【正文】 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，計算結果精度更高。 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，因此計算結果一致性較差。 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、增產倍比預測 圖版法 公式法 產能預測 118 增產倍比預測之 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 。 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。 對于實際油氣田，屬于這兩種情況的都有。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，既不經濟又得不到好的壓裂效果 119 產能預測簡介 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倍比，無法預測壓裂井在一段時間里生產動態(tài)的變化 . 用數(shù)值模擬方法研究壓裂井產能動態(tài)，可以考慮地層、流體等諸多因素的影響，將壓裂井與油藏結合起來，較好油藏壓裂井的增產效果。它能在油氣層與設備的條件下優(yōu)化出經濟而有效的壓裂增產方案。 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 經濟技術分析和評價 122 水力壓裂選井選層一 油氣井產量低的主要原因 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。 高滲透地下虧空的井不宜壓裂。 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。 排量越大，產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。 施工排量太大，極有可能導致裂縫竄層。施工排量太小時，又不能充分壓開產層的有效厚度，特別是對于多產層的情況，施工排量高無疑是有利的。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。雖然注液方式不同，但確定最大極限排量的方法類似。 用試算法確定最大極限排量。 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，降低排量假定值進行二次計算，直至油、套摩阻壓力基本相等并且接近或等于套管極限摩阻壓力時為止。 138 施工泵壓及水功率的確定 井口施工泵壓 設井底破裂壓力為Ｐ Ｆ ，井口施工泵壓為Ｐ Ｐ ，管柱摩阻為Ｐ ｆ ，孔眼摩阻為Ｐ ｍ ，井筒液柱壓力為Ｐ Ｈ 。 支撐劑類型、粒徑和用量及壓裂液用量的確定基于優(yōu)化設計計算。 在多層的情況下 ， 壓裂成功率低的原因之一就是壓裂液不能按需要進入目的層段 ， 從而導致該壓開的壓不開 ， 不應壓開的反而壓開了 。 147 多層壓裂技術 B 在工藝上，分層的方法很多，包括 : 使用封隔器的機械分層 暫堵劑分層 堵塞球分層 限流分層 填砂分層 148 暫堵劑分層壓裂工藝 應用封隔器機械分層的壓裂技術在大多數(shù)情況下是行之有效的方法 ， 但是對于下列兩種情況 ， 此方法難以實施 。 149 暫堵劑分層壓裂工藝 根據(jù)油層間或油層內不同部位吸水能力的差別 ， 當向井內擠入液體時 ， 液體就進入吸能力好的層 ， 摻混在液體中的暫堵劑就隨之被帶到吸收層 ， 暫堵劑有一定的粒度 ， 進不到油層孔隙中 ， 從而將吸收能力好的層或部位的射孔孔眼整個堵住 ， 便其不再吸收液體 ， 壓裂過程中的高壓壓裂液進不去 ， 只能壓開吸水能力差的層或部位 。 151 孔眼堵塞球法壓裂工藝 將若干堵球隨液體泵入井中 ， 堵球將高滲層的孔眼堵住 ， 待壓力蹩起 ， 即可將低滲層壓開 。 堵塞球接觸孔眼后 ， 必將阻止液體流進孔眼 ， 因此 ， 在孔眼內外出現(xiàn)壓差 ， 使堵塞球在壓差的作用下牢牢地座在孔眼上 ， 切斷液體進入地層的通道 。 