《增产增注讲义》PPT课件.ppt

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1、水井增注技术,油田开发生产情况概述,油藏类型多样：油藏的几何形态及边界（块状，层状，透镜体，小断块）流体性质（天然气、凝析气、挥发性、高凝油、稠油、常规原油）渗流特征（孔隙性，裂缝及孔隙性）,油田开发过程复杂勘探与钻井完井与试油生产与修井增产与增注,给注水、采油带来困难，为提高原油采收率，必须开展增产增注技术研究与应用！,油水井增产增注措施是通过消除井筒附近的伤害或在地层中建立高导流能力的结构来提高油井的生产能力。水力压裂和酸化是常规增产措施。近几年来，高能气体压裂、爆炸压裂、酸化压裂、干法压裂、高渗透层压裂、水平井压裂、层内爆炸压裂等在油田逐渐开始试验和应用。一些物理法增产措施也开始应用于油

2、水井的增产增注，如：声波、高压水射流、电法、微生物等。增产措施的方法随着油田的开发，一些新的问题的出现，还会有新的技术措施不断涌现出来。上述各项技术目的都是提高生产指数，以增加产量或降低注入压力。,油水井增产增注措施的基本原理,水力压裂:利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高压，当压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层产生裂缝。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，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，使井达到增产增注目的工艺措施。压裂增产增注原理:降低了井底附近地层

3、中流体的渗流阻力；改变流体的渗流状态。使原来的径向流动改变为油层与裂缝近似性的单向流动和裂缝与井筒间的单向流动，消除了径向节流损失，大大降低了能量消耗。,一、水力压裂理论与技术,对均质未压裂地层，其模式为径向流，不同的等压线为大小不同的以井底为圆心的同心圆。油井压裂后，其流动模式发生改变，出现三个阶段：地层深部流体以拟径向或椭圆径向方式流入近裂缝地带；近裂缝地带的流体沿着垂直裂缝面的方向线性流入裂缝；流体沿裂缝直线流入井底。合并，最后形成双线性流动模式。裂缝导流能力：裂缝宽度与填砂裂缝裂缝渗透率的乘积流体效率：停泵时缝中剩余流体体积与注入总体积的比值。,压裂增产机理,研究方法：电模拟,未污染井

4、压裂增产机理研究：为油井无裂缝和有裂缝两种情况,无缝井流型 电位分布曲线图,特征：(1)等位线间隔较大，表示压降坡度小；(2)间隔均匀，表示压力呈线性递减；(3)流线趋于平行，表示流动趋于单向流。增加裂缝宽度，或者增大裂缝渗透率，电位椭圆线则发生如下变化：(1)电位椭圆变得十分扁平；(2)电位线间隔变大，表示压降减小；(3)间隔更加均匀，表示压力呈线性降低；(4)流线更接近平行线，表示流动接近单向流。,有裂缝油井的流型图,污染井,1.造缝机理,图1 压裂过程井底压力变化曲线,造缝条件及裂缝的形态、方位等与井底附近地层的地应力及其分布、岩石的力学性质、压裂液的渗滤性质及注入方式有密切关系。在致密

5、地层内，当井底压力达到破裂压力后，地层发生破裂，然后在较低的延伸压力下，裂缝向前延伸。对高渗或微裂缝发育地层，压裂过程中无明显的破裂显示，破裂压力与延伸压力相近。,1.1 地应力及其分布,(1)地应力地应力：作用在单元体上的垂向应力来自上覆层的岩石重量，它的大小可以根据密度测井资料计算：由于油气层中有一定的孔隙压力(即油藏压力或流体压力)，故有效垂向应力可表示为：,岩石处于弹性状态，垂向主应力与水平应力的关系：实际上岩石不一定都处于弹性状态，根据研究最大、最小水平主应力与垂向应力的关系为：,说明最小周向应力发生在x的方向上，而最大周向应力却在y的方向上。随着的增加，周向应力迅速降低。,(2)井

6、壁上的应力1)井筒对地应力及其分布的影响 在无限大平板上钻了圆孔之后，将使板内原是均匀的应力重新分布，造成圆孔附近的应力集中。,当，时，,说明圆孔壁上各点的周向应力相等，且与值无关。,当，时，,图2 无限大平板中钻一圆孔的应力分布,2)井眼内压所引起的井壁应力压裂过程中，向井筒内注入高压液体，使井内压力很快升高。井筒内压必然产生井壁上的周向应力。根据弹性力学中的拉梅公式(拉应力取负号)：当re=、pe=0及r=ra时，井壁上的周向应力为：,3)压裂液径向渗入地层所造成的井壁应力 由于注入的高压液体在地层破裂前，渗入井筒周围地层中，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

7、值为：4)井壁上的最小总周向应力 在地层破裂前，井壁上的最小总周向应力应为地应力、井筒内压及液体渗滤所引起的周向应力之和，即：,1.2 造缝条件,(1)形成垂直裂缝当井壁上存在的周向应力达到井壁岩石的水平方向的抗拉强度时，岩石将在垂直于水平应力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。造缝条件为：当多孔介质中存在有孔隙压力(油藏压力)的情况，有效应力为：,当产生裂缝时，井筒内注入流体的压力即为地层的破裂压力，所以：由于最小总周向应力发生在、的对称点上，垂直裂缝也产生与井筒相对应的两个点上(、)。理论上垂直裂缝是以井轴为对称的，实际上由于地层非均质性和局部应力场的影响，产生

