水力压裂技术ppt课件.ppt

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1、为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能水力压裂技术水力压裂技术Hydraulic Fracturing(4)(4)(4)(4)压裂设计压裂设计压裂设计压裂设计 Design of fracturing treatmentDesign of fracturing treatment(1)(1)(1)(1)造缝机理造缝机理造缝机理造缝机理 Mechanism of fracturingMechanism of fracturing(2)(2)(2)(2)压裂液压裂液压裂液压裂液 Fracturing fluidFracturi

2、ng fluid(3)(3)(3)(3)支撑剂支撑剂支撑剂支撑剂 ProppantProppant为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1.1.1.1.压裂的定义：压裂的定义：压裂的定义：压裂的定义：用用用用压力压力压力压力将地层压开一条或几条水平的或垂直将地层压开一条或几条水平的或垂直将地层压开一条或几条水平的或垂直将地层压开一条或几条水平的或垂直的裂缝，并用的裂缝，并用的裂缝，并用的裂缝，并用支撑剂支撑剂支撑剂支撑剂（或不用支撑剂）（或不用支撑剂）（或不用支撑剂）（或不用支撑剂）将裂缝支将裂缝支将裂缝支将裂缝支撑起来，

3、减小油、气、水的流动阻力，沟通油、撑起来，减小油、气、水的流动阻力，沟通油、撑起来，减小油、气、水的流动阻力，沟通油、撑起来，减小油、气、水的流动阻力，沟通油、气、水的流动通道，从而达到增产增注的效果。气、水的流动通道，从而达到增产增注的效果。气、水的流动通道，从而达到增产增注的效果。气、水的流动通道，从而达到增产增注的效果。(2)(2)(2)(2)降低了井底附近地层中流体的渗流阻力。降低了井底附近地层中流体的渗流阻力。降低了井底附近地层中流体的渗流阻力。降低了井底附近地层中流体的渗流阻力。2.2.2.2.压裂增产增注的原理压裂增产增注的原理压裂增产增注的原理压裂增产增注的原理:(1)(1)(

4、1)(1)改变流体的渗流状态；改变流体的渗流状态；改变流体的渗流状态；改变流体的渗流状态；压裂方法简介：压裂方法简介：Introduction of FracturingIntroduction of Fracturing为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能3.3.3.3.压裂的种类：压裂的种类：压裂的种类：压裂的种类：(根据造缝介质分类根据造缝介质分类根据造缝介质分类根据造缝介质分类)水力压裂水力压裂 Hydraulic Fracturing 利用地面利用地面高压高压泵组，将泵组，将高粘液体高粘液体以大大超过地层吸收能

5、以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在力的排量注入井中，在井底憋起高压井底憋起高压；当此压力大于井壁当此压力大于井壁附近的附近的地应力地应力和地层岩石和地层岩石抗张强度抗张强度时，在井底附近地层产生时，在井底附近地层产生裂缝；裂缝；继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝。地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,

6、充分发挥中小学图书室育人功能技术成熟度高，是低渗透油气藏开发的主要技术。技术成熟度高，是低渗透油气藏开发的主要技术。形形成成单单一一裂裂缝缝，裂裂缝缝方方向向受受地地应应力力控控制制。对对特特低低渗渗油藏，远离裂缝处的油气难以流向裂缝。油藏，远离裂缝处的油气难以流向裂缝。技技术术还还在在不不断断完完善善，以以适适应应油油气气田田开开发发的的需需要要，如如超超深井压裂、重复压裂以及与其他技术的组合应用。深井压裂、重复压裂以及与其他技术的组合应用。水力压裂特点水力压裂特点为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能爆炸压裂爆炸压裂

7、用用炸药炸药，它的增压速度极快，它的增压速度极快(微秒级微秒级)，气体生成量较，气体生成量较少，地层裂隙来不及扩张和延伸，大部分能量消耗在井壁少，地层裂隙来不及扩张和延伸，大部分能量消耗在井壁岩石的破碎上，产生无数细小裂缝，井眼内残留的应力场岩石的破碎上，产生无数细小裂缝，井眼内残留的应力场具有压实效应，可能完全闭塞所产生的裂缝。具有压实效应，可能完全闭塞所产生的裂缝。炸药在井筒内的炸药在井筒内的爆轰爆轰和和爆燃爆燃使井筒附近产生多条裂缝。使井筒附近产生多条裂缝。常用炸药有黑索金、奥克托金等。常用炸药有黑索金、奥克托金等。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育

