第11章压裂施工.ppt

《第11章压裂施工.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第11章压裂施工.ppt（86页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、1,第11章 压裂施工,11.2 完井11.3 射孔11.4 压裂施工的地面设备11.5 井底压力测量和分析11.6 支撑剂回流控制11.7 返排对策11.8 质量保证和质量控制11.9 健康安全和环境 附录,11.1 引言,2,第11章 压裂施工,11.1引言压裂施工是检验压裂设计是否正确的唯一办法。施工质量的好坏直接关系到增产措施的成败。本章介绍了在现场成功实施油井增产措施的作业程序和所有应注意的事项。讨论了直井、斜井和S形井。本章还详细地介绍了影响施工质量的因素，在施工过程中的监测技术和整体作业技术。压裂施工需要考虑最佳的完井和射孔方案、适当的施工设计、施工排量、压力以及流体特性的控制和

2、监测等。,3,第11章 压裂施工,11.1 引言11.3 射孔11.4 压裂施工的地面设备11.5 井底压力测量和分析11.6 支撑剂回流控制11.7 返排对策11.8 质量保证和质量控制11.9 健康安全和环境 附录,11.2 完井,4,11.2 完 井,大部分井筒是垂直的，并设计成单根的生产套管。其他类型：（1）斜井（2）水平井（3）多层完井（4）多底井,5,11.2 完 井,11.2.1 斜井和S型井的完井对高斜度井，需弄清井筒倾角、地层就地应力场（决定裂缝方位）和可能的裂缝集合之间的关系等。对S型完井，井和裂缝的连通性很重要（尤其在高渗透裂缝中，在低渗透层中不是主要问题）。对高渗裂缝，

3、不过是S形的井筒和1800相位的射孔，或是沿井筒轨迹开缝，都是有效的。建议（从采用工程方面考虑）：井筒方向与裂缝方向一致。井筒的方向可以是垂直的，也可以是水平的。,6,11.2 完 井,11.2.2 水平井和多底井的完井水平井需要特殊的完井过程考虑压力、排量，还需考虑铺砂问题（是铺置到储层内部还是沿着储层铺置）多底井可以提供较好的泄油面积和利于管理。(参看第一章中对井的流动通道与特殊的地质流动单元相匹配的讨论）,7,11.2 完 井,11.2.3 小眼井和单一井完井优点：使用小眼井和单一井可以井底钻井和完井成本。缺点：1.小管径禁止使用特殊的压裂用管，因而也限制了施工压力 2.减小了井筒直径，

4、摩阻升高，限制了排量和施工规模，降低了压裂施工效率 3.限制了井下工具的使用，即不能使用层位隔离工具而不能进行多层压裂施工,建议：如果是必须使用小眼井完井技术，那么完井设计应规定使用厚壁管作为套管，这样就能允许较高的泵入排量和较高的施工压力。,8,11.2 完 井,11.2.4 层位隔离要求层位隔离的条件：井筒通常要穿过几个主要的油层，这些层位都要进行水力压裂，为了保证每个层位都能有效地进行压裂施工，层位间需要进行隔离。有些方法是非常有效的隔离方法，一般只有当几个地层在带有水泥环的套管外是相互隔离的才能使用这些方法。,9,11.2 完 井,11.2.4.1 水泥环的重要性在生产和压裂施工期间，

5、水泥环必须提供层位间隔。对于生产井，套管和地层之间的水泥密封必须要严密，以防止流体从环形区域穿过（参看11A）。压裂压力对水泥和套管或水泥和地层之间粘结张力的影响尚不十分清楚。水力压裂对水泥的最终影响很难预测（如水力压裂以后的声波测井表明，裂缝间隔之间的水泥胶结被损坏，但是井筒上部的水泥胶结仍然完好）。,10,11.2 完 井,11A 水泥边界完整性的影响因素（E.B.Nelson）注水泥作业就是将水泥放入套管和与井筒相连的地层之间的环形空间的过程，注水泥的主要目的就是在井筒内提供一个地层隔层。生产井：储层液体沿水泥壳层的交叉流动而损失，或地下流体从其他层位灌入生产层。水力压裂施工：液体通过不

6、良的水泥壳层大量流失，会导致不希望的裂缝高度延伸或脱砂。影响水泥壳层提供的隔层的因素：泥浆清除不完全、水泥的渗透率（对水的渗透率0.1mD)、水泥体积膨胀、环空液体运移）,11,11.2 完 井,11.2.4.2 裂缝位置控制控制压裂液流向的最可靠方法：将射孔限制在一个单层，当要压裂一口井的几个层位时，各个层位可以相互隔离，并且逐个单层进行压裂。最好是首先压裂最深的层位。另一种多层压裂技术是扰形管传输（参考11B），其他可使用的多层压裂技术在第10章中有讨论。,12,11.2 完 井,11B 连续油管传输的压裂施工（Sunil N.Gulrajani）一般过程：（1）在压裂施工的前一天，对施工

