水力壓裂技術(shù)

《水力壓裂技術(shù)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第六章水力壓裂技術(shù)第六章水力壓裂技術(shù)第一節(jié)造縫機理一、教學(xué)目的了解壓裂含義，和各種壓裂的種類，熟練掌握油井的應(yīng)力狀況，能夠計算簡單的地應(yīng)力，掌握形成裂縫的條件以及破裂壓力梯度，會對壓裂施工曲線進行分析與應(yīng)用，了解裂縫方位的判斷方法。二、教學(xué)重點、難點教學(xué)重點1、地應(yīng)力的計算2、壓裂過程中井壁的周向應(yīng)力3、形成水平裂縫、垂直裂縫的條件教學(xué)難點1、壓裂施工曲線的分析與應(yīng)用2、有裂縫和無裂縫時的破裂壓力梯度計算三、教法說明課堂講授并輔助以多媒體課件展示相關(guān)的數(shù)據(jù)和圖表四、教學(xué)內(nèi)容本節(jié)主要介紹四個方面的問題：一、油井應(yīng)力狀

2、況二、造縫條件三、壓裂施工曲線的分析與應(yīng)用四、裂縫方位的判斷第一節(jié)造縫機理第六章水力壓裂技術(shù)壓裂：用壓力將地層壓開一條或幾條水平的或垂直的裂縫，并用支撐劑將裂縫支撐起來，減小油、氣、水的流動阻力，溝通油、氣、水的流動通道，從而達到增產(chǎn)增注的效果。水力壓裂壓裂的種類(根據(jù)造縫介質(zhì)不同)高能氣體壓裂干法壓裂水力壓裂：利用地面高壓泵組，將高粘液體以大大超過地層吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高壓；當(dāng)此壓力大于井壁附近的地應(yīng)力和地層巖石抗張強度時，在井底附近地層產(chǎn)生裂縫；繼續(xù)注入帶有支撐劑的攜砂液，裂縫向前延伸并填以支撐

3、劑，關(guān)井后裂縫閉合在支撐劑上，從而在井底附近地層內(nèi)形成具有一定幾何尺寸和導(dǎo)流能力的填砂裂縫，使井達到增產(chǎn)增注目的工藝措施。高能氣體壓裂：利用特定的發(fā)射藥或推進劑在油氣井的目的層段高速燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體，壓裂地層形成多條自井眼呈放射狀的徑向裂縫，清除油氣層污染及堵塞物，有效地降低表皮系數(shù)，從而達到油氣井增產(chǎn)的目的的一種工藝技術(shù)。干法壓裂：利用100%的液體二氧化碳和石英砂進行壓裂，無水無任何添加劑，壓后壓裂液幾乎完全排出地層，可避免地層傷害。其關(guān)鍵技術(shù)是混合砂子進入液體二氧化碳中的二氧化碳混合器。適用于對驅(qū)替液、

4、凍膠或表面活性劑的傷害敏感的地層，適合的儲層包括滲水層、低壓層及有微粒運移的儲層以及水敏性儲層。水力壓裂的工藝過程：第一節(jié)造縫機理第六章水力壓裂技術(shù)裂縫延伸憋壓造縫裂縫閉合充填支撐劑水力壓裂增產(chǎn)增注的原理:(1)改變流體的滲流狀態(tài)：使原來徑向流動改變?yōu)橛蛯优c裂縫近似的單向流動和裂縫與井筒間的單向流動，消除了徑向節(jié)流損失，降低了能量消耗。(2)降低了井底附近地層中流體的滲流阻力：裂縫內(nèi)流體流動阻力小。裂縫形成條件井網(wǎng)部署造縫機理：裂縫的形態(tài)提高采油速度裂縫的方位提高原油采收率有利的裂縫狀態(tài)及參數(shù)能夠充分發(fā)揮其在增產(chǎn)、

5、增注的作用。造縫條件及裂縫的形態(tài)、方位等與井底附近地層的地應(yīng)力及其分布、巖石的力學(xué)性質(zhì)、壓裂液的滲濾性質(zhì)及注入方式有密切關(guān)系。圖6-1壓裂過程井底壓力變化曲線a—致密巖石b—微縫高滲巖石（一）油井應(yīng)力狀況第一節(jié)造縫機理第六章水力壓裂技術(shù)1、地應(yīng)力在上覆巖層的作用下，地下任一巖石單元體均受到三個方向上的x應(yīng)力作用，即位于水平面上的水平主應(yīng)力Hy位于垂直方向上的垂直主應(yīng)力z（1）垂向應(yīng)力z：上覆層的巖石重量。HSgdzZ0一般淺層：s2.0103kg/m3深層（<300m）：s2.6103kg/m3取s2.3103kg

6、/m3∴z23H（KPa）z0.023H（MPa）z的大小因油田而異，統(tǒng)計得到的z的分布范圍為：z=（21～25）H（KPa）。對于海上油田，仍以海平面為基準(zhǔn)，則z要小些（∵ws）（2）水平應(yīng)力H（x、y）如果巖石處于彈性狀態(tài)，可根據(jù)廣義虎克定律建立巖石的有效水平應(yīng)力與有效垂向應(yīng)力的關(guān)系：在三向應(yīng)力作用下，x軸方向上的應(yīng)變分別為：x1x/L/L（規(guī)定壓縮為正）x2y/y的作用是使巖石在x方向伸長，故為負x3z/由于單元體處于地層之中，側(cè)向上是無限連續(xù)介質(zhì)，存在側(cè)向應(yīng)第一節(jié)造縫機理第六章水力壓裂技術(shù)力的限制，所以不

7、能產(chǎn)生側(cè)向變形，即側(cè)向應(yīng)變?yōu)?，即1xyz0xx1x2x3E令：xy得：xyz1注意：這里的、是指巖石骨架的泊松比和楊氏模量。對于砂巖：=0.15～0.17則xy（0.08～0.37）z對于鹽巖層：=0.5則x、y=z（套管易于損壞）當(dāng)>0.5時，x>z，則會出現(xiàn)把地層拉起來的現(xiàn)象?？紤]到構(gòu)造應(yīng)力等因素的影響，可以得到最大、最小水平主應(yīng)力為：11E2ZPS2EHmax11PS2111E2ZPS2EHmin11PS21（3）有效應(yīng)力在油氣層中均有一定的孔隙壓力Ps（即地層壓力或流體壓力），在P的作用下，x、y與z均會

8、變小，故引入有效水平應(yīng)力x、ys和有效垂向應(yīng)力z。x=x－Psy=y－Psz=z－Ps假定：①孔隙中的流體是化學(xué)惰性第一節(jié)造縫機理第六章水力壓裂技術(shù)②巖石的滲透性保證傳壓是處處相等③流體中的壓力完全由巖石骨架所承受應(yīng)用虎克定律得：xyz1這里的泊松比是含有流體，實際應(yīng)用時并沒有分清。2、地質(zhì)構(gòu)造對地應(yīng)力的影響可見，受地質(zhì)構(gòu)造力的影響，應(yīng)力之間的關(guān)系變化很大。