采油新技術(shù)與新理論

1、采油新技術(shù)與新理論 (New Technology & Theories for Oil-production)水力壓裂技術(shù)(Hydraulic Fracturing) 主講： 西南石油學(xué)院采油教研室 胡永全 (028)89277012, 13880551895,主 要 內(nèi) 容,低滲透儲層特征地應(yīng)力與應(yīng)用壓裂材料（壓裂液與支撐劑）壓裂設(shè)計方法壓裂測量與評估技術(shù)壓裂工藝技術(shù)（重復(fù)壓裂技術(shù)、整

2、體壓裂）水平裂縫壓裂理論與設(shè)計方法,第一講：低滲透儲層特征 1. 低滲透油田界限 2. 低滲透油田分類 3. 低滲透油田儲量分布 4. 低滲透油藏成因 5. 低滲透油藏物性特征 6. 低滲透油藏裂縫特征 7. 低滲透油藏開發(fā)特點,1.1 低滲透儲層界限,前蘇聯(lián)：美國

3、：唐曾熊：羅蟄潭、王允誠嚴衡文閻慶來,1.1.1 低滲透油藏滲透率上限,低滲儲層與中高滲儲層的滲流特點,(1) 低滲透儲層具有啟動壓力梯度,,,,,,,,,,,,,,不同流態(tài)的滲流曲線,低滲透巖心中液體滲流曲線,高速非線性滲流,線性滲流,低速非線性滲流,(2) 低滲透儲層滲透率對原油采收率具有明顯影響,1.3 低滲透油田分分布,第一類 一般低滲透油田， (10～50)mD 第二類 特低滲透油田，油層平均滲透率為（l一1

4、0）mD。第三類 超低滲透油田，其油層平均滲透率為（0.1～1）mD。,1.2 低滲透油田分類,1.4 低滲透儲層成因分類,1. 沉積成因 （1）近源沉積 （2）遠源沉積2 成巖作用（1）壓實作用（2）膠結(jié)作用（3）溶蝕作用,1.5 低滲透油田儲層裂縫特征,砂巖裂縫與碳酸鹽巖裂縫區(qū)別,（1）砂巖裂縫多為構(gòu)造成因的張性和剪性縫；而碳酸鹽巖裂縫既有構(gòu)造成因的張、剪縫，又有成巖作用或兩者結(jié)合形成的溶洞、溶孔、縫合線、微裂

5、縫等。（2）砂巖裂縫一般縫面清楚，產(chǎn)狀穩(wěn)定，長度大，具有明顯的方向性；而碳酸鹽巖裂縫在地下常有一定開度，長度不大，寬度大。（3）原始狀態(tài)下多數(shù)低滲透砂巖裂縫是閉合的，屬微裂縫或潛裂縫，裂縫寬度在孔隙直徑的數(shù)量級內(nèi)，因此裂縫不是主要的儲油空間和運移的通道。而碳酸鹽巖裂縫則相反。（4）砂巖裂縫由于在地下閉合（5）裂縫具有可變性。,1.5.1 發(fā)育特征,1．層厚

6、 2．巖性,,3．構(gòu)造部位,1.5.2天然裂縫系統(tǒng)識別,巖心裂縫觀測描述 露頭裂縫觀測描述 測井識別裂縫方法 —聲波測井 —井壁成像技術(shù) 井下聲波電視 地層微電阻率掃描 全井眼地層微成像儀,,裂縫的動態(tài)識別方法：—鉆井顯示—井壁崩落法（注意與地應(yīng)力影響區(qū)別）—試井顯示—壓裂曲線顯示—注水顯示—油田生產(chǎn)顯示,第二講：

7、地應(yīng)力及應(yīng)用 1. 地應(yīng)力概述 2. 靜應(yīng)力場及分布規(guī)律 3. 應(yīng)力場測量與計算 4. 地應(yīng)力對油田開發(fā)的影響,2.1 地應(yīng)力概述,原地應(yīng)力與擾動應(yīng)力重力應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力與殘余應(yīng)力古地應(yīng)力與現(xiàn)今地應(yīng)力分層地應(yīng)力與 地應(yīng)力分層地應(yīng)力場性質(zhì)與地應(yīng)力場狀態(tài),2.2 靜應(yīng)力場及分布規(guī)律,2.2.1 原地應(yīng)力,,

8、[例2-1] 已知油藏深度H=2000m，地層巖石密度ρr=2300kg/m3，泊松比ν=0.20，地層流體密度ρL= 1050 kg/m3，孔隙彈性常數(shù)?=0.72。試計算有效垂向應(yīng)力和地層最小水平主應(yīng)力σh。若油藏壓力衰減7MPa后，地層最小水平主應(yīng)力的絕對增量為多大？[解] 上覆巖石壓力為 σv=10-6ρrg H = 10-6 ×2300×9.8×2000=45.08 MPa 油藏壓力近似

