【文章內(nèi)容簡介】 的地層，支撐劑不易嵌入，但硬地層常常具有高的閉合壓力，因 94 支撐劑顆粒大小 A ? 軟地層要求使用大顆粒的支撐劑以阻止顆粒的嵌入，較高滲透率的地層亦應使用大顆粒的支撐劑以提供適當?shù)?? 在硬地層，由于顆粒難以嵌入，并且硬地層常常具有較低的滲透率，不需要裂縫具有很高的導流能力，因此可 95 支撐劑顆粒大小 B ? 對于泥質(zhì)含量較高或其中細粉粒要發(fā)生運移的地層。不宜使用大顆粒支撐劑，因為這些泥質(zhì)和細粒很容易堵塞孔隙空間，在這種情況下，較小顆粒 ? 支撐劑顆粒大小和支撐劑質(zhì)量有關(guān)系。小顆粒含量過高就如同含有雜質(zhì)一樣，對裂縫導流能力的降低有同樣的影響。 96 支撐劑密度 ? 支撐劑密度在一定的井況條件下是影響選擇應用支撐劑的一個重要因素，高密度的支撐劑顆粒在裂縫中難以懸浮和攜帶，低密度的支撐劑顆粒難以鋪置在希望的位置上。 97 支撐劑濃度（排列方式） ? 單層或部分單層支撐的裂縫在理論上具有最大的導流能力。但是由于在軟地層容易發(fā)生嵌入現(xiàn)象，在硬地層容易發(fā)生破碎現(xiàn)象，這種單層或部分單層排列是不實際的。現(xiàn)在大多數(shù)壓裂設計都采用支撐劑顆粒多層排列的填砂方 98 支撐劑顆粒的沉降 ? 球形顆粒的自由沉降速度 ? 砂粒沉降的影響因素 ? 砂粒在冪律液體中的沉降 99 球形顆粒的自由沉降速度 ? 顆粒的沉降有自由沉降與干擾沉降兩種形式 －－自由沉降是指單個顆粒在無限流體介質(zhì)空間內(nèi)的沉降。 －－干擾沉降是粒群在有限流體空間內(nèi)的沉降 100 ? 固體顆粒在流體中沉降時也有三種沉降狀態(tài)：滯流、過渡流和湍流。 ? 若圓球顆粒直徑不大并以極慢的速度（如顆粒與流體的密度差較小時）在流體中沉降時，流體成為一層又一層地繞過顆粒，顆粒受到的阻力主要是粘附在顆粒表面上的流體膜與流體間因粘性所產(chǎn)生的摩擦力，這種沉降狀態(tài)稱滯流狀態(tài)。 101 ? 當固體的沉降速度較大時，圓球顆粒的背部出現(xiàn)尾跡，尾跡的生成是由于與圓球接觸的邊界層因相對速度較大而從球面脫開，滯流狀態(tài)遭到破壞。流體質(zhì)點在圓球顆粒后方形成旋渦，旋渦的產(chǎn)生使顆粒前后流體的壓強不同，增大顆粒沉降的阻力（旋渦阻力）。當沉降速度大到某一程度時，球體后面和周圍形成大量旋渦，沉降形態(tài)成為湍流， 102 ? 顆粒的沉降規(guī)律，從滯流到湍流狀態(tài)（層流到紊流），不是突然完成的，而是有一個逐漸過渡的過程。在逐漸過渡這一階段中，粘性阻力和旋渦阻力（湍流阻力）同時都起一定的作用，只是隨著過渡階段的逐漸深化，粘性阻力的作用愈來愈弱，而旋渦阻力的作用則愈來愈強，最后達到湍流狀態(tài)時，粘性阻力已不起作用，而完全取決于旋渦阻力了。我們把這一階段 103 ? 固體顆粒在流體中沉降時，受到三個力的作用： １）固體顆粒的重力 ２）流體對固體顆粒的浮力 ３）固體顆粒在流體中運動時所產(chǎn)生的阻力 104 砂粒沉降的影響因素 ? 支撐劑濃度的影響 ? 壁面的影響 ? 顆粒形狀的影響 105 ? 顆粒形狀的影響 支撐劑顆粒都是不規(guī)則的顆粒，而不是規(guī)則的球體（有些接近于球形） （１）顆粒的形狀是不規(guī)則的，比同體積的球體表面積大； （２）顆粒的表面是粗糙的； （３）顆粒的形狀是不對稱的 不規(guī)則顆粒的這些特點都會引起顆粒運動時阻力的增大，因此不規(guī)則顆粒的沉降速度小于球形顆粒的沉降速度 106 第四節(jié) 壓裂設計 裂縫幾何尺寸的確定 增產(chǎn)倍比預測 砂子在裂縫中的運移分布 設計步驟 壓裂設計 107 一、裂縫幾何尺寸的確定 (一 )幾何模型及計算方法簡介 1. 二維模型 2. 三維模型 3. 計算方法 108 1. 