水力壓裂工藝培訓(xùn)教材(更新版)

　　

【正文】 碎，%（%）。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，可以給出在不同閉合壓力、不同生產(chǎn)壓差下縫寬、顆粒直徑的關(guān)系。壓裂后出砂，降低了裂縫的導(dǎo)流能力，如吐砂嚴(yán)重，危害性極大，將導(dǎo)致砂埋油層或井筒砂堵造成油井停產(chǎn)作業(yè)、地面和井下設(shè)備嚴(yán)重磨蝕砂卡、頻繁地沖砂檢泵等工作量增大，既提高了施工作業(yè)成本，又影響了壓裂整體效果。平衡壓裂管柱原理適用于三次加密井壓裂，可以避免壓裂壓竄。 發(fā)泡助排劑原理高效發(fā)泡助排劑是由兩種無(wú)機(jī)鹽、發(fā)泡劑、表面活性劑、穩(wěn)定劑、清防蠟劑組成。樹(shù)脂砂壓裂控制替擠量技術(shù)研究合理的替擠量才能確保樹(shù)脂砂均勻充填到裂縫口，在替擠過(guò)程中，攜砂液不是以段塞狀推進(jìn)，而是呈循環(huán)狀態(tài)移動(dòng)，替擠液為壓裂液基液，其用量根據(jù)壓裂管柱的不同有所區(qū)別，目前常規(guī)壓裂沿用1：，由于人員素質(zhì)和計(jì)量不準(zhǔn)等原因，無(wú)法滿足樹(shù)脂砂壓裂替擠要求，因此，開(kāi)展了以下工藝研究：1）只壓裂一層段應(yīng)用尾噴嘴壓裂管柱：其替劑量可以按井筒容積+地面管線容積的1倍施工，施工中即使有一定量的沉砂，也不會(huì)影響壓裂施工的正常進(jìn)行。 圖5樹(shù)脂砂壓裂原理圖 圖6樹(shù)脂砂壓裂俯視圖1—井筒、2—石英砂、3—地層、4—樹(shù)脂砂樹(shù)脂砂壓裂施工工藝樹(shù)脂砂加砂半徑及加砂量的確定根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。聚驅(qū)注入井由于注入壓力高和地層二次堵塞等原因，存在瞬間超破裂壓力注入的現(xiàn)象，導(dǎo)致注入液將裂縫口支撐劑帶到地層深部，裂縫口閉合，壓裂失效。砂堵加砂過(guò)程中，壓力大幅度上升說(shuō)明有砂堵跡象，應(yīng)立即停砂或降低砂比。壓竄壓竄是指壓裂施工中，壓裂液由某一異常通道返至第一級(jí)封隔器以上油套環(huán)空，使地面套壓持續(xù)升高；或返至最下一級(jí)封隔器以下油套環(huán)空，使管柱上頂?shù)漠惓Ｊ┕がF(xiàn)象。壓不開(kāi)壓力隨注入量的增加急劇上升，很快達(dá)到施工許可壓力上限，原因主要是由于：（1）地層性質(zhì)、吸液能力差；（2）管柱堵塞、工具問(wèn)題、管柱深度有誤；（3）射孔質(zhì)量問(wèn)題，井筒與地層連通不好。（3）加砂過(guò)程要保持連續(xù)性，不抽空，加砂均勻嚴(yán)禁中途停泵； （4）加砂施工要注意觀察套壓表，壓力上升超過(guò)8mpa應(yīng)停止施工，打開(kāi)套管放空，再觀察壓力變化，如在6mpa以下套壓能穩(wěn)住，可繼續(xù)加砂施工。%為合格。要達(dá)到管柱提放自如，拉力表懸重正常。檢查井下管柱和工具情況，檢查壓裂層位的吸液能力。合理控制擴(kuò)散壓力時(shí)間，及時(shí)返排，必要時(shí)采取強(qiáng)制閉合的方法，使用小噴嘴放噴，減少壓裂液濾失，使裂縫在不斷排出的同時(shí)快速閉合。鉆井液、壓井液的傷害；未加防膨劑導(dǎo)致水敏地層被傷害；酸敏地層采取常規(guī)酸化處理也會(huì)導(dǎo)致傷害。