9、為 pS =10-6ρLg H =10-6 ×1050×9.8×2000=20.58 MPa 有效垂向應(yīng)力 =σv - ? pS = 45.08-0.72×20.58 = 30.26 MPa 地層最小水平應(yīng)力(Mpa)和 最小水平主應(yīng)力的絕對增量(Mpa)分別為,應(yīng)力很大而未發(fā)生塑性變形。據(jù)Dirk & Teeuw資料,,構(gòu)造應(yīng)力：是指構(gòu)造運動引起的地應(yīng)力增量,構(gòu)造

10、應(yīng)力只有兩個水平主應(yīng)力，屬于水平的平面應(yīng)力狀。 擠壓構(gòu)造力引起擠壓構(gòu)造應(yīng)力，張性構(gòu)造力引起拉張構(gòu)造應(yīng)力。 彈性模量高的地層有較高的構(gòu)造應(yīng)力。構(gòu)造應(yīng)力在傳播過程中逐漸衰減。,熱應(yīng)力,,2.2 靜應(yīng)力場分布規(guī)律2.2.1 地應(yīng)力分布一般規(guī)律,構(gòu)造應(yīng)力對地應(yīng)力的影響斷層類型與地應(yīng)力的關(guān)系不同巖性中地應(yīng)力分布特點巖漿巖中水平應(yīng)力一般都較高，且水平應(yīng)力差較大，在統(tǒng)計深度（22~2000米）內(nèi)，水平應(yīng)力差隨深度增加而增大沉積巖

11、中，水平應(yīng)力與深度之間有良好的線性關(guān)系，其水平應(yīng)力差是三大類巖石中最小的變質(zhì)巖中，最大最小水平主應(yīng)力總體上隨深度增加而增大，但較分散。構(gòu)造應(yīng)力松弛地區(qū)水平應(yīng)力隨巖石泊松比增加而增大；水平地應(yīng)力隨孔隙壓力減小而減少地層剝蝕可使垂向應(yīng)力成為最小主應(yīng)力硬地層中構(gòu)造應(yīng)力分量大地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)對地應(yīng)力的影響,表2-1 彈性模量與構(gòu)造應(yīng)力,地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)對地應(yīng)力的影響,地質(zhì)構(gòu)造的起伏變化往往引起局部地應(yīng)力集中。背斜軸部水平地應(yīng)力較低，但變化

12、快；向翼部逐漸升高，但變化平緩。構(gòu)造陡翼、傾俯端、鞍部或鼻狀構(gòu)造，往往產(chǎn)生應(yīng)力異常。單條逆斷層上盤誘發(fā)張應(yīng)力場，主應(yīng)力方位多與斷層線呈高角度斜交。逆斷層末端應(yīng)力場變化復(fù)雜，應(yīng)力性質(zhì)、強度和方位的規(guī)律性差斷層的交叉、分枝及拐點部位多產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)力強度明顯高于鄰區(qū)。在峽谷地區(qū)谷底經(jīng)常出現(xiàn)地應(yīng)力集中，河流切割越深，應(yīng)力集中越嚴重。,我國地應(yīng)力分布區(qū)域特征,強烈構(gòu)造應(yīng)力區(qū)：包括臺灣、西藏、新疆、甘肅、青海、云南、寧夏及四川中部。

13、中等構(gòu)造應(yīng)力區(qū)：河北、山西、陜西關(guān)中、山東、遼寧南部、吉林延吉地區(qū)、安徽中部、福建-廣東沿海及廣西 較弱構(gòu)造應(yīng)力區(qū)：江蘇、浙江、湖北、湖南、河南、貴州、重慶、黑龍江、吉林及內(nèi)蒙古大部地區(qū)。,2.3 靜應(yīng)力場測量與計算,直接法: 地應(yīng)力可以通過測量巖石的破裂壓力直接測量. 常用礦場測量方法，它可以較準確地給出地應(yīng)力測量結(jié)果，定量描述地應(yīng)力場。如水力壓裂測量、長源距聲波應(yīng)力測量、井壁崩落應(yīng)力方向測量、地面電位應(yīng)力方向測量、井下微地震

14、測應(yīng)力方向等。間接法: 通過測量巖石的變形和物性變化來反演地應(yīng)力.,水力壓裂法,,井壁崩落法（井眼橢園法）,,實驗室分析方法 典型的ASR曲線 典型的DSCA曲線,,有限元模擬,,2.4 地應(yīng)力對油田開發(fā)的影響,天然裂縫原則。沿最大水平主應(yīng)力方向矩形井網(wǎng)原則；最大水平主應(yīng)力方向上的油水井不相間（混）原則；井網(wǎng)與最大水平主應(yīng)力方向有利原則；射孔方案與最小水平應(yīng)力剖面相結(jié)合原則；,采油新技術(shù)與新理論