152 孔眼堵塞球法壓裂工藝 一次壓裂兩個或兩個以上的射孔段 ， 向井內泵注的壓裂液將從滲透率最高的射孔段進入地層 。 由于井內仍然保持壓力 ， 在第一層段壓裂完畢進行頂替后 ， 緊接著就進行第二個層段的壓裂 。 壓開一個以上的射孔段 ， 井底注入壓力必須超過每一壓裂層段的地層原始破裂壓力 ， 為此必須限制孔眼的大小和數(shù)目 。 155 限流法分層壓裂技術 限流法的特點是在完井射孔時 ， 要按照壓裂的要求設計射孔方案， 包括孔眼位置 、 孔眼密度及孔徑 ， 從而壓裂成為完井的一個組成部分 。 如果地面排量足夠大 ， 壓裂過程可以進行到全部射孔層段壓開或者直至注入壓力達到套管允許的最大壓力為止 。 對于厚層 ， 配合采用堵塞球法更為有效 。 最后利用在井場的壓裂車將砂子從井內反循環(huán)帶出 。另一種不同的方法是一開始便射開全部層段 ， 封隔器坐在最底部油層的上部進行壓裂 ， 然后用砂柱封堵 ， 再將封隔器提到上一層的上部 ， 重復這一過程即可壓開全部層段 ， 最后通過反循環(huán)把砂柱沖出 。 氮氣壓裂前 ， 一般常要借助于酸化手段清洗射孔孔眼 ， 酸處理后， 接著以小排量注氮氣破裂地層 ， 當施工壓力穩(wěn)定后 ， 再提高排量以延伸擴展裂縫 。 氮氣相對來講具有可壓縮性并且難溶解 ， 所以對水敏性地層幾乎沒有污染 。 此外 ， 由于氮氣的流動性好 ， 因此可以有效地連通地層中的天然裂縫系統(tǒng) 。 使用氮氣壓裂 ， 不需要高成本的返排抽汲裝置 ， 氮氣壓裂實際上最大限度地消除了污染問題 ， 一旦施工結束， 注入氣體即可馬上排出 。 氮氣壓裂與普通壓裂相比成本要低得多 ， 一次氮氣壓裂的費用大約是普通壓裂的四分之一 ， 有時一口井壓裂后 ， 幾星期的生產利潤即可抵消施工成本 。 對于存在底水或氣頂?shù)挠筒?， 裂縫高度無控制延伸 ， 容易壓穿氣頂或含水層 ， 造成大量出水出氣 。 163 控縫高壓裂技術 控縫高壓裂技術就是通過上浮式和下沉式導向劑在裂縫的頂部和底部形成人工遮擋層，阻止裂縫中的壓力向上下傳播，繼而達到控制裂縫在高度方向上進一步延伸的目的。ｃｍ提高到數(shù)百 μｍ ２ 形成超高導流能力除了提高縫中的砂濃度外 ， 壓開超寬裂縫也是主要技術關鍵 。 這在常規(guī)施工中是力求避免的 ， 但它正是端部脫砂壓裂技術的理論依據(jù) 。 端部脫砂壓裂技術使凈壓力有控制地升高而增加縫寬 ， 在端部脫砂產生支撐劑橋塞的條件下繼續(xù)泵注高砂比的混砂液 ， 這時支撐劑由裂縫端部向井筒方向回填至縫口 ， 形成超高導流能力的裂縫 。 國內碳酸鹽巖儲層分布： 四川、華北、勝利、遼河、新疆、長慶、滇黔貴 酸化特點：規(guī)模小、施工方便 168 酸處理工藝 類型 儲層類型 作 用 酸洗 砂巖、碳酸鹽巖 清除結垢、疏通孔眼 基質酸化 砂巖、碳酸鹽巖 解除近井堵塞、恢復 和提高地層滲透率 酸壓 砂巖、碳酸鹽巖 解除近井堵塞、溝通 遠井裂縫、增大流通 面積 169 第一節(jié) 碳酸鹽巖地層的鹽酸處理 主要礦物成分： 方解石 CaCO3 50% 石灰?guī)r類 白云石 CaMg(CO3)2 50％ 白云巖類 油氣層分類： 孔隙性碳酸鹽巖油氣層 孔隙－裂縫性碳酸鹽巖油氣層 裂縫性碳酸鹽巖油氣層 170 一、酸－巖化學反應及生成物狀態(tài) 常用的酸： 鹽酸（ HCL） ， 甲酸（ HCOOH） 乙酸（ CH3COOH）， 氯醋酸（ CH3CLCOOH ） 氫氟酸（ HF）， 土酸 （ HF＋ HCL） 鹽酸與碳酸鹽巖的化學反應 2HCL+CaCO3=CaCL2+H2O+CO2? 4HCL+CaMg(CO3)2=CaCL2+MgCL2+2H2O+2CO2 ? 171 一、酸－巖化學反應及生成物狀態(tài) 反應生成物的狀態(tài) CaCL2的狀態(tài)：一般呈溶液狀態(tài) HCL溶液最大濃度 28％ 地層溫度 30?C， CaCL252% CO2的狀態(tài) :部分溶解， 部分小氣泡 反應生成物對滲流的影響 : CaCL2粘度高 : 172 一、酸－巖化學反應及生成物狀態(tài) ，防止堵塞，有利 ，對滲流不利 CO2的影響 : 應從相滲透率和相飽和度的關系上具體分析，一般有助于酸液反排。 由化學動力學理論可知：均相反應速度主要受溫度、濃度液相，而復相則較