殘?jiān)鼤?huì)堵塞地層孔喉，還會(huì)滯留在裂縫中損害裂縫導(dǎo)流能力。 端部脫砂壓裂工藝脫砂壓裂是利用壓裂液的濾失特性，在壓裂過(guò)程中，當(dāng)裂縫擴(kuò)展到預(yù)定的長(zhǎng)度時(shí)，在裂縫端部人為地造成砂堵，從而阻止裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。CO2泡沫壓裂工藝它是以液態(tài)CO2或CO2與其它壓裂液混合，加入相應(yīng)添加劑，來(lái)代替壓裂施工中所使用的常規(guī)水基壓裂液的壓裂施工工藝技術(shù)。要求低密度、定位射孔，大排量壓裂施工，其原理：當(dāng)破裂壓力較低的油層被壓開(kāi)后，吸液能力增加，其射孔炮眼產(chǎn)生節(jié)流壓力損失，在排量增加的條件下，套管內(nèi)壓力繼續(xù)升高，依次壓開(kāi)破壓相近的油層，在一定壓裂排量下，達(dá)到一次壓裂加砂處理多個(gè)目的層。 多裂縫壓裂工藝 根據(jù)被壓開(kāi)油層的吸液?jiǎn)?dòng)壓力低，吸液量大的特點(diǎn)，壓開(kāi)一個(gè)層后，在較低的排量向油層替入高強(qiáng)度水溶（或油溶）轉(zhuǎn)向劑、（蠟球、樹(shù)脂球）封堵已壓開(kāi)層的射孔炮眼，迫使壓裂液轉(zhuǎn)向進(jìn)入其它層，在替入泵壓明顯升高，啟動(dòng)其它泵車壓裂第二層。由于壓前在需要保護(hù)的隔層上下建立起一定的平衡壓力，在壓裂層形成裂縫、加砂過(guò)程中，平衡層仍進(jìn)液不進(jìn)砂，從而減小了需要保護(hù)的隔層上下壓差，使得在壓裂過(guò)程中需要保護(hù)的隔層得到有效的保護(hù)，壓后平衡層裂縫自然閉合。低壓淺井可用鋼級(jí)J55的ф62mm油管，呈壓55 Mpa；中深井和深井分別應(yīng)用呈壓70Mpa、鋼級(jí)N80和呈壓90Mpa 、鋼級(jí)P105的外加厚油管。混砂車作用是將支撐劑、壓裂液及各種添加劑按一定比例混合，并將混好的攜砂液供給壓裂車壓入井內(nèi)。（2）采用大彎管、投球器、井口球閥和井口控制器的專用壓裂井口，大彎管、投球器、井口球閥工作壓力70 Mpa，最大過(guò)砂量150 m3。（3）支撐劑鋪置濃度對(duì)導(dǎo)流能力的影響支撐劑鋪置濃度指單位裂縫壁面積上的支撐劑量，單位kg/m2，導(dǎo)流能力隨鋪置濃度增加而增加，多層鋪置可以降低支撐劑的破碎程度，可以提高裂縫寬度，因而提高導(dǎo)流能力。（5）支撐劑的破碎率石英砂、陶粒的抗破碎能力應(yīng)符合表表6石英砂抗破碎指標(biāo)表 表5粒徑范圍，mm閉合壓力，MPa破碎時(shí)受力，KN破碎率，%21≤1428≤1435≤8人造陶粒抗破碎指標(biāo)表 表6粒徑范圍，mm破碎率，%25108支撐裂縫導(dǎo)流能力的影響因素支撐裂縫導(dǎo)流能力是指裂縫傳導(dǎo)儲(chǔ)集層流體的能力，并以支撐帶的滲透率（Kf）與寬度（Wf）的乘積（KfWf）來(lái)表示。（4）支撐劑濁度在規(guī)定體積的蒸餾水中加入一定體積的支撐劑，攪拌后液體的渾濁程度稱為支撐劑濁度。樹(shù)脂砂樹(shù)脂砂是將樹(shù)脂薄膜包裹到石英砂的表面上，經(jīng)熱固處理制成。陶粒人造陶粒主要由鋁礬土（氧化鋁）燒結(jié)或噴吹而成的，具有較高的抗壓強(qiáng)度，可劃分中等強(qiáng)度和高強(qiáng)度兩種陶粒。（一）支撐劑的種類石英砂石英砂多產(chǎn)于沙漠、河灘和沿海地帶。