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油层水力压裂技术讲义

油层水力压裂的作用和原理

(一）油层水力压裂的作用

油层水力压裂始于1947年，是低渗透油层勘探试油，新井投产和油层改造的主要措施，也是目前各油田行之有效的一项重要增产、增注措施。其作用可归纳为以下四点：

1.改造低渗透率油层

通过压裂在油层中形成一条或几条高渗透通道，使低渗透层的渗透率得到明显改善。

水力压裂的作用

2.调整层间矛盾

调整由各油层渗透率差异所造成的层间矛盾。一般油田都是多油层的，而且各油层性质存在着差异。油井生产时，高渗透率油层出油快，低渗透率油层出油慢，而且高渗透率油层的油流阻碍了低渗透率油层的出油，形成了层间矛盾。通过压裂提高了低渗透层的渗透率，缩小了高、中、低渗透层之间的渗透率差异，使高、中、低渗透率层都能合理均衡的开采。

3.解除近井地带的堵塞

通过压裂可以解除因钻井液、射孔、修井作业等污染所造成的近井地带堵塞。

4.实现增产、增注

裂缝的形成增大流通面积，改善油（或水）在油层中的流动状况，降低流动阻力，从而提高油井的产油能力或水井的注水能力。

油层水力压裂的基本原理

（二）水力压裂的基本原理

油层水力压裂就是利用液体传压的特性，将高压液体挤入地层，使地层破裂形成裂缝，并在缝中填入支撑剂使其不闭合，从而提高油层的渗透能力，改善油气层的物理结构和性质，进而增加油井的产量或水井的注入量。

水力压裂的基本原理

通过地面高压泵组在较短的时间内向油层高速挤入高粘度液体。油层具有吸收能力，当泵入液体的速度超过油层吸收的速度时，井底附近的油层受到的外挤压力不断升高，形成人为的高压区（见图10-7(a)）。随着地面泵入液体数量和速度的不断增加，井底压力进一步增大。当压力超过岩石的破裂极限强度（或超过油层上覆岩层的压力）时，就在油层岩石薄弱地带压开裂缝，或使油层原生裂缝扩展。地面不停地向井底泵入液体，其中一部分仍然被油层所吸收，而大部分则向油层的深远部位扩展，使这些裂缝（包括新劈开裂缝与扩大了的原生裂缝）继续向油层内部扩展（见图10-7(b)）。此时，地面泵压越高，泵的排量越大，液体的滤失性就越小，所形成的裂缝就越长，由于地面泵的泵压不能无限提高，所压开的裂缝又增加了油层的吸收能力，当液体的挤入速度与沿裂缝渗滤面的吸收速度相等时，无论地面泵入液体的时间有多长，裂缝也不再延伸和扩展了（见图10-7(c)），当地面停止向井内打入高压液体后，由于岩石的弹性以及油层上覆压力的作用，会使人造裂缝全部或大部分闭合，为了保持这些裂缝长期处于张开的状态，一般压裂时均向油层裂缝内充填固体颗粒，称为支撑剂。由于裂缝内填入了支撑剂，尽管地面泵停止注入高压液体，裂缝也不会闭合了，如图10-7(d)所示。

压裂的工作介质

压裂的主要工作介质就是：压裂液和支撑剂

（一）:压裂液，就是压裂施工中向地层注人的全部液体的总称。

1：压裂液的作用

压裂液在压裂施工中所起的作用十分重要，直接影响到压裂施工的成败、效果以及压裂成本等重大问题。因此在进行压裂作业时，必须正确地选择、使用与控制压裂液的性能。

在进行油层压裂时，压裂液将地面高压泵的压力传递到油层，成为劈开裂缝的能量。同时，又将固体颗粒支撑剂携带到压开的裂缝中，使裂缝保持张开的状态，达到改善油层渗透率的目的。

为了形象说明压裂过程中不同阶段压裂液所起的作用，可将压裂液分为前置液、破裂液、携砂液和顶替液。

压裂各阶段液体的作用

(1)前置液：压裂施工中最先泵入到地层中，起特殊作用的液体。如用其除去油层表面的沉积物或泥浆堵塞物；用其充填井底附近的油层孔隙；以便提高压裂液对油层的冲击作用；用其来暂时降低高温井或超深井的温度等。

(2)破裂液：形成高压，将地层压开裂缝的液体。

(3)携砂液：压开裂缝后，将支撑剂携带到地层裂缝中去的液体。

(4)顶替液：将井筒内的携砂液连同支撑剂全部顶替到油层裂缝中去的液体。

有时，也将前置液和破裂液合在一起，统称为前置液。

压裂液的性能

压裂液的性能 压裂液性能的选择与控制直接影响着压裂施工的成败、效果和成本口，一种理想的压裂液应具备的性能：

：(1)滤失量低：滤失量低，在地层中的损失小，容易形成高压将地层压开裂缝和延伸扩展裂缝。滤失量的大小主要受其粘度和造壁性能的影响，粘度越大，滤失量越小。

(2)携砂能力强：压裂液携带支撑剂的能力也是一个重要性能，携砂能力的强弱直接影响到能否将支撑剂送入到裂缝内和均匀分布。携砂能力的大小主要取决于液体的粘度、密度以及在管道和裂缝中的流速。

压裂液的性能

(3)泵送摩阻小：摩阻小易于泵送，如果摩阻损失大，则使有效功率变小，不仅影响设备使用效率与寿命，还会降低压裂效果，甚至施工失败。

(4)反排性能好：为了获得最好的压裂效果，压裂后，压裂液必须从地层