15、 (New Technology & Theories for Oil-production) 第三部分：壓裂液與支撐劑 ( Fracturing Fluid & Proppant),3.1 壓裂液體系80年代前: 硼酸鹽交聯(lián)為代表的中低溫水基壓裂液;80年代: 鈦鋯有機金屬交聯(lián)液滿足了高溫地層改造要求, 但傷害高達80%目前主要發(fā)展低傷害壓裂液體系,3

16、.1.1 中低溫硼酸鹽延遲交聯(lián)水基壓裂液機理: 固體顆粒緩慢溶解特點: 易破膠, 瞬時交聯(lián), 抗剪切差控制PH值實現(xiàn)延遲交聯(lián)典型配方: 成膠劑濃度4.79Kg/m^3; 交聯(lián)劑濃度0.44%;延遲釋放破膠劑濃度0,012-.06 Kg/m^3; PH=11-13; 交聯(lián)時間2?7 技術(shù)水平,3.1.2 高溫地層有機復(fù)合硼酸鹽交聯(lián)水基壓裂液機理: 復(fù)合配位體覆蓋 堿性控制結(jié)合力---控制交聯(lián)時間 氧化降解技術(shù)水平:

17、有機復(fù)合硼酸鹽交聯(lián)劑耐溫150C有機復(fù)合硼酸鹽交聯(lián)液在250度不破膠時傷害<15%,3.1.3 交聯(lián)的甲醛壓裂液 表面張力低 粘度性能好 防濾失性好 砂比可達0.4,3.1.4 延遲釋放破膠劑 微膠囊包裹破膠劑 酶破膠劑:70-125C; 高溫氧化破膠劑: 130-200F; 有機酸縮合破膠劑 起破膠作用 防濾失,3.1.5 壓裂液性能 壓裂液摩阻計算

18、 聚合物溶液（溶膠）計算混砂液摩阻計算凍膠壓裂液摩阻計算壓裂液紊流摩阻放大方法 Bowen法，阻力系數(shù)—雷諾數(shù)法，阻力速度法,壓裂液性能測量 旋轉(zhuǎn)粘度計 管式粘度計 小直徑管道 盤管粘度計 擺動式流變儀,3.1.6 壓裂液濾失數(shù)值模擬冪律液體在侵入?yún)^(qū)的滲流地層流體在多孔介質(zhì)中的滲流濾餅區(qū)的

19、滲流定解條件：初始條件，邊界條件數(shù)值計算參數(shù)分析,3.1.7 模糊邏輯器選擇壓裂液壓裂液的選擇標準壓裂液選擇的邏輯系統(tǒng)原則壓裂液選擇的邏輯系統(tǒng)模糊邏輯標準,3.1.8 清潔壓裂液體系,2 支撐劑典型支撐劑性能蘭州砂唐山陶粒成都陶粒宜興陶粒,2.1 樹脂包層支撐劑優(yōu)點: 增加了粒間接觸面積;減少了顆粒破碎后微粒運移與堵塞;總體積密度略低.形式: 固化砂--在地層溫度下膠結(jié)預(yù)固化砂--地面形成樹脂薄膜包裹支

20、撐劑,2.2 樹脂包層支撐劑工藝雙涂層技術(shù): 內(nèi)層為預(yù)固化樹脂薄膜, 滿足強 度;外層在一定條件下固化的樹 脂薄膜, 顆粒粘結(jié);部分固化技術(shù): 減小固化劑用量控制固化程度 阻止顧化砂在井筒膠結(jié).呋喃樹脂包層支撐劑: 提高了高溫穩(wěn)定性,,2.3 影響導(dǎo)流能力的因素（一） 承壓時間增加, 導(dǎo)流能力降低 20/40目陶粒 20/ 40目蘭州砂

21、 20/40目混合砂 非達西流動影響,,影響導(dǎo)流能力的因素（一） 環(huán)境與流動的影響 顆粒越小,溫度影響越小 低溫測定Pc-K曲線與一般測定無區(qū)別 同一閉合應(yīng)力下鹽水K低 氧化鋁支撐劑(121C): 玻璃珠支撐劑(121C):寶破碎壓力明顯降低,采油新技術(shù)與新理論 (New Technology & Theories for Oil-pr

22、oduction) 第三部分：水力壓裂設(shè)計 (Hydraulic Fracturing Design),,1 水力壓裂裂縫延伸數(shù)值模擬 年代 二維 擬三維 全三維80年代 80% 20% 研究中90年代初 10% 80% 10%,,1.1 連續(xù)性方程注入壓裂液量 = 裂縫體積 + 濾失液量1.2 流體流動壓降方程平行板流流動

