水力压裂原理ppt课件.ppt
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1、水水力力压压裂裂原原理理压裂技术的发展历程压裂技术的发展历程1947年在美国进行了首次水力压裂增产作业,由于增产效果十分显著,因此对压裂艺技术的研究和应用受到普遍重视五、六十年代,压裂主要作为单井的增产、增注措施,以追求单井增产增注效果为目标,没有考虑实施压裂措施后,对油田开采动态和开发效果的影响七十年代,进入低渗透油田的勘探开发领域,由于压裂技术的应用,大大增加了油气的可采储量,使本来没有工业开采价值的低渗透油气藏,成为具有相当工业储量和开发规模的大油气田八十年代,水力压裂已不再仅仅被孤立地作为单井的增产、增注措施来考虑,而是与油藏工程紧密结合起来,用于调整层间矛盾(调整产液剖面)、改善驱油
2、效率,成为提高动用储量、原油采收率和油田开发效益的有力技术措施进入九十年代以后,水力压裂逐渐成为决定低渗透油田开发方案的主导因素。在研究制定低渗透油田开发方案时,按水力裂缝处于有利方位确定井排方位;通过研究分析不同井网、布井密度及裂缝匹配对各项开发指标的影响,以提高油田整体开发效果和经济效益为目标,确定井网类型、布井密度和压裂施工规模,使水力压裂与油藏工程结合的更加紧密,使低渗透油田的高效开发成为可能我国在五十年代起已开始进行水力压裂技术的研究,迄今为止已取得了很好的技术成就与较高的经济效益大庆油田1973年开始采用水力压裂作为油田增产增注的一项重要技术措施,至今已有30年的历史。随着油田的开
3、发进程,针对不同时期不同对象及其对于改造技术的不同要求,压裂工艺技术不断发展、完善和提高 水力压裂是油气井增产、水井增注的一项重要技术水力压裂是油气井增产、水井增注的一项重要技术措施。当地面高压泵组将高粘液体以大大超过地层吸收措施。当地面高压泵组将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中,在井底附近憋起超过井壁附近地能力的排量注入井中,在井底附近憋起超过井壁附近地应力及岩石抗张强度的压力后,即在地层中形成裂缝。应力及岩石抗张强度的压力后,即在地层中形成裂缝。随着带有支撑剂的液体注入裂缝中,裂缝逐渐向前延伸。随着带有支撑剂的液体注入裂缝中,裂缝逐渐向前延伸。这样在地层中形成了足够长度一定宽度
4、及高度的填砂裂这样在地层中形成了足够长度一定宽度及高度的填砂裂缝。由于它具有很高的渗滤能力,使油气能够通畅流入缝。由于它具有很高的渗滤能力,使油气能够通畅流入井中,起到增产增注的作用井中,起到增产增注的作用 水力压裂原理水力压裂原理水力压裂造缝机理水力压裂造缝机理形成水力裂缝的条件:形成水力裂缝的条件:地应力的大小及其分布地应力的大小及其分布岩石力学性质岩石力学性质压裂液性能压裂液性能注入方式注入方式三向三向主应力:主应力:X X、Y Y、Z Z 裂缝垂直于最小主应力裂缝垂直于最小主应力水力裂缝形态:水力裂缝形态:Z ZH H 垂直裂缝垂直裂缝H H Z Z 水平裂缝水平裂缝1 1、改变流型、
5、改变流型在压裂前,地层中的流体是径向地流向井底,压裂后由于地层中形成了一条高导流能力的填砂裂缝,从井底延伸至地层深处,所以流体就先单向地进入裂缝中,然后单向地流入井底。从原来的径向流改变为单向流,就节省了大量的能量水力压裂增产机理水力压裂增产机理水力压裂增产机理水力压裂增产机理2 2、沟通油气储集区、沟通油气储集区由于地质上的非均质性,地层中有产能的地区并不一定与井底相连通。例如:砂层中透镜体,三角洲沉积的砂体等不一定都被井所钻穿。通过压裂所形成的人造裂缝,可以将它们与井底沟通起来,就增加了新的供油区,大型压裂压出的较长裂缝甚至可将几个透镜体压穿,沟通油气储集区是压裂增产的重要原因对于天然裂缝
