压裂技术现状及发展趋势 (长城钻探工程技术公司) 在近年油气探明储量中，低渗透储量所占比例上升速度在逐年加大。低渗透油气藏渗透率、孔隙度低，非均质性强，绝大多数油气井必须实施压裂增产措施后方见产能，压裂增产技术在低渗透油气藏开发中的作用日益明显。 1、压裂技术发展历程 自1947年美国Kansas的Houghton油田成功进行世界第一口井压裂试验以来，经过60多年的发展，压裂技术从工艺、压裂材料到压裂设备都得到快速的发展，已成为提高单井产量及改善油气田开发效果的重要手段。压裂从开始的单井小型压裂发展到目前的区块体积压裂，其发展经历了以下五个阶段[1]：（1）1947年-1970年：单井小型压裂。压裂设备大多为水泥车，压裂施工规模比较小，压裂以解除近井周围污染为主，在玉门等油田取得了较好的效果。 （2）1970年-1990年：中型压裂。通过引进千型压裂车组，压裂施工规模得到提高，形成长缝增大了储层改造体积，提高了低渗透油层的导流能力，这期间压裂技术推动了大港等油田的开发。 （3）1990年-1999年：整体压裂。压裂技术开始以油藏整体为单元，在低渗透油气藏形成了整体压裂技术，支撑剂和压裂液得到规模化应用，大幅度提高储层的导流能力，整体压裂技术在长庆等油田开发中发挥了巨大作用。 （4）1999年-2005年：开发压裂。考虑井距、井排与裂缝长度的关系，形成最优开发井网，从油藏系统出发，应用开发压裂技术进一步提高区块整体改造体积，在大庆、长庆等油田开始推广应用。 （5）2005年-今：广义的体积压裂。从过去的限流法压裂到现在的直井细分层压裂、水平井分段压裂，增大储层改造体积，提高了低渗透油气藏的开发效果。 2、压裂技术发展现状 经过五个阶段的发展，压裂技术日趋完善，形成了三维压裂设计软件和压裂井动态预测模型，研制出环保的清洁压裂液体系和低密度支撑剂体系，配备高性能、大功率的压裂车组，使压裂技术成为低渗透油气藏开发的重要手段之一。 2.1 压裂工艺和技术
水力压裂过程中页岩渗透渗吸作用实验研究 摘要：水力压裂技术已经广泛应用于页岩储层以显著提高产量。然而，据钻井人员汇报大量压裂液流失于地下不能回收，滞留压裂液对页岩组成的影响机制尚不清晰，滞留压裂液可被页岩基质、微裂缝和裂缝表面吸收，本文旨在研究渗吸作用对页岩基质渗透性、微裂缝渗透性和裂缝渗透性的影响，首次探究页岩渗透性变化与页岩渗吸作用二者之关系，并提供大量水力压裂过程中页岩伴随渗吸作用渗透性增减结果。 本文实验采用压力恢复法测定岩样渗透率，采用失重法进行渗吸实验，样品来源于Niobrara、HornRiver及Woodford地区页岩地层。 实验结果表明，滞留压裂液会损害页岩基质渗透性，使其渗透率大为降低，样品吸收液体越多，基质渗透率降低越显著，渗吸作用造成张开裂缝渗透率减小，但减小量不及基质渗透率，此外，润滑作用使页岩样品微裂缝再次张开，导致渗吸作用过程中微裂缝渗透率提升。 渗透率这一指标决定着页岩地层长期产气量，本文研究水力压裂过程中渗吸作用影响下页岩渗透率变化情况，观察得到渗吸作用不仅损害页岩组成，还会通过张开闭合或密封天然裂缝增加渗透率而对页岩组成造成潜在影响。 1.简介 随着水力压裂技术在页岩和其他非常规地层的成功应用，预计到2020年，美国原油的产量将从2008年的5百万桶/日增加至10.6百万桶/日；同时页岩和其他低渗储层的石油产量将增长到全国原油总产量的一半。从2008年开始美国页岩气产量预计将增长近9倍（EIA，2015）。 水力压裂技术的一般程序主要分为5个步骤，包括垫注，凝胶浆注射，冲洗注射，注井和水回收。水回收是该井投入生产前水力压裂处理的最后一步。这一步在水力压裂过程中很重要和必要，因为它可以控制和最小化压裂液的损伤。不过，很多操作人员报道注入页岩储层的压裂液只有不到50％可以回收（Alkouh和Wattenbarger，2013）。这个可能是因为水力压裂后页岩储层系统能量较低。一般来说，裂缝较为常规、较不复杂时系统能量较高。能量越高，会导致回收液体流流量越大、流速越高。但是页岩储层的裂缝很复杂，导致裂缝回收液体占比很少，需要花费几周来完成回流，比常规页岩储层长得多（King，2010；Wu等，2010）。在页岩中，如此大量的剩余液体对产量的影响成为一
第四章水力压裂技术 水力压裂是利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中， 在井底憋起高压，当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层 产生裂缝。继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在 支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，使井达到 增产增注的目的。 水力压裂增产增注的原理主要是降低了井底附近地层中流体的渗流阻力和 改变了流体的渗流状态，使原来的径向流动改变为油层流向裂缝近似性的单向流动和裂缝与井筒间的单向流 动，消除了径向节流损失，大大降低了能量消耗。因而油气井产量或注水井注入量就会大幅 度提高。 第一节造缝机理 在水力压裂中，了解裂缝形成条件、裂缝的形态和方位等，对有效地发挥压裂在增产、 增注中的作用都是很重要的。在区块整体压裂改造和单井压裂设计中，了解裂缝的方位对确 定合理的井网方向和裂缝几何参数尤为重要，这是因为有利的裂缝方位和几何参数不仅可以 提高开采速度，而且还可以提高最终采收率。 造缝条件及裂缝的形态、方位等与井底附近地层的地应力及其分布、岩石的力学性质、压 裂液的渗滤性质及注入方式有密切关系。图4一l是压裂施工过程中井底压力随时间的变化曲 线。P是地层破裂压力，P是裂缝延伸压力，P是地层压力。SEF