23、壓降方程圓管中流動壓降方程裂縫中流動壓降方程,,1.3 裂縫寬度方程England & Green 公式應(yīng)力分解積分求和,,1.4 裂縫高度方程斷裂力學(xué)靜態(tài)延伸準則裂縫高度控制方程1.5 裂縫延伸算法,1.6 影響裂縫延伸的因素分析地層最小水平主應(yīng)力差彈性模量與泊松比壓裂液濾失系數(shù)壓裂液稠度系數(shù)壓裂液流動指數(shù)施工排量施工規(guī)模,2。 溫度場計算 溫度分析在壓裂的意義2.1 井筒溫度場分析

24、油管注液 套管注液 混合注液 2.2 裂縫溫度場分析,3。 裂縫延伸與支撐劑運移相互求解 裂縫延伸過程支撐劑的影響相互求解,4。 壓裂優(yōu)化設(shè)計 一般概念經(jīng)濟模型數(shù)學(xué)模型建立與求解 — 最小施工費用目標函數(shù)與約束條件構(gòu)造 — 最大壓裂收益目標函數(shù)與約束條件構(gòu)造線形規(guī)劃求解,采油新技術(shù)與新理論 (New Technology & Theories for Oil-production) 第四

25、部分：水力裂縫測量與評估 (Measure & Evaluation for Hydraulic Fracture),1 壓裂裂縫高度測量,1.1 直接測量方法 井下電視:在裸眼井中下入井下電視直接觀察裂縫高度延伸 地層微掃描器:在裸眼井中下入井下電視直接觀察裂縫高度延伸 噪聲測井:當井筒中的流體進入吸液點產(chǎn)生聲信號，它不同未吸液處的聲信號，從而可以估算裂縫高度。無法測出縫高在不產(chǎn)液層的增長

26、,,1.2 間接測量地震測量井溫測井 原理 測井要求,1.2 間接測量: 微地震測量,,1.2 間接測量:井溫測井,壓前測出一條井溫剖面基線壓后盡早測試，連續(xù)測2~4次起始測點在壓裂層段以上某點測井速度控制在6m/min以內(nèi)，不可過快壓裂液溫度應(yīng)保證溫度異常。,2. 壓裂壓力曲線分析一致性參數(shù),,2.1 測試壓裂 2.1.1 階梯式注入測試,,2.2.2 利用壓力降落曲線確定壓裂參數(shù),假設(shè)

27、a. 地層為半彈性體，層間無滑動b. 冪律型壓裂液，泵注過程中排量不變c. PKN二維裂縫延伸幾何模型，兩翼對稱d. 停泵后裂縫不再延伸，裂縫處于自由閉合,,,,,,,理論圖版,,2.2 壓裂壓力降落曲線分析,求擬合壓力a. 整理停泵后的壓力降落資料；b. 根據(jù)壓降數(shù)據(jù)表作出壓差?P（?0,?）與?的關(guān)系曲線，其橫坐標與理論圖版重合；c. 將理論圖版迭合在?P（?0,?）~?曲線上，使兩張圖版的?=1線重合，然后上下移

28、動進行曲線擬合。d. 相應(yīng)于G（?0,?）=1的?P值即為擬合壓力P*,,,,,閉合時間tc,,不穩(wěn)定試井在壓裂中的應(yīng)用 表皮系數(shù) 油井表皮系數(shù) 氣井表皮系數(shù) 確定支撐裂縫長度 確定裂縫導(dǎo)流能力,采油新技術(shù)與新理論 (New Technology & Theories for Oil-production) 第六部分：水力壓裂工藝技術(shù) (Hy

29、draulic Fracturing Technology),1 強制裂縫閉合技術(shù)有效阻止支撐劑回流產(chǎn)層內(nèi)得到較大量充填降低前置液用量節(jié)省降濾劑費用,2 水力壓裂增能壓裂（助排）技術(shù)壓裂液 + 二氧化碳機理：混合范圍：懸砂能力,,3 水力壓裂分層技術(shù) 3.1 (蠟球)封堵分層壓裂技術(shù) 優(yōu)點: 省時省錢效果好 堵球: 高比重, 低比重 要求: 能座封于射孔孔眼

30、 堵住孔眼 壓后脫落,3.2 分層壓裂技術(shù) 用途: 多層且有破裂壓力差 特點: 按壓裂要求設(shè)計射孔方案 關(guān)鍵: 孔眼摩阻計算,3。3 水平井壓裂技術(shù) 應(yīng)力場分析 選井(層)原則 裂縫最佳條數(shù) 地層破裂壓力 壓裂液與支

31、撐劑 同時壓裂技術(shù) 隔離技術(shù),3。4 煤層氣藏壓裂技術(shù) 開采現(xiàn)狀 與常規(guī)氣藏開采的區(qū)別 煤層氣壓裂,采油新技術(shù)與新理論 (New Technology & Theories for Oil-production) 重復(fù)壓裂技術(shù) (Hydraulic Re-fracturing Technol