8、大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能爆爆炸炸造造成成的的压压缩缩应应力力波波使使井井周周岩岩石石发发生生塑塑性性变变形形，形形成成的的残残余余应应力力场场使使得得爆爆炸炸初初期期形形成成的的大大量量裂裂缝缝重重新新闭闭合合，或被爆炸残余物堵塞。，或被爆炸残余物堵塞。井内爆炸易井内爆炸易损坏井筒损坏井筒；所所用用硝硝化化甘甘油油类类药药剂剂过过于于敏敏感感是是爆爆炸炸压压裂裂失失败败的的原原因因之一。之一。爆炸压裂爆炸压裂技术特点技术特点为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 利用特定的发射药或推进剂在油气井的目的层段高速

9、利用特定的发射药或推进剂在油气井的目的层段高速利用特定的发射药或推进剂在油气井的目的层段高速利用特定的发射药或推进剂在油气井的目的层段高速燃烧，产生燃烧，产生燃烧，产生燃烧，产生高温高压气体高温高压气体高温高压气体高温高压气体，压裂地层形成压裂地层形成压裂地层形成压裂地层形成多条多条多条多条自井眼呈放自井眼呈放自井眼呈放自井眼呈放射状的射状的射状的射状的径向裂缝径向裂缝径向裂缝径向裂缝，清除油气层污染及堵塞物，有效地降低，清除油气层污染及堵塞物，有效地降低，清除油气层污染及堵塞物，有效地降低，清除油气层污染及堵塞物，有效地降低表皮系数，从而达到油气井增产的目的的一种工艺技术。表皮系数，从而达到

10、油气井增产的目的的一种工艺技术。表皮系数，从而达到油气井增产的目的的一种工艺技术。表皮系数，从而达到油气井增产的目的的一种工艺技术。高能气体压裂高能气体压裂为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能加加载载速速率率较较高高，适适用用于于脆脆性性地地层层，如如石石灰灰岩岩、白白云云岩岩和泥质含量较低（小于和泥质含量较低（小于10%10%）的砂岩；）的砂岩；对对于于塑塑性性地地层层不不甚甚适适用用，如如泥泥岩岩、泥泥质质含含量量较较高高（大大于于20%20%）的的泥泥灰灰岩岩和和砂砂质质泥泥岩岩，且且对对泥泥岩岩地地层层，反反而而

11、可可能产生能产生“压实效应压实效应”；产产生生的的辐辐射射状状裂裂缝缝仅仅局局限限于于近近井井地地带带（缝缝宽宽约约为为0.40.40.8mm0.8mm，径向缝长约为，径向缝长约为5 510m10m，纵向缝高，纵向缝高2 23m3m）。）。胶结疏松的砂岩地层压后可能出现严重的胶结疏松的砂岩地层压后可能出现严重的出砂问题出砂问题；高能气体压裂高能气体压裂技术特点技术特点为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能三种压裂方式形成的裂缝三种压裂方式形成的裂缝为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会

12、精神,充分发挥中小学图书室育人功能干法压裂干法压裂 利用利用利用利用100%100%100%100%的的的的液体二氧化碳液体二氧化碳液体二氧化碳液体二氧化碳和和和和石英砂石英砂石英砂石英砂进行压裂，无进行压裂，无进行压裂，无进行压裂，无水无任何添加剂，压后压裂液几乎完全排出地层，可水无任何添加剂，压后压裂液几乎完全排出地层，可水无任何添加剂，压后压裂液几乎完全排出地层，可水无任何添加剂，压后压裂液几乎完全排出地层，可避免地层伤害。避免地层伤害。避免地层伤害。避免地层伤害。关键技术：关键技术：关键技术：关键技术：砂子进入液体二氧化碳中的混合器。砂子进入液体二氧化碳中的混合器。砂子进入液体二氧化碳

13、中的混合器。砂子进入液体二氧化碳中的混合器。适用适用适用适用于对驱替液、冻胶或表面活性剂的伤害敏感的地于对驱替液、冻胶或表面活性剂的伤害敏感的地于对驱替液、冻胶或表面活性剂的伤害敏感的地于对驱替液、冻胶或表面活性剂的伤害敏感的地层，适合的储层包括渗水层、低压层及有微粒运移的层，适合的储层包括渗水层、低压层及有微粒运移的层，适合的储层包括渗水层、低压层及有微粒运移的层，适合的储层包括渗水层、低压层及有微粒运移的储层以及水敏性储层。储层以及水敏性储层。储层以及水敏性储层。储层以及水敏性储层。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功