8、的裂缝往往是不对称的。,(2)形成水平裂缝 假设由于液体滤失也增大垂向应力，增加量和水平方向的情况一样，那么垂向的总应力为：有效垂向应力为：将有效应力及代入得到：形成水平缝的条件是：,(3)破裂压力梯度(破裂梯度)破裂梯度：地层破裂压力与地层深度的比值。理论上讲，破裂梯度值为裂缝破裂时的有效破裂压力与压裂层的中部深度的比值。实际上各油田的破裂梯度值都是根据大量压裂施工资料统计出来的，破裂梯度值一般在下列范围：(1518)(2225)用破裂梯度的大小估计裂缝的形态：一般认为小于1518时形成垂直裂缝，大于23时则是水平裂缝。因此深地层出现的多为垂直裂缝，浅地层出现水平裂缝的几率多。,2.压裂液,

9、(1)压裂液的作用前置液：破裂地层并造成一定几何尺寸裂缝。在温度较高的地层里，它还可起一定的降温作用。前置液一般用未交联的溶胶。携砂液：将支撑剂带入裂缝中并将支撑剂填在裂缝内预定位置上。也有造缝及冷却地层的作用。携砂液由于需要携带比重很高的支撑剂，必须使用交联的压裂液。顶替液：中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有预防砂卡的作用；注完携砂液后要用顶替液将井筒中全部携砂液替入裂缝中，以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。,(2)压裂液的性能要求 前置液及携砂液，都应具备一定的造缝能力并使裂缝壁面及填砂裂缝有足够的导流能力。滤失少悬砂能力强摩阻低 稳定性配伍性 低残渣易返排货源广、便于配制、价钱便宜,

10、2.1 压裂液类型,(1)水基压裂液：水溶胀性聚合物经交链剂交链后形成的冻胶。成胶剂：植物胶、纤维素衍生物、合成聚合物。交链剂：硼酸盐，钛、锆等。破胶剂：过硫酸胺、高锰酸钾和酶等。(2)油基压裂液：对水敏性地层，多用稠化油，基液为原油、汽油、柴油、煤油或凝析油，稠化剂为脂肪酸皂。(3)泡沫压裂液：基液多用淡水、盐水、聚合物水溶液；气相为二氧化碳、氮气、天然气；发泡剂用非离子型活性剂。多用于低压低渗油气层改造,2.2 压裂液滤失性,压裂液滤失到地层受三种机理控制：压裂液的粘度，油藏岩石和流体的压缩性及压裂液的造壁性。(1)受压裂液粘度控制的滤失系数 当压裂液粘度大大超过油藏流体的粘度时，压裂液的

11、滤失速度主要取决于压裂液的粘度。滤失系数为：滤失速度为：,(2)受储层岩石和流体压缩性控制的滤失系数 当压裂液粘度接近于油藏流体粘度时，控制压裂液滤失的是储层岩石和流体的压缩性。(3)具有造壁性压裂液滤失系数 添加有防滤失剂的压裂液的滤失速度将受造壁性控制。滤失速度：则滤失速度：实验压差与实际施工过程不一致时，应进行修正,图4 静滤失仪示意图,图5 静滤失曲线,图6 动滤失仪示意图,图7 动、静滤失曲线比较图,(4)综合滤失系数实际压裂过程中，压裂液的滤失同时受三种机理控制，综合滤失系数如下：C由滤失带压力差控制的，C是由压缩带压力差控制的，C由滤饼内外压力差控制的，根据分压降公式可以得到综合

12、滤失系数的另一表达式：,(5)摩阻计算 压裂液从泵出口经地面管线井筒射孔孔眼进入裂缝，在每个流动通道内都会因为摩阻而产生压力损失，压力损失愈大，造缝的有效压力就愈小。一般情况下，由于地面管线比较短，其摩阻可忽略。1)油管内摩阻2)射孔孔眼摩阻3)裂缝内摩阻压力降,3.支撑剂,水力压裂的目标是在油气层内形成足够长度的高导流能力填砂裂缝。填砂裂缝的导流能力是在油层条件下，填砂裂缝渗透率与裂缝宽度的乘积，常用FRCD表示。导流能力也称为导流率。,3.1 支撑剂的要求,(1)粒径均匀，密度小(2)强度大，破碎率小(3)园球度高(4)杂质含量少(5)来源广，价廉,3.2 支撑剂的类型,按其力学性质分为两

13、大类：脆性支撑剂：如石英砂、玻璃球等 特点:硬度大，变形小，在高闭合压力下易破碎；韧性支撑剂：如核桃壳、铝球等 特点:变形大，承压面积大，高闭合压力下不易破碎。目前矿场上常用的支撑剂有两种：一是天然砂和陶粒；二是人造支撑剂（陶粒）。压裂中曾使用过核桃壳、铝球、玻璃珠等支撑剂，由于强度、货源和价格等方便的原因，现多已淘汰。,(1)天然砂天然砂广泛使用于浅层或中深层的压裂。天然砂的主要矿物成分是粗晶石英，没有晶体解理，石英砂的最高使用应力为21.035.0MPa。(2)人造支撑剂(陶粒)陶粒的矿物成份是氧化铝、硅酸盐和铁钛氧化物；强度很高，因此它能适用深井高闭合压力的油气层压裂陶粒的密度高，给压裂

