【正文】 水力壓裂基礎(chǔ)、設(shè)計及現(xiàn)場管理 第六采油廠工程技術(shù)大隊 目 錄 一、概述 二、水力壓裂概念 三、水力壓裂工藝 四、壓裂方案設(shè)計 五、壓裂監(jiān)督 第六采油廠工程技術(shù)大隊 一、概述 油層水力壓裂是在水驅(qū)開發(fā)油藏的過程中偶然發(fā)現(xiàn)的 。 20世紀早期 ， 為提高油層吸水量 ， 加大地面注水壓力 ， 人們發(fā)現(xiàn) ， 當壓力提高到一定水平后 ， 地層吸水量陡增 ， 當時人們雖然不能完全解釋這一現(xiàn)象 ， 但已把它作為一項增注技術(shù)在礦場大量應(yīng)用 。 當后來逐漸認識到高壓下吸水量陡增是地層被壓開裂縫的結(jié)果后 ， 又進行了把細粉砂在高壓下隨注入水帶進地層裂縫 ， 以實現(xiàn)一般壓力下提高注水量的試驗 ， 這就是油層水力壓裂的雛形 。 第六采油廠工程技術(shù)大隊 近三十年來 ， 壓裂技術(shù)得到快速發(fā)展 ， 取得了眾多科研成果 ， 形成適用于不同溫度條件的壓裂液體系 、適合不同閉合壓力條件的支撐劑系列 ， 研制出高性能的施工設(shè)備 ， 創(chuàng)建了新的設(shè)計模型和分析 、 診斷方法 ， 使壓裂工藝技術(shù)日趨完善 ， 現(xiàn)已成為油田開發(fā)過程中不可缺少的一項采油工藝技術(shù) 。 大慶油田自 1973年應(yīng)用水力壓裂以來 ， 工藝技術(shù)不斷創(chuàng)新 ， 設(shè)備工具不斷完善 ， 下井原材料性能不斷改進 ， 應(yīng)用效果不斷提高 ， 目前已達到了國內(nèi)油層壓裂行業(yè)的先進水平 ， 為油田實現(xiàn)各階段的開發(fā)目標 ， 作出了巨大貢獻 。 第六采油廠工程技術(shù)大隊 壓裂方式經(jīng)歷了籠統(tǒng)壓裂 、 分層壓裂 ， 壓裂工藝由最初的滑套式分層壓裂 ， 發(fā)展到目前適應(yīng)各種井況和地層條件的選擇性壓裂 、 多裂縫壓裂 、 限流法完井壓裂 、 平衡限流法壓裂 、 定位平衡壓裂工藝 、 水平縫端部脫砂壓裂 、熱化學(xué)壓裂工藝 、 水平井壓裂 、 斜直井壓裂 、 小井眼壓裂工藝 、 高能氣體復(fù)合壓裂 、 CO2泡沫壓裂等 13套工藝技術(shù) 。 工藝技術(shù)方面 第六采油廠工程技術(shù)大隊 由初期的水泥車 ， 人工加砂 ， 發(fā)展到目前機械混砂 、 自動控制的 1000型及 2022型壓裂車組 。 工具方面 ， 先后研制了水力壓差式封隔器 、 水力壓縮式封隔器 、 導(dǎo)壓噴砂器 、 分層滑套裝置及井口投球裝置 、 地面投蠟球管匯 、不壓井不放噴井口控制裝置等 。 管柱方面 ， 由初期的光油管喇叭口 ， 發(fā)展到分層滑套 、 可反洗 、 外圍 、 氣井 、 小井眼等壓裂管柱 。 設(shè)備方面 第六采油廠工程技術(shù)大隊 壓裂液由初期的清水 、 原油 ， 發(fā)展到海藻 、 田箐 、胍膠 、 香豆 、 魔芋 、 泡沫 、 高聚物等 ， 支撐劑由石英砂發(fā)展到陶粒 、 樹脂砂以及核桃殼等 。 下井原材料方面 另外 ， 在壓裂機理研究 、 設(shè)計軟件開發(fā)方面也都取得了長足進步 。 總之 ， 經(jīng)過多年的努力 ， 我們的油層壓裂技術(shù)水平得到較大提高 ， 同時也取得了較好的應(yīng)用效果 ， 據(jù)統(tǒng)計 ， 自73年壓裂工藝在大慶油田工業(yè)化生產(chǎn)以來 ， 共壓裂油 、 水 、氣井 3萬多口 ， 占油田總完鉆井數(shù)的 70%以上 ， 壓后當年累積增油 5000 104t,累計增注 104m3,為油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)做出了突出貢獻 。 第六采油廠工程技術(shù)大隊 二、水力壓裂概念 油層水力壓裂是利用地面高壓泵組 ， 將高粘液體以大大超過地層吸收能力的排量注入井中 ， 隨即在井底附近憋起高壓 。 當壓力超過井壁附近地應(yīng)力及巖石抗張強度后 ， 在地層中形成裂縫 。 繼續(xù)將帶有支撐劑 （ 一般為石英砂 ） 的壓裂液注入裂縫 ， 使裂縫向前延伸 ， 并在裂縫中填充支撐劑 。 這樣 ， 在停泵后即可在地層中形成足夠長度 、一定寬度及高度的填砂裂縫 。 由于這個裂縫擴大了油氣流動通道 ， 改變了流動方式 ， 降低了滲流阻力 ， 可起到增產(chǎn)增注作用 。 這一施工過程就叫油層水力壓裂 。 