14、能4.4.4.4.水力压裂工艺技术水力压裂工艺技术水力压裂工艺技术水力压裂工艺技术 压压裂裂设设备备：储储罐罐、泵泵车车、混混砂砂车车、运运砂砂车车、管管汇汇车车、仪表车（现场指挥车）、消防车等。仪表车（现场指挥车）、消防车等。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能水力压裂施工现场水力压裂施工现场为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能水力压裂施工现场水力压裂施工现场为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发

15、挥中小学图书室育人功能水力压裂示意图水力压裂示意图水力压裂示意图水力压裂示意图Schematic diagram of hydraulic fracturingSchematic diagram of hydraulic fracturing为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能压裂液压裂液携砂液携砂液支撑裂缝支撑裂缝动态裂缝动态裂缝水力压裂工艺过程水力压裂工艺过程注入前置液注入前置液起起裂裂扩扩展展注入携砂液注入携砂液（石英、陶粒）（石英、陶粒）压压裂裂液液返返排排裂裂缝缝闭闭合合高导流的人高导流的人工裂缝工裂缝为深入学

16、习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 水力压裂分类水力压裂分类水力压裂分类水力压裂分类（按油藏工程观点）：（按油藏工程观点）：（按油藏工程观点）：（按油藏工程观点）：整体压裂：整体压裂：整体压裂：整体压裂：以低渗透油藏（或区块）为工作单元，以以低渗透油藏（或区块）为工作单元，以以低渗透油藏（或区块）为工作单元，以以低渗透油藏（或区块）为工作单元，以建立的油藏建立的油藏建立的油藏建立的油藏注水开发井网与水力裂缝优化组合注水开发井网与水力裂缝优化组合注水开发井网与水力裂缝优化组合注水开发井网与水力裂缝优化组合的渗流系的渗流系的渗流系

17、的渗流系统，实现单井产能与扫油效率的提高。统，实现单井产能与扫油效率的提高。统，实现单井产能与扫油效率的提高。统，实现单井产能与扫油效率的提高。单井压裂单井压裂单井压裂单井压裂：以单井为工作单元，以研究：以单井为工作单元，以研究：以单井为工作单元，以研究：以单井为工作单元，以研究单井渗流方单井渗流方单井渗流方单井渗流方式与渗流阻力式与渗流阻力式与渗流阻力式与渗流阻力的变化来实现单井产能提高；的变化来实现单井产能提高；的变化来实现单井产能提高；的变化来实现单井产能提高；水力压裂适用条件水力压裂适用条件低渗透油气藏：渗透率低渗透油气藏：渗透率50K,KK,KK,KK,Kf f f f=30=30=

18、30=3060606060mmmm 水力压裂增产增注的原理水力压裂增产增注的原理水力压裂增产增注的原理水力压裂增产增注的原理:Mechanism of stimulation(1)(1)(1)(1)改变流体的渗流状态：改变流体的渗流状态：改变流体的渗流状态：改变流体的渗流状态：使原来使原来使原来使原来径向流动径向流动径向流动径向流动改变为油层与改变为油层与改变为油层与改变为油层与裂缝近似的裂缝近似的裂缝近似的裂缝近似的单向流动单向流动单向流动单向流动和裂缝与井筒间的和裂缝与井筒间的和裂缝与井筒间的和裂缝与井筒间的单向流动单向流动单向流动单向流动，消除了，消除了，消除了，消除了径向节流损失径向节

19、流损失径向节流损失径向节流损失，降低了能量消耗。，降低了能量消耗。，降低了能量消耗。，降低了能量消耗。(3)(3)增大了井与油藏的接触面积或泄油面积。增大了井与油藏的接触面积或泄油面积。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能第一节第一节 造缝机理造缝机理 Mechanism of fracturing裂缝形成条件裂缝形成条件裂缝的形态裂缝的形态裂缝的方位裂缝的方位井网部署井网部署提高采油速度提高采油速度提高原油采收率提高原油采收率 因此有利的裂缝因此有利的裂缝形态形态及及参数参数能够充分发挥其在增能够充分发挥其在增产、增注

