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. 第五节 压裂的基础知识 16. 压裂施工的基本工序有哪些? 压裂施工尽管方法很多,但是基本工序是相同的,大概能分为 7 个步骤: 循环、试压 、试挤、压裂、加砂、替挤、活动管柱或反洗。 17. 压裂施工时为何需要有循环工序? 因为压裂施工前首先要检查各台设备的工作性能 , 看泵的上水情况是否良好 , 管汇是否畅通,并且要把贮罐内的压裂液进行搅拌 , 使其粘度和温度达到均 匀。冬季施工还要检查管线或闸阀有无冻结的现象,所以必须要有循环这道 工序。 18. 压裂施工前为何需要对地面管线试压? 因为压裂施工中各道是连续进行的 , 中间不能停顿。因此 , 要求管线各个连接 部位必须接牢 ,无刺漏现象,以便保证在破裂压力的条件下管线安全工作, 所以要对地面管线. 压裂施工中试挤的目的是什么? 试挤的目的是检查井下管柱的各部分如封隔器 、 喷砂器 、 水力锚等工作是 否正常。检查管柱下入的位置是否正确。更重要的是 , 通过对油层的试挤可以 掌握地层吸液能力 , 以便估算最高的破裂压力。 . 第五节 压裂的基础知识 20. 压裂施工中怎样判断油层是否形成裂缝? ① 根据压力与排量的变化判断油层是否形成裂缝:在压裂时 , 随着压力的 上升 , 排量也随着上升 , 两者之间保持着一定的比值关系。但是当裂缝形成 时 , 它们之间原来的比值关系就被打破。这时,可能会出现两种情况: 第一, 泵压迅速下降排量上升。第二,压力不变,排量上升。这时就可以判断油 层已被压开裂缝。 ② 根据机械设备的变化判断油层是否形成裂缝:在油层没有形成裂缝以前 , 由于压力比较高,压裂车上的柴油机负荷大 , 发出的声音很沉重 , 排出浓烟。 从混砂车的砂罐里可以观察到液体排量不大 , 砂罐内的液体翻腾也小。可是 一旦裂缝形成 , 柴油机马上会改变声音 , 砂罐中的液体排量突然增加,形成 很大的翻腾浪花。这时判断油层已被压开裂缝。 ③ 利用地层吸水指数的变化判断油层是否被压开裂缝:在地层未形成裂缝 的时候 , 由于地层本身的渗滤面和渗透率是固定的 , 则吸水指数也是一个固 定值。当油层被压开裂缝后 , 由于有了新的裂缝面 , 从而使地层吸液能力增 加 , 此时吸水指数明显增加 , 判断油层已经被压开了裂缝。 . 第五节 压裂的基础知识 21. 加砂过程中要注意哪些问题? 加砂是压裂成败的关键工序。加砂前应迅速检查一下各台车的工作情况是 否正常 , 管线和井口设备是否有问题,如果发现问题,必须在加砂前停车 处理。加砂时应先小后大 , 开始时混砂比可控制在 5 - 7% 左右 , 此时可以 进一步验证油层是否真的形成了裂缝。如果油层没有形成裂缝 , 砂子就会 在井筒内沉积而引起压力升高。发生这种情况要立即停止加砂,进行放空 和反洗。加砂过程中要使含砂比逐渐加大,保持均匀加砂。此时不许减档, 严禁停泵。 22. 压裂施工后为什么要替挤? 为了把携砂液全部挤入油层裂缝 , 所以要进行替挤。顶替液的用量十分关 键 , 替挤多了会把支撑剂推向地层深部而使井筒附近的地层裂缝闭合 , 从而 影响了压裂效果。替挤少了又会使支撑剂残留在井筒里易造成砂堵事故。 所以压裂施工加砂完了以后,必须要适量进行替挤。 . 第一讲 压裂 . 1 、低渗透油气藏的主要开发特征 ( 1 )初期产能高,但递减快;或者自然产能低,生产压差大,压裂 后增产幅度大。 ( 2 )自然能量补给差,多数靠弹性和溶解气驱采油,油层产能递减 快,压力下降快,一次采收率低,一般仅为 8% ~ 14% ,注水保持能量 后,二次采收率可控制到 25% ~ 30% 。 ( 3 )由于裂缝的高渗透性作用,注水井吸水能力较强,油井水淹水 窜严重。如果不弄清地下裂缝系统的分布和延伸方向,就无法控制注 入水的推进方向,大量的注入水和驱替的油就可能沿裂缝流失,生产 井很快被水淹,无水采油期短。搞清裂缝系统分布,是有效开发这类 油田的前提;注采井网与裂缝系统的合理配置,是有效开发这类油田 的基础。 ( 4 )注水初期吸水较好,但注水压力上升快,水驱效果越来越差。 前 言 . ( 5 )由于油藏的低渗、低孔、低能量补给、低产能等制约,使多数低 渗透油田的开发效益属于边际性,需要通过酸化压裂投产,才能获得经 济价值,或必须通过压裂增产,才能提高经济效益。 ( 6 )由于储层极容易受损害,损失产量可达 30% ~ 50% ,因而在采油工 艺中,保护油层是至关重要的。 ( 7 )储层渗透率非均质性强烈,存在非达西流渗流特征,对原油采收 率有明显影响。 ( 8 )具有启动压力,除了 5 敏外,在开发过程中还具有明显的压力敏感 性特征,随着油藏压力降低,渗透性下降,并具有一定的不可逆性。 ( 9 )低渗透油田一般连续差,采收率与井网密度关系密切,随着井网 密度的增加,原油采收率将有不同程度的提高。但低渗透油藏的井网不 是越密越好。 前 言 . 2. 制约低渗透油藏高效开采的关键因素 (1) 建立有效的注采驱动压力体系(井网类型、 井网与裂缝方位匹配、井距、注采压力、启动压 力等) (2) 水力压裂增产与伤害的协调 前 言 . 前 言 3. 低渗透油藏水力压裂存在的主要问题 (1)0.1-0.5 md 特低渗油藏的单井产量 特低渗油藏储层特征 : 孔喉细小,毛管力大;比表面大,吸附作用强,各种伤害敏感性强; 存在启动压力,应力敏感性突出。 特低渗油藏开发特征 : 低产、低效;压力传导慢,注水见效差。特低渗油藏压裂难点:井 网优化、压裂液选择;岩性致密,应力较高;粘土含量高,塑性特 征强,可能存在部分剪切缝;大型压裂;沉积相变快与裂缝方位变 化风险,裂缝易扭曲和砂堵。 . 第一节 压裂设备 第二节 压裂工具 第三节 压裂施工基本程序 第四节 压裂液原理 第五节 压裂的基础知识 提 纲 . 压 裂 : 就是利用水力作用,使油层形成裂缝的一 种方法,又称油层水力压裂。油层压裂工艺过 程是用压裂车,把高压大排量具有一定粘度的 液体挤入油层,当把油层压出许多裂缝后,加 入支撑剂 ( 如石英砂等 ) 充填进裂缝,提高油层 的渗透能力,以增加注水量 ( 注水井 ) 或产油量 ( 油井 ) 。 . 第一节 压裂设备 1. 压裂车 压裂车是压裂的主要设备,它的作用是向井内注入高压、大排量的压 裂液,将地层压开 , 把支撑剂挤入裂缝。压裂车主要由运载、动力、传 动、泵体等四大件组成。 压裂泵是压裂车的工作主机。现场施工对压 裂车的技术性能要求很高 , 压裂车必须具有压力高、排量大、耐腐蚀、 抗磨损性强等特点。 . 第一节 压裂设备 2. 混砂车 混砂车的作用是按一定的比例和程序混砂,并把混砂液供给压裂车 。 3. 平衡车 平衡车的作用是保持封隔器上下的压差在一定的范围内 , 保护封隔器和套 管。另外 , 当施工中出现砂堵、砂卡等事故时,平衡车还可以立即进行反 洗或反压井,排除故障。 4. 仪表车 仪表车的作用是在压裂施工远距离遥控压裂车和混砂车 , 采集和显示施工参数 , 进 行实时数据采集、施工监测及裂缝模拟并对施工的全过程进行分析。 5. 管汇车 管汇车的作用是运输管汇,如;高压三通、四通、单流阀、控制阀等。 . 第一节 压裂设备 第二节 压裂工具 第三节 压裂施工基本程序 第四节 压裂液原理 第五节 压裂的基础知识 提 纲 . 