6、油藏,在于人工裂缝沟通天然裂缝裂缝3 3、克服井底附近地层的污染、克服井底附近地层的污染压裂后的裂缝可以解决井底污染所造成的低产后果。为此目的所进行的压裂可以是小规模的,只要穿过堵塞区的深度即可。但是对裂缝的导流能力却要求很高。因为井底附近裂缝的渗透率在油气生产中是个关键水力裂缝模型水力裂缝模型PKN模模型型:宽宽度度剖剖面面及及水水平平剖剖面面均均为为一一椭椭圆圆,垂垂直直剖剖面面为为矩矩形形,裂裂缝缝高高度度恒恒定定GDK模模型型:宽宽度度剖剖面面为为矩矩形形,水水平平剖剖面面为为椭椭圆圆形形水力裂缝模型水力裂缝模型水力裂缝模型水力裂缝模型在在三三维维模模型型中中,裂裂缝缝启启裂裂按按三三
7、维维弹弹性性问问题题进进行行考考虑虑,缝缝内内液液体体流流动动按按两两维维流流动动问问题题进进行行处处理理压压裂裂工工艺艺技技术术限流法压裂技术限流法压裂技术采采取取低低密密度度射射孔孔,大大排排量量施施工工,依依靠靠压压裂裂液液通通过过射射孔孔炮炮眼眼时时产产生生的的摩摩阻阻,大大幅幅度度提提高高井井底底压压力力,从从而而使使压压裂裂液液自自动动转转向向,以以相相继继压压开开破破裂裂压力相近的各个目的层压力相近的各个目的层这这项项技技术术的的关关键键是是,根根据据目目的的地地层层的的物物性性,砂砂岩岩厚厚度度、纵纵向向相相邻邻油油层层情情况况及及平平面面上上的的连连通通关关系系,确确定定合合
8、理理的的布布孔孔方方案案,确确定定每每个个目目的的层层所所射射孔孔炮炮眼眼数数量量及及直直径径,以以此此来来控控制制不不同同油油层层的的处理强度,获得所需要的产液剖面处理强度,获得所需要的产液剖面计算炮眼摩阻碍的公式为:计算炮眼摩阻碍的公式为:式中:式中:P Ppfpf:炮眼摩阻,炮眼摩阻,1010-1-1MPa;MPa;Q:Q:注入排量,注入排量,m m3 3/min/min;:压裂液密度,压裂液密度,kg/mkg/m3 3 n n:射孔炮眼数量;射孔炮眼数量;d d:炮眼平均直径,炮眼平均直径,mmmm投球法多裂缝压裂工艺技术投球法多裂缝压裂工艺技术可可用用于于常常规规射射孔孔井井,根根据
9、据压压开开层层位位吸吸液液能能力力高高的的特特点点,在在一一个个压压裂裂层层段段内内压压开开第第一一层层后后,在在低低压压下下挤挤入入高高强强度度暂暂堵堵剂剂将将已已压压开开层层的的炮炮眼眼堵堵住住,提提高高泵泵压压压压开开第第二二层层,然然后后再再堵堵第第二二层层再再压压第第三三层层,这这样样可可在在一一个个层层段段内内形形成成多多条条裂裂缝缝,达到一井压多段,一段压多层,提高油井产能达到一井压多段,一段压多层,提高油井产能 定位平衡压裂技术定位平衡压裂技术首首先先建建立立在在水水平平裂裂缝缝的的前前提提下下,在在常常规规射射孔孔井井进进行行水水力力压压裂裂时时,在在一一定定的的排排量量下下
10、通通过过节节流流产产生生压压差差,使使定定位位压压裂裂封封隔隔器器坐坐封封。利利用用定定位位平平衡衡压压裂裂封封隔隔器器上上的的长长胶胶筒筒和和喷喷砂砂体体的的组组合合来来控控制制压压裂裂目目的的层层的的裂裂缝缝形形成成的的位位置置和和吸吸液液炮炮眼眼的的数数量量,达达到到裂裂缝缝定定位位和和使使目目的的层层产产生生水水平平裂裂缝缝的的目目的的。在在需需要要保保护护的的薄薄夹夹层层的的邻邻近近高高含含水水部部位位装装有有平平衡衡装装置置,该该装装置置只只进进液液不不进进砂砂,使使高高含含水水层层与与压压裂裂目目的的层层处处于于同同一一压压力力系系统统中中,夹夹层层上上下下压压力力平平衡衡而而得
11、得到到保保护护。通通过过大大排排量量施施工工,依依靠靠压压裂裂液液通通过过吸吸液液炮炮眼眼所所产产生生的的摩摩阻阻,大大幅幅度度提提高高井井底底压压力力,从从而而相相继继压压开开破破裂裂压压力力相相近近的的各各个个目目的的层层,一一次次施施工工可可压开压开3-53-5个目的层。个目的层。其它压裂工艺技术其它压裂工艺技术 一、滑套式分层压裂工艺技术一、滑套式分层压裂工艺技术一、滑套式分层压裂工艺技术一、滑套式分层压裂工艺技术滑滑套套式式分分层层压压裂裂管管柱柱由由投投球球器器、井井口口球球阀阀、工工作作筒筒和和堵堵塞塞器器、水水力力压压差差式式封封隔隔器器、滑滑套套喷喷砂砂器器组组成成。其其原原