压裂过程井底压力变化曲线图4一l —微缝高渗岩石致密岩石; ba—在致密地层内，当井底压力达到破裂压力P后，地层发生破裂(图4—1中的a点)，F然后在较低的延伸压力P下，裂缝向前延伸。对高渗或微裂缝发育地层，压裂过程中无明E显的破裂显示，破裂压力与延伸压力相近(图4—1中的b点)。 一、油井应力状况 一般情况下，地层中的岩石处于压应力状态，作用在地下岩石某单元体上的应力为垂向 主应力σ和水平主应力σ(σ又可分为两个相互垂直的主应力σ，σ)。YHHxZ （一）地应力 作用在单元体上的垂向应力来自上覆地层的岩石质量，其大小可以根据密度测井资料计 算，一般为： ????gdz?1）（4— s?0式中σ——垂向主应力，Pa；Z H——地层垂深，m； 2)；．81 m/s g——重力加速度(93。——上覆层岩石密度，ρkg/m s 1 由于油气层中有一定的孔隙压力Ps，故有效垂向应力可表示为： ??（4—2）P??szz如果岩石处于弹性状态，考虑到构造应力等因素的影响，可以得到最大水平主应力为： ???????P?2EE1??S???124—3）P????（?? SH????11?21???式中σ——最大水平主应力，Pa；H ξ，ξ——水平应力构造系数，可由室内测试试验结果推算，无因次；21?——
水力压裂安全技术要求 SY/T6566－2003 国家经济贸易委员会2003－03－18批准 2003－08－01实施 前言 本标准由石油工业安全专业标准化技术委员会提出并归口。 本标准起草单位：吉林石油集团有限责任公司质量安全环保部、井下作业工程公司。 本标准主要起草人：宋泽明、宫长利、朱占华、毛杰民、付新冬、崔伟。 引言 水力压裂施工是油田开发、评价和增产的重要技术措施，也是一项风险较大的作业。由于压裂施工应用高压技术，野外作业，流动性大，涉及其它相关作业，经常接触石油、天然气等易燃易爆和其它有毒有害物质，易发生人员伤亡、环境污染等事故。为加强井下压裂施工安全管理，规范操作，搞好全过程施工作业，最大限度地避免发生事故，促进油田开发，提高经济效益，特制定本标准。 1 范围 本标准规定了水力压裂安全施工方法和技术要求。 本标准适用于水力压裂及相关施工作业。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB 150 钢制压力容器 SY 5727 井下作业井场用电安全要求 SY/T 5836 中深井压裂设计施工方法 SY 5858 石油企业工业动火安全规程 SY/T 6194 套管和油管 SY 6355 石油天然气生产专用安全标志 3 压裂选井和设计及施工队伍要求 3．1 压裂选井和设计应按SY/T 5836执行，并符合下列安全要求： a）套管升高短节组配与油层套管材质、壁厚相符； b）使用无毒或低毒物质； c）下井工具、连接方式应能保证正常压裂施工，并有利于压裂前后的其它作业； d）通往井场的道路能够保证施工车辆安全通行； e）场地满足施工布车要求。 3．2 压裂设计中应包括下列与安全有关的内容： a）存在可能影响压裂施工的问题； b）施工井场、施工车辆行驶路线说明及要求； c）地面流程连接、施工设备检查要求； d）试压、试挤要求； e）施工交接、检查要求；
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/e615655350.html, 煤矿井下水力压裂技术的发展现状与前景 作者：郭晨 来源：《科学与财富》2016年第07期 摘要：我国煤炭安全生产形势依然严峻，增加煤层透气性、进行有效瓦斯抽放迫在眉 睫。水力压裂技术是目前增加煤层透气性最有效的方法之一，文章从水力压裂机理、封孔技术、工艺设备发展三方面，综述了我国井下煤层水力压裂技术的发展和应用前景。 关键词：水力压裂；煤层；增透；发展现状 基金项目：重庆科技学院研究生科技创新计划项目，编号：YKJCX2014047 目前我国煤炭行业的安全形势依然严峻，由于煤层透气性低、瓦斯难以有效抽放导致的瓦斯突出、爆炸等事故屡见不鲜，造成了巨大的人员伤亡和经济损失，因此，加强瓦斯抽放、增加煤层透气性势在必行。水力压裂技术已成为增加煤层透气性最有效方法之一，本文通过介绍水力压裂机理、封孔技术及工艺设备的研究现状，指出水力压裂技术研究的必要性与可行性，以期为工程应用提供参考。 1.水力压裂机理研究 水力压裂技术1947年始于美国，起初主要用于低渗透油、气田的开发中，在地面水力压裂方面的研究仅仅局限在石油、油气藏以及地热资源的地面钻井开采过程中[1]。前苏联科学 家在20世纪60年代开始在卡拉甘达和顿巴斯矿区进行井下水力压裂的试验研究[2]。目前针对井下煤层水力压裂增透技术的研究已取得了明显发展，国内学者郭启文、张文勇等经过试验与现场应用研究了煤层的压裂分解机理，指出水力压裂技术只能够在煤层内产生很少的裂缝，并会在裂缝周围产生应力集中区[3]，存在一定局限性。李安启等将理论与实践相结合，研究了 煤层性质对水力裂缝的影响，还在煤层压裂裂缝监测基础上提出了煤层水力裂缝的几何模型。 在水力压裂机理方面的研究，国内外学者对水力压裂在油气系统地面钻井压裂、煤炭行业井下增加煤层透气性方面都进行了较为深入的研究，但其压裂机理方面仍存在一定分歧，不能很好的控制水力压裂的效果。随着我国煤炭安全生产逐步发展和穿煤隧道等工程的逐步建设，水力压裂技术将大范围推广应用，因此加强水力压裂技术理论研究势在必行。 2.压裂钻孔封孔技术研究 煤层水力压裂钻孔封孔是有效实施水力压裂技术的关键，而封孔质量的好坏取决于两个主要因素：①封孔材料，需要选择性能良好、价格适中、易于操作的材料；②封孔的长度，封孔长度太短会导致高压水的渗漏，太长会造成人力、材料、时间的浪费。因此，要使水力压裂技术能够有效开展，必须在选取“物美价廉”的封孔材料的同时，研究材料承载能力与封孔长度之