7、的目标产层进行射孔。（2）使用仪表环以确保在井筒内没有由附着物，管子的损坏或射孔毛刺等引起的限制。（3）为了进行多段压裂施工，隔离最低射孔段，为了越过产层，隔离感兴趣的段位。（4）按设计进行压裂施工。（5）返排连续油管串中存留的支撑剂。（6）对于多段压裂施工，重复隔离步骤，对井筒内的每个射孔段进行压裂和支撑剂返排。,13,11.2 完 井,11B 连续油管传输的压裂施工（Sunil N.Gulrajani）连续油管压裂施工依靠两项已开发的技术：能进行层位隔离和返排的井下系统（BHA）降低压裂液的摩阻，以便在很小的连续油管交叉面积内达到压裂施工所要求的注入速度。（使用粘弹性表明活性剂VES，低摩

8、阻、无伤害）,14,11.2 完 井,11.2.4.3 机械桥塞机械桥塞是最可靠的射孔层位间进行间隔的机械方法。管柱操作：桥塞可回收钢丝绳操作：桥塞不可回收,15,11.2 完 井,11.2.4.4 砂堵在压裂施工以后，利用砂堵可以进行层间间隔。方法：将需要盖住射孔间隔的砂加入套管中，通过对套管加压来测试砂堵，然后对下一个层位进行射孔和压裂，当所有的层位都压裂完毕，再使用常规方法或扰形管柱，将砂子从井筒内循环出来。在顶部射孔以上所需的砂量一般不多，可使用线性流达西定律计算求得：式中qi排量，bbl/min；P压降，psiA面积，ft2；粘度，cPK渗透率，D；L 长度，ft,16,11.2 完

9、 井,11.2.4.5 裂缝挡板使用目的：控制流体的流向。使用方法：裂缝挡板为套管管柱的一部分，放在产层的间隔之间。在最低的产层射孔和压裂以后，将一个球从套管中落下，这个球座封在挡板上，并阻止液体向下流动，然后可对下一个层位进行射孔和压裂。,当使用挡板隔离多个产层时，一定要特别小心放置挡板，挡板的尺寸是从顶部到底部逐渐减小，即最底部的挡板的直径最小。,17,11.2 完 井,11.2.4.6 桥塞和封隔器使用时机：当完井过程不允许从最下层开始，然后逐渐层向上进行分层压裂时，则必须将桥塞和封隔器结合起来使用。这样可以跨越一定的间隔并提供一种特别可靠的隔离方法，这些可回收的工具可以很容易地移动并覆

10、盖住任何的间隔。,如果裂缝达到封隔器上部的射孔，支撑剂有可能进入环形区域，封隔器顶部的少量支撑剂可能粘附在工具上。,18,11.2 完 井,11.2.4.7 转向优点：控制液体流向，可连续进行施工，经济省时。缺点：使用转向材料，使得压裂效果不能达到最佳效果。,岩盐和苯酸之类的桥塞材料容易导致过顶替。球密封效率很难预测。,19,11.2 完 井,11.2.4.8 限流压裂限流压裂施工目的：使压裂液同时进入多层地层。限流压裂技术：利用泵入期间射孔孔眼产生的压差，使压裂液转向进入几个不同的射孔区间（参看11C和第10章），通常需要5001000psi的压差才能足以控制整个压裂液的流向。通过控制射孔的

11、孔径和数量来限制进入给定层位的总流量。,20,11.2 完 井,11C 水力压裂期间的多层注入剖面评估（J.L.Elbel）压裂几个层位的常用方式是射孔限流技术。在考虑孔眼摩阻的同时，必须考虑一些其他的影响每层的注入速率的地层参数，如裂缝高度、地层模量和当前效率等。参数关系：式中：pf裂缝压力；min 最小应力；粘度；E平面应变模量；qi注入速度；t 时间；hf缝高。,21,11.2 完 井,假定在同一时间开始向每一层注入，在任一时间qiA与qiB的比可表示为：式中n幂律指数 效率可由下式确定效率：,22,11.2 完 井,对多于二个层位的情况，单一层位的注入速率qii与N个层位总注入速率qi

12、j的比为：式中 s携砂液密度；nperf孔眼数；dpsi孔眼直径。大多数情况下都忽略层位之间的套管摩阻，因为它比裂缝内的静压力要小得多。,23,第11章 压裂施工,11.1 引言11.2 完井11.4 压裂施工的地面设备11.5 井底压力测量和分析11.6 支撑剂回流控制11.7 返排对策11.8 质量保证和质量控制11.9 健康安全和环境 附录,11.3 射孔,24,11.3 射 孔,11.3.1 背景 射孔孔眼为井筒和储层之间提供的一种连通方式，而在压裂期间，射孔孔眼是裂缝和井筒之间的液体流动通道。射孔参数对压裂施工质量有很大影响，射孔参数主要是指：射孔器的尺寸和类型炸药类型射孔密度射孔相

