形成了具有一定宽度的高渗透填砂裂缝，由于这个裂缝扩大了油气流动通道，改变了流动方式，降低了渗流阻力，可起到增产增注作用，这一施工过程就叫油层水力压裂。（一）水力压裂增产增注的基本原理（一）水力压裂增产、增注的基本原理1）预处理液:突破地层；2）前置液:压宽裂缝；3）支撑剂:保持裂缝张开。将液体泵入井中油藏在液体水力压力的作用下开始形成裂缝裂缝开始在油藏中扩展开来将支撑剂和粘性液体注入裂缝粘性液体均匀的分散在裂缝之中粘性液体突破裂缝后从井内回流。地层在支撑剂的作用下形成前导性裂缝（一）水力压裂增产、增注的基本原理前置液支撑剂（二）压裂前流体从地层流向井底的流动形态（1）流体流动过程复杂（2）污染带和井底周围应力集中，近井地带渗透率低，井筒附近渗流阻力大（三）压裂后流体从地层流向井底的流动形态1）拟径向流动阶段2）地层线性流动阶段3）双线性流动阶段4）裂缝线性流动阶段水力压裂后，改变了渗流区的渗流方式，获得了双线性流动模式，提高了近井地带的渗透能力。（一）压裂液主要功能：是传递能量，使油层张开裂缝并沿裂缝输送支撑剂。其性能好坏对于能否造出一条足够尺寸、并具有足够导流能力的填砂裂缝密切相关。主要作用：是将地面设备的能量传递到油层岩石上，在地层形成裂缝，并携带支撑剂填充到裂缝中。（二）压裂液施工阶段分类顶替液按作用分类前置液携砂液用来在地层造成裂缝，并形成一定几何形态裂缝的液体。在高温井层中，还具有一定的降温作用。携带支撑剂进入地层，把支撑剂充填到预定位置的液体。和前置液一样也具有造缝及冷却地层的作用。由于携带比重较高的支撑剂，必须使用交联压裂液。把压裂管柱、地面管汇中的携砂液全部替入裂缝，以避免压裂管柱砂卡、砂堵的液体。组成与前置液一致。（三）压裂液的性能指压裂液对于支撑剂的携带能力。主要取决于液体的粘度、密度及其在管道和裂缝中的流速，粘度越高，携带能力越强。指压裂液在管道中流动时的水力摩擦阻力特性，摩阻越小，压裂设备效率越高。摩阻过高会导致井口压力高，从而降低排量，影响压裂施工。携砂性降阻性滤失性主要取决于压裂液自身的粘度和造壁性，粘度高则滤失少。添加防滤失剂能改善压裂液的造壁性，大大减少滤失量。（三）压裂液的性能配伍性低残渣稳定性压裂液应具有热稳定性，不能由于温度升高而使粘度有较大的损失；还应具有抗剪切稳定性，不会由于流速的增加而大幅度降解。压裂液进入地层后与各种岩石矿物及地层流体相接触，不应产生不利于油气渗流的物理—化学反应，例如不会引起粘土膨胀或产生沉淀而堵塞油层。要尽量降低压裂液中水不溶物的数量，以免降低油气层和填砂裂缝的渗透率。（三）压裂液的性能施工结束后大部分注入液体应能返排出井筒，减少压裂液对地层的伤害。特别是低压井的返排尤其重要。易返排因此，压裂液应具有滤失小、携砂能力强、摩阻低、稳定性好、配伍性好、低残渣、易返排等特点。此外由于压裂施工规模越来越大，压裂液用量越来越大，压裂液还应具有货源逛、成本低、配制简单的特点，以满足大型压裂和新井压裂施工的要求。（四）压裂液类型开发出羟丙基胍胶最早20世纪50年代20世纪60年代70年代水为压裂液，开始应用胍胶稠化的水基压裂液发展了交联胍胶压裂液（1969）最早采用的压裂液是用汽油为压裂液，很快发展为水为压裂液（四）压裂液类型80年代90年代97年后2000年后压裂液向“清洁”无伤害压裂液体系发展；胍胶（交联）压裂液一致为全球主要的压裂液；采用了延迟交联的水基压裂液；随着页岩气开发，滑溜水压裂液为页岩的主要压裂液；2000年后逐渐采用混合压裂液。水基压裂液油基压裂液乳化压裂液泡沫压裂液醇基压裂液表面活性剂（清洁）压裂液（四）压裂液类型按照分散介质的不同，压裂液主要分为：重点介绍目前广泛应用的水基压裂液。