第二节 压裂工具 1. 封隔器 封隔器在压裂中的用途是分层压裂和保护套管。我国各油田使用的压裂封 隔器主要有两种类型 , 即水力压差式和水力机械式封隔器。水力压差式封隔 器的工作原理是当封隔器下入井内预定位置以后 , 地面泵开始向井内注入液 体 , 使压力增高。当液体通过封隔器的滤网而进入胶筒与中心管的环形空间 时,由于液体的压力作用,促使胶筒 向外扩张,直到与套管内壁接触 , 使 油套管环形空间上下隔绝。随着压力的增高 , 胶筒的密封性也越来越可靠。 当油管内卸压以后 , 胶筒又依靠自己的弹性收缩力 , 将胶筒与中心管之间的 液体排至油管中 , 重新恢复到原来的状态。 2. 喷砂器 喷砂器主要分为弹簧式和喷嘴式两种。弹簧式喷砂器是由上下接头、调节 环、弹簧座 、弹簧 、 弹簧护套 、 凡尔 、 凡尔座 、 滑套 、 中心 管 、 加重头等几部分组成。压裂施工时喷砂器与封隔器配套使用 , 使压裂 液通过它喷向井壁 , 逐级分层压裂。使用喷砂的数量是根据欲压生产层数确 定。 . 第二节 压裂工具 3. 水力锚 压裂时为了防止因压力波动而引起的封隔器上下蠕动 , 避免因上下封隔 器不协调或下封隔器损坏而引起的油管上顶 , 可下入水力锚来固定井下 管柱 , 以保证施工正常进行。当油管内充压后 , 随着压力的上升 , 水力锚体 开始压缩弹簧向外推移 , 直到水力锚体外牙与套管壁接触为止。压力越 高嵌得越紧 , 这样就可以防止井下管柱在井内上下移动了。当卸压以后 , 弹簧推水力锚体 , 使外牙离开套管内壁 , 恢复到原来位置。使用水力锚时 应注意下入位置要放入水泥环返高范围之内 , 防止由于压力过高而造成 套管变形。如果水力锚有防砂装置 , 可下入管柱底部。 若没有防砂装置,水力锚应在最上一级封隔器上部,以免水力锚体被砂 卡。 . 第一节 压裂设备 第二节 压裂工具 第三节 压裂施工基本程序 第四节 压裂液原理 第五节 压裂的基础知识 提 纲 . 第三节 压裂施工基本程序 1. 循环 将压裂液由液罐车打到压裂车再返回液罐车。循环路线是液罐车 - 混 砂车 - 压裂泵 - 高压管汇 - 液罐车 , 旨在检查压裂泵上水情况以及管线连 接情况。循环时要逐车逐档进行 , 以出口排液正常为合格。 2. 试压 关死井口总闸 , 对地面高压管线 、 井口 、 连接丝扣 、 油壬等憋压 30- 40Mpa, 保持 2-3min 不刺不漏为合格。 3. 试挤 试压合格后 , 打开总闸门 , 用 1-2 台压裂车将试剂液挤入油层 , 直到压力 稳定为止。目的是检查井下管柱及井下工具是不是正常,掌握油水的吸 水能力。 . 第三节 压裂施工基本程序 4. 压裂 在试挤压力和排量稳定后,同时启动全部车辆向井内注入压裂液,使井底 压力迅速升高 , 当井底压力超过地层破裂压力时,地层就会形成裂缝。 5. 支撑剂 开始混砂比要小,当判断砂子已进入裂缝,相应提高混砂比。 6. 替挤 预计加砂量完全加完后 , 就立即泵入顶替液 , 把地面管线及井筒中的携砂液 全部顶替到裂缝中去,防止余砂乘积井底形成砂卡。 7. 反洗或活动管柱 顶替后立即反洗井或活动管柱防止余砂残存在井筒封隔器卡距之内,造成 砂卡。 . . 第一节 压裂设备 第二节 压裂工具 第三节 压裂施工基本程序 第四节 压裂液原理 第五节 压裂的基础知识 提 纲 . 第四节 压裂液原理 压裂的实质 是利用高压泵组 , 将具有一定粘度的液体高速注 入地层。当泵的注入速度大于地层的吸收速度时 , 地层就会产 生破裂或使原来的微小缝隙张开 , 形成较大的裂缝。随着液体 的不断注入 , 已形成的裂缝向内延伸。