水力压裂水力压裂：： 一项一项经久不衰的技术经久不衰的技术经久不衰的技术 自从Stanolind 石油公司于1949年首次采用水力压裂技术以来，到今天全球范围内的压裂施工作业量将近有250万次。目前大约百分之六十新钻的井都要经过压裂改造。压裂增产改造不但增加油井产量，而且由于这项技术使得以前没有经济开采价值的储量被开采了出来（仅美国自1949年以来就约有90亿桶的石油和超过700万亿立方英尺的天然气因压裂改造而额外被开采出来）。另外，通过促进生产，油气储量的静现值也提高了。 压裂技术可以追溯到十八世纪六十年代，当时在美国的宾夕法尼亚州、纽约、肯塔基州和西弗吉尼亚州，人们使用液态的硝化甘油压浅层的、坚硬地层的油井。目的是使含油的地层破裂，增加初始产量和最终的采收率。虽然使用具有爆炸性的硝化甘油进行压裂是危险并且很多时候是违法的，但操作后效果显著。因此这种操作原理很快就被应用到了注水井和气井。 在十九世纪三十年代，人们开始尝试向地层注入非爆炸性的流体（酸）用以压裂改造。在酸化井的过程中，出现了一种“压力从逢中分离出来”现象。这是由于酸的蚀刻会在地层生成不能完全闭合的裂缝，进而形成一条从地层到井的流动通道，从而大大提高了产量。这种“压力从逢中分离出来”的现象不但在酸化的施工现场，在注水和注水泥固井的作业中也有发生。 但人们就酸化、注水和注水泥固井的作业中形成地层破裂这一问题一直没有很好的理解，直到Farris 石油公司（后来的Amoco 石油）针对观察井产量与改造压力关系进行了深入的研究。通过此次研究，Farris 石油萌生出了通过水力压裂地层从而实现油气井增产的设想。 第一次实验性的水力压裂改造作 业由Stanolind 石油于1947年在 堪萨斯州的Hugoton 气田完成（图 1）。首先注入注入1000加仑的粘 稠的环烷酸和凝稠的汽油，随后是 破胶剂，用以改造地下2400英尺 的石灰岩产气层。虽然当时那口作 业井的产量并没有因此得到较大 的改善，但这仅仅是个开始。在 1948年 Stanolind 石油公司的 J.B.Clark 发表了一篇文章向石油 工业界介绍了水力压裂的施工改造过程。1949年哈里伯顿固井公司（Howco）申请了水力压裂施工的专利权。 哈里伯顿固井公司最初的两次水力压裂施工作业于1949年3月17日，一次在奥克拉荷马州的史蒂芬郡，总花费900美元；另一次在位于得克萨斯州的射手郡，总花费1000美元，使用的是租来的原油或原油与汽油的混合油与100到150磅的砂子（图2）。在第一年中，332口井被压裂改造成功，平均增加了75%的产量。压裂施工被大量应用，也始料未及地加强了美国的石油供应。十九世纪五十年代中期，压裂施工达到了每月3000口井的作业量。第一个过五十万英镑的压裂施工作业是由美国的Pan 石油公司（后来的Amoco 石油，现在的BP 石油）于1968年10月在奥克拉荷马州的史蒂芬郡完成的。在2008年世界范围内单级花费在1万到6百万美元之间的压裂作业超过了5万级。目前，一般的单井压裂级数为8到40
280 水力压裂技术又称水力裂解技术，是开采页岩气时普遍采用的方法，先多用于石油开采和天然气开采之中，其原理时利用水压将岩石层压裂，从而形成人工裂缝，然后让裂缝延伸到储油层或者储气层，从而提高油气层中流体流动能力，然后通过配套技术使石油天然气在采油井中流动，从而被开采出来。这项技术具有非常广泛的应用前景，可以有效的促进油气井增产。 1?水力压裂技术的出现和发展 水力压裂技术是1947年在美国堪萨斯州实验成功的一项技术，其大规模利用是出现在1998年，在美国开采页岩气的时候，作为一项新的技术使用，而这项技术的运用，使美国美国页岩气开发的进程和效率大大加快。 水力压裂技术在中国的研究和开发开始于二十世纪五十年代，而大庆油田于1973年开始大规模使用这项技术，迄今已有30年历史。而随着时代的发展，中国的压裂技术已经有了长足进步，已经非常接近国际先进水平。而在技术方面，由于不断引进和开发相关的裂缝模拟软件等，通过多次的实验研究，在很大程度上实现了裂缝的仿真模拟。而相应的技术也使用在了低渗透油气田的改造工作中，并且在中高渗透性油田也有广泛应用。这项技术在低渗透油田的应用技术已经非常接近国际水平，相比较差距非常小。 2?水力压裂技术的发展现状 随着时代的发展，水力压裂技术也随之不断发展，逐渐成为一项成熟的开采技术。而这项技术具有一定的进步性，主要表现在以下方面： （1）从单井到整体的优化。最开始的时候，由于受技术限制，水力压裂技术只能针对一口井来使用，难以考虑到整体的效益。而随着技术的逐渐成熟，这项技术可以广泛的运用到整个油藏之中，可以对整个油藏进行优化设计，实现油藏的有效合理开发。 （2）在低渗透油藏的开发运用。由于受各种因素的影响，低渗透油藏大都难以有效的开发利用，虽然在各项新技术的使用下得到了一定得好转，但是低渗透油藏的开发依旧是举步维艰。