60
50
40
30
20
10
0
水力压裂的作用
日产液量
日产油量
含水
1-Oct-00 7-Oct-00 13-Oct-00 19-Oct-00 25-Oct-00 31-Oct-00 6-Nov-00 12-Nov-00 18-Nov-00 24-Nov-00 30-Nov-00 6-Dec-00 12-Dec-00 18-Dec-00 24-Dec-00 30-Dec-00 5-Jan-01 11-Jan-01 17-Jan-01 23-Jan-01 29-Jan-01
停泵 裂缝闭合
a b
排量不变，提高砂比，压力升高 反映了正常的裂缝延伸
E
a—致密岩石 b—微缝高渗岩石
井筒摩阻
净裂缝延伸压力 C
S 地层压力（静）
压裂施工典型曲线
时间
pF—破裂压力
pE —延伸压力
03:40 pS —地层压力
p井底>= pF时
26
一、地应力分析
1 地应力场
地应力 存在于地壳内部的应力，是由于地 壳内部的垂直运动和水平运动及其它因素综 合作用引起介质内部单位面积上的作用力。
0
10 20 30
压裂后 压裂前
40 50 60
13
水力压裂的作用
• 提高采收率 －电模拟和数模表明 －大庆小井距试验证实
• • 其它
– 煤层气开采 – 工业排污 – 废核处理
03:40
14
第二节 酸化技术概述
• 酸化处理历史 • 酸化工艺分类 • 水力压裂发展概况 • 水力压裂的作用
03:40
其中：r(h) 为上覆岩层密度，由密度 测井曲线获得。
有效垂向应力为：
z z ps
为Boit孔隙弹性常数。
03:40
29
研究对象：地层中任意单元体。
由广义虎克定律计算总应变
x xx xy xz
1 E
[
x
(
y
z )]
y yy yz yx
1 E
[
y
( z
x )]
杨氏模量， 104MPa
7.4 4.0~8.4 2.0~6.0 2.0~5.0 1.0~3.5 1.0~2.0
泊松 比 0.21 0.25 0.25 0.35 0.30 0.30
03:40
31
(2) 构造应力
定义：地壳的构造运动引起的岩体之间的相互作用
力。是地应力的一个分量。
A
B
C
来源：各种构造运动，包括：
z
y
y
x
03:40
x
36
✓ 显裂缝地层很难出现人工裂缝。 ✓ 微裂缝地层
—垂直于最小主应力方向； —基本上沿微裂缝方向发展，把微裂缝串成显裂缝
03:40
37
二、水力压裂造缝机理
1 井壁最终应力分布
y
y
r
x
Rw r
x
03:40
38
（1）井筒处应力分布
x
y
2
(1
Rw2 r2
)
x
y
2
(1
3Rw4 r4
03:40
50
第二节 压裂液
•压裂液及其性能要求 •压裂液对储层的伤害及保护
03:40
51
100
80
60
40
20
0
12
水力压裂的作用
• 在开发阶段
– 调整层间矛盾 改善吸水剖面 – 二次和三次采油中应用
层号
产油剖面
13
11
9
7 压裂后(33.9)
5
压裂前(3.8)
3
1
0
1
2
3
4
5
6
小层产量,m3/d
03:40
水井压裂前后吸水剖面变化
2806.8-2807.5 2814.1-2815.8 2833.4-2835.1 2882.4-2884.4 2892.3-2896.1 2918.0-2921.5
03:40
6
各类储层中增产方法的使用
• 砂岩储层 Sandstone Formation
– 水力压裂、基质酸化
• 碳酸盐岩储层
– 水力压裂、基质酸化、酸压
• 特低渗储层
– MHF
• 特低渗坚硬储层
– 高能气体压裂
03:40
7
第二节 水力压裂概述
• 水力压裂基本原理 • 水力压裂发展概况 • 水力压裂的作用
限吸液速度 效作用距离可达几 储层流型，沟通深部油气区，
十到上百米
可大幅度提高油气井产量。
03:40
18
FF酸酸洗洗--------
??清清洗洗：：射井射井孔筒孔筒眼眼 ??方方式式：：正反正反洗洗洗洗
03:40
压压裂裂车车
19
• 酸洗：清除井筒中的酸溶性结垢物，或疏通射孔孔眼
的工艺。
• 两种方式：
)
cos
2
当r =rw，＝0及180时，＝ 3y－ x 当r =rw，＝90及270时，＝ 3x－ y
03:40
39
当 x = y ＝ 2y=2 x
说明周向应力相等，与无关
当 x > y
()0,180= ()min
()90，270= ()max 分析
• 随r增加， 迅速降低(平方次) • 应力集中
• 在勘探阶段
－提高勘探含油气评价，增加可采储量
– Wattenberg – 陕北安塞特低渗油田 – H=1000-1300m，h=12.2m，=12.4%,
kair=1-2md, ke<0.5md, So=55-57%, pr=8.3-9.8MPa
03:40
11
03:40
• 在开发阶段
– 油气井增产 – 水井增注
地下岩石应力状态：为三向不等压压缩状态.