32、ogy),第一節(jié) 重復(fù)壓裂技術(shù)概要1.重復(fù)壓裂方式.繼續(xù)延伸老裂縫.層內(nèi)壓出新裂縫.改向壓裂,2 裂縫失效原因 油層傷害越來越明顯 微粒運移嚴重 化學(xué)結(jié)垢 裂縫閉合 油井結(jié)蠟嚴重 壓裂早期脫砂,3.重復(fù)壓裂機制水力壓裂誘導(dǎo)應(yīng)力場地層孔隙壓力應(yīng)力場地層溫度誘導(dǎo)應(yīng)力場室內(nèi)數(shù)值模擬技術(shù)現(xiàn)場試驗研究,4.重復(fù)壓裂評估4.1 壓前評估的目的 考察初次壓裂后的生產(chǎn)史,確定

33、油層能力及可采儲量；評估前次壓裂有效程度及失效原因；評估原來工藝措施水平。,,4.2 單井狀況評估井的剩余可采儲量井的地層能量4.3 裂縫當前狀況不穩(wěn)定試井分析裂縫模擬和生產(chǎn)動態(tài)分析,4.4 原來壓裂工藝措施評價砂比高低加砂程序頂替液,4.5 壓裂材料評價 原有壓裂液評價:蘭州砂在30MPa下乾安油田Frcd=7.5D-cm;153C,Pc=40Mpa時唐山陶粒軟化. 原有支撐劑評價:田菁液粘彈性差,

34、脆性大;有機鋯壓裂液粘度低,破膠性能差.4.6 壓裂壓力分析濾失系數(shù) 裂縫長度平均縫寬 閉合時間,4.7 選井選層原則足夠的能量與儲量前次施工失敗井前次改造力度不夠井支撐劑破碎井改造污染井,5 重復(fù)壓裂時機低含水期壓主力層效果明顯中含水期是最佳重復(fù)壓裂時期高含水期是重復(fù)壓裂非主力油層與接替油層的最佳時期,使含水率平穩(wěn)甚至下降,6 重復(fù)壓裂模擬研究 裂縫方位不利時,增加縫長

35、降低掃油效率; 裂縫方位有利且不含水時,增加縫長和導(dǎo)能力利于增產(chǎn), 但在中高含水期可能有下列三種情況;(a) qo比qw增加快(b) qo比qw增加小(c) qo下降qw增加,6.1 二維二相油藏裂縫系統(tǒng)假設(shè)數(shù)學(xué)模型邊界條件初始條件差分方程求解方法,6.2 乾安實例 當Lf 增加到一定程度后，累計產(chǎn)油量和累計產(chǎn)水量增加趨于平穩(wěn)，Lfopt=50-100m陶粒作支撐劑（FRCD高）較蘭州砂的增產(chǎn)幅度高

36、，在裂縫方位有利時提高FRCD 不會使fw急劇增加.重復(fù)壓裂qo增加，qw增加，但qo增加快,第二節(jié) 堵老縫壓新縫重復(fù)壓裂技術(shù),,,,1、堵老縫壓新縫重復(fù)壓裂原理2、重復(fù)壓裂造新縫的力學(xué)機理3、原裂縫堵劑實驗研究4、應(yīng)用效果5、進一步開展的工作,如果σxmin+σx誘導(dǎo)>σymax+σy誘導(dǎo)，可以形成新裂縫 （1）重復(fù)壓裂井的應(yīng)力變化能夠形成新的人工裂縫。解決該關(guān)鍵問題的基礎(chǔ)在于全面分析和描述人工裂縫、地層流體壓力變

37、化、孔隙熱彈性應(yīng)力、鄰井注水/生產(chǎn)活動都產(chǎn)生新的誘導(dǎo)應(yīng)力；（2）堵老縫造新縫重復(fù)壓裂的時機。回答在什么條件下能夠形成新裂縫，只有在此條件下實施堵老縫造新縫重復(fù)壓裂才有實際意義；(3) 如何實現(xiàn)堵老縫造新縫重復(fù)壓裂。實踐證明采用高強度裂縫堵劑封堵老裂縫是有效的。,1、堵老縫壓新縫重復(fù)壓裂原理,2、重復(fù)壓裂造新縫的力學(xué)機理,(1) 裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力(2) 生產(chǎn)引起地應(yīng)力變化(3) 注水引起地應(yīng)力變化(4) 總應(yīng)力變化與分布(5) 重