而水力压裂技术的日益成熟，很大程度上改善了这一状况。通过综合考虑水利裂缝的位置和导油能力，使用水力压裂技术使油藏的流体流动能力进一步增强，从而实现低渗透油藏的最大程度的开采利用。 （3）水力裂缝的模型逐渐从二维转变为拟三维。水力裂缝的拟三维模型可以适用于各种不同的地层，可以非常真实的模拟水力压裂的过程，可以更好的更为直观的预测和观测水力压裂的使用进度，更好的对水力压裂过程进行控制，不但提高了效率，还可以在很大程度上节约成本。 （4）水力压裂规模扩大。随着技术的成熟和配套设施的完善，水力压裂的作业规模也随之变大，从最初的几立方米到现在几十甚至上百立方米，在很大程度上提高了效率，也提高了低渗透油藏的采油率，实现了油藏的有效利用，因而成为开采作业中非常重要的技术之一。 3?水力压裂技术的发展方向和前景 水力压裂技术具有广阔的发展前景，因为随着石油资源的逐年开采，低渗透油藏广泛出现，水力压裂技术之外的技术虽然可以一定程度上改善低渗透油藏难以开采的现状，但是随着时代的发展，水力压裂技术逐渐广泛使用在低渗透油藏之中，使低渗透油藏的开采效率大大增加。 （1）在低渗透油藏重复压裂促进采油率。主要的发展研究方向主要是加强对油藏状况的研究，建立科学的压裂模型，还要做到实时监测水力裂缝，对裂缝进度进行模拟和控制，其次利用高排量和大输砂量的泵注设备，进行注入作业，从而实现低渗透油藏的有效开发。 （2）做好拟三维化模型向全三维化模型的转换，全三维化模型可以非常有效的、更为直观的模拟和观测地下裂缝的进度，可以非常有效的控制水力压裂技术的科学使用。还要做好油气藏模拟技术的研发，配合三维化模型，更好的观测和了解油藏状态，从而做出合理的高效的开采计划。 （3）针对传统的水力压裂技术会出现污染地下水的问题，可以在无水压裂液体系做出研究，实现高能气体压裂技术和高速通道压裂技术等新技术的开发和利用，实现提高开采效率和环境保护的双赢。 有水压裂到无水压裂，从直井压裂到水平井分段压裂，从常规的压裂技术到现在的体积改造技术，压裂技术不断进步的同时，为人类带来了丰富的油气资源。而随着油藏开发，大量低渗透油藏的出现，给水力压裂技术的使用带来了广阔的空间，因而水力压裂技术拥有非常好的发展前景。 4?结束语 水力压裂技术是油气开发中所需要的非常重要的配套技术，而水力压裂技术和开采开发之间的结合，很大程度上提高了采油效率，降低了成本，在很大程度上提高了开采水平，使低渗透油藏得以稳定生产。而我国在这一技术上进行了大量投入，从研究人员和设施上，为技术的发展提供了很好的支持。而这一技术的逐步发展，在很大程度上提高了我国油气的开发效率，也很大程度改善了我国的石油供应紧张的现状，为我国的可持续发展做出了重大贡献，而作为油气开发的重要技术，水力压裂技术也会进一步发展，实现更高效率的油气开采。 国内水力压裂技术现状 续震?1，2 卢鹏?1，3? 1.西安石油大学 陕西 西安 710000 2. 延长油田股份有限公司杏子川采油厂 陕西 延安 717400 3.延长油田股份有限公司下寺湾采油厂 陕西 延安 716100 摘要：最早的水力压裂技术出现于1947年，而现代使用的水力压裂技术则是1998年首次使用。这项技术的出现，是油气井增产出现了新的希望，帮助石油开采取得了很好的技术成就和经济效益，从而使这项技术在我国石油开采上广泛应用，并取得了很好的成果。本文针对我国水力压裂技术的现状和发展前景做出研究。 关键词：水力压裂?现状?前景
关于水力压裂设备及技术的发展及应用 【摘要】水力压裂技术经过了半个多世纪的发展，在设备和技术应用上都取得了较大的发展，在全球各地的石油开采中也发挥了关键性的作用，是目前仍在广泛应用的评价认识储层的一种重要方法，水力压裂技术也是油田煤矿等产业生产中确保安全、降低危险的重要技术。近年来，水力压裂的几部发展很快，在压裂设备材料上也有了较大突破，压裂技术在油田勘探开发应用中和其他行业的应用中的前景还是十分广阔的。 【关键词】水力压裂；发展现状；趋势 随着技术进步和应用范围的扩大，施工对压裂技术也提出了更高的要求，对压裂设备性能、压裂液等材料的要求也越来越高，不同地理环境下的压裂技术应用也有不同的需求，所以水力压裂设备和技术的研究也在不断进行，笔者在此对水力压裂技术的发展应用现状和今后的发展前景进行了展望，具体内容如下。 一、水力压裂设备技术的发展应用现状 （一）端部脱砂压裂技术 现代油气田勘探开发技术发展应用速度快，各种新技术工艺也都得到了综合运用，过去压裂设备和技术主要应用于低渗透油田，现在应用范围有了明显的扩大，在国内许多大型油田的中高渗透地层中不但应用了压裂设备和技术，且在技术上有了更大的突破。压裂技术应用于中高渗透地层时，实现短宽型的裂缝能够更好的控制油气层的开发，所以端部脱砂压裂技术应运而生，并在应用中取得了非常好的效果，近年来端部脱砂压裂技术在浅层、中深地层、高渗透以及松软地层都得到了应用，该技术的相关设备也在应用中得到了不断的改进。 （二）重复压裂技术 随着油田开发的不断深入，出现越来越多的失效井和产量下降的压裂井，二重复压裂技术正是针对该类油井改造和提高产量的有效技术措施。全球范围内各个国家对重复压裂设备和技术的研究都很重视，经过实践检验其应用效果也十分显著，重复压裂的成功率能够达到75%左右。在美国还有油田企业在应用重复压裂技术的同时还采用了先进的强制闭合技术和端部脱砂技术，取得了很好的经济效益。重复压裂技术设备能够用于改造低渗透和中渗透的油层，在直井、大斜度井以及水平井中都具有很高的应用效果，对提高产能具有很好的作用。 （三）高渗层防砂压裂技术 高渗层防砂压裂技术不但能够实现高渗透油藏的压裂，还能够同时完成充填防砂作业。传统的砾石充填防砂技术很容易造成对高渗透油层的破坏，导致导流能力下降，而高渗透防砂压裂技术是结合的端部脱砂技术，使裂缝中的支撑剂浓
