水力壓裂工藝培訓教材-wenkub

　

【正文】 s5殘渣含量（mg/l）≤4006稠度系數（）≥101027流動行為指數8破膠液表面張力（mN/m）≤309破膠液煤油界面張力（mN/m）≤510初濾失量m3/m2≤210311濾失系數m/min2≤1103二、壓裂支撐劑支撐劑是水力壓裂時地層壓開裂縫后，用來支撐裂縫阻止裂縫重新閉合的一種固體顆粒。（9）濾餅溶解劑：壓裂液在施工中由于濾失性造成聚合物濃縮，使壓裂液在裂縫和裂縫表面形成致密的濾餅，常規破膠劑不能將其破壞，因此需要濾餅溶解劑進行處理。常用的 為柴油、油溶性樹脂、聚合物和硅粉。由于乳化液的粘度較高，在井筒附近和地層原油發生乳化，會產生嚴重的生產堵塞。水溶性介質能使粘土礦物膨脹、分散或運移；同時水基壓裂液以堿性交聯為主，濾液粘土穩定劑，使用濃度為12%。（2）交聯劑：交聯劑是通過交聯離子將溶解于水中的高分子鏈上的活性基團以化學鏈連接起來形成三維網狀凍膠的化學劑。交聯液：交聯劑（硼砂、有機硼、有機鋯、有機鈦）+破膠劑（過硫酸銨少量），視交聯比和交聯性能配制交聯液濃度。線形膠壓裂液具有一定的表觀粘度與低濾失性，減阻性能好，易破膠對地層傷害小；但對溫度、剪切速率敏感。線形膠一旦加入交聯劑，會形成具有粘彈性的交聯凍膠，交聯凍膠具有部分固體性質，但在一定的排量和壓力下能夠流動。按造分散介質的不同，壓裂液主要分為水基壓裂液、油基壓裂液、乳化壓裂液、泡沫壓裂液、醇基壓裂液、表面活性劑（清潔）壓裂液和濃縮壓裂液。特別是低壓井的返排尤其重要。穩定性：壓裂液應具有熱穩定性，不能由于溫度升高而使粘度有較大的損失；還應具有抗剪切穩定性，不會由于流速的增加而大幅度降解。攜砂性：指壓裂液對于支撐劑的攜帶能力。替擠液：把壓裂管柱、地面管匯中的攜砂液全部替入裂縫，以避免壓裂管柱砂卡、砂堵的液體。在高溫井層中，還具有一定的降溫作用。其性能好壞對于能否造出一條足夠尺寸、并具有足夠導流能力的填砂裂縫密切相關，因此，有必要了解壓裂液的特點和性能。它利用液體傳導壓力的性能，在地面利用高壓泵組，以大于地層吸收能力的排量將高粘度液體泵入井中，在井底憋起高壓，此壓力超過油層的地應力和巖石抗張強度，在地層產生裂縫，繼續將帶有支撐劑的攜砂液注入裂縫，裂縫邊得到延伸，邊得到支撐。停泵后就在油層形成了具有一定寬度的高滲透填砂裂縫，由于這個裂縫擴大了油氣流動通道，改變了流動方式，降低了滲流阻力，可起到增產增注作用，這一施工過程就叫油層水力壓裂。（一）壓裂液的作用壓裂液的主要作用是將地面設備的能量傳遞到油層巖石上，在地層形成裂縫，并攜帶支撐劑填充到裂縫中。攜砂液：攜帶支撐劑進入地層，把支撐劑充填到預定位置的液體。組成與前置液一致。主要取決于液體的粘度、密度及其在管道和裂縫中的流速，粘度越高，攜帶能力越強。配伍性：壓裂液進入地層后與各種巖石礦物及地層流體相接觸，不應產生不利于油氣滲流的物理—化學反應，例如不會引起粘土膨脹或產生沉淀而堵塞油層。因此，壓裂液應具有濾失小、攜砂能力強、摩阻低、穩定性好、配伍性好、低殘渣、易返排等特點。重點介紹目前廣泛應用的水基壓裂液。水基壓裂液以安全、清潔和容易以添加劑控制其性質得到廣泛的應用，除了極少數特別是水敏性地層外，水基壓裂液是壓裂液技術發展最快、最全面的體系。