•以水作为分散介质，添加各种处理剂，特别是水溶性聚合物，形成具有压裂工艺要求的较强综合性能的工作液。•一般水溶性聚合物和添加剂的水溶液称为线性胶或稠化水压裂液。•线性胶一旦加入交联剂，会形成具有粘弹性的交联冻胶，交联冻胶具有部分固体性质，但在一定的排量和压力下能够流动。•水基压裂液以安全、清洁和容易以添加剂控制其性质得到广泛的应用，除了极少数特别是水敏性地层外，水基压裂液是压裂液技术发展最快、最全面的体系。（五）水基压裂液•由水溶性聚合物稠化剂和其他添加剂组成，具有流动性，一般属于非牛顿流体，可近似用幂率模型来描述。•典型配方：稠化剂（香豆胶：0.4-0.6%，胍胶：0.3-0.5%，羟丙基胍胶：0.2-0.5%）+杀菌剂（甲醛：0.2-0.5%）+粘土稳定剂（KCL：2%）+破乳剂（SP169：0.1-0.2%）+破胶剂（过硫酸铵：20-100mg/L）。•线性胶压裂液具有一定的表观粘度与低滤失性，减阻性能好，易破胶、对地层伤害小；但对温度、剪切速率敏感。一般用于注水井和浅层油气藏压裂。（五）水基压裂液（1）线性胶压裂液（五）水基压裂液胍胶（Guar）与线性胶压裂液对比，冻胶压裂液具有更强的粘弹性和塑性，在携砂能力等综合性能方面优于线形胶压裂液，但由于破胶降粘相对困难，因而破胶剂的使用尤为重要。（五）水基压裂液(2)交联冻胶压裂液典型压裂液配方：基液：稠化剂（0.3-0.7%香豆胶、胍胶、羟丙基胍胶）+杀菌剂（甲醛0.2-0.5%）+粘土稳定剂（KCL2%）+破乳剂+助排剂（0.2-0.6%DL）+降滤失剂+PH值调节剂+温度稳定剂。交联液：交联剂（硼砂、有机硼、有机锆、有机钛）+破胶剂（过硫酸铵），按照交联比和交联性能配制交联液浓度。为了适应不同井层的情况，通过调节添加剂用量，压裂液还可以分为低温（20-60℃）、中温（60-120℃）、高温（120℃以上）体系。（五）水基压裂液(2)交联冻胶压裂液（续）（五）水基压裂液(2)交联冻胶压裂液（续）交联剂粘度受温度和有无交联剂影响关系图温度黏度含硼酸盐交联剂的HPG(30Ibm/1000gal)不含交联剂的HPG（601bm/1000gal）不含交联剂的HPG（401bm/1000gal）（五）水基压裂液（3）水基压裂液添加剂1)稠化剂2)交联剂水溶性聚合物作为稠化剂是水基压裂液的基本添加剂，用以提高粘度、降低滤失、悬浮和携带支撑剂。可以用植物胶（如胍胶、香豆胶、田箐胶）及其衍生物（羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等）、生物聚合物（黄胞胶）以及合成聚合物（聚丙烯酰胺）。交联剂是通过交联离子将溶解于水中的高分子链上的活性基团以化学链连接起来形成三维网状冻胶的化学剂。比较常用且形成工业化的交联剂为硼砂、有机硼、有机锆、有机钛等。（五）水基压裂液（3）水基压裂液添加剂4)杀菌剂使用水基压裂液，将引起粘土沉积、颗粒膨胀或运移。在施工中压裂液对储集层粘土矿物的伤害通常是水敏性和碱敏性叠加作用的结果。水溶性介质能使粘土矿物膨胀、分散或运移；同时水基压裂液以碱性交联为主，滤液粘土稳定剂，使用浓度为1-2%。3)粘土稳定剂用于抑制和杀死微生物，使配制的基液性能稳定，防止聚合物降解，同时阻止储集层内的细菌生长。甲醛、乙二醛、戊二醛具有良好的杀菌防腐作用，使用浓度0.5-1.0%。（五）水基压裂液（3）水基压裂液添加剂高温下压裂液的粘度下降,主要由于氧的存在加剧了压裂液降解的速度，因此常用甲醇、硫代硫酸钠、三乙醇胺等作为稳定剂。5)表面活性剂6)抗高温稳定剂水基压裂液的表活剂具有压后助排和防乳破乳作用。由于乳化液的粘度较高，在井筒附近和地层原油发生乳化，会产生严重的生产堵塞。