文献综述 前言 水力压裂是油田增产一项重要技术措施。由地面以超过地层吸收能力的排量高压泵组将液体注入井中，此时，在井底附近便会蹩起压力，当蹩气的压力超过井壁附近地层的最小地应力和岩石抗张强度时，在地层中便会形成裂缝。随之带有支撑剂的液体泵入缝中，裂缝不断向前延伸，这样，在地层中形成了具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝。由于压裂形成的裂缝提高了产油层导流能力，使油气能够畅流入井内，从而起到了增产增注的作用。 为了完成水力压裂设计，在地层中造成增产效果的裂缝，需要了解与造缝有关的地应力、井筒压力、破裂压力等分布与大小。这些因素控制着裂缝的几何尺寸，同时对与地面与井下设备的选择有关。同时，用于水力压裂的压裂液的性能、数量，支撑剂的排布情况关系到裂缝的几何尺寸，压裂技术-端部脱砂技术，对提高压裂效果起到很大作用，这些因素关系到能否达到油田增产的目的，需要进行详细研究。在建立适当的裂缝扩展模型的基础上，实现现场实际生产情况的模拟研究，对进一步优化水力压裂参数，提高压裂经济实用性起到很大作用。 这项油田增产措施自发展以来，得到国内外广泛采用，并且经不断的开发试验，已取得很大成效。 水力压裂技术的发展过程 水力压裂技术自 1947 年美国堪萨斯州进行的的第一次试验成功以来，至今近已有60余年历史。它作为油井的主要增产措施，正日益受到世界各国石油单位的重视及采用 ,其发展过程大致可分以下几个阶段: 60 年代中期以前 ,各国石油公司的工作者们的研究工作已适应浅层的水平裂缝为主，此时的我国主要致力于油井解堵工作并开展了小型压裂试验。 60 年代中期以后 ,随着产层加深 ,从事此项事业的工作者以研究垂直裂缝为主。已达成解堵和增产的目的。这一时期 ,我国发展了滑套式分层压裂配套技术。 70 年代 ,工作进入到改造致密气层的大型水力压裂阶段。我国在分层压裂技术的基础上 ,发展了蜡球选择性压裂工艺 ,以及化学堵水与压裂配套的综合
压裂改造及其分类 人们将储层分为常规和非常规。压裂的目的不同，常规储层和页岩气储层的水力压裂实现时采用的策略是不同的。 页岩气的勘探开发需求引起了水力压裂技术与理论的发展，从而拓展了水力压裂技术的分类。因此，按储层的渗透性和增产机理，水力压裂技术可以分为3种类型： （1）以解除污染并提高近井地带渗流能力的解堵型压裂。主要应用于渗透率比较高的储层，其水力压裂的实施策略是追求较高的人工裂缝导流能力。施工中采用较大排量、高砂比、有时配合端部脱砂等工艺，以消除钻完井过程中的污染，增加近井地带的渗透能力。这类水力压裂可以提高单井产量，但是因为人工裂缝尺度不大，对井网部署、注水开发、采收率等开发指标几乎没有影响。 （2）以增大油气泄油面积的改造型压裂。主要应用于低渗透和特低渗透储层，其水力压裂的实施策略是追求较长的人工裂缝长度。这类压裂施工采用高黏度压裂液，大液量、大砂量注入，在储层形成几十米或上百米并具有一定导流能力的长裂缝，扩大了单井泄油面积。由于人工裂缝尺度较大并具有一定的方向性，这类压裂可以提高单井产量和开采速度，有益于采收率等开发指标的改善。 （3）以形成最大SRV的缝网型压裂。当水力压裂技术应用于页岩气储层时，其储层改造机理与前面两种类型完全不同。页岩气压裂是通过尽可能“压碎”储层，在页岩储层中人工形成复杂密集裂缝网络，使游离和吸附在页岩空隙中的页岩气可以流动并汇集到井筒。这类压裂提高单井产量并决定了单井的可采资源量和采收率。 描述页岩气压裂的关键参数是压裂形成的有效裂缝体积ESRV（effective stimulated reservoir volume）、裂缝密度、支撑和未支撑裂缝导流能力，而不仅仅是人工裂缝的长度和导流能力。其水力压裂的实施策略是追求较高的有效裂缝体积。Cipolla定义裂缝复杂指数FCI（fracture complex index）来描述网络裂缝有效性，即网缝宽度与长度之比。这类水力压裂形成的裂缝网络使储层流体的流态复杂，压裂决定了井的初始产量和单井可采资源量（EUR）、开采的合理井距、以及采收率等开发技术指标。 Barnett某页岩气井压后微地震监测表明，网络裂缝的SRV达到14.5亿ft3（约4106万立方米），是单一裂缝改造体积的3.37倍。国内外页岩气压裂的SRV 达到上千万立方米。根据储层渗透率的大小情况，可将水力压裂分为3类：①解堵型压裂，通俗称为“压痛”；②改造型压裂，通俗称为“压开”；③裂缝型压裂（或“体积改造技术”），通俗称为“压碎”。