14、施工带来一定的困难，对压裂液性能要求高。,(3)树脂包层支撑剂优点：树脂薄膜包裹起来的砂粒，增加了砂粒间的接触面积，提高了抵抗闭合压力的能力；树脂薄膜可将压碎的粉砂包裹起来，减少了微粒间的运移与堵塞孔道的机会，从而改善了填砂裂缝导流能力。树脂包层砂总的体积密度较低，便于悬浮，降低了对携砂液的要求。树脂包层支撑剂具有可变形的特点，使其接触面积有所增加，可防止支撑剂在软地层的嵌入。,3.3 支撑剂在裂缝内的分布,支撑剂在裂缝内的分布状况，决定了压裂后填砂裂缝的导流能力和增产效果。(1)全悬浮型支撑剂分布高粘压裂液：是指压裂液粘度足以把支撑剂完全悬浮起来，在整个施工过程中没有支撑剂的沉降，停泵后支撑

15、剂充满整个裂缝内，因而携砂液到达的位置就是支撑裂缝的位置。这种压裂液称为全悬浮压裂液。,裂缝内砂浓度与地面砂比的关系裂缝内的砂浓度(裂缝内砂比)：是指单位体积裂缝内所含支撑剂的质量。裂缝闭合后的砂浓度(铺砂浓度)：指单位面积裂缝上所铺的支撑剂质量。地面砂比有两种不同的定义方法：单位体积混砂液中所含的支撑剂质量；支撑剂体积与压裂液体积之比。在t时间内从此单元含砂液中滤失的体积百分数为：,滤失体积百分数则为：经滤失后的缝内砂浓度为：由公式看出：要求缝内保持一定的砂浓度(相当于一定的导流能力)时，地面砂浓度随着注入单元体积而变化。以注入单元体积数S代替n,则从缝的前端向井底进行计算时，用(Sr-S)

16、代替指数S:,由于滤失速度是随时间而变化的，把滤失时间取平均值，则为：停泵时缝内液体体积为：在忽略裂缝内流动阻力的情况下，可以认为裂缝内的FRCD从缝端到井底是线性增加的，因而要求砂浓度呈线性增加。,全悬浮型支撑剂分布特点适合于低渗透率地层:不需要很高的填砂裂缝导流能力就能有很好的增产效果。支撑面积大:能最大限度地将压开的面积全部支撑起来。(2)沉降型支撑剂分布由于剪切和温度等降解作用，压裂液在裂缝内的携砂性能并不能达到全悬浮，在裂缝延伸过程中，部分支撑剂随携砂液一起向缝端运动，另一部分则可能沉降下来。支撑剂沉降速度、砂堤堆起高度等都与裂缝参数(长、宽、高)有关。,1)支撑剂在缝高度上的分布

17、携带支撑剂的液体进入裂缝后，固体颗粒主要受到水平方向液体携带力、垂直向下重力以及向上浮力的作用，当颗粒相对于携带液有沉降运动时，还会受到粘滞阻力作用。液体的流速逐渐达到使颗粒处于悬浮状态的能力，此时颗粒停止沉降，这种状态称为平衡状态。平衡时的流速称为平衡流速，即携带颗粒最小流速。在此流速下，颗粒沉积与卷起处于动平衡状态,图10 颗粒在缝高上的浓度分布,平衡状态下，垂直裂缝剖面上可以分为四个区域：区域：沉降下来的砂堤，砂堤的高度为平衡高度；区域：在砂堤面上的颗粒滚流区；区域：悬浮区，虽然颗粒都处于悬浮状态，但不是均匀的，存在浓度梯度；区域：无砂区 在平衡状态下增加地面排量，则、与区均将变薄，区则

18、变厚；如果流速足够大，区可能完全消失。进一步增加排量，缝内的浓度梯度剖面消失，成为均质悬浮流。用低粘压裂液携带支撑剂时，平衡流速和砂堤的堆起速度是很重要的。,2)平衡流速平衡流速定义式为：砂堤的平衡高度：汤姆斯解法：利用颗粒自由沉降速度与阻力速度的比值，先得到阻力速度，再利用此阻力速度求出平衡流速。定义式：牛顿液体：,非牛顿液体：阻力速度与平衡流速的关系可用下二式表示：(层流)(紊流),我国矿场上常以砂比(小数或百分数)表示加砂浓度，砂比是砂堆体积与压裂液体积之比，此时砂液混合物的密度将是：垂直缝是以井轴为对称的两条相等的缝，则进入单翼缝中的流量，应为地面总排量的一半。,3)砂堤的堆起速度 砂

19、堤的堆起速度与缝中的实际流速和平衡流速的速度差有关。当缝中流速达到平衡流速时，砂堤停止增高，处于平衡状态，因此：C值为砂子与压裂液的体积比，即砂比S。,4)平衡时间 假设砂堤达到平衡高度的95，就认为已经达到平衡高度，此时函数:所以：,3.4 支撑剂的选择,支撑剂的选择主要是指选择其类型和粒径，选择的目的是为了达到一定的裂缝导流能力。研究表明：对低渗地层，水力压裂应以增加裂缝长度为主，但为了有效利用裂缝也需要有足够的导流能力；对中高渗地层，水力压裂应以增加裂缝导流能力为主。,图11 石英砂与陶粒的导流能力对比图,影响支撑剂选择的因素有：支撑剂的强度 一般地，对浅地层且闭合压力不大时使用石英砂；