13、位间隔长度射孔方向,25,11.3 射 孔,对于任何类型的井，都有另外两个额外的与射孔有关的参数，它们也会影响孔眼系统的选择：射孔以后，水泥与岩石表面水力粘结的完整性；在孔眼孔隙中残留的砂粒，特别是对基质处理。,26,11.3 射 孔,11.3.2 对坚硬岩石水力裂缝的射孔相位11.3.2.1 无微环隙，垂直井假设：最佳水力裂缝平面是垂直的,对垂直井，在整个范围内都能直接连通。干气井、在射孔前进行液体抽汲的井，用小空心传导管射孔器的井和用低射孔密度空心传导管射孔器的井等，对于维持良好的水泥胶接，裂缝只能从孔眼处起裂，从而消除了裂缝在水泥和岩石胶接面周围起裂的可能。,27,11.3.2 对坚硬岩

14、石水力裂缝的射孔相位11.3.2.1 无微环隙，垂直井研究表明：水力裂缝平面在300以内，1800相位的射孔，能够为孔眼和裂缝之间提供良好的连通（这种良好的连通能使多裂缝重叠和裂缝拐弯减至最小，因而也使得随缝宽的限制最小）。建议：如果1800相位的射孔，不能使其方位在300水力裂缝平面内，为了良好的裂缝连通，则推荐使用600相位射孔。假定只有这些射孔与初始裂缝平面相连通，要达到与裂缝直接连通的1800相位同样数量的射孔数，则必须要有三次600相位的射孔，这些假定也包含起裂时没有多个平行裂缝，当然增加600相位的射孔密度就不需假定不存在微环隙。,28,11.3 射 孔,11.3.2.2 张开的微

15、环隙，垂直井/垂直裂缝微环隙：会引起水泥/岩石胶结表面开裂，与孔眼无关（除非射孔是与水力裂缝平面成100角范围内)。当裂缝不从孔眼起裂时，流动通道通过微环隙连通，原来的微环隙从岩石表面进一步扩大。然而，狭窄的裂缝入口会引起大的压降和靠近井筒处的支撑剂桥塞。表1垂直井的射孔比较，有微环隙，无定向,29,11.3 射 孔,11.3.2.2 张开的微环隙，垂直井/垂直裂缝如果变窄的点大于多裂缝，则应使用600相位的射孔器，然而600相位的射孔器可能制造出更多的裂缝，且需要比1200相位射孔多2倍的射孔密度，因为3个孔眼中只有一个与裂缝相连通。其他一些射孔方案：使用大排量的前置液，使用高粘度液体和支撑

16、剂段塞，通过限制微环隙周围的流体连通，以减少裂缝变窄及拐弯和多裂缝，从而控制靠近井筒处的脱砂。,30,11.3 射 孔,11.3.2.3 张开的微环隙，斜井和水平井/垂直裂缝对任意方向的斜井，期望的裂缝几何尺寸：沿井筒的射孔长度上，生成一条双翼裂缝，然后逐渐形成一条水力裂缝面。如果井筒是在水力裂缝平面内，裂缝从套管顶部或底部的射孔起裂。推荐使用1800相位射孔器。在大多数情况下，为了使不相连的多裂缝起裂最少，射孔段为10ft是最合适的。井斜大于750（水平井），当水力裂缝平面与井交叉接近900时，射孔应以最大的射孔密度和多相位角，集中在小于3ft长的长度范围内，从而时孔眼和裂缝的连通达到最佳。

17、,31,11.3 射 孔,11.3.3 其他压裂射孔考虑11.3.3.1 穿透深度对于压裂射孔，孔眼穿透进入地层的深度不超过46英寸，因为从孔眼起裂的裂缝通常都是从靠近水泥和岩石胶接表面开始，并朝最佳水力裂缝平面延伸。射孔器的穿透性能应综合考虑套管的孔眼尺寸，该尺寸必须能接受砾石充填。,32,11.3 射 孔,11.3.3.2 射孔段当井的射孔部分与水力裂缝平面成一直线时，应考虑限制射孔段的长度，特别是对相对较厚的部分，它可能被支撑裂缝覆盖。限制靠近产层中心的射孔段的另一个考虑是有助于端部脱砂的垂向限制。限制的射孔段增加了含砂液滤失的垂向裸露。在端部脱砂的压力上升期间，它增加了液体浓度并有助于

18、桥塞。11.3.3.3 大应力差大的应力差有利于使用600相位的射孔器，以使射孔面与水力裂缝平面成一直线，它们若不成一直线，就会增加裂缝的起始压力，并增加微环隙变窄的影响。,33,11.3 射 孔,11.3.3.4 射孔密度和孔眼直径套管射孔的直径、每孔的注入排量、希望的孔眼摩阻和液体性能决定了最小的射孔密度。非交联流体的孔眼摩阻ppf为：式中 流体密度，lbm/gal qi 注入排量，bbl/min/每孔 Cd无量纲流量系数 D 射孔套管直径，in,34,11.3 射 孔,11.3.4 裂缝及充填和大排量水充填对于裂缝及充填和大排量水充填的射孔要求同内部砾石充填是相同的，如果计划的裂缝放置不