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６４江汉石油职工大学学报 ８压裂实时监控技术 实时监控和监测技术，是通过在施工现场实时地测定压裂液、支撑剂和施工参数，模拟水力裂缝几何形状的发展，随时修改施工方案，以获得最优的支撑裂缝和最佳的经济效益。 （１）施工参数监控，包括排量、泵压、砂比等由仪表车直接显示和控制。 （２）压裂质量监测：分别监测混砂车出、人口压裂液（携砂液）的流变性、温度、ｐＨ值等参数，对压裂液流变性，特别是加人各种添加剂后的性能以及携砂能力进行定量分析，常用的仪器为范氏系列粘度计，并在模拟剪切和地层温度条件下模拟整个施工过程。对于延缓硼交联压裂液和延缓释放破胶剂体系，矿场实时监测更为重要。 （３）实时压力分析：根据测定的施工参数和压裂液参数用三维压裂模拟器预测井口或井底压力，并与实际值进行拟合，预测施工压力变化（泵注和闭合期间）和裂缝几何形状。主要用途如下： ①识别井筒附近的摩阻影响（射孔和井筒附近裂缝的弯曲），并能定性判断其主要影响因素，判断井筒附近脱砂的可能性； ②评价压裂设计可信程度：如果施工压力与矿场实时预测压力相吻合，则设计的裂缝几何形状是可信的； ③预测砂堵的可能性； ④确定产生的水力裂缝几何形状Ｉ ⑤提供施工过程的图像和动画信息。 矿场实时分析随着便携式计算机的发展，在矿场上得到了广泛应用，除ＧＲＩ外，其它石油公司也都相继研制和发展了这套系统。在实际应用中．经常与小型压裂测试分析结合应用。 ９ＦＡＳＴＦｒａｃ压裂管柱 贝克石油工具公司新近开发出一种连续油管压裂系统一ＦＡ刚下ｒａｃ压裂管柱，用于对先前未处理到的层位进行选择性的增产措施，从而获得比常规压裂更高效、更经济的压裂效果。应用该技术能一趟管柱实现多层隔离与措施。从而降低了修井作业成本，节省了完并时间。由于该连续油管传送系统能保证高比重压井液不接触生产层，使完井和增产措施均不造成油井伤害，从而快速实现生产优化。ＦＡｓＴＦｒａｃ工具与Ａｕｔｏ—Ｊ系统组成一个整体，Ａｕｔｏ—Ｊ系统的作用是保证连续油管将压裂管柱送入或从井筒中起出。措施时，上部封隔元件和下部封隔元件能隔离一个或多个生产层。一旦第一次措施完毕，系统就复位并重新设置，下入另一个生产层。无论是ＦＡ跚下ｒａｃ封隔器和桥塞系统，还是固定跨式双封隔器系统均能对过去遗漏的小型袋状油气藏实施经济高效的增产措施。 １０新型ＣＫＦＲＡＱ压裂充填系统 贝克石油工具公司新近研制成功新型ＣＫＦＲＡＱ系统，该系统由多个高性能井下工具组件组成，尤其适用于极高流速和高砂比条件下。在应用软件的辅助下，ＣＫＦＲＡＱ系统可以对压裂充填作业（用陶瓷支撑剂）中的泵的排量和容量进行优化，同时还可以将卡泵和套管腐蚀风险降至最低。经过大量模拟和小规模室内实验，该工具被应用于现场。人们还通过小规模室内试验，对工具转向孔的几何形状进行了评估，目的是找出哪种几何形状的转向孔遭遇的腐蚀最轻。此外，还进行了样机试验，以确保尽可能地延长套管的使用寿命。 贝克石油工具公司称，从毁坏性对比试验中可以看出，ＣＫＦＲＡＱ系统的各种性能都胜过其它竞争产品。 今后的发展方向： （１）随着水力压裂施工的要求越来越高，压裂液和支撑剂的性能也需越来越高，因此必须加强高性能压裂液和支撑剂的研究与开发。 （２）开展有效的裂缝检测技术研究。目前压裂后裂缝的检测技术仍然是水力压裂技术的一个薄弱环节，国内外采用的检测方法虽然取得了一定的成效，但还有很大的局限性，还需要进一步的研究。 （３）在中高渗透地层中应用端部脱砂压裂技术，扩大水力压裂技术的应用范围。 （４）发展矿场实时监测和分析技术，提高施工的成功率和有效率。 ［参考文献］ ［１］Ｆ．ＧＵＥＫｕｒｕ等著．冯敬编译，一种适用于低渗透浅层油藏的压裂方法［Ｊ］．特种油气藏，２００４（６）．［２］吴信荣，彭裕生编，压裂液、破胶剂技术及其应用［Ｍ］．北京：石油工业出版社，２００３，９． ［３］马新仿，张士诚．水力压裂技术的发展现状［Ｊ］．河南石油，２００２（１）． ［４］ＰａｕｌＷＫｔｅ，ＪｏｈｎＤ．Ｈａｒｋｒｉｄｅｒ，ＦｒａｃｔｕｒｅＳｔｉｍｕｌａｔｉｏｎＯｐｔｉ删功ｔｉｏｎｉｎａＭａｔｕｒｅＷａｔｅｒｆｌｏｏｄＲｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，《ＪＰｌｒ》，Ｊａｎｕａｒｙ，２００３． ［５］ｓｈｙａｐｏｂｅｒｓｋｙＪ，ｃｈｕｄｎｏｖｓｋｙ．Ａｒｅｖｉｅｗｏｆｒｅｃｅｎｔｄｅｖｅｌ—ｏｐｍｅｎｔｉｎｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｃｓ诵ｔｈｐｅｔｒｏｌｅｕｍｅｎｇｉｎｅｅｒ—ｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ＳＰＥ２８０７４。１９９４．（下转第６７页） 万方数据
水平井分段压裂改造技术现状与展望 发表时间：2018-01-29T11:05:30.553Z 来源：《科技新时代》2017年12期作者：刘学伟 [导读] 摘要:水平井作为一种有效提高油气产量的重要方法，在油气田开发中扮演着越来越重要的角色，特别在“低压力低渗透率、低丰度”三低油气藏。本文主要对目前国内水平井压裂改造技术现状进行探讨。 摘要:水平井作为一种有效提高油气产量的重要方法，在油气田开发中扮演着越来越重要的角色，特别在“低压力低渗透率、低丰度”三低油气藏。本文主要对目前国内水平井压裂改造技术现状进行探讨。 关键词: 水平井分段压裂展望 近年来随着各大油气田不断开发，油气藏综合开发难度逐渐增大，低渗透、超低渗透、致密油气藏等非常规油气藏开发面临难题突显，而制约超低渗、致密油气田等经济有效开发的关键技术就是储层改造技术的突破，实现油气藏纵横剖面有效动用，提高单井产量。 1水平井压裂技术现状 1.1双封单卡上提管柱压裂技术 该技术首先将待压裂改造层段一次性分段射孔，压裂管柱由双封隔器中间夹一导压喷砂器构成，在压裂过程中利用导压喷砂器的节流压差进行压裂，通过压裂一层上提一次管柱完成多段压裂。