20、对于深层且闭合压力较大时多使用陶粒；对中等深度的地层一般用石英砂，尾随部分陶粒。粒径及其分布 大粒径支撑剂在低闭合压力下可得到高渗透的填砂裂缝，对疏松或可能出砂的地层，要根据地层出砂的粒径分布中值确定支撑剂粒径，以防止地层砂进入裂缝堵塞孔道。,支撑剂类型 从图中可以看到：在低闭合压力下，陶粒和石英砂支撑裂缝的导流能力相近，在高闭合压力下，陶粒要比石英砂所支撑裂缝的导流能力大一个数量级；同时也可以看到铺砂浓度愈大，导流能力也愈大。其它因素支撑剂的嵌入：颗粒在高闭合压力下嵌入到岩石中，由于增加了抗压面积，有可能提高它的抵抗闭合压力的能力，但由于嵌入而使裂缝变窄，从而降低了导流能力。支撑剂的质量、密

21、度以及颗粒园球度等也都会影响裂缝的导流能力。,4.压裂设计,压裂设计的任务：根据地层条件和设备能力优选出经济可行的增产方案。压裂设计的基础：包括油藏压力、渗透性、水敏性、油藏流体物性以及岩石抗张强度等。压裂设计的方法：根据油层特性和设备能力，以获取最大产量或经济效益为目标，在优选裂缝几何参数基础上，设计合适的加砂方案。压裂设计方案的内容包括：裂缝几何参数优选及设计；压裂液类型和配方的选择；支撑剂选择及加砂方案设计；压裂效果预测和经济分析等。对区块整体压裂设计还应包括采收率和开采动态分析等内容。,4.1 影响压裂井增产幅度的因素,油层特性：压裂层的渗透率、孔隙度、流体物性、油层能量、含油丰度和泄

22、油面积等；裂缝参数：填砂裂缝的长、宽、高和导流能力。麦克奎尔与西克拉用电模型作出了垂直裂缝条件下增产倍数与裂缝几何尺寸和导流能力的关系曲线。该曲线的假设条件：拟稳定流动；定产或定压生产；正方形泄油面积；外边界封闭；可压缩流体；裂缝穿过整个产层。,图12 麦克奎西克拉垂直裂缝增产倍数曲线,无因次导流能力,增产倍数,缝长与油井半径之比,从图中可以看出：裂缝导流能力愈高，则增产倍数也愈高，造缝愈长，倍数也愈高。从增长倍数曲线可以得到如下结论：在低渗油藏中，增加裂缝长度比增加裂缝导流能力对增产更有利。而对高渗地层正好相反，应以增加导流能力为主。对一定的裂缝长度，存在一个最佳的裂缝导流能力。,4.2 裂

23、缝几何参数计算模型,目前矿场上使用的设计模型有二维(PKN、KGD)，拟三维(P3D)和真三维模型。二维模型假设裂缝高度是常数，即流体仅沿缝长方向流动；拟三维模型和真三维模型缝高沿缝长方向是变化的，不同的是前者裂缝内仍是一维流动(缝长)，后者在缝长、缝高方向均有流动(即存在压力降)。,(1)卡特模型（裂缝面积公式）1957年，卡特在考虑了液体渗滤条件下，导出了裂缝面积公式，基本假设为：裂缝是等宽的；压裂液从缝壁面垂直而又线性地渗入地层；缝壁上某点的滤失速度取决于此点暴露于液体中的时间；缝壁上各点的速度函数是相同的；裂缝内各点压力相等，等于井底延伸压力。,Geertsma和de-klerk裂缝线

24、性扩展示意图,水力压裂过程中，注入裂缝中的压裂液，一部分滤失于地层，一部分使裂缝的体积增加，即：1)滤失量：面积是时间函数：所以：,2)裂缝体积变化：3)裂缝面积用拉氏变换得到裂缝面积公式：对于垂直裂缝，已知缝高H，假设裂缝是对称于井轴为的两条，则缝长为：对于水平裂缝，裂缝半径R(m)为：,(2)PKN模型（泊金-克恩裂缝缝宽公式）PKN模型是Perkins，Kern和Nordgren三人提出的，它是目前应用较多的二维设计模型，其基本假设如下：岩石是弹性、脆性材料，当作用于岩石上的张应力大于某个极限值后，岩石张开破裂；缝高在整个缝长方向上不变，即在上、下层受阻；造缝段全部射孔，一开始就压开整个

25、地层；裂缝断面为椭园形，最大缝宽在裂缝中部；缝内流体流动为层流；缝端部压力等于垂直于裂缝壁面的总应力；不考虑压裂液滤失于地层。,图13 PKN，KGD模型裂缝示意图,对于偏心度为零的椭园管、牛顿液体条件下：裂缝内的压力分布和缝宽公式为：对非牛顿液液体，裂缝最大缝宽为：裂缝的平均宽度：,用解析方法求解裂缝几何参数时，常把PKN缝宽公式与卡特面积公式联立，给定一个缝宽，通过迭代求解和。Nordgren提出用体积平衡法进行修正，只能用数值方法求解，表达式为：边界条件：初始条件：岩石剪切模量：,x=0，W=Wmaxx=L，W=0,t=0，x=0,3)KGD模型 假设条件为：地层均质，各向同性；线弹性应