二維模型 卡特模型 Carter， 1957年 GDK 模型 Christianovich、 Geertsma、 Deklerk PKN 模型 Perkins和 Kern 提出 , Nren完善 109 2. 三維模型 擬三維模型 三維擴展，一維流體流動 真三維模型 三維擴展，二維流體流動 110 典型的擬三維模型 1982年 , Van Eekelen 模型 1978年～ 1982年， Advani模型 1980年， Cleary, Settari模型 1982年～ 1985年 , Palmer模型 111 擬三維模型特點 由于擬三維模型中縫高是時間和位置的函數(shù)，因此較二維模型更準確反映了實際情況，計算結(jié)果精度更高。 幾乎所有擬三維模型都忽略了巖石巖性的非均質(zhì)性，且認為巖石為理想彈性體，流體在縫中呈穩(wěn)定流動，因此與實際情況仍有一定距離。 112 擬三維模型特點 由于各模型的假設條件、推導方式不同，加上均不盡完善，因此計算結(jié)果一致性較差。 113 典型的真三維模型 Abe[34,35] 的 “ 便士形 ” 模型 Mastrojannis的模型 Clifton、 Abousayed模型 Cleary模型 114 真三維模型特點 真三維模型由于十分復雜，計算量大，費用昂貴； 需要很詳細的關(guān)于地層機械特性及壓裂液特性的資料，且結(jié)果又需專家解釋； 真三維模型真實地反映了實際情況，所以可用它來檢驗擬三維模型的精度，進行理論研究。 115 3. 計算方法 解析方法 僅用于二維模型 數(shù)值計算方法 用于二維、三維模型 116 （二） 裂縫延伸二維數(shù)學模型 卡特模型 GDK 模型 PKN 模型 非牛頓液裂縫幾何尺寸的計算 實用公式 117 二、增產(chǎn)倍比預測 圖版法 公式法 產(chǎn)能預測 118 增產(chǎn)倍比預測之 圖版法 在閉合壓力不太高的低滲地層，一般容易獲得較高的相對導流能力，其值常大于 。因此壓開較長的裂縫能夠大大提高增產(chǎn)倍數(shù)，這就是當前對于低滲透油氣層主要采用大型壓裂造長縫的依據(jù)。 對于閉合壓力較大的高滲層，不易獲得較高的相對導流能力，其值常小于 104。這時要取得好的壓裂效果，主要是靠提高裂縫的導流能力。 對于實際油氣田，屬于這兩種情況的都有。因此，在水力壓裂設計中，應解決它們的主要矛盾。根據(jù)油氣層的特性具體分析，全局考慮，以最優(yōu)為準則，對特低滲地層的壓裂，應當增大施工規(guī)模，造縫要長；對于高閉合壓力的中高滲透地層，應著眼于提高裂縫導流能力，在這種情況下片面追求施工規(guī)模和縫長，既不經(jīng)濟又得不到好的壓裂效果 119 產(chǎn)能預測簡介 前述方法很少考慮實際油藏的諸多因素的影響，只能簡單計算壓后的增產(chǎn)倍比，無法預測壓裂井在一段時間里生產(chǎn)動態(tài)的變化 . 用數(shù)值模擬方法研究壓裂井產(chǎn)能動態(tài)，可以考慮地層、流體等諸多因素的影響，將壓裂井與油藏結(jié)合起來，較好油藏壓裂井的增產(chǎn)效果。 120 五、壓裂設計 單井壓裂設計方案，對一口井的壓裂施工來說是一個指導性的文件。它能在油氣層與設備的條件下優(yōu)化出經(jīng)濟而有效的壓裂增產(chǎn)方案。一個好的壓裂設計能更好地發(fā)揮壓裂技術(shù)的潛在作用，最大可能地提高壓裂效果，為改進壓裂工藝提供途徑和方向 。 121 五、壓裂設計 單井壓裂設計包括： 選井選層 確定施工參數(shù) 方案設計計算 經(jīng)濟技術(shù)分析和評價 122 水力壓裂選井選層一 油氣井產(chǎn)量低的主要原因 近井地帶受傷害 ，導致滲透率嚴重下降 油氣層滲透性差 地層壓力低，油氣層剩余能量不足 地層原油粘度高 123 水力壓裂選井選層二 試井確定地層參數(shù) 地層滲透率 K 靜壓力 Ps 表皮系數(shù) S S0 污染 S0 改善 地層系數(shù) Kh 124 水力壓裂選井選層三 地層應有較高能量 油層井壁受污染、堵塞嚴重的油井，應采用小規(guī)模壓裂解堵或酸化解堵 油層滲透率低，深穿透、飽填砂的大規(guī)模壓裂 油層含油性好，含油飽和度要高，一般要求在５０％以上 125 水力壓裂選井選層四 一般認為孔隙度為６％～１５％時，才值得進行壓裂。