油气井增产

1油气井增产方法1.1油气井低产的主要原因近井地带受伤害，导致渗透率严重下降油气层渗透性差地层压力低，油气层剩余能量不足地层原油粘度高)43(ln)(2srrBppkhaqweoowfro1.2油气井增产途径提高或恢复地层渗透率保持压力增加地层能量降低井底回压降低原油粘度1.3油气井增产方法水力压裂HydraulicFracturing酸化Acidizing爆炸Explosion高能气体压裂水力冲击波压裂振动压裂1.4油气层增产工艺砂岩储层水力压裂、基质酸化碳酸盐岩储层酸压、基质酸化、水力压裂特低渗坚硬储层高能气体压裂、高能气体压裂+水力压裂…...2水力压裂2.1基本概念利用地面高压泵组，以超过地层吸收能力的排量将高粘液体（压裂液）泵入井内，而在井底憋起高压，当该压力克服井壁附近地应力达到岩石抗张强度后，就在井底产生裂缝。继续将带有支撑剂的携砂液注入压裂液，裂缝继续延伸并在裂缝中充填支撑剂。停泵后，由于支撑剂对裂缝的支撑作用，可在地层中形成足够长、有一定导流能力的填砂裂缝。水力压裂HydraulicFracturingS1S2S3S4压裂压裂近十年我国压裂酸化作业情况年代项目1987198819891990199119921993199419951996井次（次）84878830866311364820587397865766186317740增油（104t）394.8369.6407.0397.1793.4827.2871.0581.5681.9706.82.2增产机理沟通油气储集区，扩大供油面积。砂岩储层中的透镜体、裂缝性油藏的裂缝和溶洞改变井筒周围渗流特征，节约地层能量。克服井底附近污染2.3发展阶段(1)一般性的单井增产、增注措施(2)大型压裂工艺技术的发展和应用(3)优化压裂设计技术的发展和应用(4)低渗油藏整体压裂开发技术的研究和应用(5)中高渗油藏端部脱砂压裂技术研究和应用2.4在油气勘探开发中的作用(1)勘探阶段增加可采储量；美国可采储量的20~30%通过压裂获得。(2)开采开发阶段增加油气井产量和注水井的注水量;调整油田开发矛盾，改善吸水、出油剖面;提高油田采收率;(3)其它方面控制井喷;煤矿开采，工业排污，废核处理等。6.1水力压裂岩石力学图6.1压裂施工曲线PF—破裂压力PE—延伸压力PS—地层压力P井底=PF时压力时间排量不变，提高砂比，压力升高反映了正常的裂缝延伸裂缝闭合压力（静）裂缝延伸压力（静）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FECS6.1.1地应力分析重力应力构造应力孔隙流体压力原地应力诱导应力扰动应力地应力=+xzyyxz地层岩石三维应力状况+6.1.1.1重力应力主应力:x，y，z应变:x，y，zH0r6zgdh)h(10z—垂向主应力,MPar—随深度变化的上覆岩体密度，Kg/m3h—深度，mg—重力加速度，m/s2szzP由广义虎克定律:总应变:EEEzxyxxx321,,1)]([E1321zyxxxxx同理:)]([E1)]([E1yxzzzxyy由于周围岩石的围限作用:zyxyx10考虑孔隙流体压力后的地层水平应力:SSzyxpp16.1.1.2地质构造应力构造运动引起的地应力增量。它以矢量形式迭加在地层重力应力场,使相邻不同岩性地层受到的应力显著不同，造成水平应力场不均匀。在断层和裂缝发育区是应力释放区。—正断层，水平应力x可能只有垂向应力z的1/3，—逆断层或褶皱带的水平应力可大到垂向应力z的3倍。特点：—构造应力属于水平的平面应力状态—挤压构造力引起挤压构造应力—张性构造力引起拉张构造应力—由于构造运动的边界影响，构造应力在传播过程中逐渐衰减。6.1.1.3热应力由于地层温度变化在其内部引起的内应力增量，热应力主要与温度变化和岩石热力学性质有关。T—材料线膨胀系数T—温度T—温度增量1TTETyx裂缝方向总是垂直于最小主应力6.1.1.4人工裂缝方位xzy当z最小时，形成水平裂缝。xzyyxz当zxy，形成垂直裂缝，裂缝面垂直于y方向；当zyx，形成垂直裂缝，裂缝面垂直于x方向；显裂缝地层很难出现人工裂缝。微裂缝地层—垂直于最小主应力方向；—基本上沿微裂缝的方向发展，把微裂缝串成显裂缝。6.1.2水力压裂造缝机理地应力分布十分复杂，既与区域动力场和局部构造应力有关，又与现代活动应力场联系密切。假设地层岩石为线弹性体，首先针对裸眼井分析井壁最终应力分布，结合岩石破裂准则讨论水力压裂诱发人工裂缝的造缝条件。rxyrrwxxxxxyyyy6.2.1.1井壁最终应力分布1.井筒处应力分布2sin32122cos312122cos34121244224422442222rrrrrrrrrrrrrrwwyxrwyxwyxwwyxwyxrx、y—x方向和y方向上应力，Pa；r、—径向和周向（切向）应力，Pa；，r—任意径向与x轴的极角和极径，m；r—计算点剪切应力，Pa。对于水平应力场均匀，（x=y=H），则0112222rwHwHrrrrrA.离井壁越远，切向压应力迅速降低,径向压应力逐渐增加;B.大约几个井径之后，切向压应力降为原地应力，径向应力增加到原地应力;C.