26、力一应变；裂缝内为层流，考虑滤失；缝宽截面为矩形，侧向为椭园形。基本方程：井底最大缝宽：单翼缝长：,(4)吉尔兹玛模型 吉尔兹玛等人基于牛顿液体推导了缝长和缝宽的计算式，流动方程采用了泊稷叶理论，岩石破裂方程是英格兰与格林提出的。吉尔兹玛采用了合理的边界条件，缝端部的闭合圆滑，并考虑了液体滤失。对于垂直裂缝，当岩石泊松比v时，吉尔兹玛方程为：缝长：缝口宽度：岩石的剪模量：,4.3 压裂效果预测,压裂效果预测有增产倍数和产量预测两种。垂直缝的增产倍数一般可用麦克奎尔西克拉增产倍数曲线确定；水平缝可用解析公式计算，产量、压裂的有效期和累积增产量等的预测可用典型曲线拟合和数值模拟方法。(1)增产倍数

27、计算 增产倍数是压裂前后油气井采油指数的比值，它与油层和裂缝参数有关。,对垂直缝压裂井 压裂后的增产倍数可用麦克奎尔西克拉增产倍数曲线确定。对水平缝压裂井 增产倍数：,图14 水平缝压裂前后油层中压力分布,(2)Agarwal典型曲线预测压裂井产量 1979年Agarwal用数值模拟方法预测了压裂井压后产量随时间变化，并绘制了计算图版，可以预测压裂井的产量。基本假设：油层流体微可压缩，且粘度为常数；导流能力为常数；不存在井筒存储和井筒附近的油层损害；边界影响可忽略；忽略气体紊流影响。,图15 Agarwal曲线,无因次时间：无因次产量倒数：(油)，(气)无因次导流能力：预测产量方法：由地层参数

28、和裂缝参数计算给定生产时间的无因次时间，由和查曲线确定，再由无因次产量倒数公式计算油或气井产量。,4.4 裂缝参数设计方法,预测不同裂缝长度和导流能力下的产量优选裂缝参数选择支撑剂类型尾随东方陶粒体积和尾随比的确定 尾随段长度为：其它设计参数：平均砂比、排量，最大砂比、生产压差。压裂液选择,图16 产量与缝长和无因次导流能力关系,4.5 水力压裂设计步骤,(1)压裂设计解决的两大类问题：在给定地层压力，从增产倍数出发，在若干个压裂液、啊及其不同组合的若干方案中选择最优方案；从设备能力（包括配液能力）和现有条件出发，预测不同方案的增产能力，选择最佳方案。(2)水力压裂的一般步骤：油层参数（Re、

29、Hr、h、Pr、K、Tr、Dt、De等）压裂液参数（K、n、C等）支撑剂参数施工参数（破裂压力梯度、泵排量等）,(3)裂缝面积、缝长、缝宽设计计算地面、地下破裂压力、裂缝闭合压力等；确定不同裂缝单位面积上砂浓度在闭合压力下的导流能力；麦克奎尔-西克拉先对导流能力计算，并计算不同穿透比时的增产倍数；确定填砂裂缝面积；利用PKN模型计算铺砂浓度；根据优化目标筛选最佳裂缝几何参数。,(4)液量和砂量的确定 综合滤失系数的计算；利用卡特模型已知缝面积计算施工时间和液量；砂量：铺砂浓度裂缝面积支撑剂分布状况：缝中沉降速度、沉降时间等。(5)压裂液注入及加砂程序 前置液、携砂液、顶替液的用量，多级注入程序

30、等。(6)压裂效果预测(7)压裂工艺的确定：施工设备、施工管柱等设备：储罐；泵车；混砂车；运砂车；管汇车；仪表车（压裂指挥车）；消防车.,油井压裂增产应注意以下问题：,（1）中低渗透层压裂，效果比较明显。（2）当裂缝渗透率高于地层渗透率10000倍以上时，地层阻力会大大降低，增产倍数高。（3）油井压裂效果与地层压力有近似直线关系。在相同条件下地层压力越高，增产倍数越大，也就是说地层压力高，压裂效果好。选井,低渗透砂岩油藏改造技术,一、概述二、低渗透油藏开发面临形势及矛盾三、水力压裂技术四、区块整体压裂开发技术五、压裂配套工艺技术,1、低渗透油藏砂岩基质渗透率小于10-3m2的油藏2、分类标准不

31、同国家分类不同，主要有以下几种分类标准：前苏联5010010-3m2低渗透美 国1010-3m2好 1010-3m2 低渗透中 国105010-3m2 低渗透11010-3m2 特低渗0.1110-3m2 超低渗,（一）低渗透油藏及分类,一、概述,3、孔隙度渗透率统计（国内）,孔隙度一般8-18，渗透率低于1010-3m2的占20%,（一）低渗透油藏及分类,1、油层内部渗流困难，供油能力差；2、弹性能量开采时间短，油层压力递减快；3、由于岩石的孔喉半径小，油层容易受到伤害4、断层和天然裂缝比较发育；5、整体开发效益通常低于中高渗透常规油田。,（二）低渗透油藏特征,（三）储量分布 低渗透砂岩油田