19、完全成功，这些类似的要求是为了保证良好的砾石充填。砾石充填的射孔要求：当流体流过含有充填砾石的套管/水泥通道时产生最小的压力降落。11.3.5 没有砾石充填滤网的防砂压裂对于地层的预处理，或泵入硬化树脂涂层支撑剂，或随同支撑剂一起泵入碎纤维等方法，可以完成没有砾石充填滤网的防砂压裂，除了树脂预处理以外，这些技术都是控制支撑剂反流，并提供一种过滤，以防止出砂。,35,11.3 射 孔,11.3.6 超平衡压裂超平衡（EOB）：在射孔过程中使用很高的过平衡压力（称为超平衡射孔或EOP），或称快速超压射孔和高能激化。一般使用加压气体（通常是N2），压力梯度1.42.0psi/ft，将各种液体注入地层

20、。其主要目的是在水力压裂施工前或在液体动态分流以前就制造出一条裂缝。假定从孔眼处开始水力连通前，井筒套管突然增压会使任何环隙闭合，所需要的高裂缝压力梯度至少是一下四种情况的结果：动态裂缝起裂大于静态裂缝起裂靠近井筒的孔隙压力与静态注入增加的压力要低在孔眼通道内驻留碎砂石限制了液体注入和孔眼的增压缺少微环隙及孔眼与起始的水力裂缝平面不成一直线,36,11.3 射 孔,11.3.7 井和裂缝的连通性在压裂施工期间，裂缝从井筒的起裂到它的延伸平面之间会出现拐弯，这会导致裂缝内的压力升高或脱砂，甚至会制造一个单翼裂缝。Chen和Economides（1998）研究表明：由于在低渗和高渗地层中没有足够的

21、裂缝和导流能力而导致的靠近井筒处的节流影响，低渗透地层中井的性能降低不明显，在高渗地层井的性能降低却是明显的（从理想值50到75）。由于这些影响，对于高渗地层的压裂，S型的井是比较理想的。另外最近提出的一种新方法是在压裂射孔前，使用喷射切割技术，沿着垂直井制造一个平行与裂缝平面的凹槽。,37,第11章 压裂施工,11.1 引言11.2 完井11.3 射孔11.5 井底压力测量和分析11.6 支撑剂回流控制11.7 返排对策11.8 质量保证和质量控制11.9 健康安全和环境 附录,11.4 压裂施工的地面设备,38,11.4 压裂施工的地面设备,典型压裂施工的设备布置,39,11.4 压裂施工

22、的地面设备,11.4.1 井口隔离作用：特殊的隔离工具或井口保护装置可以保护井口装置由高压、腐蚀性液体及携砂液的磨蚀等造成的伤害，井口的额定压力通常低于压裂施工时的泵注压力。井口安全装置是安装在现有的采油树上的，工作筒通过采油树上的阀门伸进油管，工作筒上有橡胶帽与油管壁密封，以防止液体或压力直接作用与采油树。安装了井口安全装置以后，井口的工作压力可达20000psi，压裂施工结束以后，工作筒从采油树内泵出，然后关闭井口阀门。,40,11.4 压裂施工的地面设备,11.4.2 精制施工钢管压裂施工所用的精制钢高压管线的尺寸由预计的排量和压力决定，类似的管线比更大口径的管线具有更高的最大施工压力限

23、制。压裂液体流速：45ft/s（以减少对管线的磨蚀，高于这个速率的长时间泵入，会磨损施工管线）,41,11.4 压裂施工的地面设备,11.4.2 精制施工钢管精制钢管不应有焊缝或用裸露的螺纹连接。为了消除焊缝和裸露螺纹，精制钢管需用单个的金属连接件连接，两个施工钢管之间的连接应有不加压的连接件（这种方式是为了防止连接螺纹接触施工压力）。压裂施工期间施工管线可能有移动或轻微震动，应使用旋转活接头。,42,11.4 压裂施工的地面设备,11.4.2.1 检查阀在施工管线上安装检查阀（只允许单向流动），一旦停泵，它就会自动关闭，这可使井内压力与检查阀的另一端相隔离，防止井内液体回流。当泵压突然消失时

24、，这种阀门对井的控制是很重要的。例如，当施工管线出现故障时，在这种紧急情况下，没有时间去关闭井口阀门，但检查阀可自动地立即关闭。在高压施工管线上可以使用两种类型的检查阀。在施工主管线使用止回阀，在氮气或二氧化碳的施工管线上可使用带突板的球阀。,43,11.4 压裂施工的地面设备,11.4.2.2 泄压管线当井口阀门关闭时，用泄压管线释放高压施工管线内的压力，泄压管线不用作井内液体的返排，返排管线用作井内液体长时间的返排。泄压管线应置于检查阀和井口控制阀之间，泄压管若放错位置，在井口和检查阀之间就会憋压，并在拆卸施工管线时造成事故。,44,11.4 压裂施工的地面设备,11.4.3 高压泵高压泵

25、位置应尽量靠近混砂车，以便混砂车上的排出泵以足够的压头将携砂液输入到高压泵的吸入管汇。大型压裂施工使用多台泵，连接使用管汇车（有助于低压吸入端及高压排出端的连接）。当泵入高浓度支撑剂时，在混砂车和高压泵吸入管汇之间需要循环管线。高浓度的支撑剂在低的泵入速率和低粘度液体的情况下，很可能在吸入管汇里发生沉降。循环管线可保持吸入管汇内的液体流动，以防止支撑剂沉降，泡沫压裂施工通常需要循环管线。,45,11.4 压裂施工的地面设备,11.4.4 混合设备过程控制的混合设备：可计量连续的混合聚合物含砂液、浓缩的氯化钾溶液和液体添加剂。在整个压裂施工过程中，过程控制的支撑剂混合设备使用计算机精确计量砂液比