38、復(fù)壓裂時機,2.1 裂縫誘發(fā)的應(yīng)力變化,① 縫口張開裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力最大，縫端所誘導(dǎo)的應(yīng)力最小。② 張開裂縫誘導(dǎo)應(yīng)力隨著離縫距離變化，離縫越遠，誘導(dǎo)應(yīng)力越小。③ 垂直于裂縫方向上（重壓新裂縫方向）所誘導(dǎo)的水平應(yīng)力最大，在初始裂縫方向上所誘導(dǎo)的水平應(yīng)力最小。④ 在重壓新裂縫方向上，最大水平主應(yīng)力方向上的誘導(dǎo)應(yīng)力明顯高于最小水平主應(yīng)力方向上的誘導(dǎo)應(yīng)力。,,2.2 生產(chǎn)誘發(fā)的應(yīng)力變化,① 空間上，距離井眼和裂縫端部距離越近，應(yīng)力變化越

39、大；② 在間上，生產(chǎn)初期，由于生產(chǎn)速度快，孔隙壓力下降幅度大，引起應(yīng)力變化幅度最大，生產(chǎn)時間增加到一定程度后，應(yīng)力隨時間變化不在明顯，近隨空間距離變化；③ 在垂直初始裂縫方向（重復(fù)壓裂新裂縫方向）上，最大水平主應(yīng)力下降的速度大于最小水平應(yīng)力方向上的應(yīng)力下降。,,2.3 鄰井注水產(chǎn)生熱彈性應(yīng)力和孔隙彈性應(yīng)力,① 注入引發(fā)的應(yīng)力變化在徑向上始終為負，表現(xiàn)為張應(yīng)力，井眼處應(yīng)力變化最大，隨著徑向距離的增加應(yīng)力數(shù)值逐漸降低，到一定距離后逐漸

40、為零；② 切向上應(yīng)力變化相對比較復(fù)雜，首先隨著徑向距離增加逐漸增大，然后到達最大值，之后逐漸減少，到一定距離后為零，同時應(yīng)力的變化從負值到正值，這種變化趨勢主要受徑向距離和注入時間控制；③ 從注入模型的推導(dǎo)來看，沒有剪切應(yīng)力產(chǎn)生，因此，徑向應(yīng)力方向即為最大水平應(yīng)力方向，切向應(yīng)力方向為最小水平應(yīng)力方向上；④ 切向上的應(yīng)力變化比徑向上的應(yīng)力變化偏大，則在最大水平應(yīng)力方向和最小水平應(yīng)力方向上的應(yīng)力變化具有相似的特征。,,,2.4 總應(yīng)

41、力,① 重復(fù)壓裂井中發(fā)生了應(yīng)力重定向，并在距井眼一定距離處（應(yīng)力各向同性點）應(yīng)力重新轉(zhuǎn)向，逐漸恢復(fù)到初始應(yīng)力水平；② 重壓縫長方向上，井眼到應(yīng)力各向同性點之間的差應(yīng)力隨初始差應(yīng)力的降低而增加；超過應(yīng)力各向同性點后，差應(yīng)力隨初始差應(yīng)力的增加而增加；③ 應(yīng)力重定向的發(fā)生和應(yīng)力各向同性點的距離與很多因素有關(guān)，其中初始水平應(yīng)力差是決定應(yīng)力轉(zhuǎn)向和和應(yīng)力各向同性點位置的關(guān)鍵因素，如果重復(fù)壓裂過程中差應(yīng)力大于某一值，應(yīng)力轉(zhuǎn)向根本不可能發(fā)生。,2.

42、5 重復(fù)壓裂時機,3、原裂縫堵劑實驗研究,3.1 裂縫堵劑性能要求 (1) 堵劑能夠在一定程度上預(yù)先成膠，優(yōu)勢在于① 能完全進入地層裂縫中從而有效封堵裂縫；② 不滲入地層孔隙從而不會堵塞巖石孔隙。(2) 要求堵劑有高的強度、良好的粘彈性，也就是很好的抗拉性及與巖石表面強的粘附力。以保證重復(fù)壓裂時裂縫偏離最大主應(yīng)力方向，堵劑強度至少要高于產(chǎn)層破裂壓力。(3) 良好的剪切稀釋性，有利于泵入和流動。,3.2 堵劑體系,4、應(yīng)用效果

43、,,,長慶油田,5、進一步開展的工作,（1）物理模擬（2）裂縫監(jiān)測,采油新技術(shù)與新理論 (New Technology & Theories for Oil-production) 第七部分：整體壓裂改造,“壓裂開發(fā)技術(shù)”按照儲層最大滲流方向布井，充分體現(xiàn)了壓裂油藏工程的特點，與儲層構(gòu)造應(yīng)力場、天然裂縫發(fā)育、儲層分布、壓裂裂縫優(yōu)化匹配，能夠有效的提高低滲透油田的壓裂開發(fā)效果，研究表明按照壓裂開發(fā)井網(wǎng)布井和開采可以提高

