第1章-水力压裂PPT资料.ppt

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当z最小时，形成水平裂缝当y最小时，形成垂直裂缝,第一大节,二、破裂压力,1.井筒应力分布,

（一）井壁最终应力分布,由上式知，可以得出什么结论？

问题：

最大最小周向应力在什么地方？

2.向井筒注液产生的应力分布,按弹性力学理论计算应力分布：

结论？

3.注入液径向渗入地层引起的应力,周向应力值近视为：

4.井壁最终应力分布,将上述几种周向应力叠加总存在两个方向受到的周向应力最小：

井壁处的周向应力简化为：

（二）水力压裂造缝条件,准则:

最小主应力达到物体的抗张强度t就会破坏。

1.形成垂直裂缝,存在压裂液滤失,最大张应力准则:

当井壁岩石的有效周向应力达到井壁岩石水平方向的最小抗张强度ht，,有效周向应力：

破裂压力：

无压裂液滤失,有效周向应力：

2.形成水平裂缝,条件:

井壁岩石的有效垂向应力达到井壁岩石垂直方向的最小抗张强度Vt,形成水平缝。

有压裂液滤失,有效垂向应力：

修正破裂压力：

无压裂液滤失,破裂压力：

（三）破裂压力梯度,定义:

某点破裂压力与该点深度的比值。

计算？

理论计算,统计,范围:

0.0150.025MPa/m,与裂缝形态的关系:

0.0150.018MPa/m，垂直缝；

0.0220.025MPa/18m，水平缝,fracturepressuregradient,三、降低破裂压力的途径,主要途径,改善射孔参数,高能气体压裂,酸化预处理,解除射孔污染,增加孔眼有效深度,溶解胶结物成分,&

2压裂液,fracturingfluid,作用:

传递压力；

起裂和延伸裂缝；

携砂。

按作用分,前置液,携砂液,顶替液,起缝、延伸裂缝、冷却,延伸裂缝、悬砂,顶替砂浆,压裂液：

压裂施工过程中所用的工作液的总称。

fracturingfluid,对压裂液的要求:

与地层配伍；

有效悬浮和输送支撑剂；

滤失少；

摩阻低；

低残渣；

易返排；

热稳定性；

抗剪切稳定性。

一、压裂液类型,1.水基压裂液,类型,水,稠化水,水基冻胶,清水+稠化剂等,清水+稠化剂+交联剂+破胶剂等,稠化剂,作用:

增加粘度；

降低滤失；

悬浮和携带支撑剂。

种类:

植物胶；

植物胶衍生物；

纤维素衍生物；

工业合成聚合物。

交联剂,作用:

交联聚合物线性大分子，形成网状体型结构,种类:

两性金属、含氧金属,破胶剂,作用:

使冻胶压裂液降解（化水）,种类:

氧化破胶剂、生物酶体系、有机弱酸,油基压裂液:

碳酸铵盐、氧化钙、氨水,水基压裂液的适用性:

大多数储层；

不适宜于低压储层；

不宜用于油湿地层；

不能用于强水敏地层。

优点:

成本低；

安全；

缺点:

伤害（水敏、油水乳化、残渣）；

2.油基压裂液,组成:

油+增稠剂+交联剂等,油:

原油、柴油、煤油及凝析油,优点:

避免水敏；

自动破胶；

摩阻高；

风险大；

高温稳定性差；

适用性:

3.乳化压裂液,组成:

油+水+表面活性剂等,水相,水,盐水,稠化水,水冻胶,酸类,醇类,油相,原油,成品油,凝析油,乳化类型,油包水,水包油,优点:

地层伤害小；

摩阻较高；

抗温性较差；

成本高；

4.泡沫压裂液,定义:

气体分散于液体的分散体系。

组成:

水相+气相+气泡剂,水相,稠化水,水冻胶,酸液,气相,CO2,N2,醇液,空气,特点:

地层伤害小，摩阻小，效率高，抗温性差。

二、压裂液添加剂,additive,1.pH调节剂,作用:

控制交联剂和交联时间所要求的pH值；

加速/延缓聚合物的水合作用；

保证压裂液处于破胶剂的有效作用范围。

常用pH调节剂:

氢氧化纳、碳酸氢纳、磷酸氢钠、醋酸钠、甲酸、醋酸等,2.杀菌剂,3.粘土稳定剂,KCl,稳定机理:

通过阳离子防止阳离子交换阻止粘土颗粒扩散。

特点:

效果好，但有效期短。

季胺,稳定机理:

带正电的基吸附在带负电的粘土质点，其烃链从质点向外伸展形成“有机屏障”保持粘土颗粒呈不分散状态。

阳离子型,稳定机理:

吸附粘土表面，束缚微粒迁移和膨胀。

作用时间长。

4.破乳剂,5.降滤剂,类型:

硅粉、乳状液、油溶性树脂。

5.其它添加剂,抗温剂、气泡剂、减阻剂、转向剂等,第二大节,三、压裂液流变性,rheologicalproperty,压裂液流变性:

指压裂液在外力作用下产生运动和变形特性的关系。

水、活性水、稠化水、油,冻胶、粘弹性聚合物、泡沫压裂液,泡沫压裂液,1.压裂液的流变性,牛顿型：

非牛顿型,幂律型：

视粘度：

圆管稠度系数：

裂缝稠度系数：

宾汉型：

2.压裂液流变性的测定方法,3.压裂液的摩阻计算,管路摩阻,射孔孔眼摩阻,Esso公司公式：

Amoco公司公式：

缝流摩阻,四、压裂液的滤失性,滤失过程:

压裂液造壁性控制的压裂液经过滤饼向地层滤失（滤饼区），然后是压裂液粘度控制的滤液侵入地层过程（侵入区），最后是受地层流体压缩性和流动控制的第三个区域（压缩区）。

1.压裂液的造壁性滤失系数,静态造壁性滤失系数：

修正：

用途:

静态滤失系数用于筛选评价压裂液,用途:

动态滤失系数为压裂设计提供参数,2.受压裂液粘度控制的滤失系数,假设条件:

侵入符合达西定律；

活塞驱动,压裂液的实际滤失速度：

积分求L，回代达西定律,滤失系数：

3.受地层流体压缩性控制的滤失系数,4.综合滤失系数,调和法：

分压降法：

非造壁液：

造壁液：

例:

已知油层渗透率K=2.510-3m2，孔隙度=0.2，地层流体粘度R=2mPas，综合压缩系数cf=610-3MPa-1，压裂液粘度f=2mPas，压裂液造壁性滤失系数cw=1.810-3mmin0.5，裂缝壁面内外压差p=18MPa。

求综合滤失系数c。

五、压裂液对储层的伤害与保护,液体污染:

粘土水化和微粒运移；

压裂液滞留；

润湿性。

固相堵塞,压裂液浓缩,作业,作业1：

已知油层渗透率K=2.510-3m2，孔隙度=0.2，地层流体粘度R=3mPas，综合压缩系数cf=610-3MPa-1，压裂液粘度f=2mPas，压裂液造壁性滤失系数cw=1.810-3mmin0.5，裂缝壁面内外压差p=18MPa。

&

3支撑剂,proppant,支撑剂：

作用：

要求:

承受高闭合应力；

密度低；

化学惰性；

粒度均匀、圆球度好，粒径尽量大；

杂质少；

货源充足，价格便宜。

140MPa,2g/cm3,200盐水,一、支撑剂类型,1.硬脆性支撑剂,硬脆性支撑剂:

指支撑剂硬度大，在闭合应力下不宜变形的支撑剂。

类型:

石英砂、陶粒。

石英：

应用比重:

石英砂的特点:

破碎后仍具有一定的导流能力；

密度相对较低；

可作为降滤剂；

适合于低闭合应力地层；

价格便宜。

产地:

新疆、兰州、福州、岳阳、内蒙,中强度陶粒：

制造:

铝矾土或铝质陶土,组成:

铝质+硅质+其它氧化物,产地:

宜兴,高强度陶粒：

铝矾土或氧化铝,组成:

氧化铝+氧化硅+氧化铁+氧化钛,产地:

成都、唐山,陶粒的特点:

强度高；

导流能力高；

导流能力递减慢；

密度高；

价格高。

2.韧性支撑剂,韧性支撑剂:

在较高闭合压力作用下相对容易变形而不破碎的支撑剂。

树脂砂、核桃壳。

树脂砂,预固化树脂砂,可固化树脂砂,3.支撑剂在闭合应力下的状态,嵌入岩层,破碎,受压变形,二、支撑剂性能,1.支撑剂物理性质,粒度组成及分布；

圆球度及表面光滑度；

浊度；

密度；

酸溶度；

抗压强度。

真密度、视密度,？

测定支撑剂性能,2.支撑剂导流能力,定义:

支撑剂在储层闭合压力下通过或输送储层流体的能力，表示为Kfw，单位m2cm。

FRCD,fractureconductivity,分类,短期导流能力,长期导流能力,评价和选择支撑剂,压裂效果评价,支撑剂类型和形状对导流能力的影响,表1我国部分支撑剂导流能力（铺砂浓度5.0kg/m2）,支撑剂粒度组成的影响,铺砂浓度的影响,铺砂浓度,支撑剂质量的影响,地层条件的影响:

闭合压力；

岩石硬度；

环境条件（地层流体介质和地层温度）。

压裂液的影响,流动条件的影响:

非达西效应；

多相流效应；

承压时间。

三、支撑剂选择,1.裂缝导流能力确定原则,图版法,辛科准则,垂直缝：

水平缝：

2.支撑剂类型,闭合应力法,石英砂,40MPa：

高强度陶粒,40MPa：

井深法,石英砂,3000m,陶粒,3000m：

3.支撑剂粒径的选择,考虑因素:

裂缝宽度；

输送要求。

4.支撑剂铺砂浓度,缝长,导流能力,支撑剂粒径,铺砂浓度,闭合压力,第三大节,&

4水力压裂裂缝延伸模拟,压裂模型的分类,集总参数模型,拟三维模型,全三维模型,二维模型,一、卡特面积公式,假设条件：

压裂液沿裂缝面垂直、线性向地层流失；

滤失速度取决于该点暴露于压裂液的时间；

忽略流体压缩性；

裂缝中各点压力相同，等于井底注入压力。

原理：

物质平衡原理，注入裂缝的液量等于裂缝体积增量与滤失量之和。

根据Carter模型的几何假设，上式改写成：

进行Laplace变换，可解出裂缝壁面面积：

erfc（x）为x的误差补偿函数：

对于垂直对称双翼裂缝，如果已知缝高Hf，则单翼缝长为：

对于水平裂缝，裂缝半径为：

二、PKN模型,PKN模型是由Perkins&

Kern提出，Nordgren加以完善。

其几何模型如图所示。

假设条件：

裂缝高度为常数，垂直于缝长方向横截面为椭圆；

压裂液沿缝长作稳定的一维层流流动，且沿裂缝壁面线性流失；

沿缝长方向的压降完全由流体的流动阻力引起，在裂缝延伸前缘，流体压力等于地层最小水平主应力；

t时刻x断面上悬浮最大宽度与缝中静压力成正比；

注液排量保持恒定。

对于注入时间t，基于物质平衡原理，可得到裂缝中x断面处流体流动连续性方程：

基于弹性力学理论，可得到裂缝张开宽度方程：

1.牛顿型压裂液,Lamb研究了压裂液在椭圆裂缝中流动时的压力梯度为：

1）不滤失情形（qL=0）,Perkins&

Kern忽略面积A随时间的增加而引起的流量降低，导出下面计算公式：

对于单翼缝：

对于双翼缝：

2）滤失情形,当滤失系数相当大的时候A/tqL。

忽略A/t的影响，Nordgren按Laplace变换求解裂缝几何尺寸：

思考：

计算裂缝尺寸的步骤？

2.幂律型压裂液不滤失,由幂律型压裂液在两平行裂缝壁面间的流变学特征，流体视粘度为：