26、，这种精密混合能力对于逐渐改变支撑剂浓度是很理想的，它可以达到理想的最佳支撑剂铺置。混合设备以规定的密度，程序化地对支撑剂、干的添加剂、液体添加剂和压裂液等自动进行混合和计量，支撑剂浓度可精密控制。误差可控制在+0.5%之内。,46,11.4 压裂施工的地面设备,11.4.5 支撑剂存储和输送现场支撑剂存储需考虑的因素：支撑剂的总体积、支撑剂的输送速率和各种不同支撑剂的种类。压裂施工期间应尽量少移动支撑剂输送车辆。可采用立式储仓（可储存4000ft3的支撑剂）。,47,11.4 压裂施工的地面设备,11.4.6 必要的传感器信号为评价压裂施工所需要的大多数参数都来自传感器。通常需要显示和记录的

27、参数为：压力、密度、排量、温度、PH值和粘度11.4.6.1 压力测量压力传感器测量敏感性材料的变形，以提供压力读数。要准确地知道施工压力，测量压力的主要传感器应尽可能靠近井口，尤其要注意将压力传感器放在检查阀靠近井口的一端（保证泵注停止后能有效地测量压力）。,：除了使用主传感器外,还应使用验证和校验主传感器，以防止主传感器发生故障。,48,11.4 压裂施工的地面设备,11.4.6.2 密度测量密度测量采用放射性密度计（利用测量液对伽马射线的吸收原理）。组成：在管线一面的放射源在管线另一面的伽马射线探测器提供读出信号的电子线路,原理：随着液体流过管线，放射源发出的伽马射线的衰减与液体的密度成

28、比例，探测器检测穿过液体的伽马射线并转换成电信号，电子线路板将电信号变成密度指标，密度高的物质吸收更多的射线，导致探测到的伽马射线更少。,49,11.4 压裂施工的地面设备,11.4.6.3 流量测量涡轮流量计、磁性流量计、孔板流量计（计量气液）为了精确计量N2和CO2的流量，应使用孔板流量计。11.4.6.4 数据采集和过程控制计算机监测系统具有两大作用：数据采集：可以跟踪和记录数字传感器的输入，进行数据实时处理。过程控制：根据预先的计划控制添加速率，控制混合和泵入的过程等。计算机控制压裂施工有助于消除认为的错误。,50,11.4 压裂施工的地面设备,11.4.7 设备放置在计划泵入设备放置

29、时，必须注意几点：设备放置在离井口至少50ft远的地方如果现场有起吊设备，则设备应放在起吊设备的吊臂之外对高压泵入设备，不允许人员靠近泵的液体端如果现场设备是远方操作，操作人员应远离高压管线如果现场有N2和CO2设备，它们应距离其他设备和井口至少60英尺,51,第11章 压裂施工,11.1 引言11.2 完井11.3 射孔11.4 压裂施工的地面设备11.6 支撑剂回流控制11.7 返排对策11.8 质量保证和质量控制11.9 健康安全和环境 附录,11.5 井底压力测量和分析,52,11.5 井底压力测量和分析,用作井底压力计的三种类型的压力传感器：应变式电容式石英晶体原理：所有的这些压力传

30、感器都是利用机械位移产生压力信号，当压力作用于传感器时,一个元件发生弹性变形并变换成电信号的相应变化，测量这个电信号，从而得到压力。所有的井底压力传感器都带有温度传感器。因而可以对压力传感器进行温度校正。,53,11.5 井底压力测量和分析,11.5.1 由地面的测量计算井底压力可以用地面测量的压力推断井底压力，但一般可以用以推断的数据很少。除非孔眼摩阻、液体摩阻和静水压为已知。计算的井底压力与实际的井底压力的相符程度主要取决于液体摩阻数据的精度:液体的摩阻和它对计算的井底压力的影响随着管径的减小而增大。为确定井底压力和净压力，对闭合压力、孔眼摩阻和液体摩阻的工程评估可使用分为标定和应用阶段的

31、方法进行计算。标定阶段：主要测量压裂液的管线摩阻（液体可含有或不含支撑剂）应用阶段：将标定的结果同现场的泵入试验相匹配，产生一幅合理的实时净压力图。,54,11.5 井底压力测量和分析,11.5.2 带存储器的井底压力表特点：在压裂施工期间，可将压力表放到井底去记录压力，可将其放在气举工作筒内，或用油管底部的封闭端同压力表上部的孔眼相连，或放在压裂层位下部的封隔器内，当压裂施工 结束以后取出压力表，并卸载数据作分析处理。缺点：1）数据存在压力表的存储器内，所以不能立即使用这些数据2）由于压力表放在井底，如果某一个操作或压力表发生异常，直到施工结束以后都不能发现和检查3）如果施工时间延长，可能影