20、的作用。产、增注的作用。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 造缝条件及裂缝的形态、方位等与井底附近地层的造缝条件及裂缝的形态、方位等与井底附近地层的地应力地应力及其分布、岩石的力学性质、压裂液的渗滤性质及其分布、岩石的力学性质、压裂液的渗滤性质及及注入方式注入方式有有密切关系。密切关系。压裂过程井底压力变化曲线压裂过程井底压力变化曲线aa致密岩石致密岩石 b b微缝高渗岩石微缝高渗岩石破裂压力破裂压力延伸压力延伸压力地层压力地层压力为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发

21、挥中小学图书室育人功能地层破裂压力地层破裂压力：使地层产生水力裂缝时的：使地层产生水力裂缝时的井底流动压力。井底流动压力。裂缝延伸压力裂缝延伸压力：使水力裂缝在长、宽、高三个方向扩展：使水力裂缝在长、宽、高三个方向扩展所需要的缝内流体压力。所需要的缝内流体压力。裂缝闭合压力裂缝闭合压力：使裂缝恰好保持不致于闭合所需要的流：使裂缝恰好保持不致于闭合所需要的流体压力，它与地层中垂直于裂缝面的体压力，它与地层中垂直于裂缝面的最小主应力最小主应力大小相等，大小相等，方向相反。方向相反。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能一、油井

22、应力状况一、油井应力状况 Stress status (一一)地应力地应力垂向应力垂向应力：上覆层的岩石重量。：上覆层的岩石重量。有效垂向应力：有效垂向应力：在三向应力作用下，在三向应力作用下，x x轴方向上的应变分别为：轴方向上的应变分别为：岩石弹性模量岩石弹性模量：岩石纵向应力与纵向应变的比例常数。：岩石纵向应力与纵向应变的比例常数。泊松比泊松比：横向应变与纵向应变比值，反映材料横向变形的：横向应变与纵向应变比值，反映材料横向变形的弹性系数。弹性系数。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能由于构造应力等因素的影响由于构

23、造应力等因素的影响，最大、最小水平应力与垂向应，最大、最小水平应力与垂向应力关系：力关系：毕奥特常数：毕奥特常数：C Cr r基质岩石骨架压缩系数；基质岩石骨架压缩系数；Cb岩石体积压缩系数；岩石体积压缩系数；水平应力构造系数，由实验测定。水平应力构造系数，由实验测定。水平方向主应力水平方向主应力为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能(1)(1)当当 ，时，时，说明圆孔壁上各点的说明圆孔壁上各点的周向应力相等，且与周向应力相等，且与值无关。值无关。(二二)井壁上的应力井壁上的应力1.1.井筒对地应力及其分布的影响井筒对地应

24、力及其分布的影响圆孔周向应力：圆孔周向应力：为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能(3)(3)随着随着r r的增加，周向应力迅速降低。的增加，周向应力迅速降低。(2)(2)当当 ，时，时，说明最小周向应力发生在说明最小周向应力发生在 方向上，而最大周向方向上，而最大周向应力却在应力却在 的方向上。的方向上。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2.2.井眼内压所引起的井壁应力井眼内压所引起的井壁应力 压裂过程中，向井筒内压裂过程中，向井筒内注入高压液体

25、注入高压液体，使井内压力很，使井内压力很快升高。井筒内压必然导致井壁上产生周向应力。根据弹快升高。井筒内压必然导致井壁上产生周向应力。根据弹性力学中的拉梅公式性力学中的拉梅公式(拉应力取负号拉应力取负号)：当当r re e=、P Pe e=0=0及及r=rr=ra a时，井壁上的周向应力为：时，井壁上的周向应力为：即由于井筒内压而导致的周向应力与内压大小相等，即由于井筒内压而导致的周向应力与内压大小相等，方向相反。方向相反。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能3.3.压裂液径向渗入地层所引的井壁应力压裂液径向渗入地层所引

26、的井壁应力 由于注入井中的高压液体在地层破裂前，由于注入井中的高压液体在地层破裂前，渗入渗入井筒井筒周围地层中，形成了另外一个应力区，它的作用是增大周围地层中，形成了另外一个应力区，它的作用是增大了井壁周围岩石中的应力。增加的周向应力值为：了井壁周围岩石中的应力。增加的周向应力值为：为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能4.4.井壁上的最小总周向应力井壁上的最小总周向应力 在地层破裂前，井壁上的在地层破裂前，井壁上的最小总周向应力最小总周向应力应为应为地应地应力力、井筒内压井筒内压及及液体渗滤所引起的周向应力液体渗滤所引起