32、在世界范围内分布广泛，对世界能源贡献具有重要作用。随着全世界对能源需求的不断增加，越来越多的难动用储量近年来相继投入开发，这其中有很大一部分就是低渗透油田。国外：美国、加拿大、澳大利亚、俄罗斯等国内：分布与国内的各大油田,到2004年，我国陆上探明低渗透油田的储量为52.1108t，动用地质储量近27108t，动用程度52%。低渗透油田广泛地分布在我国21个油气区内，长庆、四川几乎全部为低渗透油气田，吐哈、吉林、二连等油田低渗透储量也占50%以上，在陆上低渗透探明储量中胜利、新疆等油田分别约占15%。,2、国内低渗透砂岩油田储量分布及动用概况,这些油区共动用低渗透地质储量22亿吨，占全国的80

33、以上。,1、低渗透油藏开发面临形势,二、低渗透油藏开发面临形势及矛盾,含水上升快，采液指数下降，单井产量低，稳产和提液难度较大。,油层改造措施增油效果逐年下降，压裂后含水上升快，有效期短。,注入水的水质不合格，造成已开发区欠注较为严重、难以保持需要的地层压力，单井产量下降快。,(1)需要进行大规模压裂改造;(2)油藏埋藏深、温度高、井身结构复杂给压裂酸化所需材料、设备、施工工艺配套提出了更高要求，增加了施工难度.,新投入开发的油田由于地层能量补充不及时造成有效期缩短 老油田开发由于压裂注水开发后对剩余油分布认识不清，导致压裂目的不明确，工艺措施针对性不强，效果不理想。统计近年来胜利油田重复压裂

34、改造井41井次，有效率不到50，有效期短60-70d，单井增产幅度小。,2）油井压裂效果变差，特别是重复压裂改造。,2、低渗透油藏开发矛盾,提高低渗透油藏开发效果的关键是保持地层能量，通过各油田注水现状分析证明，水质仍难以达到注水要求。尽管目前污水处理设备有了长足的改善，但固相颗粒直径与固体含量仍达不到注入要求，特别是小段块油田。,）注水仍旧是低渗透油田开发中最尖锐的矛盾,（1）水质不达标,2、低渗透油藏开发矛盾,层间物性差异，造成纵向上吸水不均衡、以及注采对应性差、井间连通性差等，造成注水效果变差。,）注水仍旧是低渗透油田开发中最尖锐的矛盾,（3）层间影响,4）未开发储量储层含油丰度降低，自

35、然产能变差，新建产能对配套工艺技术的要求更高。,5）层多、层薄、小断块、构造复杂 胜利油田全油区72个低渗透区块2220个小层，平均单层厚度3.6m，最小的单层均厚度0.2m，最大单层平均厚度12.8m。如纯41块纯化镇组油层16层22.4m，平均单层1.4m，红一组油层10层18.4m，平均单层1.84m，且一般产层岩石应力高于隔层岩石应力，易造成裂缝向夹层延伸。,膨胀性粘土矿物含量高易造成水敏；伊利石和高岭石易造成速敏；储层微裂缝发育，应力敏感性强；绿泥石易造成酸敏。,6）储层敏感性强,低渗透砂岩油藏改造技术,一、概述二、低渗透油藏开发面临形势及矛盾三、水力压裂技术四、区块整体压裂开发技术

36、五、压裂配套工艺技术,1947年，水力压裂增产作业首次在美国进行；六十年代后，成为单井主要增产增注措施。我国已探明的低渗透地质储量约40亿吨，占全部探明储量的24.5%，这部分储量只有通过压裂改造才能具备工业开采价值。近30年来，压裂技术得到很大发展，形成适应于不同温度条件的压裂液体系、适合不同闭合压力条件的支撑剂体系，研制出性能更佳的新设备，创建了新的设计模型和分析、诊断方法，压裂工艺技术日趋完善。,三、水力压裂技术,水力压裂技术系统可分为设计、实施、评估三个基本环节，主要包括:压前地层评估、压裂材料优化选择、压裂工艺技术、压裂实施及水力裂缝诊断与压后评估。,1.压前地层评估技术压前地层评估

37、技术主要包括油藏特征分析、测井分析、岩石力学参数解释、不稳定试井分析、小型压裂分析、试挤及油藏模拟等技术。,（一）水力压裂技术,（1）小型压裂及压前试挤的必要性 小型压裂和大型压裂的区别在于前者不加砂，而后者加砂。小型压裂一般采用变排量施工，将施工排量由小到大逐渐提高，来计算地层的延伸压力和最佳排量。通过小型压裂，可以计算油层的有效渗透率、压裂液的滤失系数、压裂裂缝高度、地层的闭合应力、孔眼摩阻等参数。利用这些参数进行大型加砂压裂方案的优化设计，确定前置液的比例、加砂量的多少，从而保证压裂施工顺利进行。,小型压裂分析主要包括：阶梯排量测试，确定延伸压力经验公式计算滤失系数阶段压力降测试天然裂缝

38、发育特征分析（G函数导数分析）压力降落分析解释技术由二维方法已经发展到全三维解释方法，即利用净压力模拟分析计算地层的滤失系数、裂缝几何尺寸，提高了结果的精确程度。,(2)小型压裂分析,由于小型压裂的投入基本上与大型压裂相同，因此在一口井上进行小型压裂和大型压裂的费用相当于两次压裂，这样投资是比较大的。为减少投入，可采用另外一种成本较低的测试方法，即试挤。试挤是简化了的小型压裂，它只可定性的描述地层特征。试挤就是用一辆或几辆700型水泥车进行挤注测试。,(3)试挤,2.压裂工艺技术,基本原理(如前所述),(1)常规压裂工艺技术,适用于一个压裂层段内有两个小层，而且夹层小的薄互层井。压裂时先压开一