32、响记录的数据，因为它有一个时间限制（可使用压力释放的记录器克服时间限制）4）仪器可能会丢失5）压裂施工以后，必须要使用导线或油管将仪表取出,55,11.5 井底压力测量和分析,11.5.3 导线传输的压力表可得到实时的井底压力数据。在油管/封隔器结合作用的情况下，导线帮扎在油管外，压力表放在封隔器上部的侧孔位置，当压裂施工从环空泵注时，油管端部是敞开口的，导线传输的压力表可在油管内测量靠近井底的压力。可使用下式计算液体阻力引起的导线张力增量。式中 T导线张力，lbf/ft Td泵注前的导线自重，lbf Ts导线强度，lbf/ft Dp管线直径，in Dw导线直径，in ppipefrictio

33、n压裂液在指定泵注速率下的管线摩阻，psi,56,11.5 井底压力测量和分析,上式有几个限制：无摩阻降低液体（即水）的湍流流动；平行导线和管子粗糙；导线上没有动态负载影响（无振荡）。11.5.4 连续油管传输的压力计装载位置：装在连续油管端部测量井底压力来进行实时压裂压力分析，也可进行其他的测量，如井底温度和套管接箍定位器等数据。井底温度可以用来计算由温度变化引起的管子应力，井底温度计也可用来进行压后温度测井。,57,11.5 井底压力测量和分析,11.5.5 测量选择下表列出了压裂施工的各种井结构的情况：表2 实时测量选择,58,第11章 压裂施工,11.1 引言11.2 完井11.3 射

34、孔11.4 压裂施工的地面设备11.5 井底压力测量和分析11.7 返排对策11.8 质量保证和质量控制11.9 健康安全和环境 附录,11.6 支撑剂回流控制,59,11.6 支撑剂回流控制,问题的提出：研究表明，在有些情况下，压裂施工以后的支撑剂会随着油气生产而回流，而且压裂液的摩擦力会将支撑剂带出。回流的支撑剂对生产设施和管线会产生磨损，在排液和生产期间，支撑剂回流会阻碍液体的流动。回流原因：1、低闭合压力和较宽裂缝；2、裂缝内支撑剂沉降不均匀，导致闭合压力发生变化。解决办法：强制闭合、树脂冲洗、使用硬树脂包裹的支撑剂和纤维等。,60,11.6 支撑剂回流控制,11.6.1 强制闭合强制

35、闭合：泵注一停止就开始液体返排。优点：在孔眼处发生相反的脱砂（即裂缝闭合在低于要求的稳定圆顶上）。因此，在裂缝中的支撑剂沉降以前裂缝就闭合。11.6.2 树脂冲洗树脂冲洗技术：在施工结束后向裂缝内泵入可固化的树脂，理论上是使树脂包裹裂缝中靠近井筒处的支撑剂，并通过聚合物交联作用固化，用一个额外的后冲洗，以保证树脂不会充满支撑剂充填的孔隙。缺点：很难在整个长度上用树脂覆盖，而后又冲洗整个处理体积，在固化以后还需要钻开多余的树脂并排出井筒。,61,11.6 支撑剂回流控制,11.6.3 树脂包裹的支撑剂随同支撑剂一起使用可固化的酚醛树脂是控制支撑剂回流的常用方法，可对裂缝中放置的全部或部分（尾追）

36、支撑剂使用。在足够的闭合压力、关井时间和温度下，树脂同裂缝内的支撑剂粘在一起，并聚集在孔眼周围，在第7章中已讨论过数珠包裹的支撑剂。11.6.4 纤维技术纤维技术：用在油气生产期间固定裂缝内的支撑剂，在控制回流设计中。它比用可固化的树脂包裹支撑剂更灵活，它可由任意的纤维增强机械进行添加，因此不需化学作用就可固定支撑剂，也不需温度、压力或关井时间加以配合。优点：1、在返排前不需关井 2、阻止闭合应力变化 3、无液体间相互作用 4、从很低到很高的温度范围内都有效,62,第11章 压裂施工,11.1 引言11.2 完井11.3 射孔11.4 压裂施工的地面设备11.5 井底压力测量和分析11.6 支

37、撑剂回流控制11.8 质量保证和质量控制11.9 健康安全和环境 附录,11.7 返排对策,63,11.7 返排对策,压裂施工合适的返排就是在使裂缝内的支撑剂最少流出的同时，流出最大量的注入液体(当开始返排时，返排速率十分关键)。影响返排对策的主要因素：裂缝闭合时间、液体破胶时间、排出压裂液的地层能量、地层强度和靠近井筒区域的支撑剂浓度等。,在压裂液维持高压的情况下，泡沫压裂液应尽快返排。,64,第11章 压裂施工,11.1 引言11.2 完井11.3 射孔11.4 压裂施工的地面设备11.5 井底压力测量和分析11.6 支撑剂回流控制11.7 返排对策11.9 健康安全和环境 附录,11.8

