1、第五章：水力压裂技术2 2、水平主应力来自岩石处于弹性状态（、水平主应力来自岩石处于弹性状态（考虑构考虑构造应力造应力 由广义虎克定律推导由广义虎克定律推导）12212 111SHpPEEP 式中式中 H H 最大水平主应力，最大水平主应力，PaPa；1 1，2 2水平应力构造系数，可由室内测试试验结果推算，无水平应力构造系数，可由室内测试试验结果推算，无因次；因次；泊松比，无因次；泊松比，无因次；E E 岩石弹性模量，岩石弹性模量，PaPa；毕奥特毕奥特(Biot)(Biot)常数，无因次。常数，无因次。（二）地质构造对应力的影响（二）地质构造对应力的影响 在逆断层或褶皱地带水在逆断层或褶皱
2、地带水平应力要比垂向应力大平应力要比垂向应力大得多，甚至可大到得多，甚至可大到3 3倍，倍，在正断层地带，水平应在正断层地带，水平应力可能只有垂向应力的力可能只有垂向应力的三分之一。三分之一。如果岩石单元体是均质的如果岩石单元体是均质的各向同性材料，岩石破裂各向同性材料，岩石破裂时裂缝的方向总是垂直于时裂缝的方向总是垂直于最小主应力轴。当已知地最小主应力轴。当已知地层中各应力的大小时，裂层中各应力的大小时，裂缝的形态或方向即可被确缝的形态或方向即可被确定。定。构造对应力的影响构造对应力的影响 a逆断层区域逆断层区域H=3z b正断层区域正断层区域z=3H人工裂缝方向示意图人工裂缝方向示意图（三
3、）井壁上的应力（三）井壁上的应力1井筒对地应力及其分布的影响井筒对地应力及其分布的影响在双向应力状态下，弹性力学给出了平板为固体、在双向应力状态下，弹性力学给出了平板为固体、各向同性、弹性材料的周向应力计算式各向同性、弹性材料的周向应力计算式：钻井后，井壁及其周围地钻井后，井壁及其周围地应力分布受到井筒的影响，应力分布受到井筒的影响，很复杂。简化起见，将地很复杂。简化起见，将地层中三维应力用二维方法层中三维应力用二维方法来处理。用无限大平板中来处理。用无限大平板中钻有一个圆孔的受力情况钻有一个圆孔的受力情况来分析。如图来分析。如图52所示。所示。在无限大平板上钻了圆孔在无限大平板上钻了圆孔之后
4、，使板内原来平衡的之后，使板内原来平衡的应力重新分布，造成圆孔应力重新分布，造成圆孔附近的应力集中。附近的应力集中。2424311cos222xyxyaarr式中式中 圆孔周向应力，圆孔周向应力，Pa；a圆孔半径，圆孔半径，m；r距圆孔中心的距离，距圆孔中心的距离，m；任意径向与任意径向与x轴的夹角；轴的夹角；分别为分别为x，y方向上分方向上分布的应力。布的应力。yx定性分析井壁上应力大小定性分析井壁上应力大小：2424311cos222xyxyaarr（1 1）当）当 r=ar=a，x xy y，=0=0、180180时，时，()minmin=(=()00，180180=3=3y yx x（
5、2 2）当）当 r=ar=a，x xy y，=90=90、270270时，时，()()maxmax=(=()9090，270270=3=3x xy y 说明最小周向应力发生在说明最小周向应力发生在x x的方向上，而最大周向应力的方向上，而最大周向应力却在却在y y的方向上。的方向上。（3 3）随着）随着r r的增加，周向应力迅速降低，如图的增加，周向应力迅速降低，如图42(b)42(b)所示。所示。大约在几个圆孔直径之外，即降为原地应力值。大约在几个圆孔直径之外，即降为原地应力值。结论：结论：这种应力分布表明，由于圆孔的存在，产生了圆这种应力分布表明，由于圆孔的存在，产生了圆孔周围的应力集中，
6、孔壁上的应力比远处的大得多，这就是孔周围的应力集中，孔壁上的应力比远处的大得多，这就是地层破裂压力大于裂缝延伸压力的重要原因。地层破裂压力大于裂缝延伸压力的重要原因。2 2井眼内压所引起的井壁应力井眼内压所引起的井壁应力 式中式中 Pe 厚壁筒外边界压力，厚壁筒外边界压力，Pa；（井眼内压在外边界产生的压力）；（井眼内压在外边界产生的压力）re 厚壁筒外边界半径，厚壁筒外边界半径，m；ra 厚壁筒内半径，厚壁筒内半径，m；Pi 内压，内压，Pa r 距井轴半径，距井轴半径，cm。)()(222222222aeaeieaeaieerrrrrpprrrprp 压裂过程中，向井筒内注入高压液体，使井