39、个小层，当加砂结束后，利用已压开层吸收液量大的特点，投可溶性高强度蜡球或橡胶炮眼球，暂时封堵已压开层的炮眼，然后逐步提高施工排量，致使第二个小层压开裂缝，从而达到一个压裂井段内压开多层的目的。这项技术施工简便，时间短，又因同一压裂井段小层间压差小，不易造成窜槽。,多裂缝投球压裂工艺,适用条件：针对小夹层多个薄互层(小层数多于5层以上)的压裂。其层间地应力差异小，其它压裂工艺（多裂缝投球压裂、限流法压裂）无法使用。使用较大压裂施工排量压开夹层，实现一次压裂多个小层目的。,限流压裂工艺,5、压后评估技术,压裂前后井温测井,压后评估技术、井温测井、同位素测井、试井分析、压力降落诊断、压裂效果评价,低

40、渗透砂岩油藏改造技术,一、概述二、低渗透油藏开发面临形势及矛盾三、水力压裂技术四、区块整体压裂开发技术五、压裂配套工艺技术,低渗透油田整体压裂开发配套技术,低渗透油田整体改造开发技术模式以油藏精细描述为基础以压裂工艺改造为主导 重视储层保护 优化开发井网 保持地层能量 实现供采平衡,设计思想:单井增产措施的优化 区块压裂方案的优化 整体改造开发方案的优化 总体目标：采油速度和采收率、开发效益,四、区块整体压裂开发技术,低渗透砂岩油藏改造技术,一、概述二、低渗透油藏开发面临形势及矛盾三、水力压裂技术四、区块整体压裂开发技术五、压裂配套工艺技术,五、压裂配套工艺技术,1、射孔方案优化技术,射孔与压

41、裂起裂密切相关，对裂缝扩展和几何尺寸产生直接影响，应针对 不同的储层条件选择合适的射孔方式，并进行优化，特别对于多层薄层、致密地层选择何种射孔方式对于压裂改造至关重要。,一个复杂的、曲折的裂缝网络连接着近井筒和水力裂缝主体。这个近井筒的裂缝曲折的存在是导致许多压裂作业提前脱砂、砂堵的原因。解决“裂缝弯曲”摩阻的方法之一即利用射孔优化技术。即利用射孔孔数、射孔相位来消除“裂缝曲折”摩阻。,近井筒区域产生的多条裂缝“曲折”,孔眼裂缝的多条裂缝,裂缝高度影响因素：分层应力、杨氏模量、波松比、压裂液利用率、产层厚度等,技术措施：优化射孔方案、人工应力遮挡、压裂工作液选择及施工参数优化,2、控制裂缝高度

42、压裂技术,油溶性转向剂,转向压裂,压裂广泛应用于低渗油藏中、高渗的问题压裂最早在委内瑞拉将压裂和防砂两种工艺结合应用于中高渗油藏，但未得到广泛应用。到1984年，Smith等人首次发表了以充填宽裂缝为主要目的的“端部脱砂压裂”技术，将中高渗的压裂推向工业应用的新阶段。,2-1 前 言,二、高渗透油层压裂,问 题：常规防砂方法虽然能在一定时间内达到防砂目的，但通常是以较大程度地牺牲油井的部分产能为代价。中高渗油层不仅在井底地带普遍存在污染，而且地层深部的渗透率因生产过程中的微粒运移也会不断下降，有的相当严重。常规解堵方法不仅有效期短，且不能解决地层深部的伤害解除和防范问题。,（1）中高渗油藏开发

43、的问题及压裂的原因,压裂原因：近井地带解堵及穿过地层伤害带防砂（形成有效防砂带）：通过优选填砂粒径及其匹配 减少颗粒运移和沥青质产生;提高油藏与井筒间的连通性.油井增产：降低生产压差,（2）高渗层压裂的关键：端部脱砂(TSO)技术 在水力压裂过程中，抑制裂缝的进一步延伸并允许成缝以后扩张和充填，造出短而宽的裂缝的技术（3）高渗层压裂的结果：能超越近井伤害地带，产生负表皮效应。,（4）高渗层压裂的应用 防砂常规防砂方法（化学和机械）缺点：不能克服井底固有的污染带；使油井产能进一步损失；提高产量必须放大压差，但导致地层砂不断向井底地带运移，产能下降。地层出砂的岩石破坏机理：拉伸破坏、剪切破坏、粘结

44、破坏和孔隙坍塌。,（5）高渗层压裂裂缝的作用缓解或避免岩石的破坏（相同产量可保持低压差）高渗裂缝的解堵作用及双线性流动作用，使油井产能提高2-3倍。在相同产量下，压后压差可降低2倍以上，流体压力梯度会有大幅度降低。,裂缝支撑带对地层微粒的桥堵（类似井底砾石充填）根据地层微粒的粒径分布规律和砾石充填中选择砾石大小的准则，可以选择压裂砂粒径规格。必要时可以选择充填涂料砂或在近井的缝口段充填涂料砂，以提高裂缝对地层砂的桥堵作用。,2-2 高渗层压裂的发展,（1）砾石充填 砾石充填指将精选的一定尺寸的砾石充填在地层和井间，以便阻止经过孔隙介质运移的油藏岩石颗粒进入井内的方法。滤砂管是用来保持砾石充填位