27、的周向应力之和：之和：为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能二、造缝条件二、造缝条件1.1.形成垂直裂缝形成垂直裂缝 Vertical Fracture当井壁上存在的当井壁上存在的当井壁上存在的当井壁上存在的周向应力周向应力周向应力周向应力达到井壁岩石的达到井壁岩石的达到井壁岩石的达到井壁岩石的水平方向水平方向水平方向水平方向的抗拉强的抗拉强的抗拉强的抗拉强度时，岩石将在度时，岩石将在度时，岩石将在度时，岩石将在垂直于水平应力垂直于水平应力垂直于水平应力垂直于水平应力的方向上产生脆性破裂，即的方向上产生脆性破裂，即的方向上

28、产生脆性破裂，即的方向上产生脆性破裂，即在与周向应力相垂直的方向上产生垂直裂缝。在与周向应力相垂直的方向上产生垂直裂缝。在与周向应力相垂直的方向上产生垂直裂缝。在与周向应力相垂直的方向上产生垂直裂缝。岩石为各向同性材料，破裂时的岩石为各向同性材料，破裂时的裂缝方裂缝方裂缝方裂缝方向总是垂直于最小主应力轴向总是垂直于最小主应力轴向总是垂直于最小主应力轴向总是垂直于最小主应力轴。当当 时，形成垂直裂缝。时，形成垂直裂缝。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能当产生裂缝时，井筒内注入流体的压力即为地层的破裂压当产生裂缝时，井筒内

29、注入流体的压力即为地层的破裂压力：力：由于最小总周向应力发生在由于最小总周向应力发生在0,1800,180的对称点上，的对称点上，垂直裂缝也产生在这两个点上垂直裂缝也产生在这两个点上(0,180)。理论上一般假定垂直裂缝是以井轴为理论上一般假定垂直裂缝是以井轴为对称对称的两条缝，的两条缝，实际上由于地层的实际上由于地层的非均质性非均质性和和局部应力场局部应力场的影响，产生的影响，产生的裂缝往往是的裂缝往往是不对称不对称的。的。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2.2.形成水平裂缝的条件形成水平裂缝的条件 Horizon

30、tal Fracture 当井壁上存在的当井壁上存在的当井壁上存在的当井壁上存在的垂向应力垂向应力垂向应力垂向应力达到井壁岩石的达到井壁岩石的达到井壁岩石的达到井壁岩石的垂向的抗张强度垂向的抗张强度垂向的抗张强度垂向的抗张强度时，时，时，时，在与垂向应力相垂直的方向上产生水平裂缝。在与垂向应力相垂直的方向上产生水平裂缝。在与垂向应力相垂直的方向上产生水平裂缝。在与垂向应力相垂直的方向上产生水平裂缝。产产生生水水平平裂裂缝缝时时，井井筒筒内内注注入入流流体的压力体的压力等于地层的破裂压力：等于地层的破裂压力：实验修正：当当 时，形成水平裂缝。时，形成水平裂缝。为深入学习习近平新时代中国特色社会主

31、义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能三、破裂压力梯度三、破裂压力梯度(破裂梯度破裂梯度)Fracturing pressure gradient1.1.1.1.破裂梯度破裂梯度破裂梯度破裂梯度：地层破裂压力与地层深度的比值。：地层破裂压力与地层深度的比值。：地层破裂压力与地层深度的比值。：地层破裂压力与地层深度的比值。根据压裂施工资料统计出来的破裂梯度值为：根据压裂施工资料统计出来的破裂梯度值为：根据压裂施工资料统计出来的破裂梯度值为：根据压裂施工资料统计出来的破裂梯度值为：(15(15(15(1518)18)18)18)(22(22(22(2225)KM

32、Pa/m25)KMPa/m25)KMPa/m25)KMPa/m深地层深地层深地层深地层垂直裂缝垂直裂缝垂直裂缝垂直裂缝 浅地层浅地层浅地层浅地层水平裂缝水平裂缝水平裂缝水平裂缝2.2.2.2.根据破裂梯度的大小估计根据破裂梯度的大小估计根据破裂梯度的大小估计根据破裂梯度的大小估计裂缝的形态裂缝的形态裂缝的形态裂缝的形态：小于小于小于小于1515151518181818时形成时形成时形成时形成垂直裂缝垂直裂缝垂直裂缝垂直裂缝 大于大于大于大于23232323时形成时形成时形成时形成水平裂缝水平裂缝水平裂缝水平裂缝水平缝水平缝垂直缝垂直缝12裂缝方向：取决于最小主应力方向裂缝方向：取决于最小主应力