7、内压力很快上压裂过程中，向井筒内注入高压液体，使井内压力很快上升。井筒内压必然产生井壁上的周向应力。可以把井筒周围的升。井筒内压必然产生井壁上的周向应力。可以把井筒周围的岩石看作是一个具有岩石看作是一个具有无限壁厚的厚壁圆筒无限壁厚的厚壁圆筒，根据弹性力学中的，根据弹性力学中的拉梅公式拉梅公式(拉应力取负号拉应力取负号)当当re=、Pe=0、r=ra 时，井壁上的周向应力为：时，井壁上的周向应力为：=Pi 即：由于井筒内压而导致的井壁周向应力与内压大小相等，即：由于井筒内压而导致的井壁周向应力与内压大小相等，但符号相反。（但符号相反。（利用无穷大定理推导利用无穷大定理推导）3 3、压裂液径向渗
8、入地层所产生的井壁应力：、压裂液径向渗入地层所产生的井壁应力：由于注入井中的高压液体在地层破裂前，渗入井筒周围地层中，由于注入井中的高压液体在地层破裂前，渗入井筒周围地层中，形成了另外一个应力区，它的作用是增大了井壁周围岩石中的应力。增形成了另外一个应力区，它的作用是增大了井壁周围岩石中的应力。增加的周向应力值为：加的周向应力值为：121isppbrCC1式中式中 Cr岩石骨架压缩系数；岩石骨架压缩系数；Cb岩石体积压缩系数。岩石体积压缩系数。泊松比；泊松比；Ps地层压力。地层压力。毕奥特毕奥特(Biot)常数，无因次。常数，无因次。4 4、井壁上的总周向应力、井壁上的总周向应力：显然在地层破
9、裂前，井壁上的总周向应力应为显然在地层破裂前，井壁上的总周向应力应为地应力地应力、井筒内压井筒内压及及液体液体渗滤渗滤所引起的周向应力之和，即：所引起的周向应力之和，即：1231yxiisppp58二造缝的条件二造缝的条件 (破裂压力破裂压力p p破破)破裂压力：破裂压力：是指油层被压开的瞬间，被压层位所受的压力是指油层被压开的瞬间，被压层位所受的压力。（一）形成垂直裂缝的条件：（一）形成垂直裂缝的条件：1 1当存在液体渗滤时当存在液体渗滤时 如果岩石的破裂是纯张力破裂，当井壁上存在的周向应力达到井壁如果岩石的破裂是纯张力破裂，当井壁上存在的周向应力达到井壁岩石的水平方向的岩石的水平方向的抗拉
10、强度抗拉强度th时，岩石将在垂直于水平应力的方向上产时，岩石将在垂直于水平应力的方向上产生脆性破裂，即在与周向应力相垂直的方向上产生垂直裂缝。生脆性破裂，即在与周向应力相垂直的方向上产生垂直裂缝。31221yxthFspP此时有：此时有：=-th，代入（，代入（58）式，并换为有效应力）式，并换为有效应力(,),则可得到垂直裂缝时的破裂压力，当产生则可得到垂直裂缝时的破裂压力，当产生垂直裂缝时，井筒内注入流体的压力垂直裂缝时，井筒内注入流体的压力Pi即为地层的破裂压力即为地层的破裂压力Pf，所以形，所以形成垂直裂缝的条件：成垂直裂缝的条件：xxspyyspip2无液体渗滤时无液体渗滤时 地层渗
11、滤应力等于零，井壁上岩石的空隙压力仍然为地层渗滤应力等于零，井壁上岩石的空隙压力仍然为Ps，故故,，将其他应力一同代入（，将其他应力一同代入（58）式，则：）式，则：sp(3)FsyxthPP由于最小总周向应力发生在由于最小总周向应力发生在=0，180的对称点上，垂直裂缝也产生在与的对称点上，垂直裂缝也产生在与井筒相对应的两个点上。这就是为什么假定垂直裂缝以井轴为对称的两条井筒相对应的两个点上。这就是为什么假定垂直裂缝以井轴为对称的两条缝的原因。实际上由于地层的非均质性和局部应力场的影响，产生的裂缝缝的原因。实际上由于地层的非均质性和局部应力场的影响，产生的裂缝往往是不对称的。往往是不对称的。
12、（二）形成水平裂缝的条件（二）形成水平裂缝的条件当产生水平裂缝时，井筒内注人流体的压力等于地层的破裂压力，经当产生水平裂缝时，井筒内注人流体的压力等于地层的破裂压力，经过实验修正后得到形成水平裂缝的条件：过实验修正后得到形成水平裂缝的条件：121.941zthFspp即：破裂压力梯度即：破裂压力梯度是指地层破裂压力与地层深度的比值。是指地层破裂压力与地层深度的比值。（三）破裂压力梯度（三）破裂压力梯度为了便于比较与预测各油田（油井）的破裂压力，常使用为了便于比较与预测各油田（油井）的破裂压力，常使用破裂梯度，用破裂梯度，用表示，其物理意义：表示，其物理意义：FPH地层破裂压力地层深度（MPa/
13、m）三地面泵压的确定三地面泵压的确定(1)(1)地地层产生垂直裂缝时地面泵压的确定：层产生垂直裂缝时地面泵压的确定：（产生垂直裂缝的油藏）（产生垂直裂缝的油藏）BFmfpppp式中：式中：PB井口施工泵压，井口施工泵压，MPa；PF地层破裂压力，地层破裂压力，MPa；Pm井筒液柱压力，井筒液柱压力，MPa；Pf 管线及管柱产生的压力损失，管线及管柱产生的压力损失，MPa。（2）地层产生水平裂缝时地面泵压的确定：）地层产生水平裂缝时地面泵压的确定：（产生水平裂缝的油藏）（产生水平裂缝的油藏）BFmfpppp四裂缝几何模型四裂缝几何模型1 1卡特模型卡特模型（一维模型）（一维模型）2 2PKN P