水平应力场均匀时，井壁切向应力均为压应力。当r=rw，＝0及180时，＝3y－x当r=rw，＝90及270时，＝3x－y当x=y时＝2y=2x说明周向应力相等，与无关当xy时()0,180=()min()90，270=()max随r增加，迅速降低(平方次)•应力集中•PfPE2.井眼内压所引起的井壁应力(1)由弹性力学拉梅公式(拉应力为负)eewwiweeprrrrprrrr22222222/1/11/1/当re，Pe=0且re》rw于是r=rw时，＝-PiA.注入压裂液在井壁周围各个方向上所产生的应力方向一致;B.注液产生的压力为张应力，向井筒注液有利于撕开地层;C.注液产生的应力沿井轴半径是衰减的。离井轴越远，应力越小.3.压裂液渗入地层引起的井壁应力121)(siPP4.井壁上的总周向应力121)()3(siixyPPP＝地应力+井筒内压+渗滤引起的周向应力v1v21ppprrrr312rr12sii22w22wyx22wyxt,1.讨论应力的目的(1).地层在何种条件下形成裂缝xzyyxz6.1.2水力压裂造缝条件(2)岩石破裂准则A.最大张应力准则铁摩辛柯等把最大应力定为强度标准。假定，延伸材料单纯拉伸（压缩）时，当最大应力达到材料的屈服点应力，材料开始屈服。最大张应力理论不考虑其它平面上产生的正应力和剪应力。一旦最小主应力达到物体的抗张强度，就会破坏。这是研究诱发人工裂缝时用得最广泛的准则。tB.基于断裂力学的破裂理论—格里菲斯（Griffish）理论任何材料都是不均质的，都有缺陷（微裂纹），这是引起断裂的裂源。阻止断裂产生和发展的材料属性，叫应力强度因子KI,,。当裂缝端部的应力值达到最大，即应力强度因子达到临界值时，这一临界强度因子称为岩石的断裂韧性KIC。断裂判据：KIKIC时，材料稳定；KIKIC时，材料失稳，开始破裂。C.其他破裂理论—最大剪应力理论—最大应变理论—最大应变能理论—莫尔（Mohr）理论—八面体剪应力理论（1）形成垂直缝ht－压为正，拉为负－最大有效周向应力大于水平方向抗拉强度2.形成裂缝的条件A.有液体渗滤ixxyyPPsPshtsisixyPPPP121)()(23当破裂时，Pi=PFshtxyFPP12123B.无液体渗滤PshtsixyPP)(3当破裂时，Pi=PFshtxyFPP32.形成水平缝vt－最大有效周向应力大于垂直方向抗拉强度A.有液体渗滤121)(sizzPP有效总垂向应力为：vtsizsiizizzPPPPPP121)(121)(－svtzFPP1211当破裂时，Pi=PF1.94B.无液体渗滤szzP有效总垂向应力为：vtsizizzPPP)(－svtzFPP1当破裂时，Pi=PF0.94•无论是形成垂直裂缝或水平裂缝,压裂液向地层滤失时，由于流体传递了该压力而使破裂压力有所降低。•压裂液向地层滤失增加了地层污染可能性。例题已知油藏深度H=2000m，地层岩石密度ρr=2300kg/m3，泊松比ν=0.20，地层流体密度ρL=1050kg/m3，水平方向抗张强度为σt,=3.5Mpa,泊松比为ν=0.20,忽略沉积岩的垂向抗张强度。试计算（1）有效垂向应力和地层最小水平主应力σh；(2)无滤失条件下形成垂直裂缝和水平裂缝的深度界限。1.定义6.1.3破裂压力梯度HpFF地层深度地层破裂压力2.理论计算sszFppvvp12HpvvHvvHpsvF1311213.统计值油田使用的破裂压力梯度通常是根据大量的压裂实践统计出来的。一般范围在0.015~0.025MPa/m之间.根据破裂压力梯度可以大致估算压裂裂缝形态:当α0.015～0.018MPa/m,形成垂直裂缝;当α0.022～0.025MPa/m,形成水平裂缝.2.理论计算sszFppvvp12HpvvHvvHpsvF1311213.统计值油田使用的破裂压力梯度通常是根据大量的压裂实践统计出来的。一般范围在0.015~0.025MPa/m之间.根据破裂压力梯度可以大致估算压裂裂缝形态:当α0.015～0.018MPa/m,形成垂直裂缝;当α0.022～0.025MPa/m,形成水平裂缝.4.降低破裂压力措施•酸化预处理•高效射孔•密集射孔6.1.3地应力的测量及计算6.1.3.1矿场测量—水力压裂法—井眼椭圆法（井壁崩落法）实验室分析方法滞弹性应变恢复（ASR）实验室分析方法微差应变分析（DSCA）6.1.2.4判断裂缝方向的方法声波测定地电测定水动力学试井水力压裂新技术AdvanceinHydraulicFracturing概要（Outline）—单井优化压裂设计技术—低渗透油藏整体压裂开发技术—压裂新工艺第一讲单井优化压裂设计技术—概述：基本任务；优化设计概念；优化设计步骤—压裂设计参数：分类；重要参数—压裂设计模型：三维模型；支撑剂分布模型；产能预测模型；经济分析模型；施工参数模型第一节概述一.压裂设计的任务—在既定储层和注采井网下，根据不同缝长和导流能力预测单井压后生产动态；—根据储层条件选择压裂材料类型和用量；—确定泵注方式、泵注排量、设备功率、泵压等施工参数；—确定施工泵注程序；—施工方案的经济评价，使其达到少投入、多产出；—设计方案的检验（开发与增产的要求、现有压裂材