生物酶和催化氧化劑系列適用于2054℃的低溫破膠劑；一般氧化破膠體系適用于5493℃，而有機(jī)酸適用于93℃以上的破膠作用。（5）表面活性劑：水基壓裂液的表活劑具有壓后助排和防乳破乳作用。可以用植物膠（如胍膠、香豆膠、田箐膠）及其衍生物（羧甲基纖維素、羥乙基纖維素等）、生物聚合物如黃胞膠以及合成聚合物（聚丙烯酰胺）。典型壓裂液配方：稠化劑（%，%，%）+殺菌劑（%）+粘土穩(wěn)定劑（KCL2%）+破乳劑（%）+破膠劑（過(guò)硫酸銨20100mg/L）。（三）壓裂液的分類最早采用的壓裂液是油基壓裂液，20世紀(jì)50年代開(kāi)始應(yīng)用胍膠稠化的水基壓裂液，60年代發(fā)展了交聯(lián)胍膠壓裂液，70年代開(kāi)發(fā)出羥丙基胍膠，80年代采用了延遲交聯(lián)的水基壓裂液，90年代壓裂液向“清潔”無(wú)傷害壓裂液體系發(fā)展。摩阻過(guò)高會(huì)導(dǎo)致井口壓力高，從而降低排量，影響壓裂施工。由于攜帶比重較高的支撐劑，必須使用交聯(lián)壓裂液。一、壓裂液壓裂液的主要功能是傳遞能量，使油層張開(kāi)裂縫并沿裂縫輸送支撐劑。水力壓裂包括理論力學(xué)、材料力學(xué)、熱化學(xué)、高分子化學(xué)、機(jī)械制造等多個(gè)學(xué)科。和前置液一樣也具有造縫及冷卻地層的作用。降阻性：指壓裂液在管道中流動(dòng)時(shí)的水力摩擦阻力特性，摩阻越小，壓裂設(shè)備效率越高。此外由于壓裂施工規(guī)模越來(lái)越大，壓裂液用量越來(lái)越大，壓裂液還應(yīng)具有貨源逛、成本低、配制簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，以滿足大型壓裂和新井壓裂施工的要求。線形膠壓裂液是由水溶性聚合物稠化劑和其他添加劑組成，具有流動(dòng)性，一般屬于非牛頓流體，可近似用冪率模型來(lái)描述。水基壓裂液添加劑（1）稠化劑：水溶性聚合物作為稠化劑是水基壓裂液的基本添加劑，用以提高粘度、降低濾失、懸浮和攜帶支撐劑。甲醛、乙二醛、戊二醛具有良好的殺菌防腐作用，%。常用的破膠劑包括酶、氧化劑、和酸。支撐劑通常分為天然和人造兩大類。，承壓2034Mpa。承壓100Mpa。（3）酸溶解度在規(guī)定的酸溶液及酸溶解時(shí)間內(nèi)，確定一定質(zhì)量的支撐劑被酸溶解的質(zhì)量與支撐劑總質(zhì)量的百分比，稱為酸溶解度。支撐劑酸溶解度表 表4粒徑范圍，mm酸溶解度最大值，%≤5≤5≤7（4）支撐劑的濁度支撐劑的濁度應(yīng)低于100NTU或100度。③破碎率低，導(dǎo)流能力高，所以通常根據(jù)支撐劑的破碎率選擇支撐劑。氣井壓裂主要采用這類井口，可防止壓后產(chǎn)氣量大，可以直接關(guān)閉井口閥們，用壓裂管柱生產(chǎn)。主要由運(yùn)載汽車、驅(qū)泵動(dòng)力、傳動(dòng)裝置、壓裂泵四部分組成。（3）壓裂油管壓裂油管應(yīng)使用專用油管，抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。隔層上下的層段都射孔，施工時(shí)液體通過(guò)平衡器出液口和噴砂器出液口同時(shí)進(jìn)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。適用于普通射孔完井，一個(gè)壓裂卡段壓裂加砂只形成一個(gè)支撐裂縫，是我廠主要采用壓裂工藝。 