14、KN 模型模型 （二维设计模型）（二维设计模型）特点：（特点：（1）裂缝高度一定（油层厚度）裂缝高度一定（油层厚度）（2）长和宽是变化的）长和宽是变化的 （3）缝的几何形状：长而窄的缝。）缝的几何形状：长而窄的缝。3 3KGD KGD 模型模型 （二维设计模型）（二维设计模型）结论结论：对于低渗油藏，需要压成长而窄的裂缝，对于高渗油藏，则压对于低渗油藏，需要压成长而窄的裂缝，对于高渗油藏，则压成一个短而宽的裂缝。成一个短而宽的裂缝。PKN 模型模型 KGD模型模型从无因次裂缝导流能力来分析：从无因次裂缝导流能力来分析：WKf裂缝的导流能力：裂缝的导流能力：裂缝宽度与填砂裂缝渗透率的乘积裂缝宽度
15、与填砂裂缝渗透率的乘积。无因次裂缝导流能力表达式：无因次裂缝导流能力表达式：fffDXKWKC要想使低渗层和高渗层有同要想使低渗层和高渗层有同样的高导流能力，从公式中变样的高导流能力，从公式中变换两个参数换两个参数W 和和 Xf。特点：（特点：（1 1）裂缝高度一定（油层厚度）裂缝高度一定（油层厚度)（2 2）长和宽是变化的）长和宽是变化的 （3 3）缝的几何形状：短而宽的缝。）缝的几何形状：短而宽的缝。KGD二维裂缝延伸模型图47压裂前地层渗流示意图1地层，2井眼，3污染带五水力压裂增产增注原理五水力压裂增产增注原理1压裂前流体从底层流向井底的流动形态压裂前流体从底层流向井底的流动形态（1
16、1）流体流动过程复杂）流体流动过程复杂 （2 2）污染带和井底周围应力集中，近井地带渗透率低，井筒）污染带和井底周围应力集中，近井地带渗透率低，井筒附近渗流阻力大附近渗流阻力大结论：结论：水力压裂前，由于各种阻力的影响，近井地带的渗透能力较差。水力压裂前，由于各种阻力的影响，近井地带的渗透能力较差。3 3水力压裂增产、增注的基本原理水力压裂增产、增注的基本原理 利用地面高压泵注设备将高粘度的流体以大大超过地层吸收能力的量利用地面高压泵注设备将高粘度的流体以大大超过地层吸收能力的量注入井筒，憋起高压，在地层中形成裂缝并向前延伸。利用携砂液将支注入井筒，憋起高压，在地层中形成裂缝并向前延伸。利用携
17、砂液将支撑剂带入裂缝中，形成高导流能力的支撑裂缝撑剂带入裂缝中，形成高导流能力的支撑裂缝；由于改变了井底附近流；由于改变了井底附近流体的渗流状态，提高了油层的渗流能力，从而达到增产、增注的目的。体的渗流状态，提高了油层的渗流能力，从而达到增产、增注的目的。2 2压裂后流体从地层流向井底的流动形态压裂后流体从地层流向井底的流动形态 1）拟径向流动阶段）拟径向流动阶段2）地层线性流动阶段）地层线性流动阶段3）双线性流动阶段）双线性流动阶段4）裂缝线性流动阶段）裂缝线性流动阶段结论：结论：水力压裂结果，改变了渗流区的渗流方式，获得了双线性流动水力压裂结果，改变了渗流区的渗流方式，获得了双线性流动模式
18、，提高了近井地带的渗透能力。模式，提高了近井地带的渗透能力。5 52 2 压裂设计压裂设计 一压裂设计一压裂设计 压裂施工设计压裂施工设计 裂缝几何参数优选及设计裂缝几何参数优选及设计；压裂液类型和配方的选择压裂液类型和配方的选择；支撑剂选择及加砂方案设计支撑剂选择及加砂方案设计；效果预测和经济效益分析效果预测和经济效益分析。内容内容压裂地质设计压裂地质设计二二 压裂施工设计压裂施工设计1优化设计程序优化设计程序（按系统软件要求输入参数）（按系统软件要求输入参数）压裂设计过程中，除利用计算机模压裂设计过程中，除利用计算机模拟计算外，还有一重要环节是在正拟计算外，还有一重要环节是在正式压裂施工前
19、，现场进行小型压裂式压裂施工前，现场进行小型压裂测试（破裂压力、闭合压力、压裂测试（破裂压力、闭合压力、压裂液滤失特性等）。液滤失特性等）。2压裂施工泵注程序设计压裂施工泵注程序设计1 1）注入方式选择）注入方式选择原则原则：在满足泵注参数前：在满足泵注参数前提下，在限压以下尽可能提下，在限压以下尽可能选择最简单的注入方式。选择最简单的注入方式。油管注入油管注入环空注入环空注入油套混注和套管注入油套混注和套管注入 2 2）加砂程序确定）加砂程序确定 （见下表）（见下表）采用线性加砂程序，即砂液比是以一条直线式增加，可实现较理想的支采用线性加砂程序，即砂液比是以一条直线式增加，可实现较理想的支撑
