水力壓裂講義ppt課件.ppt

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1、第十三章油水井增產(chǎn)增注措施第一節(jié)水力壓裂定義：當(dāng)?shù)孛娓邏罕媒M將液體以大大超過地層吸收能力的排量注入井中時(shí)，在井底附近蹩起超過井壁附近地層的最小地應(yīng)力及巖石抗張強(qiáng)度的壓力后，即在地層中形成裂縫。隨帶有支撐劑的液體注入縫中，裂縫逐漸向前延伸，這樣，在地層中形成了具有一定長(zhǎng)度、寬度及高度的填砂裂縫。增產(chǎn)原理：油氣向井的徑向流從地層裂縫從裂縫井底作用由徑向流變?yōu)閮蓚€(gè)單相流，節(jié)約了能耗。連通地層深處解除近井地帶污染一、造縫機(jī)理在壓裂中，了解裂縫的形成條件，裂縫形態(tài)及方向?qū)τ行У匕l(fā)揮壓裂在增產(chǎn)，增注中

2、的作用是極為重要的。但由于地下條件的復(fù)雜性，雖然進(jìn)行了大量的研究，但仍未得到較好的解決。地層中造縫的影響因素井底附近的地應(yīng)力及其分布巖石力學(xué)性質(zhì)及壓裂液的滲濾性質(zhì)注入方式1.地應(yīng)力及其分布一般情況下，地層中的巖石處于壓應(yīng)力狀態(tài)。作用在地下某單元體上的力有垂向主應(yīng)力及水平主應(yīng)力(其中又分為互相垂直的和)。(1)應(yīng)力①垂向應(yīng)力：作用在單元體上的垂向應(yīng)力來自上覆巖層的重量，其數(shù)值約為H：地層深度；φ：孔隙度；由于油氣層中均有一定的孔隙壓力pp(即地層壓力或流體壓力)，部分上覆巖層的壓力σz被多孔介

3、質(zhì)中的流體壓力支持。②故有效垂向應(yīng)力可表示為：③根據(jù)廣義虎克定律，則可求出巖石的有效水平應(yīng)力為：=推導(dǎo)：在σxe,σye,σze作用下，單元體在x軸方向上的應(yīng)變?yōu)椋阂驗(yàn)榇嬖趥?cè)向應(yīng)力的限制，側(cè)向應(yīng)變?yōu)?，令得(2)地質(zhì)構(gòu)造對(duì)應(yīng)力的影響?yīng)ナ艿刭|(zhì)構(gòu)造影響發(fā)生很大的變化，各個(gè)方向的應(yīng)力也彼此不等。如果巖石單元體是各向同性材料，巖石破裂時(shí)的裂縫方向總是垂直于最小主應(yīng)力軸。(3)井壁上的應(yīng)力1)井筒對(duì)地應(yīng)力及其分布的影響?yīng)ピ诘貙又秀@井以后，破壞了原始應(yīng)力的平衡狀態(tài)，使得井壁上及其周圍地層中的應(yīng)力分布發(fā)

4、生變化。為了簡(jiǎn)化，將地層中的三維應(yīng)力問題用二維方法來處理，并近似地直接采用彈性力學(xué)中雙向受力的無限大平板中鉆有一個(gè)圓孔時(shí)的應(yīng)力計(jì)算公式來分析井壁應(yīng)力，圓孔周向的應(yīng)力分布：A）當(dāng)r=a且σx=σy=σH時(shí)，σφ=2σx=2σy=2σH說明圓孔壁上各點(diǎn)的周向應(yīng)力相等，與φ值無關(guān)。B)當(dāng)r=a,σx>σy時(shí)，隨著r的增加，周向應(yīng)力迅速降低，如圖13-2(b)所示。大約在幾個(gè)圓孔直徑之外，即降為原地應(yīng)力值，孔壁上的應(yīng)力比遠(yuǎn)處的大得多，這就是在壓裂中地層破裂壓力大于延伸壓力的一個(gè)重要原因。即：2)井眼內(nèi)