限流法壓裂工藝用于加密井，薄、差油層完井改造。該工藝適用于多油層、非均質(zhì)常規(guī)射孔井的油層改造，施工時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高壓裂液粘度、前置液量和施工排量，避免狹窄裂縫過(guò)多引起砂堵。因此，泡沫壓裂液比水基壓裂液更適用于對(duì)深層氣井、低滲低壓油井、水敏性地層和稠油井的壓裂改造。壓裂液殘?jiān)皦毫岩涸诹芽p壁面上形成難以降解的濾餅對(duì)地層的傷害。措施不當(dāng)導(dǎo)致地層傷害。采用高效助排劑可有效降低返排阻力，降低壓裂液的表面張力、界面張力，有效改善增產(chǎn)措施效果。試擠：打開(kāi)井口閥門(mén)，關(guān)閉循環(huán)放空閥門(mén)，逐臺(tái)啟動(dòng)壓裂車，按設(shè)計(jì)要求排量將壓裂液擠入地層，壓力由低到高直到穩(wěn)定。活動(dòng)管柱：負(fù)荷應(yīng)不超過(guò)管柱懸重的200KN，活動(dòng)行程不小于5m。（2）沖砂：沖砂管柱絲扣要上緊，做到不刺不漏，沖砂管以砂面以上2米左右進(jìn)行沖砂，液量充足，排量不低于20方/時(shí)。（2）循環(huán)時(shí)單車泵排量不低于1m3/min，時(shí)間大于30s，排靜殘液、余砂。可利用井口泵注壓力、套壓表、注入排量、砂比的變化及壓裂液排量的記錄曲線準(zhǔn)確判斷，及時(shí)處理。 ⑸如深度準(zhǔn)確、無(wú)堵塞、噴砂器均正常，則進(jìn)行擴(kuò)層、改層壓裂，或放棄對(duì)該層壓裂。⑸驗(yàn)封沒(méi)有竄槽顯示則說(shuō)明地層竄，進(jìn)行擴(kuò)層、改層壓裂，或放棄對(duì)該層壓裂。沒(méi)有支撐劑的裂縫與未壓裂的地層滲透率相近，造成注聚井壓裂有效期短。 如圖圖5所示在壓裂加尾砂施工中，加入一定量的樹(shù)脂砂，通過(guò)合理的替擠量，使樹(shù)脂砂均勻分布在裂縫口周圍，壓裂后擴(kuò)散壓力使裂縫閉合，關(guān)井96小時(shí)保證有足夠的固化時(shí)間，待樹(shù)脂砂充分固化后開(kāi)井注入。壓裂井投注前關(guān)井96hr，使樹(shù)脂砂充分固結(jié)。為提高返排率，保證壓裂措施效果，推廣應(yīng)用了高效發(fā)泡助排劑。目前的壓裂工藝受隔層2m和卡距40m的限制，適應(yīng)性差，細(xì)分改造程度低，無(wú)法滿足需要，急需研究應(yīng)用適應(yīng)三次加密井壓裂技術(shù)，以保證壓裂效果提高動(dòng)用程度。（四）聚驅(qū)采出井防砂壓裂聚驅(qū)采出井、電泵井壓裂普遍有較好的改造效果，但隨著聚驅(qū)采出井壓裂井?dāng)?shù)的增加，壓裂后出砂卡泵的現(xiàn)象日益突出。當(dāng)生產(chǎn)壓差增大時(shí)，流體的流速增加，推拽力增大。從表中可以看出：導(dǎo)流能力及滲透率隨地層閉合壓力的增加而降低；在相同閉合壓力下，導(dǎo)流能力、滲透率及破碎率隨石英砂與核桃殼體積比的增加而增大。該工藝措施有效期有待于進(jìn)一步觀察。采油隊(duì)壓裂井監(jiān)督率100%、重點(diǎn)工序監(jiān)督率100%；工技大隊(duì)監(jiān)督率35%、重點(diǎn)科研、推廣、壓裂新工藝工序監(jiān)督率100%。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。39 / 39