20、剖面。撑剖面。采用线性加砂程序裂缝导流能力沿缝长分布更加合理。采用线性加砂程序裂缝导流能力沿缝长分布更加合理。3其他参数确定其他参数确定1 1）油层破裂压力的计算）油层破裂压力的计算（理论计算、小型测试、经验估算理论计算、小型测试、经验估算）油层破裂压力油层破裂压力是指油层被压开的瞬间被压裂层位所受的压力。是指油层被压开的瞬间被压裂层位所受的压力。P破P破 式中式中 油层破裂压力，油层破裂压力，MPa a；HH压裂油层中部深度，压裂油层中部深度，m；油层破裂压力梯度，油层破裂压力梯度，MPam m，它是由压裂工艺统，它是由压裂工艺统计资料而得的经验常数。计资料而得的经验常数。用经验公式估算用经
21、验公式估算=H泵注程序泵注程序 （油管注入）（油管注入）阶段阶段净液量净液量（m m3 3）砂浓度砂浓度（kg/mkg/m3 3）砂比砂比%砂量砂量（m m3 3）砂砂 液液量（量（m m3 3）加砂阶段累加砂阶段累计砂液量计砂液量（m m3 3）排量排量（m m3 3/min/min）阶段时阶段时间（间（minmin）备注备注防膨液防膨液15151515 前置液前置液252525253.0-3.53.0-3.58.38.3冻胶冻胶携砂液携砂液5 51181187 70.30.35.25.23.0-3.53.0-3.51.71.7冻胶冻胶携砂液携砂液6 625425415150.90.96.5
22、6.56.56.53.0-3.53.0-3.52.22.2冻胶冻胶携砂液携砂液7 742342325251.81.87.97.914.414.43.0-3.53.0-3.52.62.6冻胶冻胶携砂液携砂液101050750730303.03.011.611.626.026.03.0-3.53.0-3.53.93.9冻胶冻胶携砂液携砂液5 567667640402.02.06.16.132.132.13.0-3.53.0-3.52.02.0冻胶冻胶小计小计73.073.08.08.062.362.320.720.7前置液前置液2525投蜡球投蜡球9090个个25253.0-3.53.0-3.58
23、.38.3冻胶冻胶携砂液携砂液3 31181187 70.20.23.13.13.0-3.53.0-3.51.01.0冻胶冻胶携砂液携砂液6 625425415150.90.96.56.53.0-3.53.0-3.52.22.2冻胶冻胶携砂液携砂液8 842342325252.02.09.19.13.0-3.53.0-3.53.03.0冻胶冻胶携砂液携砂液111150750730303.33.312.812.83.0-3.53.0-3.54.34.3冻胶冻胶携砂液携砂液4 467667640401.61.64.94.93.0-3.53.0-3.51.61.6冻胶冻胶顶替液顶替液4.14.14.
24、104.103.0-3.53.0-3.51.41.4冻胶冻胶小计小计61.161.18.08.065.465.421.821.8累计累计134.1134.11616127.7127.742.542.5Q吸QQ吸排2 2）施工排量的确定）施工排量的确定（先确定地层吸液量（先确定地层吸液量 ，满足，满足 ）11400qBQpp吸破Q吸P破oQQ吸排经验公式：经验公式：式中：式中：PP压裂前的地层压力与井底流动压力之差，压裂前的地层压力与井底流动压力之差，MPaMPa；破裂压力与压前地层压力之差，破裂压力与压前地层压力之差，MPaMPa。BB原油体积系数，原油体积系数，m m3 3(地下地下)m m
25、3 3(地面地面)。地面原油的密度。地面原油的密度。来确定。来确定。地层的吸液量，地层的吸液量，mmin；q压裂前油井的稳定日产量，压裂前油井的稳定日产量，t；地面排量按地面排量按3 3）地面泵压的计算）地面泵压的计算PPPPPP泵压局损井口破摩阻液柱P泵压P井口P摩阻P局损P液柱 式中：式中：地面泵压，地面泵压，MPa；井口压力，井口压力，MPa；压裂液在管柱内流动时的摩阻压力降，压裂液在管柱内流动时的摩阻压力降，MPa；井下工具对流体的局部阻力损失，井下工具对流体的局部阻力损失，MPa；井筒内液柱压力，井筒内液柱压力，MPa。目的是为了在满足裂缝需要的压力和排量的基础上，充分发挥设备的能目