45、置的装置。这种阻止油藏岩石颗粒进入油井中的方法会引起颗粒在近井区域沉积和砾石充填后渗透率的降低(即伤害)。（2）水平井开发,（3）压裂充填 压裂和砾石充填的结合。既要在地层压开并充填支撑裂缝，又要在井底进行绕丝筛管砾石充填。作业可分一次或两次完成。主要用于井底污染较严重、目的层松软、出砂严重的情况。优点：利用了裂缝的防砂作用、解堵导流增产作用；绕丝筛管砾石充填防砂作用，比单纯的砾石充填防砂效果好，且解堵增产。缺点：作业较复杂,（4）压裂防砂 不进行井内砾石充填，单纯依靠压裂作业达到防砂和解堵增产作用。适用的地层应有一定的硬度以保证裂缝闭合后能挤住填砂裂缝使压裂砂不返进井内。对软地层裂缝用固结剂

46、固结，稍硬地层则不用。,2-3 端部脱砂技术,端部脱砂压裂技术是一种非常规的压裂技术，当裂缝达到预定的缝长时，前置液全部滤失完，这时在裂缝端部将发生脱砂(即砂堵)，裂缝净压力急剧升高，迫使裂缝在宽度方向上发展，以获得比常规压裂宽几倍至几十倍的支撑裂缝。施工：端部脱砂压裂是在水力压裂过程中有控制的使支撑剂在裂缝的端部脱出，形成砂堵，阻止裂缝继续向前延伸，同时以一定排量继续泵注高砂比压裂液，迫使裂缝膨胀变宽，从而造出一条较高导流能力的裂缝。,中高渗油层压裂实现短宽裂缝的原因,无因次裂缝导流能力的大小，代表了裂缝实际导流能力和自然渗透能力的差异大小，当该值较大时，才能形成明显的双线性流动形式。当压裂

47、层K值较大时，限制缝长（分母）并尽可能产生较高缝导流能力（分子）才能获得较高的无因次裂缝导流能力。,脱砂带的形成过程：砂浆进入裂缝之后，前置液继续快速滤失，砂浆前缘逐渐向裂缝周边运移，然后开始在周边地带的某一局部区域形成砂桥。,随着液体的继续滤失，砂浆前缘进一步外移，已形成的砂桥会沿着周边方向逐渐接续，最终形成封闭性周边脱砂带。脱砂带封闭以后，在后续流体的推动下，砂浆仍试图向裂缝周边靠近，部分液体会渗滤到脱砂带的外侧，砂粒被挡在脱砂带内侧，脱砂带厚度逐渐积聚增大。,（1）端部脱砂技术,脱砂之后缝内状态示意图,裂缝扩展的力学条件：裂缝扩展的物质条件：供液速度 滤失速度,脱砂带对裂缝扩展的控制作用

48、原理,造缝(与传统压裂相同)和缝拓宽、充填(端部脱砂),端部脱砂技术中的缝宽扩张,（2）难点 控制、检测（3）与常规压裂不同点滤失其一是因为高渗层是典型软地层并且弹性模数值低；其二是因为流体体积相对较小而滤失量很高(高渗透性可压缩油藏流体和非造壁性压裂液)。充填缝内砂浆前缘提前到达裂缝边缘，从而限制缝长和缝高的进一步增长，促使缝宽增大。,2-4 处理方法设计和实施,（1）作业程序）射开产层；2）下入砾石充填筛管防砂装置；3）用酸浸泡清洗孔眼；4）测试并解释处理前诊断数据；5）在诊断、检查设计变量基础上设计端部脱砂泵送方案；6）充填结束或作业管中留下足以形成环空充填体积后，进行端部脱砂处理；7）

49、降低泵速到12桶/分，打开环空阀循环并充填、候凝；8）当油压达到安全上限后停泵；9）准备投产。,（2）注意问题射孔：孔数测试：基础机械设备：高支撑剂浓度大功率设备,（3）理论,（4）压裂工艺及设计造缝到出现顶端脱砂阶段（低砂比携砂液）；裂缝膨胀变宽及支撑剂大量充填阶段（高砂比携砂液）,端部脱砂压裂过程可分为两个阶段：造缝到出现端部脱砂的常规压裂；裂缝膨胀变宽及支撑剂大量充填阶段。对第一阶段采用常规压裂的拟三维或全三维压裂模型进行设计，对第二阶段则以第一阶段结束时的参数为为初始参数，通过物质平衡或其它方法进行压裂设计。端部脱砂压裂施工的成功率取决于压裂设计的合理性。其中压裂液的滤失系数最为关键，

50、因此应准确的取值，一般可通过小型压裂来确定。,（5）端部脱砂压裂适用范围,端部脱砂压裂技术主要适用于中、高渗油气藏和不稳定松软地层的油井解堵、防砂。可形成高导流能力的裂缝。该技术已作为一种新的完井方法，与其它方法配合成功地进行各类油气藏的完井。在一些胶结较差的油气层，应用端部脱砂压裂与砾石充填、筛管等方法配合完井，可以有效地防砂。,三、酸 化,前 言（1）增产增注原理：解堵；提高油层渗透率（2）优点：规模小，经济投入小（3）缺点：与压裂比提高产能的潜力有限；易造成新的伤害,酸化原理:通过酸液对岩石胶结物或地层孔隙、裂缝内堵塞物的溶蚀作用，提高地层孔隙和裂缝的渗透性。酸化分类：按照工艺可分为酸洗