应用表面活性剂可以保持破乳剂的活性，达到防乳破乳作用。（五）水基压裂液（3）水基压裂液添加剂7)降滤失剂8）破胶剂水基线形胶与冻胶压裂液由于具有较高的表观粘度和能形成滤饼的特性，可控制压裂液降解的速度，但一般天然裂缝发育的储集层应加入降滤失剂。常用的为柴油、油溶性树脂、聚合物和硅粉。是压裂液中的一种重要添加剂，主要使压裂液中的冻胶发生化学降解，由大分子变成小分子，有利于压后返排，减少对储集层的伤害。常用的破胶剂包括酶、氧化剂、和酸。生物酶和催化氧化剂系列适用于20-54℃的低温破胶剂；一般氧化破胶体系适用于54-93℃，而有机酸适用于93℃以上的破胶作用。（五）水基压裂液（3）水基压裂液添加剂压裂液在施工中由于滤失性造成聚合物浓缩，使压裂液在裂缝和裂缝表面形成致密的滤饼，常规破胶剂不能将其破坏，因此需要滤饼溶解剂进行处理。9）滤饼溶解剂10）缓冲剂在水基压裂液中，通常用pH值调节剂控制稠化剂水合增粘速度、所需的PH值范围和交联时间以及控制细菌的生长。常用的PH值调节剂为碳酸氢钠、碳酸钠、柠檬酸、福马酸和氢氧化钠。目前应用田箐胶、香豆粉和胍尔胶压裂液；对比三种压裂液的性能指标，可以看出田箐胶水不溶物高，压裂液残渣含量为1200mg/L，对地层和裂缝导流能力伤害较大，而且其流变性和携砂能力较差。压裂液类型水不溶物（%）岩心伤害率（%）残渣（mg/l）田箐胶3045.51200香豆粉923.1334胍胶1634.3356（五）水基压裂液4）常用水基压裂液增稠剂二、压裂液基础水基压裂液技术指标表序号项目指标1基液粘度mpas≥332冻胶初始粘度（mpas）≥3003冻胶剪切30min粘度（mpas）≥1504破胶性能（mpas）24h粘度小于10mPa.s5残渣含量（mg/l）≤4006稠度系数（mpa.sn）≥10×1027流动行为指数0.2-0.78破胶液表面张力（mN/m）≤309破胶液煤油界面张力（mN/m）≤510初滤失量m3/m2≤2×10-311滤失系数m/min-2≤1×10-3•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。•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，使流体在支撑剂中有较高的流通性，减少流体的流动阻力，达到增产、增注的目的。•支撑剂通常分为天然和人造两大类。•石英砂多产于沙漠、河滩和沿海地带。如国内的兰州砂、承德砂、内蒙砂。•天然石英砂的化学成分是氧化硅，伴有少量的氧化铝、氧化铁、氧化钾、氧化钙和氧化镁。•天然石英砂矿物组分以石英为主。其含量是衡量石英砂质量的重要指标。压裂用石英砂石英含量在80%左右，伴有少量长石、燧石和其他喷出岩、变质岩等岩屑。•从石英的微观结构看，可分为单晶石英和复晶石英两种，单晶石英的颗粒质量越大，石英砂抗压强度越高。一般石英砂的视密度2.65g/cm3，体积密度1.70g/cm3，承压20-34MPa。（一）支撑剂的种类1、石英砂•人造陶粒主要由铝矾土（氧化铝）烧结或喷吹而成的，具有较高的抗压强度，可划分中等强度和高强度两种陶粒。•中等强度陶粒是由铝矾土或铝质陶土制成，视密度2.7-3.3g/cm3。组分为氧化铝或铝质，其质量分数46%-77%，硅质含量12%-55%，氧化物约10%。承压55-80MPa。•高强度陶粒是由铝矾土或氧化镐制成，视密度3.4g/cm3。化学组分：氧化铝85%-90%，氧化硅3%-6%，氧化铁约4-7%。氧化钛、氧化锆3%-4%。承压100MPa。（一）支撑剂的种类2、陶粒•树脂砂是将树脂薄膜包裹到石英砂的表面上，经热固处理制成。视密度2.55g/cm3。•在低应力下，树脂砂性能与石英砂接近，在高应力