26、的是为了在满足裂缝需要的压力和排量的基础上，充分发挥设备的能力，减少使用设备的台数。压裂时地面泵压可由下列公式估算：力，减少使用设备的台数。压裂时地面泵压可由下列公式估算：4 4）压裂车台数的确定）压裂车台数的确定压裂时所需总功率压裂时所需总功率 1231ppQPpQ 泵压泵压压裂车台数压裂车台数 （根据总功率和每台车发动机功率求出所需压裂车台数）（根据总功率和每台车发动机功率求出所需压裂车台数）PpPPn pp Q压裂时泵的排量，压裂时泵的排量，ms；1 发动机工作效率，取发动机工作效率，取6080%；2 泵的上水效率，取泵的上水效率，取5095；3发动机工作时受海拔高度影响后的效率，发动机
27、工作时受海拔高度影响后的效率，；功率因数，功率因数，%；n所需压裂车台数。所需压裂车台数。每台压裂车的发动机功率，每台压裂车的发动机功率，W；Pp 压裂时所需的总功率，压裂时所需的总功率，W；以上两式中以上两式中5 5）支撑剂用量的确定）支撑剂用量的确定根据现场经验，大约每米油层加入根据现场经验，大约每米油层加入1.51.53 3m。6 6）含砂比计算）含砂比计算含砂比是指单位体积压裂液内所含支撑剂的数量含砂比是指单位体积压裂液内所含支撑剂的数量(体积比体积比)。含砂比的计算公式为：含砂比的计算公式为：tQVc砂100%就是携砂液的体积就是携砂液的体积 式中：式中：cc含砂比含砂比(体积比体积
28、比)，；，；V V砂砂加砂的总体积，加砂的总体积，m。；。；QQ加砂时地面泵排量，加砂时地面泵排量，ms s；t t加砂总时间，加砂总时间，s s。tQ压裂液压裂液：前置液、携砂液、顶替液统称。前置液、携砂液、顶替液统称。7 7）压裂液用量的确定）压裂液用量的确定 V前前置液：前置液：携砂液携砂液 ：V携 大约用量为：大约用量为：810m，有时按井筒容积的，有时按井筒容积的1.52倍来计算。倍来计算。VVC砂携 W W携砂液用量，携砂液用量，m m；V V砂砂预计加砂体积，预计加砂体积，m m；cc含砂比，。含砂比，。顶替液：顶替液：V顶确定方法：一般为井筒容积的确定方法：一般为井筒容积的1.
29、51.53 3倍，够用就行倍，够用就行。压裂液用量：压裂液用量：V总VVVVV总顶附前携V附V附注：注：取下限时加取下限时加，取上限时不加，取上限时不加 。P102 页例题：自己做。页例题：自己做。式中：式中：某井油层深度为某井油层深度为3000m3000m，采用，采用63mm63mm油管压裂（油管压裂（63mm63mm油管油管1000m1000m内容积为内容积为3m3m）,预计压裂泵压预计压裂泵压4 410 Pa10 Pa，排量，排量0.025m0.025m/s/s,支撑剂支撑剂15m15m,平均含砂比为平均含砂比为10%10%，若用若用400400型压裂车，其引擎功率为型压裂车，其引擎功率
30、为2 2575710 w10 w，总的效率为，总的效率为0.60.6，试计算，试计算400400型压型压裂车台数及至少准备多少压裂液用量？裂车台数及至少准备多少压裂液用量？71230.6 52.57 10pPW 764 100.0251.67 10()0.6pPQPW651.67 106.52.57 10ppPnPW38Wm前30015150()10VWmc砂携3)3 3 1.513.5(Wm 顶3815013.5171.5)WWWWm顶前携（已知：已知：总功率为：总功率为：答：所需答：所需400400型压裂车型压裂车7 7台，所需压裂掖用量至少台，所需压裂掖用量至少171.5m171.5m3
31、 3。（2）计算压裂掖用量）计算压裂掖用量7（台）压裂掖总量：压裂掖总量：（根据题意取（根据题意取1.53m的下限）的下限）（根据题意取（根据题意取810m的下限）的下限）解：（解：（1）计算）计算400型压裂车台数型压裂车台数nPaP7104smQ325.0 400型压裂车台数为：型压裂车台数为：553 53 压裂设备、管柱及材料压裂设备、管柱及材料一一压裂设备、管柱压裂设备、管柱（一）地面设备（一）地面设备1 1压裂井口压裂井口2 2压裂管汇压裂管汇 目前压裂管汇种类很多，承压和最大过砂能力也不同。常用的有压裂管目前压裂管汇种类很多，承压和最大过砂能力也不同。常用的有压裂管汇车和专用的地面
