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主应力: ?x ， ?y， ?z 应 变: ?x， ?y， ?z 2013年5月 水力压裂讲座 汇报内容 一、加砂压裂工艺介绍 二、酸化工艺介绍 三、施工设备介绍 1.1 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。 一、加砂压裂工艺介绍 S1 S2 S3 S4 压裂 压裂 一、加砂压裂工艺介绍 一、加砂压裂工艺介绍 1.2 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 一、加砂压裂工艺介绍 1.3 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。 一、加砂压裂工艺介绍 1.4 水力压裂过程 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 b a a—致密岩石 b—微缝高渗岩石 F E C S 一、加砂压裂工艺介绍 = + ?x ?z ?y ?y ?x ?z 地层岩石三维应力状况 + 1.5 水力压裂岩石力学 一、加砂压裂工艺介绍 ?z — 垂向主应力, MPa ?r —随深度变化的上覆岩体密度，Kg/m3 h — 深度，m g — 重力加速度，m/s2 1.5 水力压裂岩石力学 一、加砂压裂工艺介绍 由广义虎克定律: 总应变: 1.5 水力压裂岩石力学 一、加砂压裂工艺介绍 裂缝方向总是垂直于最小主应力 ?x ?z ?y 当?z最小时，形成水平裂缝。 1.5 水力压裂岩石力学 一、加砂压裂工艺介绍 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； ?x ?z ?y ?y ?x ?z 1.6 破裂压力梯度 一、加砂压裂工艺介绍 降低破裂压力措施 酸化预处理 高效射孔 密集射孔 1.6 破裂压力梯度 一、加砂压裂工艺介绍 1.7 单井压裂设计技术 一、加砂压裂工艺介绍 — 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； — 设计方案的检验（开发与增产的要求、现有压裂材料与设备能力、施工安全的要求） 1.7.1 压裂设计的任务 使用各种含压裂裂缝的油气藏模拟器、水力压裂模拟器及经济模拟器，对给定的油气藏地质条件与不同的泵注参数条件，反复计算与评价不同缝长与导流能力的裂缝所产生的经济效益，从中选出能实现少投入、多产出的压裂设计方案。 1.7 单井压裂设计技术 一、加砂压裂工艺介绍 1.7.2 压裂设计优化 优化的准则 1.最大的储层供给能力； 2.最优的支撑裂缝穿透长度； 3.最优的泵注参数； 4.最低的施工成本； 5.最大的井的经济效益。 优化设计步骤 1.根据储层特性给出一个缝长； 2.根据压前地应力试验或测试压裂试验时诊断到的压力行为，选择合适的裂缝扩展模型； 3.选择若干种适用于压裂目的层的压裂液； 4.根据支撑剂在裂缝闭合压力下的破碎与储层嵌入特性选择适宜的支撑剂； 5.根据就地地应力分布，确定最大的施工压力； 6.根据管柱的摩阻损失，压裂液流变性（剪切速率，时间温度等）及设施功率限制等因素，确定最大允许的泵注排量； 7.使支撑裂缝的几何形状，总用液量与支撑剂量最优化。 1.7 单井压裂设计技术 一、加砂压裂工艺介绍 1.7.2 压裂设计优化 优化设计步骤 8.根据优化的支撑裂缝几何形状与步骤7