水力壓裂工藝培訓教材(存儲版)

　　

【正文】 用核桃殼自身顆粒的抗壓強度和特有的可壓縮性，摩擦系數大，在裂縫近井筒附近形成“防砂井壁”，使壓裂砂不能進入井筒效果比較明顯，成功率高。由于核桃殼自身存在的缺陷，今年針對中區東部、東區聚驅采出井壓裂出砂嚴重的問題，引入樹脂砂壓裂技術進行采出井壓裂防砂試驗，同注入井壓裂工藝相同，壓后保證擴散壓力和固化時間。在監督結果一欄打“”的項目應將存在的問題以及分析、處理結果進行詳細描述。水力壓裂包括理論力學、材料力學、熱化學、高分子化學、機械制造等學科。重復限流壓裂工藝 用于限流壓裂完井的生產井，對射孔井段進行重新組合，定位射孔，組成壓裂改造卡段。1 選擇性壓裂工藝用于常規射孔井，針對厚油層改造采用的一種壓裂工藝。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。對未列的監督項目可填在空行處。引入該工藝可有效解決比較嚴重的壓后出砂問題，是對尾追核桃殼防砂壓裂的有益補充，施工工藝同注入井工藝完全相同。（2）聚驅采出井出砂原因分析①生產壓差增大，造成出砂壓裂后，由于增大了生產壓差，降低流壓，已增加初期產能，使裂縫內壓裂梯度隨著增加，裂縫穩定性降低，導致出砂。（1）裂縫出砂機理通過室內實驗對支撐劑在裂縫的力學穩定性進行研究，在模擬裂縫條件下，支撐劑受力情況如圖所示。隔層上下的層段都射孔，施工時液體通過平衡器出液口和噴砂器出液口同時進入平衡層和壓裂層，打完前置液后投球打下平衡器濾砂滑套，使平衡器出液口出液不出砂。現場應用情況:針對新井壓裂存在注采不同步，同時由于新井壓裂后投產時間長，壓裂液對地層傷害大的實際問題，為確保新井限流壓裂效果，在南一區55口新井壓裂應用了高效發泡助排劑，見到明顯效果。 北1330P43井壓裂管柱示意圖層段數據（m） 卡點位置（m） 安全接頭未射（m） 水力錨2級 Y341114 955248。經計算壓裂過程中樹脂砂的加砂半徑應為11m，需要尾追1m3的樹脂砂。樹脂砂壓裂機理樹脂涂層砂是在壓裂石英砂顆粒表面涂敷一層薄而有一定韌性的樹脂層，該涂層可以將原支撐劑改變為具有一定面積的接觸。原因是：（1）壓裂液攜砂性或抗剪切性差；（2）砂比過高或提的過快；（3）地層濾失性大，裂縫發育，壓裂液濾失嚴重；（4）前置液量過少，壓裂液破膠過快。管外竄槽有：地層竄槽、水泥環竄槽；管柱問題有：封隔器不坐封、封隔器膠筒破裂、油管破裂、油管接箍短脫、管柱深度差錯等。深度無差錯則擠酸處理目的層，降低地層破裂壓力及解除近井污染后再壓裂。（6）壓裂施工中嚴禁放噴，已防砂卡及壓裂層段吐砂。（4）替噴：深度必須距人工井底12m；替噴要徹底，水量充足（），排量20方/小時，；出水中準接軟管線，不準接90度彎頭。（2）高壓管匯初端到井口距離在40600m，連接方向為進液管指向井口的方向；壓裂管柱無水利錨，應在井口套管頭、壓裂裝置用19mm鋼絲繩固定。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。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。降低乳化傷害。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。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。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。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。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。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。投球打套子一次可壓裂三層，上提可壓裂四層。主要由供液、輸砂、傳動三個系統組成。專用的地面管匯有8個連接頭，壓裂車可任選一個連接。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。（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。體積密度：單位質量的支撐劑與其堆積體積之比。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。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%。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。（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。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。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。一般用于注水井和淺層油氣藏壓裂。重點介紹目前廣泛應用的水基壓裂液。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。組成與前置液一致。（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。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。在高溫井層中，還具有一定的降溫作用。攜砂性：指壓裂液對于支撐劑的攜帶能力。特別是低壓井的返排尤其重要。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。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。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%。常用的 為柴油、油溶性樹脂、聚合物和硅粉。目前常用的胍膠、香豆膠、改性胍膠各項技術標準見表1三種壓裂液性能對比 表1壓裂液類型水不溶物（%）巖心傷害率（%）殘渣（mg/l）田箐膠301200香豆粉9334胍膠16356 水基壓裂液技術指標表 表2序號項 目指 標1基液粘度mpas≥332凍膠初始粘度 （mpas）≥3003凍膠剪切30min粘度（mpas）≥1504破膠性能（mpas）24h粘度小于10mpas5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。壓裂用石英砂石英含量在80%左右，伴有少量長石、燧石和其他噴出巖、變質巖等巖屑。化學組分：氧化鋁85%90%，氧化硅3%6%，氧化鐵約47%。預固化砂在地面已形成完好的樹脂薄膜包裹的砂子，其優點是：（1）樹脂薄膜包裹的砂子，增加了砂粒間的接觸面積，從而提高了抗閉合能力；（2）樹脂薄膜可將壓碎了的砂粒、粉砂包裹起來，減少了顆粒的運移與堵塞孔道的機會，從而改善了導流能力；（3）樹脂砂的總的體積密度比中強度和高強度人造支撐劑低許多，便于懸浮，降低了對壓裂液的要求。可以根據下表進行檢測，落在公稱直徑范圍內的樣品質量不低于樣品總質量的90%；小于支撐劑下限的質量不應超過總質量的2%；%；落在支撐劑下限篩子的樣品質量不低于樣品總質量的10%； （2）支撐劑的球度、圓度 天然石英砂的球度、人造陶粒的球度、。粒徑相對集中，比較均勻的支撐劑可提供更高導流能力。各種壓裂液對裂縫導流能力的影響見下表7壓裂液對導流能力影響情況表 表7壓裂液種類裂縫導流能力保持系數，%生物聚合物95泡沫壓裂液8090聚合物乳化液6585油基凍膠4570線形溶膠4555羥丙基胍膠1050三、壓裂設備和壓裂管柱（一）地面壓裂設備壓裂專用井口壓裂井口一般可分為兩類：（1）用采油樹壓裂，按采油樹型號分為250、350、600、700、1050型。典型壓裂車組及性能參數表 表8車 型綜合性能參數備 注西方壓裂車檔位傳動箱1900r/min1800r/min1700r/min大泵水功率1300馬力；傳動比沖次n/min排量m/min壓力MPa沖次n/min排量m/min沖次n/min排量m/min12843457