双封单卡上提管柱压裂技术虽然压裂目的性强，操作简单，单层改造效果彻底，但是根据实际施工过程中，该技术出现砂卡概率较高，而且一旦出现砂卡不宜解卡，同时因多段压裂过程中封隔器反复坐封、解封，导致封隔器胶筒易破裂失效，从而经常起下钻具延长施工周期。该技术有待完善。 1.2可钻式复合桥塞分段压裂技术 利用可钻式复合桥塞进行分级改造，通过连续油管或电缆下入桥塞和射孔枪，爆炸射孔后取出电缆或连续油管，通过套管泵注。该技术适合于套管完井的分级改造，由于第一段没有泵送通道，多采用爬行器或连续油管带桥塞和射孔枪下入。改造完毕后钻磨桥塞，即可多层返排、合采。该技术施工周期较长，地层伤害较大。 1.3投球打滑套分段压裂技术 投球打滑套压裂技术首先将待压裂改造层段一次性分段射孔，起出射孔枪后，下入带有滑套分压工艺管柱工具串到达设计位置，压裂第一段完成后，投放与滑套尺寸相匹配的钢球，油管液体加压，打断销钉打开滑套，坐封封隔器，施工上层，逐级完成施工。该技术可实现连续压裂施工，缩短施工周期，施工效率较高，但是，因井下工具串较复杂，发生砂卡解卡较难。 1.4 TAPI阅完井分段压裂技术 该技术是一种新型无级差套管滑套分段压裂技术。在下入油层套管时在套管上连接多个特殊滑套，每一个滑套都正对目标产层。固井后，采用射孔或爆破阀打开最底部压裂滑套，完成第一段的压裂。第一段压裂结束后，从井口投入飞镖打开上面一段的压裂滑套，同时对已施工的第一段进行封闭，压裂第二段。重复此施工步骤直至所有施工段压裂结束。待所有压裂施工结束后，采用连续油管对TAP阀进行磨铣，恢复全井筒畅通。该技术具有压裂级数不受限制，可以恢复全尺寸井筒，施工流程简单，施工效率较高，在生产后期可以利用连续油管对滑套进行选择性关闭等特点。 2水平井压裂技术发展趋势 近年伴随着油气田资源开发规模逐渐加大，从目前面临“三低”的油气藏即将转战致密油气田、页岩气等油气田开发，油气藏综合开发难度逐渐增大，低渗透、超低渗透、致密油气藏等非常规油气藏开发面临难题突显，而制约超低渗、致密油气田等经济有效开发的关键技术就是储层改造技术的突破，实现油气藏纵横剖面有效动用，提高单井产量。 2.1水平井低伤害清洁压裂液体系 目前，随着地层开发难度逐渐增大，地层越来越敏感，与此同时水平井压裂技术日新月异，但是与之相配套的低伤害压裂液体系米能及时跟进。为实现这一目标，相关领域应加强对水平井低伤害清洁压裂液性能研究，配套完善的水平井压裂液体系。 2.2水平井段内多裂缝压裂技术 当前，油气田开发渗透率逐渐降低，增加改造体积充分动用储层储量，增大泄流面积，提高单井产量迫在眉睫。通过水平井段内开始多裂缝可实现储层整体的动用程度，实现水平井水平段体积化改造模式，从而提高水平井动用储量。 2.3连续油管水力喷射射孔环空压裂技术 该技术可以部分解决可钻式复合桥塞分段压裂技术出现的不足之处，作为其补充，与其配合使用。连续油管水力喷射射孔环空压裂技术已经在各大气田得到了广泛的应用，取得较好效果。 3结束语 1)水平井压裂改造技术的突破，才能有效动用控制储量，提高单井产量，最终实现油气田经济有效开发。 2)裸眼封隔器分段压裂技术和水力喷射分段压裂技术为现阶段各大油气水平井主体分段改造技术，已经推广应用，其他分段压裂技术作为其必要补充，也将发挥重要作用。 3)进一步开展水平井分段压裂改造工艺技术适应性研究，完善水平井分段压裂工艺。 参考文献: [1] 刘翔鹊，刘尚奇.国外水平井技术应用论文集[M}北京.石油工业出版社， 2001. 作者简介：刘学伟，男，出生年月：1984.03，工程师，毕业时间：2007.07，毕业院校：中国石油大学（华东），专业：化学工程与工艺，主要从事压裂技术研究工作。
ABAQUS水力压裂模拟|XFEM和Cohesive方法关键字：单缝、多缝、交叉缝、体积缝、转向缝、缝间干扰、储隔层 我是星辰北极星，水力压裂，对于石油工程的朋友并不陌生，它是石油开采和增产的重要手段；也广泛应用于地热开采、地基处理等领域。由于毕业于石油大学，所以有很多机会接触这方面的问题，也关注着ABAQUS在压裂领域的应用。这个专题将分享自己在水力压裂仿真中的一些积累，希望大家喜欢。 【主要内容】 一、内容概述 二、仿真要点介绍 2.1 ABAQUS水力压裂模拟常用仿真方法 2.2 地应力平衡分析（Geostatic） 2.3 渗流-位移耦合分析（Soils） 2.4 材料与单位制讲解 2.5 特殊的输出需求与定义 2.6 交叉裂缝处理 三、实例讲解 3.1 基于Cohesive单元的二维水力压裂模拟 3.2 基于Cohesive单元的三维水力压裂模拟 3.3 水力裂缝与天然裂缝相交模拟-Cohesive单元法 3.4 裂缝发育地层的水力压裂模拟-Cohesive单元法 3.5 基于XFEM的水力裂缝转向模拟 3.6 基于XFEM的水平井多段压裂裂缝的缝间干扰问题研究 【二维水力压裂模拟（Cohesive）】 通过这个简单的案例讲述采用Cohesive单元模拟水力压裂的基本技巧，让大家掌握注液、停泵憋压等基本设置，以及前后处理的一些技巧。
【三维水力压裂模拟（Cohesive）】 三维模型计算量较大，但可以模拟储隔层压裂过程中，水力裂缝限制在储层中扩展的形态，当然，下图中的裂缝形态主要受储隔层的材料性质和地应力状态影响；不合适的地层条件将导致水力裂缝窜层现象的发生。 【水力裂缝与天然裂缝相交模拟】 本例中采用Cohesive单元模拟水力裂缝交叉，并可通过该模型分析不同地应力情况下水力裂缝遇到天然裂缝后的扩展轨迹。应力差较小时，易促使天然裂缝张开；应力差较大时，水力裂缝可穿过天然裂缝。