一般用于注水井和淺層油氣藏壓裂。為了適應不同井層的情況，通過調節添加劑用量，壓裂液還可以分為低溫（2060℃）、中溫（60120℃）、高溫（120℃以上）體系。比較常用且形成工業化的交聯劑為硼砂、有機硼、有機鋯、有機鈦等。（4）殺菌劑：用于抑制和殺死微生物，使配制的基液性能穩定，防止聚合物降解，同時阻止儲集層內的細菌生長。應用表面活性劑可以保持破乳劑的活性，達到防乳破乳作用。（8）破膠劑：是壓裂液中的一種重要添加劑，主要使壓裂液中的凍膠發生化學降解，由大分子變成小分子，有利于壓后返排，減少對儲集層的傷害。（10）緩沖劑：在水基壓裂液中，通常用pH值調節劑控制稠化劑水合增粘速度、所需的PH值范圍和交聯時間以及控制細菌的生長。它的作用是在裂縫中鋪置排列后形成支撐裂縫，從而在儲集層中形成遠遠高于儲集層滲透率的支撐裂縫帶，使流體在支撐劑中有較高的流通性，減少流體的流動阻力，達到增產、增注的目的。天然石英砂的化學成分是氧化硅，伴有少量的氧化鋁、氧化鐵、氧化鉀、氧化鈣和氧化鎂。從石英的微觀結構看，可分為單晶石英和復晶石英兩種，單晶石英的顆粒質量越大，石英砂抗壓強度越高。組分為氧化鋁或鋁質，其質量分數46%77%，硅質含量12%55%，氧化物約10%。氧化鈦、氧化鋯3%4%。中等強度低密度或高密度樹脂砂可承壓5569Mpa，它適應了低強度天然石英砂和高強度鋁土支撐劑間的強度要求，相對密度較低，便于攜砂和鋪砂。 （二）壓裂支撐劑的主要性能 支撐劑性能的定義（1）支撐劑球度就是指支撐劑顆粒接近球形的程度 SP=dn/dcSP球度，Dn顆粒等值體積的球體的直徑，mmdc顆粒外接的球體的直徑，mm（2）支撐劑圓度圓度指支撐劑棱角的相對銳度或曲率的量度。體積密度：單位質量的支撐劑與其堆積體積之比。 （3）支撐劑酸溶解度 各種支撐劑的允許的酸溶解度數值見下表4，天然石英砂和人造支撐劑的酸溶解度數值應符合同一標準。（1）地應力與地層孔隙壓力的影響對于壓裂井，壓裂后形成的支撐帶中的支撐劑承受著裂縫閉合壓力PP，他是地層地應力即最小主地應力σmin與地層孔隙壓力之差，生產時最低的地層孔隙壓力應是井底流壓Pf，即： PP =σminPf支撐劑的導流能力隨著閉合壓力的增加而降低，見曲線1曲線1導流能力隨閉合壓力變化曲線（2）支撐劑物理性能對導流能力的影響支撐劑物理性能包括粒徑、圓球度、強度、濁度、酸溶解度、密度，其中對裂縫導流能力影響比較敏感的主要是粒徑、圓球度、強度。②圓球度好的支撐劑能承受高的閉合壓力，在低閉合壓力下，帶有棱角的支撐顆粒比圓球度好的具有更高的導流能力。這與巖石硬度有重要關系，當巖石楊氏模量大于28000Mpa時，對支撐劑的壓碎影響起主要作用；當巖石楊氏模量小于28000Mpa時，對支撐劑的嵌入影響起主導作用。250型工作壓力25 Mpa，用于淺井，其他分別用于中深井、深井和超深井。專用的地面管匯有8個連接頭，壓裂車可任選一個連接。吸入泵壓力＝ 排量＝ m3/min砂　泵壓力＝ 排量＝液體添加泵泵1排量＝0~191 L/min，泵2 排量＝76 L/min，交聯泵排量=0~500 L/min干粉添加泵泵1排量=0~32kg/min，泵2排量=0~90kg/min儀表車大泵控制電源、發動機、檔位、泵速、緊急制動、報警計算機TS—80、PDU監測系統、數顯器打印機4筆繪圖器其它HDE現場參數校正儀、SM—A壓差式砂密度計壓裂車是壓裂的主要動力設備，其作用是產生高壓，大排量的向地層注入壓裂液，壓開地層，并將支撐劑注入裂縫。