33、方向为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能第二节第二节 压裂液压裂液 Fracturing FluidFracturing Fluid压裂液任务：压裂液任务：压裂液任务：压裂液任务：造缝、携砂。造缝、携砂。造缝、携砂。造缝、携砂。压裂液是造缝和携砂的介质，压裂液的性能的好坏是压裂压裂液是造缝和携砂的介质，压裂液的性能的好坏是压裂成功的关键。成功的关键。1.1.压裂液的任务压裂液的任务根据在不同施工阶段的任务，压裂液分为：前置液、携根据在不同施工阶段的任务，压裂液分为：前置液、携砂液、顶替液。砂液、顶替液。造缝、降温作用造缝

34、、降温作用造缝、降温作用造缝、降温作用。一般用未交联的溶胶（水胍胶粉，一般用未交联的溶胶（水胍胶粉，一般用未交联的溶胶（水胍胶粉，一般用未交联的溶胶（水胍胶粉，=10mPa.S=10mPa.S=10mPa.S=10mPa.S）。）。）。）。前置液前置液前置液前置液 Pad fluidPad fluidPad fluidPad fluid为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能携带支撑剂、充填裂缝、造缝及冷却地层作用。携带支撑剂、充填裂缝、造缝及冷却地层作用。携带支撑剂、充填裂缝、造缝及冷却地层作用。携带支撑剂、充填裂缝、造缝

35、及冷却地层作用。将井筒中的携砂液送到缝内预定位置将井筒中的携砂液送到缝内预定位置，防止砂卡和井筒沉砂。，防止砂卡和井筒沉砂。携砂液携砂液 Slurry溶胶交联剂溶胶交联剂冻胶支撑剂冻胶支撑剂携砂液携砂液硼酸盐（低温）硼酸盐（低温）有机硼有机硼（高温）（高温）有机钛有机钛（高温）（高温）=200mPa.S)=200mPa.S)=200mPa.S)=200mPa.S)顶替液顶替液 Displacing fluidDisplacing fluid为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2.2.压裂液的性能要求：压裂液的性能要求：滤

36、失少：滤失少：造长缝、宽缝，取决于它的粘度与造壁性造长缝、宽缝，取决于它的粘度与造壁性;悬砂能力强：悬砂能力强：取决于粘度取决于粘度;摩阻低：摩阻低：摩阻愈小，用于造缝的有效功率愈大摩阻愈小，用于造缝的有效功率愈大;稳定性好：稳定性好：热稳定性和抗机械剪切稳定性热稳定性和抗机械剪切稳定性;配伍性好：配伍性好：不应引起粘土膨胀或产生沉淀而堵塞油层不应引起粘土膨胀或产生沉淀而堵塞油层;低残渣：低残渣：以免降低油气层和填砂裂缝的渗透率以免降低油气层和填砂裂缝的渗透率;易返排：易返排：减少压裂液的损害减少压裂液的损害;货源广、便于配制、价钱便宜。货源广、便于配制、价钱便宜。为深入学习习近平新时代中国特

37、色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 一、压裂液类型一、压裂液类型1.1.水基压裂液水基压裂液水基、油基、泡沫、醇基压裂液。水基、油基、泡沫、醇基压裂液。施工结束后，为了使冻胶破胶还需要加入施工结束后，为了使冻胶破胶还需要加入破胶剂破胶剂（过硫（过硫酸胺、高锰酸钾和酶）。酸胺、高锰酸钾和酶）。不适用于水敏性地层。不适用于水敏性地层。成胶剂成胶剂交链剂交链剂水水+用水溶胀性聚合物用水溶胀性聚合物(成胶剂成胶剂)经交链剂交链后形成的冻胶。经交链剂交链后形成的冻胶。植物胶（胍胶、田菁、皂仁等）植物胶（胍胶、田菁、皂仁等）纤维素衍生物纤维素衍生物合成聚合物

38、合成聚合物 硼酸盐硼酸盐 钛、锆等有机金属盐钛、锆等有机金属盐 为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2.2.油基压裂液油基压裂液多用稠化油多用稠化油，遇地层水后自动破胶。，遇地层水后自动破胶。缺点：缺点：价格昂贵、施工困难和易燃等。价格昂贵、施工困难和易燃等。对水敏性地层，使用水基压裂液会导致地层粘土膨胀对水敏性地层，使用水基压裂液会导致地层粘土膨胀影响压裂效果，常使用油基压裂液。影响压裂效果，常使用油基压裂液。原油原油汽油汽油柴油柴油煤油煤油凝析油凝析油脂肪酸皂脂肪酸皂脂肪酸铝皂脂肪酸铝皂磷酸酯铝盐磷酸酯铝盐 基液基液