如果油層厚度較大，最低孔隙度極限為３％～５％ 地層滲透率越低，越要優(yōu)先壓裂，使低滲地區(qū)的井獲得商業(yè)性的開采 含水飽和度 ７０％， 防止大量產(chǎn)水 地層系數(shù) :Hh?104? 126 水力壓裂選井選層五 如果懷疑有水層，完井時應當在水層上方至少３０米處射孔，特別是產(chǎn)層與水層間不存在堅密的頁巖遮擋層時更應如此 經(jīng)驗表明，對于規(guī)模較大的壓裂來說，如果頁巖遮擋層的厚度不超過１５米，無論其堅密程度如何，它還是常常不能起到控制裂 127 不宜壓裂的井一 油層壓力衰竭不宜壓裂 在壓裂層與水層或氣層間的夾層很薄時 附近有與水或氣的接觸面（如底水驅(qū)油藏或存在底水的油藏），而且位于裂縫可能通過的方向時 高含水井或高油氣比井，除非出水或出氣層可以堵住時 128 不宜壓裂的井二 井下技術(shù)狀況差，例如固井質(zhì)量不好、或可能竄槽、套管變形或有嚴重損傷、井下有落物經(jīng)過復雜措施處理過、或經(jīng)過大修中的 注水效果明顯，裂縫比較發(fā)育的井層，為了避免油井水淹，是否壓裂需慎重。 高滲透地下虧空的井不宜壓裂。稠油井不宜壓裂，井底附近嚴重堵塞的除外 129 施工參數(shù)的確定 施工排量 施工泵壓及水功率 壓裂車臺數(shù)的確定 壓裂液和支撐劑用量 130 施工排量的確定 為了在井底有足夠的流體憋起高壓，選擇施工排量要考慮的因素是： 地層的吸液速度。 施工排量Ｑ必須大于地層吸液速度Ｑ ′ 131 施工排量的確定 不同排量下所需的壓裂液用量。 實踐表明，當濾失系數(shù)一定時欲壓開一定大小的裂縫，采用較高的施工排量可減少所需的壓裂液用量；并且施工排量大時，可提高壓 摩阻壓力。 排量越大，產(chǎn)生的射孔孔眼摩阻和井筒摩阻越高，因此所需的井底施工壓力愈大，對設備的要求就越高。 132 施工排量的確定 裂縫高度。 施工排量太大，極有可能導致裂縫竄層。特別是對于產(chǎn)層與水層之間的遮擋層不足夠堅密，其厚度不是足夠大時，竄層是很危險的。施工排量太小時，又不能充分壓開產(chǎn)層的有效厚度，特別是對于多產(chǎn)層的情況，施工排量高無疑是有利的。施工排量高還有 133 施工排量的確定 此外，要注意對設備能力的要求： 施工排量受管材和井口裝置所能承受的壓力的限制 施工排量受壓裂設備處理支撐劑的能力的限制，施工排量大，易導致砂子傳送帶或混砂裝置超過負荷 施工排量大，壓裂車不易達到要求，即使?jié)M足要求，也需更多臺壓裂車 134 施工排量的確定 最小極限排量 選擇施工排量時，必須首先考慮的是所選排量應大于地層吸液速度，否則無法憋起高壓。地層吸液速度Ｑ ′即施工最小極限排量Ｑ ｍｉｎ 為 oBPPqQ? i n????135 施工排量的確定 最大極限排量 壓裂時的最大極限排量由井口和油套管的允許承受壓力而定。壓裂施工時，注液方式一般分為油管注液、套管注液、環(huán)空注液以及環(huán)空與油管同時注液（簡稱油套合注）幾種方式。雖然注液方式不同，但確定最大極限排量的方法類似。 136 施工排量的確定 合壓最大極限排量計算基本步驟 根據(jù)井底破裂壓力、液柱壓力、套管或采油樹的允許承受壓力確定套管極限摩阻壓力。 用試算法確定最大極限排量。先假定油管及套管環(huán)空的排量，然后分別計算套管及油管摩阻，這兩者必須等于或接近前一步計算的套管極限摩阻壓力或采油樹允許承受的壓力。 137 施工排量的確定 如果計算的油、套摩阻壓力低于套管極限摩阻壓力或采油樹允許承受的壓力時，應提高排量假定值進行二次計算；如果計算的油、套摩阻壓力大于套管極限摩阻壓力或采油樹允許承受的壓力時，降