第六采油廠工程技術(shù)大隊 水力壓裂分類 籠統(tǒng)壓裂 分層壓裂 機械分層壓裂 填砂壓裂 橋塞壓裂 封隔器壓裂 水力壓裂 第六采油廠工程技術(shù)大隊 水力壓裂工藝流程 循環(huán) 試擠 壓裂 加砂 替擠 擴散壓力 施工結(jié)束 第六采油廠工程技術(shù)大隊 壓裂施工時液體的流動過程 壓裂液儲罐 地面管線 井口 管匯 加壓泵 混砂裝置 支撐劑儲罐 射孔炮眼 油套環(huán)空 噴砂器 井下管線 地層 第六采油廠工程技術(shù)大隊 施工設(shè)備由地面設(shè)備和壓裂車組兩部分組成 。地面設(shè)備包括壓裂管匯 、 蠟球管匯 、 壓裂井口裝置；壓裂車組包括泵車 、 混砂車 、 罐車 （ 液罐車 、 砂罐車 、 添加劑罐車 ） 、 儀表車 、 水泥車 。 第六采油廠工程技術(shù)大隊 施工管柱由油管和下井工具 （ 封隔器 、 噴砂器 ）組成 ， 其作用： 一是 為傳送施工壓力提供通道； 二是 實現(xiàn)分層 。 目前應(yīng)用的施工管柱有普通滑套式分層壓裂管柱 、 高砂比管柱 、 外圍壓裂管柱 。 第六采油廠工程技術(shù)大隊 普通滑套式管柱 名稱 封隔器 K344114 噴 甲 噴 乙 噴 丙 長度 905 640 640 640 最大外徑 114 114 114 114 通徑 58 41 37 53 管柱工作壓力MPa 管柱工作溫度 噴砂器 過砂量 m3 最高砂比 % 適用套管內(nèi)徑 mm 40 50 14 45 124 使用條件 工具參數(shù) 第六采油廠工程技術(shù)大隊 名稱 Y344114 封隔器 導(dǎo)壓 噴砂器 噴咀 長度 (mm) 1161 660 300 最大外徑 (φ mm) 114 112 95 最小通徑 (φ mm) 54 25 25 工具參數(shù) 外圍深井壓裂管柱 ： 工作 壓力 MPa 工作 溫度 ℃ 噴砂器 過砂量 m3 最高 砂比 % 適用 套管 內(nèi)徑 mm 55 90 60 65 124 使用條件 第六采油廠工程技術(shù)大隊 包括壓裂液和支撐劑兩部分 。 壓裂液 的主要作用一是造縫 ， 二是攜砂 。 目前常用的壓裂液有田菁膠和胍膠 。 田菁膠主要用于老區(qū)基礎(chǔ)井網(wǎng)壓裂井 ， 胍膠和改性胍膠主要應(yīng)用于老區(qū)二三次加密井和外圍低滲透油藏壓裂井 。 支撐劑 的作用是支撐裂縫 ， 增加裂縫的導(dǎo)流能力 。 目前常用的支撐劑有石英砂和陶粒兩種 。 第六采油廠工程技術(shù)大隊 壓裂液 配比 % 粘度 交聯(lián)剪切粘度 殘渣 mg/L 適用溫度 ℃ 破膠 性能 田箐 ≥33 ≥100 ≤1450 30～ 60 ＜ 3 胍膠 ≥33 ≥100 ≤400 30～ 90 ＜ 3 目前常用的壓裂液有田菁膠和胍膠： 田菁膠 主要用于老區(qū)基礎(chǔ)井網(wǎng)壓裂井 。 胍膠和改性胍膠 主要應(yīng)用于老區(qū)二三次加密井和外圍低滲透壓裂井 。 第六采油廠工程技術(shù)大隊 目前常用的支撐劑有石英砂和陶粒： 井深及閉合壓力 地區(qū)（層位） 支撐劑類型 1600m以上，小于 28MPa 采油一～七廠 、 八廠 （ 葡萄花層 ） 、 九廠 （ 薩 、 葡層 ） 、 十廠 石英砂 16001900m， 2833MPa 采油七廠臺 105區(qū)塊 、 八廠 （ 扶余層 ） 、 九廠 （ 高臺子層 ） 、 頭臺 、 榆樹林油田 （ 扶余層 ） 石英砂 尾追部分陶粒 19002400m， 3340Mpa 采油八廠 （ 扶 、 楊層 ） ，布木格油田 （ 楊大城子層 ） 、 榆樹林 （ 楊大城子層 ） 中強度陶粒 大于 2400m， 4050MPa 目前主要是深層氣井勘探壓裂 高強度陶粒 第六采油廠工程技術(shù)大隊 施工設(shè)計是指導(dǎo)壓裂施工的綱領(lǐng)性文件 。 其核心內(nèi)容是根據(jù)井層參數(shù) 、 下井原材料參數(shù)來優(yōu)化壓裂施工參數(shù) （ 壓力 、 排量 、 砂比 、 砂量 、 液量 ） ， 最終給出合理的施工工序表 。 施工工藝是針對井層條件 ， 為達到改造目的而采取的合理施工方法 。 根據(jù)不同施工井的改造要求 ， 先后研究開發(fā)了 滑套式機械分層 、 多裂縫 、 選壓 、 限流法等十三項壓裂工藝 。 第六采油廠工程技術(shù)大隊 施工評價包括兩部分：一是工藝評價；二是經(jīng)濟評價 。 工藝評價是為了評估壓裂施工成功與否 、 檢驗實際施工與設(shè)計的符合程度和工藝的適應(yīng)性 ， 積累經(jīng)驗 ，指導(dǎo)下步施工 。 經(jīng)濟評價是為了評價壓裂效益 ， 既投入與產(chǎn)出的關(guān)系 ， 判斷經(jīng)濟合理性 。 第六采油廠工程技術(shù)大隊 人工裂縫的形態(tài)取決