32、管会。专用的地面管汇由汇车和专用的地面管会。专用的地面管汇由8 8个接头，压裂车可任选一个个接头，压裂车可任选一个连接。高压管线外径连接。高压管线外径76mm76mm，内径，内径60mm60mm，最高压力可达到，最高压力可达到100MPa100MPa。3投球器投球器投球器有两种：一种是分层压裂时，压裂管柱中投钢球的投球器；投球器有两种：一种是分层压裂时，压裂管柱中投钢球的投球器；一种是选择性压裂或封堵炮眼投堵球用的投球器。一种是选择性压裂或封堵炮眼投堵球用的投球器。1 1）采用采油树压裂的井口）采用采油树压裂的井口:采油树型号：采油树型号：250250、350350、600600、700700
33、、10501050型等。型等。250250型即型即25MPa25MPa，用于浅井，其余用于中、深、超深井。根据压，用于浅井，其余用于中、深、超深井。根据压裂层深度确定采油树型号裂层深度确定采油树型号2 2）采用大弯管、投球器、井口球阀与井口控制器的专用压裂井口。）采用大弯管、投球器、井口球阀与井口控制器的专用压裂井口。井口承受工作压力井口承受工作压力70MPa70MPa，最大过砂量，最大过砂量150 m3150 m3。（二）压裂车组（二）压裂车组 主要包括：主要包括：压裂车、混砂车、仪表车、管汇车压裂车、混砂车、仪表车、管汇车1 1压裂车压裂车作用：作用：是压裂的主要动力，能够产生高压、大排量
34、；向地层注入高是压裂的主要动力，能够产生高压、大排量；向地层注入高 压大排量的压裂液，压开地层，并将支撑剂注入裂缝。是压压大排量的压裂液，压开地层，并将支撑剂注入裂缝。是压 裂施工中的关键设备。裂施工中的关键设备。2 2混砂车混砂车 作用：作用：是将支撑剂、压裂液及各种添加剂按一定比例混合起来，并是将支撑剂、压裂液及各种添加剂按一定比例混合起来，并 将混合好的携砂液供给压裂车，压入地层内。将混合好的携砂液供给压裂车，压入地层内。混莎车的类型：双筒机械式、风吸式、仿美新型混莎车。混莎车的类型：双筒机械式、风吸式、仿美新型混莎车。3 3仪表车仪表车 仪表车在压裂中起着很重要的作用，记录压裂过程中各
35、种参数，是仪表车在压裂中起着很重要的作用，记录压裂过程中各种参数，是控制其它压裂设备的中枢系统。又称压裂指挥车。控制其它压裂设备的中枢系统。又称压裂指挥车。4 4其它设备其它设备液罐车、运砂车液罐车、运砂车。压压 裂裂 车车发动机发动机压裂泵压裂泵传动箱传动箱运载车运载车仪表监控系统仪表监控系统液气控制系统液气控制系统混混 砂砂 车车运载车运载车发动机发动机仪表监控系统仪表监控系统液气控制系统液气控制系统管汇系统管汇系统输砂系统输砂系统管管 汇汇 车车仪仪 表表 车车运运 砂砂 车车运砂量：运砂量：8 8、1010、1212、14m14m3 3砂斗采用液压缸升降，可手动或自动砂斗采用液压缸升降
36、，可手动或自动轻便压裂井口轻便压裂井口工作压力：工作压力：70MPa通通 径：径：50/60mm重重 量：量：207kg连接扣型：连接扣型：Tr53/83.5扣扣/吋接压裂管线吋接压裂管线 27/8 UP TBG接油管挂接油管挂 27/8TBG按放空管线按放空管线压盘尺寸可与压盘尺寸可与250型采油井口大四通配套型采油井口大四通配套该井口既耐高压又特别轻便，重量只有该井口既耐高压又特别轻便，重量只有207kg，搬运不需要要吊车；，搬运不需要要吊车；该井口可与现场使用的该井口可与现场使用的250型采油井口配型采油井口配套，安装特别方便，劳动强度小。套，安装特别方便，劳动强度小。千型压裂井口千型压
37、裂井口大规模长时间施工大规模长时间施工 深井超深井施工深井超深井施工LH50-70LH50-70型型井口井口7070 MPaKL65-105KL65-105型井口型井口105105 MPa铸造一铸造一体体导流式平行闸阀导流式平行闸阀爆破爆破阀阀压裂井口保护器压裂井口保护器用于保护用于保护250型采油井口型采油井口在压裂施工过程中不受高在压裂施工过程中不受高压和支撑剂的磨损。压和支撑剂的磨损。工作压力：工作压力：100MPa通通 径：径：60mm重重 量：量：80kg连接方式：上接头为连接方式：上接头为Tr53/83.5扣扣/吋，可与吋，可与压裂地面管线配接。压裂地面管线配接。压裂投球器压裂投球
38、器工作压力工作压力(MPa)100投球数量投球数量(个个)200封堵球直径封堵球直径(mm)18-22工作方式工作方式手动手动/电动电动投球速度投球速度(个个/s)2-4(可调可调)投球原理图投球原理图压裂液连续混配系统 减少压裂液浪费减少压裂液浪费 简化配液工序简化配液工序 保证压裂液质量保证压裂液质量 节省压裂液运输费用节省压裂液运输费用（三）压裂管柱（三）压裂管柱 组成：组成：主要由压裂油管、封隔器、喷砂器、水力锚等组成。主要由压裂油管、封隔器、喷砂器、水力锚等组成。类型：类型：目前井下管柱分为：笼统压裂管柱和分层压裂管柱。目前井下管柱分为：笼统压裂管柱和分层压裂管柱。1 1压裂油管（专