5、壓所引起的井壁應(yīng)力壓裂過程中，向井筒內(nèi)注入高壓液體，使井內(nèi)壓力很快升高，井筒內(nèi)壓必然產(chǎn)生井壁上的周向應(yīng)力。簡(jiǎn)化：若把井筒周圍的巖石看作是一個(gè)具有無限壁厚的厚壁圓筒，假設(shè)材料是彈性的，根據(jù)彈性力學(xué)中的拉梅公式(拉應(yīng)力取負(fù)號(hào)),當(dāng)厚壁筒外邊界半徑re→∞，厚壁筒外邊界壓力Pe=0時(shí)，井壁上r=a處的周向應(yīng)力:式中——注入時(shí)的井底壓力。即井筒內(nèi)壓引起的井壁周向應(yīng)力與內(nèi)壓大小相等，符號(hào)相反。3)壓裂液徑向滲入地層所引起的井壁應(yīng)力由于注入井中的高壓液體在地層破裂前，滲入井筒周圍地層中，形成了一個(gè)附

6、加應(yīng)力區(qū)，它的作用是增大了井壁周圍巖石中的應(yīng)力。增加的周向應(yīng)力值為：巖石骨架壓縮系數(shù)巖石體積壓縮系數(shù)其中：4)井壁上的總應(yīng)力顯然在地層破裂前，井壁上(=0°和=180°處)總周向應(yīng)力：總垂向應(yīng)力：2.造縫條件為使地層破裂，必須使井底壓力高于井壁上的總應(yīng)力及巖石的抗張強(qiáng)度。(1)形成垂直裂縫條件：如果地層的破裂屬于純張力破壞，那么隨井內(nèi)注入壓力的不斷增加，當(dāng)達(dá)到或超過井壁附近地層的最小周向應(yīng)力及巖石水平方向的抗張強(qiáng)度時(shí)，在垂直于水平周向應(yīng)力的方向上產(chǎn)生垂直裂縫，即：其中：即：1）當(dāng)有濾失時(shí)

7、：用代入上式有：2）無濾失時(shí)：有垂直裂縫產(chǎn)生于井筒相對(duì)應(yīng)的兩點(diǎn)上(=0°和180°)，這就是為什么在理論上假定垂直裂縫以井軸為對(duì)稱的兩條縫的原因。實(shí)際上多數(shù)情況是不對(duì)稱的。(2)形成水平裂縫條件：當(dāng)注入壓力達(dá)到或超過井壁附近地層的最小垂向應(yīng)力及巖石的垂向抗張強(qiáng)度時(shí)，在垂直于垂向應(yīng)力的方向上產(chǎn)生水平裂縫，其條件為：1）存在濾失時(shí)：2）無濾失時(shí)：***有濾失時(shí)小于無濾失時(shí)的。二、壓裂液壓裂液是為造縫與攜砂使用的液體，是水力壓裂的關(guān)鍵組成部分。壓裂液是一個(gè)總稱，根據(jù)其在壓裂過程中的任務(wù)不同可分為

8、前置液、攜砂液和頂替液。1）前置液：作用是破裂地層并造成一定幾何尺寸的裂縫以備后面的攜砂液進(jìn)入，它還起到一定的降溫作用。有時(shí)為了提高前置液的工作效率，在一部分前置液中加細(xì)砂以堵塞地層中的微隙，減少液體的濾失。2）攜砂液：作用是將支撐劑帶入裂縫中并將砂子放到預(yù)定位置上去。在壓裂液的總量中，這部分占的比重較大。有造縫及冷卻地層的作用。3）頂替液：作用是打完攜砂液后，用于將井筒中全部攜砂液替入裂縫中。中間頂替液用來將攜砂液送到預(yù)定位置，并有預(yù)防砂卡的作用。對(duì)于占總液量絕大多數(shù)的前置液及攜砂液，必