39、 稠化剂稠化剂稠化油稠化油添加剂添加剂为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能3.3.泡沫压裂液泡沫压裂液基液：基液：淡水、盐水、聚合物水溶液等；淡水、盐水、聚合物水溶液等；气相：气相：二氧化碳、氮气、天然气；二氧化碳、氮气、天然气；发泡剂：发泡剂：非离子型活性剂；非离子型活性剂；泡沫干度：泡沫干度：65658585；适用井深：适用井深：小于小于20002000米。米。用于低压低渗油气层改造，易于返排、滤失少、摩阻低，用于低压低渗油气层改造，易于返排、滤失少、摩阻低，常用于气井、水敏性地层。常用于气井、水敏性地层。为深入学习

40、习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能二、压裂液滤失性二、压裂液滤失性 Leakoff of fracturing fluid1.1.滤失原因滤失原因地层为多孔介质地层为多孔介质裂缝内外压差裂缝内外压差滤失是不可避免的滤失是不可避免的,但可以减少滤失。但可以减少滤失。滤失面积：滤失面积：HLf压裂液效率压裂液效率停泵时刻缝体积停泵时刻缝体积总注入量总注入量一般：一般：为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能压裂液滤失到地层受三种机理控制：压裂液滤失到地层受三种机理

41、控制：压裂液的粘度、压裂液的粘度、油藏岩石和流体的压缩性、油藏岩石和流体的压缩性、压裂液的造壁性压裂液的造壁性受压裂液粘度控制的滤失系数受压裂液粘度控制的滤失系数C C 当当压裂液粘度大大超过油藏流体的粘度压裂液粘度大大超过油藏流体的粘度时，压裂液的滤时，压裂液的滤失速度主要取决于压裂液的粘度，由达西方程可以导出滤失失速度主要取决于压裂液的粘度，由达西方程可以导出滤失系数为：系数为：滤失速度为：滤失速度为：滤失后地层中压力分布示滤失后地层中压力分布示意图意图使压裂液滤失于使压裂液滤失于储层内的压差储层内的压差压缩并使油藏流压缩并使油藏流体流动的压差体流动的压差裂缝壁面滤裂缝壁面滤饼的压力差饼的

42、压力差2.2.滤失系数计算方法滤失系数计算方法为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能受储层岩石和流体压缩性控制的滤失系数受储层岩石和流体压缩性控制的滤失系数C C当压裂液粘度当压裂液粘度接近于接近于油藏流体粘度时，控制压裂液滤失的是油藏流体粘度时，控制压裂液滤失的是储层岩石和流体的储层岩石和流体的压缩性压缩性。滤失系数为：。滤失系数为：C Cf f油藏综合压缩系数油藏综合压缩系数滤失后地层中压力分布示意图滤失后地层中压力分布示意图使压裂液滤失于储使压裂液滤失于储层内的压差层内的压差压缩并使油藏流体压缩并使油藏流体流动的压差

43、流动的压差裂缝壁面滤饼的裂缝壁面滤饼的压力差压力差为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能具有造壁性压裂液滤失系数具有造壁性压裂液滤失系数C C滤失系数滤失系数C C是由实验方法测定。是由实验方法测定。静滤失仪示意图静滤失仪示意图加压口筛座（含滤纸或岩心片）出液口 静滤失曲线静滤失曲线 为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能滤失速度滤失速度造壁液体的滤失系数造壁液体的滤失系数则若实验压差与实际施工过程中裂缝内外压力差不一致，则若实验压差与实际施工过程中裂

44、缝内外压力差不一致，则应进行修正：应进行修正：为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能综合滤失系数综合滤失系数压裂液的滤失同时受三种机理控制，综合滤失系数如下：压裂液的滤失同时受三种机理控制，综合滤失系数如下：C C由由滤失带压力差滤失带压力差控制的，控制的，C C是由是由压缩带压力差压缩带压力差控制的，控制的，C C由由滤饼内外压力差滤饼内外压力差控制的。控制的。根据根据分压降公式分压降公式可以得到综合滤失系数的另一表达式：可以得到综合滤失系数的另一表达式：推导过程详见王鸿勋主编的水力压裂设计数值计算方法(石油工业出版社，