第六章水力压裂技术 一、名词解释 1、水力压裂：常简称为压裂，指利用水力作用使油层形成裂缝的方法，是油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施，不仅广泛用于低渗透油气藏，而且在中、高渗油气藏的增产改造中也取得了很好的效果。 2、地应力：指赋存于地壳岩石中的内应力。 3、地应力场：地应力在空间的分布。 4、破裂压力梯度：地层破裂压力与地层深度的比值。 5、闭合压力（应力）：使裂缝闭合的压力，理论上等于最小主应力。 6、分层压裂：分压或单独压开预定的层位，多用于射孔完成的井。 7、裂缝的方位：裂缝的延伸（扩展）方向。 8、压裂液：压裂过程中，向井内注入的全部液体。 9、水基压裂液：以水为基础介质，与各种添加剂配制而成的压裂工作液。 10、交联剂：能将溶于水中的高分子链上的活性基团以化学链连接成三维网状型的结构，使聚合物水溶液形成水基交联冻胶压裂液。 11、闭合压力：使裂缝闭合的压力，理论上等于最小主应力。 二、叙述题 1、简述岩石的破坏及破坏准则。 答案要点：脆性与塑性岩石：在外力作用下破坏前总应变小于3%的岩石叫脆性岩石，总应变大于5%的岩石叫塑性岩石，总应变介于3～5%的岩石叫半脆性岩石。 岩石的破坏类型：拉伸破坏；剪切破坏；塑性流动。其中拉伸破坏与剪切破坏主要发生在脆性岩石。塑性流动主要发生在塑性岩石。 2、简述压裂液的作用。 答案要点：按泵注顺序和作用，压裂液可分前置液、携砂液和顶替液。其中，携砂液是 压裂液的主体液。○1前置液的作用：造缝、降温；○2携砂液的作用：携带支撑剂、延伸造缝、冷却地层；○3顶替液的作用：中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有预防砂卡的作用；注完携砂液后要用顶替液将井筒中全部携砂液替入裂缝中，以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。 3、简述压裂液的性能及要求。 答案要点：滤失少；悬砂能力强；摩阻低；稳定性；配伍性；低残渣；易返排；货源广、便于配制、价钱便宜。 4、压裂液有哪几种类型？ 答案要点：水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液、乳化压裂液、醇基压裂液、胶束压裂液。 5、简述常用破胶剂及其作用。 答案要点：主要作用：是使压裂液中的冻胶发生化学降解，由大分子变成小分子，有利于压后返排，减少对储集层的伤害。 常用的破胶剂：包括酶、氧化剂和酸。生物酶和催化氧化剂系列是适用于 21～54 ℃的低温破胶剂；一般氧化破胶体系适用于 54～93 ℃，而有机酸适用于 93 ℃以上的破胶作用。 6、影响支撑剂选择的因素有哪些？ 答案要点：（1）支撑剂的强度：一般地，对浅地层（深度小于1500m ）且闭合压力不大时使用石英砂；对于深层且闭合压力较大时多使用陶粒；对中等深度（ 2000 m 左右）的地层一般用石英砂，尾随部分陶粒。 H p F F =α
八、技术服务方案 一. 暂堵重复压裂技术原理及特点 暂堵技术简介位于鄂尔多斯盆地陕北地区延长油藏大多数储油层都属于特低渗透、低压、低产油藏，油层物性特别差，非均质性很强，油井自然产能也就相当低了。为了提高采收率，绝大多数油井都进行过压裂改造，但是由于各种原因，油井产量还是下降的特别快，油井依然处于低产低效的状态。因此，为了达到进一步提高油井产量的目的，我们必须做到以下两个方面的工作：一、针对性的选择有开发前景的油井进行二次或者多次压裂改造，以至于提高油井的单井产能；二、由于我们在注水开发过程中， 注入水总是沿着老裂缝方向水窜，导致大部分进行过压裂改造过的老井含水上升特别快，水驱波及效率特别低。针对这部分老井，如果还是采用常规重复压裂方法进行延伸老裂缝，难以达到提高采收率的目的。为了探索这一部分老井的行之有效的增产改造措施，我公司借鉴了国内许多其他大油田的暂堵重复压裂的成功的现场试验经验，近两年来进行了多次油井暂堵压裂改造措施试验。现场施工结果表明：在压裂施工前先挤入暂堵剂后，人工裂缝压力再次上升的现象很明显，部分老油井经过暂堵施工后，其加沙压力大幅度上升，暂堵重复压裂后，产油量大幅度上升。为了确保有效的封堵老裂缝，压开新裂缝，并保持裂缝有较高的导流能力，达到有较长时间的稳产期。该技术成果的成功研究与应用，不仅可以提高油井的单井产量，而且可以提高整个区块的开采力度，从而为保持油田的增产稳产提供保障，可取得可观的经济效益和社会效益。 堵老裂缝压新裂缝重复压裂技术，即研究一种高强度的裂缝堵剂封堵原有裂缝，当堵剂泵入井内后有选择性的进入并封堵原有裂缝，但不能渗入地层孔隙而堵塞岩石孔隙，同时在井筒周围能够有效地封堵射孔孔眼；然后采用定向射孔技术重新射孔，以保证重复压裂时使裂缝转向，也即形成新的裂缝；从而采出最小主应力方向或接近最小主应力方向泄油面积的油气，实现控水增油。 水力压裂是低渗透油气藏改造的主要技术之一，但经过水力压裂后的油气井，在生产一段时间后，会由于诸多原因导致压裂失效。另外，还有些压裂作业实施后对产层造成污染，也会使压裂打不到预期效果。对这类油气井，想要增加产能，多数必须采取重复压裂进行改造。 暂堵压裂技术主要用来解决油层中油水关系复杂、微裂缝十分发育的层位。注水油田经过一段时间的开采后，大多数低渗透油层已处于高含水状态，老裂缝控制的原油已接