44、采收率2%以上。1990年以來在低滲透油田的開發(fā)與調(diào)整中得到了廣泛的應(yīng)用。,整體壓裂開發(fā)技術(shù)概況,整體壓裂開發(fā)技術(shù)輪廓,?構(gòu)造應(yīng)力場與分層應(yīng)力 區(qū)域構(gòu)造分析、地應(yīng)力巖心試驗、現(xiàn)場水力壓裂測量、測井分析、數(shù)值模擬等配套的地應(yīng)力測量與描述技術(shù)，能夠?qū)艠?gòu)造應(yīng)力場和現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場進行測量與數(shù)值模擬分析?整體壓裂開發(fā)井網(wǎng)的優(yōu)化。 地應(yīng)力巖心試驗、現(xiàn)場水力壓裂測量、測井分析等配套分層應(yīng)力剖面計算技術(shù)?單井壓裂方案的優(yōu)化。?壓裂模

45、擬技術(shù) 國外“黑油模型改造”（石油工程平臺）、國內(nèi)自主開發(fā)的整體壓裂數(shù)值模擬軟件?整體壓裂方案模擬。 國外壓裂軟件（集總?cè)S及擬三維軟件 FracPro 、 Meyer+全三維設(shè)計軟件GOHFER 、 Stim-plan ）、國內(nèi)自主開發(fā)的三維壓裂優(yōu)化設(shè)計軟件?單井壓裂方案模擬。,,整體壓裂開發(fā)技術(shù)輪廓,壓裂施工工藝 根據(jù)儲層應(yīng)力、壓力、裂縫發(fā)育、壓裂液的濾失特征，研究適合不同類型油氣藏壓裂改造的壓裂工藝：

46、 分層壓裂：機械封隔與投球 限流壓裂：薄互層、多層新完井壓裂改造 轉(zhuǎn)向壓裂：遮擋層薄弱時控制縫高的壓裂技術(shù) 暫堵與分步加砂：雙重介質(zhì)低滲透砂巖儲層壓裂技術(shù) 增能助排技術(shù)：低壓地層壓裂技術(shù) 裂縫改向：注水開發(fā)油藏的重復(fù)壓裂技術(shù)? 壓裂材料? 室內(nèi)實驗技術(shù),整體改造設(shè)計以 “壓裂開發(fā)井網(wǎng)”、壓裂油藏模擬、壓裂模擬為基礎(chǔ)，以經(jīng)濟優(yōu)化和最終采收率為目標，優(yōu)化油水井壓裂方案及工作制度。,

47、,整體壓裂改造優(yōu)化設(shè)計,低滲油藏整體壓裂開發(fā)技術(shù)已在部分油藏成功應(yīng)用,? 低滲均質(zhì)整裝砂巖油藏：吉林乾安、大慶朝陽溝、吐哈善鄯等油田? 以直井壓裂投產(chǎn)開發(fā)為主,低滲復(fù)雜砂巖油藏整體壓裂開發(fā)技術(shù)需開展基礎(chǔ)研究,? 裂縫性低滲透油藏：壓裂數(shù)值模擬的技術(shù)難度、壓裂工藝技術(shù)難度復(fù)雜斷塊低滲油藏：壓裂數(shù)值模擬的技術(shù)難度、斜井/水平井壓裂工藝 技術(shù)難度直井+水平井整體

48、壓裂開發(fā)油藏：壓裂數(shù)值模擬的技術(shù)難度、水平井壓 裂工藝技術(shù)難度,,,整體壓裂開發(fā)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀,整體壓裂數(shù)值模擬在方案設(shè)計中的重要性,? 整體壓裂數(shù)值模擬是編制方案的一個強有力工具。 ? 油藏整體壓裂優(yōu)化設(shè)計是建立在水力裂縫模擬和含水力裂縫的油藏數(shù)值模擬的組合應(yīng)用基礎(chǔ)上。,,油藏整體壓裂數(shù)值模擬技術(shù),整體壓裂數(shù)值模擬

49、技術(shù)現(xiàn)狀,,? 改造黑油模型：將裂縫長度、導(dǎo)流能力及裂縫方位作為油藏的性質(zhì)置入黑油模型中，采用等值滲流阻力法、等連通系數(shù)法進行模擬。? 低滲砂巖油藏模型、裂縫性單滲油藏模型、裂縫性雙滲油藏模型以及裂縫性油藏水平井模型都需要改造以適應(yīng)整體壓裂數(shù)值模擬需要。,裂縫性油藏整體壓裂數(shù)值模擬模型開發(fā)與應(yīng)用,,油藏整體壓裂數(shù)值模擬技術(shù),整體壓裂裂縫性油藏中滲流數(shù)學(xué)模型,油藏整體壓裂模擬軟件研制,油藏在既定注采井網(wǎng)系統(tǒng)下的整體壓裂模擬；未投入開發(fā)油