39、用油管压裂油管（专用油管2 1/22 1/2加厚加厚、33）2 2封隔器（封隔器（K344K344型、型、Y442Y442 等）3 3喷砂器（带滑套、不带滑套）喷砂器（带滑套、不带滑套）作用：作用：一是节流作用，造成压裂管柱内外压差，保证封隔器座封。一是节流作用，造成压裂管柱内外压差，保证封隔器座封。二是压裂液通往地层的通道口。二是压裂液通往地层的通道口。4 4压裂管柱类型压裂管柱类型（1 1）笼统压裂管柱）笼统压裂管柱：即：油管即：油管+水力锚水力锚+封隔器封隔器+喷嘴喷嘴（2 2）分层压裂管柱）分层压裂管柱 双封卡单层双封卡单层73mm73mm或或88.9 mm88.9 mm外加厚油管外加
40、厚油管+水力锚水力锚+封隔器封隔器+喷砂器喷砂器+封隔器封隔器+丝堵丝堵压裂后可以用上提管柱方法压裂其它卡距相同的层段。压裂后可以用上提管柱方法压裂其它卡距相同的层段。管柱：管柱：喷砂器喷砂器1带滑套带滑套喷砂器喷砂器2带滑套带滑套喷砂器喷砂器3不带滑套不带滑套水力锚水力锚封隔器封隔器丝堵丝堵笼统压笼统压裂管柱裂管柱73mm73mm或或88.9 mm88.9 mm外加厚油管外加厚油管+水力锚水力锚+封隔器封隔器+喷砂器（甲喷砂器（甲带滑套）带滑套）+封隔器封隔器+喷砂器（乙带滑套）喷砂器（乙带滑套）+封隔器封隔器+喷砂器（丙喷砂器（丙不带滑套）不带滑套）+封隔器封隔器+丝堵丝堵 四封卡三层不动
41、管柱压裂三层四封卡三层不动管柱压裂三层注意：注意：在组配管柱时，要考虑油管因各种因素造成的长度在组配管柱时，要考虑油管因各种因素造成的长度变化，否则卡不准层位。变化，否则卡不准层位。三封卡双层三封卡双层 不动管柱压裂两层不动管柱压裂两层73mm73mm或或88.9 mm88.9 mm外加厚油管外加厚油管+水力锚水力锚+封隔器封隔器+喷砂器（带喷砂器（带滑套）滑套）+封隔器封隔器+喷砂器（不带滑套）喷砂器（不带滑套）+封隔器封隔器+丝堵丝堵多级滑套封隔器分层压裂工艺多级滑套封隔器分层压裂工艺压第一层压第一层压第二层压第二层（一）（一）压压裂裂液液作作用用将地面设将地面设备能量传备能量传递到油层递
42、到油层岩石上并岩石上并压开裂缝，压开裂缝，把支撑剂把支撑剂输送到裂输送到裂缝中。缝中。1）前置液）前置液胶连液体胶连液体2）携砂液）携砂液含支撑剂砂浆含支撑剂砂浆 3)3)顶替液顶替液活性水活性水压裂压裂液的液的性能性能压裂压裂液类液类型型水基压裂液、油基压裂液、乳化压裂液、泡沫压裂液、醇水基压裂液、油基压裂液、乳化压裂液、泡沫压裂液、醇基压裂液、表面活性剂胶束压裂液、浓缩压裂液。基压裂液、表面活性剂胶束压裂液、浓缩压裂液。水基压裂液：以水为介质，加入各种添加剂，形成具有较强水基压裂液：以水为介质，加入各种添加剂，形成具有较强综合性能的压裂液。成本低，使用安全，广泛应用。综合性能的压裂液。成本
43、低，使用安全，广泛应用。二压裂材料二压裂材料作用：压开地层并造作用：压开地层并造成一定尺寸的列缝。成一定尺寸的列缝。作用：将井筒中携砂液全部替作用：将井筒中携砂液全部替入裂缝中，防止井筒沉砂。入裂缝中，防止井筒沉砂。（1）滤失少（）滤失少（2）悬砂能力强（）悬砂能力强（3）摩阻低）摩阻低（4）稳定性（）稳定性（5）配伍性（）配伍性（6）低残渣（）低残渣（7）易返排）易返排（8）货源广、便于配制、价钱便宜）货源广、便于配制、价钱便宜作用：将支撑剂带入地作用：将支撑剂带入地层中，并将支撑剂填在层中，并将支撑剂填在裂缝内预定的位置。裂缝内预定的位置。1 1石英砂：石英砂：承压：承压：2034MPa
44、2034MPa 2 2陶粒：陶粒：人造陶粒主要是由铝矾土（氧化铝）烧结而成。人造陶粒主要是由铝矾土（氧化铝）烧结而成。中等强度陶粒：中等强度陶粒：承压：承压：5580Mpa5580Mpa。高强度陶粒：承压：。高强度陶粒：承压：100 MPa100 MPa3 3树脂砂：树脂砂：是将树脂薄膜包裹到石英砂表面上。承压：是将树脂薄膜包裹到石英砂表面上。承压：555569MPa69MPa （二）添加剂（二）添加剂1 1稠化剂（增稠剂）稠化剂（增稠剂）2 2胶联剂：胶联剂：3 3粘土稳定剂；粘土稳定剂；4 4杀菌剂；杀菌剂；5 5表面活性剂；表面活性剂；6 6抗高温稳定剂；抗高温稳定剂；7 7降滤失剂降滤