主要由供液、輸砂、傳動三個系統組成。（1）壓裂封隔器壓裂封隔器主要起封隔油層的目的，保障壓裂細分改造的要求，可分為擴張式和壓縮式兩類，常用封隔器性能和特點見下表壓裂封隔器性能表 表9名稱用途工作壓力Mpa溫度℃外徑mm長度mmK344114常規低溫淺井壓裂5070114870K344114導壓封隔器大砂量、高砂比壓裂50901141470K344114可洗井用于斜直井分層壓裂50701141066Y344114用于中深井壓裂701201141255Y344114可洗井常規井高砂比壓裂50701141255Y443114高溫、深井壓裂80150114（2）噴砂器噴砂器的作用一是節流，造成套管內外壓差，保證封隔器密封，二是通往地層的通道口，三是避免壓裂砂直接沖擊套管內壁造成傷害。投球打套子一次可壓裂三層，上提可壓裂四層。滑套式分層壓裂管柱圖（圖1）擴張式封隔器壓裂層段3壓裂層段2壓裂層段1噴砂器3（帶套）噴砂器2（帶套）噴砂器1（不帶套）絲堵 （2）平衡壓裂管柱適用于三次加密井壓裂，其油層性質差、縱向上分散，隔層薄，可以避免壓裂壓竄。圖3 橋塞管柱示意圖壓裂時將可取式橋塞釋放于預設壓裂層段的下面，上提管柱至待壓層段上面，此時卡距內沒有油管連接，能夠將多個分散的薄差油層封隔在一個壓裂層段中進行改造，降低了壓裂成本，提高了薄差油層的開發價值。當最后一層替擠完后，立即活動管柱，并投入堵塞器，從而實現不壓井、不放噴起出油管。其工藝特點，在普通射孔完井，達到一井壓裂多層，一段壓多縫的目的。常用的暫堵劑有石蠟、高壓聚乙稀、松香和重晶石粉。如果地面能夠提供足夠大的注入排量，就能一次加砂同時處理更多目的層。復合壓裂工藝是我們廠首次在大慶油田提出此工藝概念，并實施了第一口壓裂井。在壓裂施工注入過程中，隨深度的增加，溫度逐漸升高，達到一定溫度后，CO2開始汽化，形成原膠為外相，CO2為內相的兩相泡沫液。另外，可有效防止粘土膨脹，還對地層起到一定的解堵作用。隨著注入時間的增加，注入壓力和裂縫寬度會逐漸增加，裂縫中的支撐劑濃度也越來越高，當地面泵壓達到預定的壓力時停止施工，就可以獲得較高的裂縫導流能力，這樣既控制了裂縫半徑，又實現了較高的裂縫導流能力。（一）地層傷害的因素由于壓裂液的注入，改變了地層原始含油飽和度，并產生兩相流動，流動阻力加大，毛細管力的作用致使壓裂液返排困難和阻力增加，甚至出現嚴重和持久的水鎖現象。壓裂液與原油乳化，乳化液通過毛細管、喉道時存在賈敏效應，造成液堵。雜質含量過高堵塞地層孔道；小顆粒支撐劑運移堵塞裂縫；支撐劑破碎率高形成微顆粒，降低裂縫導流能力。降低乳化傷害。降低濾液導致的水鎖傷害。六、壓裂施工和質量要求（一）壓裂施工過程壓裂施工一般包括以下工序：循環、試壓、試擠、壓裂、加砂、替擠、擴散壓力、活動管柱。試壓：平穩啟動壓裂車高壓泵，對井口閥門以上的設備和地面管線進行承壓性能試驗，穩壓5min，不刺不漏壓力不降為合格。油層破裂的瞬間破裂壓力與地層深度的比值，稱為壓裂破裂梯度，反映油層破裂的難易程度。關井擴散壓力：壓裂施