12、理理是是利利用用不不压压井井、不不放放喷喷井井口口装装置置、井井下下工工作作筒筒和和堵堵塞塞器器,可可使使压压裂裂管管柱柱实实现现不不压压井井、不不放放喷喷起起下下作作业业。利利用用井井下下滑滑套套喷喷砂砂器器多多级级开开关关,自自下下而而上上实实现现多多层层压压裂裂。当当每每压压完完一一层层时时,从从井井口口投投入入不不同同直直径径的的钢钢球球,将将滑滑套套憋憋到到已已压压开开层层的的喷喷吵吵器器上上将将其其水水眼眼堵堵死死,同同时时打打开开上上一一层层喷喷砂砂器器的的水水眼眼,开开始始对对上上一一层层进进行行压压裂裂,从从而而实实现现不不动动管柱一次连续压多层。管柱一次连续压多层。二、前缘
13、脱砂压裂工艺技术二、前缘脱砂压裂工艺技术二、前缘脱砂压裂工艺技术二、前缘脱砂压裂工艺技术通通过过控控制制前前置置液液用用量量和和施施工工排排量量,使使携携砂砂液液达达到到动动态态缝缝尖尖端端附附近近时时,前前置置液液完完全全滤滤失失,前前置置液液脱脱砂砂形形成成砂砂堵堵,阻阻止止裂裂缝缝进进一一步步延延伸伸。当当地地面面继继续续加加砂砂时时,裂裂缝缝长长度度不不再再增增加加,但但宽宽度度不不断断增增大大,从从而而形形成成短短而而宽宽的的高导流能力裂缝高导流能力裂缝 三、复合压裂工艺技术三、复合压裂工艺技术三、复合压裂工艺技术三、复合压裂工艺技术复合压裂技术是指对同一油层在较短时间内,先后采复合
14、压裂技术是指对同一油层在较短时间内,先后采取高能气体压裂和水力压裂技术进行改造取高能气体压裂和水力压裂技术进行改造压压裂裂优优化化设设计计 压压裂裂方方案案设设计计对对于于压压裂裂措措施施的的实实施施具具有有纲纲领领性性的的意意义义和和指指导导性性的的作作用用,长长期期的的生生产产实实践践表表明明,其其对对增增产产效效果果的的影响可概括为压裂方案设计的可行性、合理性和经济性。影响可概括为压裂方案设计的可行性、合理性和经济性。可可行行性性是是指指压压裂裂设设计计确确定定的的施施工工方方案案风风险险低低、成成功功率率高,工艺技术可靠高,工艺技术可靠 济济性性是是指指压压裂裂设设计计确确定定的的施施
15、工工规规模模有有利利于于获获得得最最大大措措施效益施效益 合合理理性性是是指指压压裂裂设设计计确确定定的的人人工工裂裂缝缝与与储储层层相相匹匹配配,在相同的规模下有利于获得最佳的增产效果在相同的规模下有利于获得最佳的增产效果 它它应应在在油油层层参参数数和和设设备备现现有有条条件件下下选选择择出出既既经经济济又又有有效的压裂增产方案效的压裂增产方案地质资料、测井、录井、岩心资料地质资料、测井、录井、岩心资料小型压裂测试小型压裂测试油藏模拟油藏模拟裂缝参数优化裂缝参数优化地应力研究地应力研究射孔方案射孔方案施工参数优化施工参数优化编制压裂施工设计编制压裂施工设计滤滤失失分分析析摩摩阻阻分分析析设
16、设计计完完善善压压裂裂液液优优化化支支撑撑剂剂优优选选应应力力校校正正压裂方案设计整体思路:压裂方案设计整体思路:油藏地质概况油藏地质概况l构造位置、特征、沉积特征构造位置、特征、沉积特征l储层分布、物性特征、流体特征储层分布、物性特征、流体特征l储层深度、厚度及其展布储层深度、厚度及其展布l压力、温度压力、温度l岩性特征:长石含量、石英含量、岩屑含量等岩性特征:长石含量、石英含量、岩屑含量等l胶结类型胶结类型l含油面积、储量含油面积、储量(1 1)压压裂施工裂施工过过程模程模拟拟裂裂缝缝几几何何尺尺寸寸是是产产量量预预测测所所必必须须的的数数据据,通通常常采采用用施施工工模模拟拟来来估估算算
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