45、失剂8 8破胶济；破胶济；9 9滤饼溶解剂；滤饼溶解剂；1010缓冲剂（缓冲剂（PHPH值调节剂）值调节剂）（三）支撑剂（三）支撑剂作用：作用：支撑剂加入压裂裂缝后，支撑裂缝使之不闭合。支撑剂加入压裂裂缝后，支撑裂缝使之不闭合。由此可见：按强度大小排列依次是：陶粒由此可见：按强度大小排列依次是：陶粒 树脂砂树脂砂 石英砂石英砂调节增粘速度、胶联剂所调节增粘速度、胶联剂所需需PH值范围和胶联时间，值范围和胶联时间，控制细菌生长。控制细菌生长。通过胶联离子（基团）将溶解于水中的通过胶联离子（基团）将溶解于水中的高分子链上的活性基团，以化学链连接高分子链上的活性基团，以化学链连接起来，形成三位网状冻
46、胶的化学剂。起来，形成三位网状冻胶的化学剂。54 54 压裂工艺及现场施工压裂工艺及现场施工 一压裂工艺一压裂工艺（一）合层压裂（一）合层压裂堵球：堵球：尼龙球或包以橡胶的铝球或塑料球。适应射孔井压裂。尼龙球或包以橡胶的铝球或塑料球。适应射孔井压裂。原理：原理：堵球随压裂液进入高渗透层部位的炮眼上，堵塞炮眼憋压，堵球随压裂液进入高渗透层部位的炮眼上，堵塞炮眼憋压，压开低渗透层部位的裂缝。施工结束后，井底压力降低，堵球在压差作压开低渗透层部位的裂缝。施工结束后，井底压力降低，堵球在压差作用下，反排出来。堵球的大小和密度应与炮眼的大小和压裂相适应。用下，反排出来。堵球的大小和密度应与炮眼的大小和压
47、裂相适应。同一层压裂。暂堵剂为：聚乙烯（石蜡）制成的小球。同一层压裂。暂堵剂为：聚乙烯（石蜡）制成的小球。具体方法：在向井内挤入压裂液的同时混入暂堵剂，因为液体首先被具体方法：在向井内挤入压裂液的同时混入暂堵剂，因为液体首先被吸入高渗层，暂堵剂随之将高渗层部位的孔眼堵住，使其减少或失去吸吸入高渗层，暂堵剂随之将高渗层部位的孔眼堵住，使其减少或失去吸水能力，此后泵入不带暂堵剂的压裂液，则能在低渗层部位起缝。水能力，此后泵入不带暂堵剂的压裂液，则能在低渗层部位起缝。1 1油管压裂油管压裂2 2套管压裂套管压裂3 3环形空间压裂环形空间压裂4 4油、套管同时压裂油、套管同时压裂（二）分层压裂（二）分
48、层压裂1 1堵球法分层压裂堵球法分层压裂2 2暂堵剂选择性压裂暂堵剂选择性压裂例如：例如：A A、B B、C C三个油层，其相应的破裂压力为三个油层，其相应的破裂压力为30MPa30MPa、26MPa26MPa、28MPa28MPa。按射孔方案将各层按一定孔径和孔眼数射开，当注入井底压力为按射孔方案将各层按一定孔径和孔眼数射开，当注入井底压力为26Mpa26Mpa时，时，B B层射开，然后提高排量，因为炮眼的摩阻正比于排量，当层射开，然后提高排量，因为炮眼的摩阻正比于排量，当B B层摩阻大到层摩阻大到2Mpa2Mpa时，注入的压力大到时，注入的压力大到28Mpa28Mpa，此时，此时，C C层
49、被压开，当摩阻达到层被压开，当摩阻达到4Mpa4Mpa时，时，A A层被压开。这就是限流分层压裂法。层被压开。这就是限流分层压裂法。限流法的限流法的工艺过程工艺过程 3 3限流法分层压裂限流法分层压裂 限流法分层压裂适用于多层而各层之间的破裂压力有一定差别的井。限流法分层压裂适用于多层而各层之间的破裂压力有一定差别的井。原理：原理：通过控制各层的射孔孔眼数及孔眼直径的方法，来限制各层通过控制各层的射孔孔眼数及孔眼直径的方法，来限制各层的吸水能力，达到逐层压开的目的。的吸水能力，达到逐层压开的目的。4 4封隔器卡分法分层压裂封隔器卡分法分层压裂适用于压裂层渗透性、厚度差异不大，上下夹层具有一定厚
50、度，适用于压裂层渗透性、厚度差异不大，上下夹层具有一定厚度，射孔层段套管完好无损的井。射孔层段套管完好无损的井。5 5填砂法分层压裂填砂法分层压裂自下而上压裂，压一层填一层砂，压完后冲砂投产。自下而上压裂，压一层填一层砂，压完后冲砂投产。（三）一次分压多层（三）一次分压多层 1 1投球法压裂投球法压裂 ：用封隔器及带滑套的喷砂器。用封隔器及带滑套的喷砂器。2 2滑套压裂滑套压裂工具：工具：带滑套封隔器、带滑套喷嘴以及特殊接箍。优点：封隔器不同时带滑套封隔器、带滑套喷嘴以及特殊接箍。优点：封隔器不同时工作，被压层位上下二个封隔器工作，延长了封隔器的使用寿命。如图所工作，被压层位上下二个封隔器工作