为了防止停泵以后 , 裂缝 在上部岩层的重力下重新闭和,要在注入的液体中加入支撑 剂,使支撑剂充填在压开的饿裂缝中,以支撑缝面。 根据压裂液在压裂过程中不同阶段的作用 分为以下 三部分: 前置液 携砂液 顶替液 . 第四节 压裂液原理 1. 前置液 前置液的作用是破裂地层 , 造成一定几何尺寸的裂缝 , 以备后面的携 砂液进入。在温度较高的地层里,还可以起到一定的降温作用。 2. 携砂液 携砂液的作用是用来将地面的支撑剂带入裂缝 , 并携至裂缝中的预定 位置 , 同时还有延伸裂 缝、冷却地层的作用。 3. 顶替液 顶替液的作用是将携砂液送到预定位置,将井筒中的全部携砂液替 入裂缝中。 . 第四节 压裂液原理 4. 支撑剂 支撑剂是指用压裂液带入裂缝,在压力释放后用以支撑裂缝的物质。 5. 破坏剂 破坏剂包括破胶剂 、 破乳剂 、 降粘剂等。破胶剂是用来破坏冻胶交联结 构的。破乳剂用于破坏乳状液的稳定性,降粘剂用于减少稠化液的粘度。 6. 减阻剂 减阻剂是通过减少紊流,减少流动时的能量损失来减少压裂液的流动摩阻。 7. 降滤失剂 用于减少压裂液从裂缝中向地层滤失 , 从而减少压裂液对地层的污染并使压 裂时压力迅速提高。 . 第四节 压裂液原理 8. 防乳化剂 防止原油与压裂液形成乳状液。可分为表面活性剂和互溶剂。 9. 粘土稳定剂 起到稳定粘土的作用 。 10. 助排剂 分为表面活性剂和增能剂两种。前者能有效降低界面张力 , 使残液易 从地层排出。后者在注酸前向地层注入一个段塞的增能剂,提高近井 地带的压力,使残液易从地层排出。 . 第一节 压裂设备 第二节 压裂工具 第三节 压裂施工基本程序 第四节 压裂液原理 第五节 压裂的基础知识 提 纲 . 第五节 压裂的基础知识 1. 什么叫油层水力压裂? 利用水力传压的作用,使埋藏在地层深部的油层形成裂缝的方法叫油层水 力压裂。 2. 油层水力压裂的基本原理是什么? 油层水力压裂一般是指利用液体传压的原理 , 在地面用高压大排量的泵 , 将具 有一定粘度的液体以大于油层所能吸收的能力向油层注入 , 使井筒压力逐渐 增高 , 当压力增高到大于油层破裂所需要的压力时,油层就会形成一条或几 条水平的或是垂直的裂缝。当裂缝形成以后,随着液体的不断注入 , 裂缝还 会不断地延伸和扩展 , 直到液体注入的速度与油层所能吸收的速度相等时为 止 , 此时若取消外力裂缝还会重新闭合。为了保持裂缝处于张开的状态 , 随压 裂液注入的同时混入一定比例的具有较高强度的固体颗粒做支撑剂来支撑 裂缝。由于支撑是经过严格筛选的 , 它具有良好的粒度和强度 , 沉淀在裂缝中 , 使改变了井筒附近地层的导流 能力,从而降低了液体由地层流入井筒的阻 力。 . 第五节 压裂的基础知识 3. 油层水力压裂的目的是什么? 油层水力压裂的目的在于改造油层的物理结构 , 人为地在油层中形成 一条或几条高渗透能力的通道,以降低近井地带的流动阻力,增大 渗流能力,使油井获得增产效果。 4. 油层水力压裂有哪些作用 ? 对油层进行水力压裂有以下作用: ① 解除钻井或修井过程中由于压井液造成的油层污染和堵塞。 ② 改善厚油层上下渗透性不均匀的层内矛盾。 ③ 提高低渗透油层的渗透能力,调整油井的层间和平面矛盾,改善 开发效果; ④ 扩展和沟通油层原有的裂缝和通道,提高油井的产油能力和注水 井的吸水能力。 . 第五节 压裂的基础知识 5. 水力压裂所形成的油层裂缝有哪几种? 油层通过水力压裂后所形成的裂缝 , 一般可以归纳为两种基本类型 , 即 水平裂缝和垂直裂缝。与油层层面相平行的裂缝叫水平裂缝,与油层 层面相垂直的裂缝叫垂直裂缝。 6. 压裂液有几种类型? 在压裂过程中向井内挤入的液体总称为压裂液。