38、 质量保证和质量控制,65,11.8 质量保证和质量控制,压裂施工成功的主要因素是在压裂施工的各个阶段都要将质量保证和质量控制相结合。这可由完善的质量管理系统来完成，这个质量管理系统要围绕所有的人员和一切的活动。在压裂设计过程中要作出巨大的努力去确定一个最佳的压裂施工。在质量保证中也要作出同样的努力，以保证按压裂设计进行施工，简单的质量保证步骤可以大大增加水力压裂施工成功的可能性。,66,第11章 压裂施工,11.1 引言11.2 完井11.3 射孔11.4 压裂施工的地面设备11.5 井底压力测量和分析11.6 支撑剂回流控制11.7 返排对策11.8 质量保证和质量控制 附录,11.9 健

39、康安全和环境,67,11.9 健康安全和环境,11.9.1 安全措施“安全生产，人人有责”压裂施工应根据以前的施工经验，制订出安全指导。11.9.1.1 人员安全设备安全帽、硬头鞋、安全镜等，其他设备：听力保护设备、护目镜、防火纤维和过滤面罩等。,68,11.9 健康安全和环境（HSE）,11.9.1.2 安全会议在压裂施工前召开安全会议，以保证所有的现场人员都知道安全规定和有关的压裂施工程序。每一个现场人员都应清楚地明白自己在压裂施工中的职责和在危急情况下处理措施。11.9.1.3 在井口的井控制为了保证对井控制的持续，井口至少要装两个阀。在主井口阀上面应安装一个压裂阀或主阀。如果一个阀门损

40、坏不能控制压力，可以迅速关闭另外一个阀门去控制井。,69,11.9 健康安全和环境,11.9.1.4 对可能着火液体的预防措施必须对油基压裂液进行挥发性测试。安全规则：易然液体的储罐应进行隔离并放在井口至少150ft远的地方所有的软管都应用软管罩加以封闭，以防车辆发动机溅射出油清除现场火种，检查所有人员是否携带火柴或打火机，防止不经意点火现场放置必要的防火设备，时刻准备灭火,70,11.9 健康安全和环境,11.9.1.5 对泡沫液体的预防措施 问题：1、在泡沫液返排期间，液体从管线内流出，气体会迅速膨胀，不加以控制则会降低返排效率，并危及人员安全；2、N2或CO2会集中在较低的区域，人在这些

41、区域不能呼吸。解决办法：1、遵守服务公司推荐的泡沫压裂液返排程序 2、人员都处于上风区域，在返排期只需一个人接近井口，进行远方操作的阀门。,71,11.9 健康安全和环境,11.9.2 环境保护 压裂施工的实施，通常都要采取环保措施，尽量降低对空气、水和地面的污染，所有的操作都应完全符合环保法律和法规。所有的有害物质都应尽快清除，一切废水和无用的材料都要以有利于环保的方式加以处理。,72,第11章 压裂施工,11.1 引言11.2 完井11.3 射孔11.4 压裂施工的地面设备11.5 井底压力测量和分析11.6 支撑剂回流控制11.7 返排对策11.8 质量保证和质量控制11.9 健康安全和

42、环境,附录,73,附录 对孔眼穿透深度及流动特性的认识,引言套管射孔井的生产能力，在很大程度上取决于射孔作业，现代的射孔可以穿进地层一定距离，能克服钻井造成的伤害和流体流过射孔套管时受到的限制。但频繁的射孔并不能使流体按预期的流动。地层的机械震动伤害：来自井筒或地层深部的滤出颗粒，在孔眼通道内的岩石或射孔岩屑和多相流影响等。解决技术：欠平衡射孔或超平衡射孔（EOP）该附录所作的回顾包括：穿透深度的简要讨论、周围岩石的实验观察、欠平衡冲击返排机理模拟、实验室内的实验说明和对孔眼性能附加影响的讨论。,74,穿透深度预测的回顾决定穿透深度的因素目的层的岩石特性有效上覆应力在极端情况下的井筒压力穿透深

43、度的预测1、1987,1988,Halleck，用Berea砂岩在3000psi的有效应力下的API实验，可对穿透深度进行评估。2、1994，Ott等人使用由API RP43第一节验证的实验室数据去预计井底穿透深度，其结果绘图为评估井底穿透深度提供了一种可代替储层岩石应力下昂贵实验的简单方法。3、声波测井，Venghiattis1963年最先提出。它是根据穿透深度和应力作用下岩石的动态弹性模量之间的直接关系。,75,渗透率伤害和流动性能理想化的观点通道内的碎屑包括：破碎的岩石、喷射的金属、爆炸产物（多数为碳）和其它炸药碎屑。在井的产量模型中（Locke，1981；Tarig，1984；Ahme

44、d等人，1990；Behie和Settari，1993），孔眼通常作为由渗透率降低的破碎或致密地层包围的圆柱体来处理，地层给定厚度为0.40.5in，渗透率为原来岩石渗透率的0.10.2倍。实际上，沿着孔眼长度方向，朝着其端部逐渐变尖，这取决岩石特性和装药设计，孔眼通道周围地层受伤害很明显，在显微镜下明显看到这个层位的颗粒破碎物，由于颗粒尺寸分别很宽，由此导致渗透率降低，也会引起孔隙度降低。,76,实验室,实验室研究表明：渗透率伤害不是仅与紧靠通道壁面的破碎地层相关，靠近张开孔眼的物质不是高度致密的。从孔眼通道一位0.1in或更远一点的破碎地层中沿孔眼长度方向的渗透率降低不均匀，在近孔眼入口的