45、1998.6)为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能三、压裂液流变性三、压裂液流变性 Rheological property 1.1.牛顿压裂液牛顿压裂液(A(A曲线曲线)2.2.假塑型压裂液假塑型压裂液(B(B曲线曲线)假塑型流体也称为假塑型流体也称为幂律流体幂律流体，剪，剪切速率越大，视切速率越大，视粘度越小粘度越小。视粘度视粘度 压裂液流变曲线压裂液流变曲线剪切速率剪切速率剪剪切切应应力力KK稠度系数，稠度系数，mPa.s mPa.sn n；n n 流态指数，无因次流态指数，无因次 为深入学习习近平新时代中国特色社

46、会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能3.3.其它流动类型的压裂液其它流动类型的压裂液宾汉型流体宾汉型流体(C(C曲线曲线)屈服假塑型流体屈服假塑型流体(D(D曲线曲线)胀流型流体胀流型流体(E(E曲线曲线)压裂液流变曲线压裂液流变曲线剪切速率剪切速率剪剪切切应应力力流体具有屈服值，加上一定的压力后，流体才从静止状流体具有屈服值，加上一定的压力后，流体才从静止状态开始流动。态开始流动。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能第三节第三节 支撑剂支撑剂 Proppant 填砂裂缝的导流能

47、力：填砂裂缝的导流能力：在油层条件下，填砂在油层条件下，填砂裂缝渗透率裂缝渗透率与与裂缝宽度裂缝宽度的乘积，常用的乘积，常用FRCDFRCD表示，也称为导流率。表示，也称为导流率。一、支撑剂的性能要求一、支撑剂的性能要求(1)(1)粒径均匀，密度小粒径均匀，密度小(2)(2)强度大，破碎率小强度大，破碎率小(3)(3)园度和球度高园度和球度高(4)(4)杂质含量少杂质含量少(5)(5)来源广，价廉来源广，价廉 闭合压力闭合压力为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能二、支撑剂的类型二、支撑剂的类型按其力学性质分为两大类：按其

48、力学性质分为两大类：脆性支撑剂脆性支撑剂:如石英砂、玻璃球等如石英砂、玻璃球等特点特点是硬度大，变形小，在高闭合压力下易破碎是硬度大，变形小，在高闭合压力下易破碎韧性支撑剂韧性支撑剂:如核桃壳、铝球等如核桃壳、铝球等特点特点是变形大，承压面积大，在高闭合压力下不易破碎是变形大，承压面积大，在高闭合压力下不易破碎目前矿场上常用的支撑剂有两种：目前矿场上常用的支撑剂有两种：一是一是天然砂天然砂；二是；二是人造支撑剂人造支撑剂（陶粒）。（陶粒）。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能核桃壳核桃壳核桃壳核桃壳石英砂石英砂石英砂石英

49、砂树脂砂树脂砂树脂砂树脂砂陶粒陶粒陶粒陶粒为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1.1.天然砂天然砂主要矿物成分是粗晶石英主要矿物成分是粗晶石英适用于浅层或中深层的压裂，成功率很高。适用于浅层或中深层的压裂，成功率很高。2.2.人造支撑剂人造支撑剂(陶粒陶粒)矿物成份是氧化铝、硅酸盐和铁矿物成份是氧化铝、硅酸盐和铁钛氧化物钛氧化物常用宜兴陶粒和成都陶粒，强度上有低、中、高之分，常用宜兴陶粒和成都陶粒，强度上有低、中、高之分，低强度适用的闭合压力为低强度适用的闭合压力为56.0MPa56.0MPa，中强度约为，中强度约为70

50、.070.084.0MPa84.0MPa，高强度达，高强度达105.0MPa105.0MPa，适用于，适用于深井高闭合压力深井高闭合压力的的油气层压裂。油气层压裂。3.3.树脂包层支撑剂树脂包层支撑剂中等强度，密度小，便于携砂与铺砂。中等强度，密度小，便于携砂与铺砂。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能三、支撑剂在裂缝内的分布三、支撑剂在裂缝内的分布支撑剂在裂缝内的分布规律随支撑剂在裂缝内的分布规律随裂缝类型裂缝类型(水平、水平、垂直缝垂直缝)和和携砂液性能携砂液性能而异。而异。高粘压裂液高粘压裂液：压裂液粘度足以把支撑