z (z)
主应力: x ， y， z ; 应变: x， y， z
y (y)
03:40
x（x） 27
地应力构成：原地应力 + 扰动应力。
原地应力：重力应力 构造应力 孔隙流体压力 热应力 。
03:40
28
(1) 重力应力（上覆压力）
z 106
H 0
r (h)gdh
ps H
矿场统计
当αF < 0.015～0.018 MPa/m, 形成垂直裂缝 当αF > 0.022～0.025 MPa/m, 形成水平裂缝
03:40
49
三、 地应力的测量及计算
（1） 矿场测量
— 水力压裂法
— 井眼椭圆法（井壁崩落法） （2）岩心分析（实验室）
—滞弹性应变恢复 （ASR） —微差应变分析 （DSCA） （3） 测井解释 （4） 有限元计算
15
酸化工艺分类
• 酸洗 • 基质酸化 • 酸压
03:40
17
酸化工艺的特点及适用情况对照表
酸化
酸流动方式及溶蚀
类型 施工压力 Pi 注入速度
方式
适用范围
不流动或沿
储层的表皮解堵或射孔孔眼
酸 无外力或轻
溶蚀井壁及射孔孔
井筒的正、
的清洗、井筒结构及丝扣油的
洗 微搅动
眼
反循环
清除。
Ps <Pi< PF
•酸化：地层
•方式：油管注液 套管注液 环空注液
03:40
压裂车 封隔器
23
原理：酸或酸的前置液以高于储层所能承受的
排量从套管或油管中注入，使之在井筒中迅速 建立压力，直至超过地层的压缩应力及岩石的 抗张强度，从而压破地层，形成裂缝，连续注 酸使裂缝延伸、酸刻蚀裂缝形成酸蚀裂缝，该 裂缝具有比原地层更高的导流能力，因此能提 高油气井产能。
目的：增产（解堵是必然结果）。
特点：大排量、高泵压（压破地层）。
03:40
24
第二部分 水力压裂技术
• 第一节 水力压裂造缝机理 • 第二节 压裂液 • 第三节 支撑剂及裂缝导流能力 • 第四节 单井压裂设计 • 第五节 压裂工艺
03:40
25
第一节 水力压裂造缝机理
破裂 压
加砂
力
F 前置液
携砂液
将酸液注入预定井段，让其静置反应，在无外力搅 拌的情况下溶蚀结垢物或射孔孔眼中的堵塞物； 酸液通过正反循环，使酸液沿井筒、射孔孔眼或地 层壁面流动反应，借助冲刷作用溶蚀结垢物或堵塞 物。
• 特点：
酸液局限于井筒和孔眼附近，一般不进入地层或很 少进入，地面不用加压或加压很小。不能改善地层 渗流条件。
03:40
区域构造—巨大构造单元间的相互作用力； 局部构造—产生于局部地区岩体之间。如断 层、岩层弯曲等。
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32
特点 ✓构造应力属于水平的平面应力状态 ✓挤压构造力引起挤压构造应力 ✓张性构造力引起拉张构造应力 ✓构造运动的边界影响使其在传播过程
中逐渐衰减。
03:40
33
• 断层和裂缝发育区
— 正断层，水平应力x可能 只有垂向应力z的1/3。 — 逆断层或褶皱带的水平应力
• 80年代：裂缝量化描述—三维延伸模拟器、优化设计
• 90年代：压裂液体系、整体/开发压裂、监测评估
• 发展方向：压裂系统工程、选井评层、复杂井筒与复杂地层压裂 （深井与超深井，多层压裂、大斜度井与水平井、分支井，复杂
岩性与流体）工艺，水力压裂评估技术，压裂材料，重复压裂技
术
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10
水力压裂的作用
03:40
8
水力压裂基本原理
压压裂裂
压压裂裂
S1