50、藏壓裂開發(fā)的整體壓裂模擬；油藏整體壓裂可控參數(shù)的影響性分析,不同井網(wǎng)模式下整體壓裂效果的模擬研究,滲透率各向異性時壓裂裂縫系統(tǒng)與井網(wǎng)不同組合,,井網(wǎng)不同泄油形狀,⊙ 滲透率愈高，采出程度也愈高；而滲透率不同的各向異性程度與不同縫長對應(yīng)的采出程度是不同的，與水力裂縫方向相平行的方向滲透性愈好，采出程度愈高。,,正方形（300?300）,矩形（360?250）,矩形（450?200）,,,,,不同井網(wǎng)模式下整體壓裂效果的模擬研究,5、裂縫

51、性油藏深層/超深層壓裂技術(shù),井底破裂壓力高 井底破裂壓力一般主要受地應(yīng)力及巖性的控制。一般說來絕大多數(shù)地層井底破裂壓力的絕對值隨地層深度的加深而增加。如塔里木東河塘石炭系6000m的深井,地層破裂壓力普遍高于100MPa。壓裂管路沿程摩阻高 對于選定的壓裂液配方系列和管柱結(jié)構(gòu)，井段越深，沿程摩阻損失越大，摩阻的增加，直接減少了作用與地層的實際有效作用力。因此，對降低摩阻提出了更高的要求。 施工注入方式選擇性差

52、 由于必須考慮采取保護套管的措施防止套管超壓，在選擇進液方式時只能側(cè)重選擇油管進液。采用油管壓裂通常選用3 1/2in油管，或采用復(fù)合油管管柱。,壓裂液性能要求高 由于壓裂井段深（>5000m）、地層溫度高（>120℃），所以要求壓裂液應(yīng)具有良好的耐高溫、耐剪切、低摩阻等性能，同時要求壓裂液應(yīng)具備良好的延遲交聯(lián)性能，以有效利用施工設(shè)備水功率。 壓裂支撐劑性能要求高 由于壓裂井段深，地層閉合壓力大，要求支

53、撐劑具有高強度、高導(dǎo)流能力，一般都選用強度較高的成都陶粒作為支撐劑。 施工過程中易出現(xiàn)砂堵 壓裂過程中縫寬小、裂縫的高濾失都可能導(dǎo)致砂堵，引起砂堵原因有兩種：近井帶脫砂；裂縫端部脫砂。這兩種脫砂在施工曲線上有不同特征。,近井筒摩阻大，主裂縫難以有效延伸 由于天然裂縫系統(tǒng)，存在近井筒“多裂縫現(xiàn)象”和“裂縫迂曲現(xiàn)象”，導(dǎo)致主裂縫延伸有限。 如：江漢盆地深層裂縫性斷塊油藏測試壓裂分析表明近井筒摩阻高達7-26MPa。,大密

54、度射孔，降低地層破裂壓力優(yōu)化水力裂縫設(shè)計，求取裂縫支撐長度 在地層評估的基礎(chǔ)上對壓裂的施工規(guī)模，水力裂縫的幾何尺寸，水力裂縫在垂向和水平方向的延伸進行預(yù)測。建議使用全三維水力裂縫模擬及優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，該技術(shù)根據(jù)三維彈性理論計算裂縫的幾何尺寸，同時考慮縫內(nèi)壓裂液呈二維流動，能夠較為真實地描述水力壓裂過程，計算出較為精確的裂縫形態(tài)以及裂縫內(nèi)部支撐劑分布剖面。以獲得最大，最經(jīng)濟的壓后產(chǎn)量為目標函數(shù)來優(yōu)化裂縫支撐半長。壓裂油藏數(shù)值模擬

55、 從油藏整體出發(fā)，研究水力裂縫對油氣產(chǎn)量及掃油效率的影響，以及注水對生產(chǎn)動態(tài)的影響。,壓裂改造技術(shù)對策,壓裂改造技術(shù)對策,提高壓裂效果的關(guān)鍵：降低壓裂液的傷害 1、減少進入地層的液體量 減少前置液量 2、減少壓裂液殘渣含量 使用優(yōu)質(zhì)、低聚合物、清潔壓裂液、變配方壓裂液體系 3、提高返排率 提高破膠劑濃度、改變破膠劑加入方式、強制閉合技術(shù) 4、提高裂縫長期

56、導(dǎo)流能力 使用與地層匹配的支撐劑、提高砂比,消除裂縫彎曲摩阻： 對濾失較大的地層：前置液加粉陶段塞 對濾失不大的地層：前置液加低砂比段塞 采用前置液較攜砂液更高粘的雙組分壓裂液體系,防止多裂縫產(chǎn)生： 減小射孔井段： 施工初期采用高排量，并盡快提升排量到設(shè)計值： 前置液加入支撐劑段塞： 壓前注入診斷測試，分析近井摩阻、多裂縫、微裂縫和液體濾失