45、伤害更深更急剧。1、Pucknell和Behrmann（1991）测量了稳定径向流期间2in长孔眼岩心的径向压力剖面。虽然空间分辨率有限，但并未发现靠近孔眼处的渗透率有大量降低的明显证据。,77,2、Rochon等人（1995）对同样长度的孔眼岩心使用压力不稳定分析去测量径向的渗透率变化。图1是渗透率剖面图：,附录图1 由粘性流动不稳定性得到的渗透率剖面,78,3、X射线层析照相表明，渗透率伤害沿孔眼长度分布不均匀。Halleck等人（1992）报告了一个X射线可穿透的容器中所进行的流动实验结果。,附图2 由X射线层析照相得到的沿孔眼长度的流动剖面,79,附图3 软砂岩中孔眼周围的锯齿形硬度图

46、,4、由锯齿形的硬度数据表明从孔眼开始的一定距离内还存在伤害，Halleck等人（1995）根据Santarelli等人（1991）的方法为在松软砂岩中孔眼周围的硬度绘制提供了数据。,附图3表明硬度降低扩展到了4in岩心的边界，类似未发表的151/2直径岩心的数据表明伤害扩展数英寸，且并非由边界效应所引起的。附图3还表明靠近入口孔眼处的伤害比靠近孔眼端部处的伤害更加急剧。,80,欠平衡在孔眼流动性能改进中的作用射孔岩心的流动效率取决于射孔时储层和井筒之间的压力差，根据Bell（1984）和其他人的工作，欠平衡的射孔变成了标准的做法。欠平衡冲击流动以三种方式改进孔眼流动效率：在射孔和开始产出之间

47、的一段时间内，冲击流动可防止井筒液体和颗粒的侵入。冲击流动可清除孔眼通道内的部分或全部碎屑。冲击流动可清除孔眼通道周围岩石中的部分或全部基质渗透率伤害,81,问题：到底需要什么程度的欠平衡 需要多少体积的冲击流动 这种过程在特殊情况下是否有效 以下将讨论解决这些问题的技术。,实验室和现场观察1972，Bell等人建议：为清扫200mD的Berea砂岩孔眼，200psi的欠平衡压力就足够了。1986，King等人发现：地层渗透率、所使用的欠平衡压力和后来的酸化施工效率之间有很紧密的关系。数据表明：更低的渗透率的岩石需要更高的欠平衡压力。1989，Halleck和Deo表明：使用500psi的欠平

48、衡压力时，流动能力只有40，为了保证达到100的流动能力，需提供1500psi欠平衡压力。1991，Hsia和Behrmann发现：随着欠平衡压力的增加，岩石内的流动单调增加。确认，对200mD的Berea砂岩需要1500psi的欠平衡压力。,82,数字模型假定(Tariq,1990）：当孔眼周围的岩石中不稳定流的速率达到一个临界值时发生返排。改进：用比值/去描述一个长度量纲式中：、Forscheimer方程中的系数 密度 粘度 流动速度 模型为孔眼流动的有限元模型，结论：临界雷诺数为0.05。为了解决雷诺数使用的有关问题，Behrmann（1995）根据液流对颗粒的流动阻力引入了一个返排准则

49、，使用一个可调整的形状系数。Behrmann能够将实验数据与现场数据相匹配，并且消除了对粘度的依赖性。此外，改进后的，模型如全三维有限差分（Y.Dogulu1996），可研究非均质性、非达西不稳定，包括流过通道的碎屑，也可比较不同的返排准则以研究非均质伤害的影响。,83,其他现象残余应力由孔眼中迅速消失的冲击波引起，靠近孔眼的岩石受力而损坏并产生拟塑性变形，而远处的岩石仍然是弹性的，在冲击波消失以后，受损的物质重新回到弹性状态。残余应力可能对流动效率降低及在某水力压裂施工期间观察到的过高破裂压力起一定的作用。对天然裂缝的伤害射孔伤害裂缝的两种方式：一、喷射的金属可能侵入到裂缝并降低它的导流能力

50、。二、冲击应力使周围的岩石变形，并使与孔眼交叉的裂缝闭合。,84,润湿现象水对孔眼净化和出砂有很大影响。Halleck和Deo（1978）将煤油饱和的样品同含有残余盐水的样品作了比较，发现：含盐水的岩样有更高的岩心流动效率（CFE），并在较低的欠平衡压力下被净化，将盐水注进以前无水的孔眼会导致在煤油流动期间的迅速排液。当模拟水在松软砂岩中的穿透时，Halleck和Damasena（1989）观察到出砂大量增加。,85,1、渗透率伤害的分布与理想化的模型所假定的有很大差异，渗透率基本上是随半径而变化，降低的渗透率不一定与破碎地层有关，更可能是与颗粒运移有关。2、在松软岩石中机械伤害围绕孔眼扩展数