压裂液有很多种 , 大致 可分为油基压裂液和水基压裂液两大类。油基压裂液通常用原油或成 品油为基液;水基压裂液通常采用清水、田菁胶、海藻胶、稠化水和 生活水平包油乳化液等。 . 第五节 压裂的基础知识 7. 压裂液应具有哪些基本性质 ? 压裂液要指导传压 、 劈开裂缝 , 携带支撑剂进入油层的作用。因此 它要具有如下五个方面的基本性质: ① 滤失量小,不易漏入油层,有利于造缝; ② 摩擦阻力小,以减少设备的动力损失; ③ 悬浮能力好,能够大比例地携带支撑剂进入油层; ④ 与油层不发生化学反应,压裂后易于返排,不污染和堵塞油层; ⑤ 材料来源方便,配制简单,成本低。 . 第五节 压裂的基础知识 8. 什么叫支撑剂?有几种类型? 在压裂过程中用于支撑和充填油层裂缝的固体颗粒称为支撑剂。常用 的支撑剂有:石英砂、陶粒、玻璃球等多种类型。 9. 压裂施工中压裂液分哪几部分使用?各有什么作用? 在压裂过程中压裂液分前置液、携砂液、顶替液三部分: ① 前置液一般是在加砂以前使用的液量 , 包括压裂施工中试挤和压裂 这两道工序所用的全部液量。前置液的任务在于建立井底压力,逐渐 达到地层的破裂压力,将地层压开裂缝。 ② 携砂液顾名思义是指输送支撑剂到油层裂缝中所需要的液体总量。 ③ 顶替液是在施工的最后阶段用以顶替携砂液进入油层裂缝所用的 液体总量。 . 第五节 压裂的基础知识 10. 油水井水力压裂有哪几种常用的基本方法? 油水井水力压裂分普通压裂和选择性压裂两种基本方法。 ① 普通压裂因注液通道不同又可分为:套管压裂 、 光油管压裂 、 环空压 裂 、 环空与油管混合压裂。 ② 选择性压裂是当油层厚度较大或者层数较多时 , 将层间渗透性差异较大的 油层用封隔器进行分层压裂或者用暂堵剂在一定排量下堵塞高渗透层的炮眼 将预压层压开。 11. 压裂施工前对油水井要做哪些调查工作? 压裂施工前 , 要根据地质设计提供的井号和方案 , 对施工井进行调查 , 目的是对 油水井的现状作全面的了解,为施工提供依据,调查的内容大致包括: ① 可供压裂车组通行的道路情况; ② 井场是否能摆下所需要的压裂车辆; ③ 查看采油树型号,是否能承受压裂施工的最高泵压,是否能与不压井作业 装置相配套; ④ 查看井内管柱结构和是否有落物; ⑤ 查看套管状况是否完好,能否下入分层压裂的井下工具。 . 第五节 压裂的基础知识 12. 哪些油管不能用来做压裂管柱? 凡是弯曲、变形、有裂缝和有砂眼的普通油管不能用于压裂 , 经过酸 化或其它原因腐蚀过的普通油管不能用于压裂;玻璃衬里油管和涂料 油管不能用于压裂;丝扣有损伤和使用过久的油管也不能用于压裂。 13. 进行油水井压裂为何需要首先验串? 因为压裂过程中井筒内要承受很高的压力 , 如果固井质量不好一旦发 生管外串槽 , 就会使高压携砂液体在非目的层形成裂缝 , 容易造成夹层 被压开或者水层被压开的不利情况。所以,凡是对有串槽显示的油层 都要查清情况,以便采取措施进行封堵。 . 第五节 压裂的基础知识 14. 压裂施工的井场布置有什么要求? 压裂施工的井场布置应分为四个区 , 即高压区 、 低压区 、 井口区和辅助 区。在井场布置上应以高压区为中心向外展开,首先应确定高压管汇的位 置,尽量离井口区稍远一些。 15. 压裂施工时对高压管汇有什么要求? 压裂施工中不论使用哪种管汇都要满足下列要求: ① 一定要能承受高于本地区最高破裂压力的 1.5 — 2.0 倍的高压; ② 管汇与各压裂车的连通部分必须装有闸阀或者单流阀,以便进行单车 控制; ③ 管汇上不允许有直角弯头; ④ 管汇上应有足够接口以便接满压裂车后,还能够直接进行高压管线放空等 项作业; ⑤ 管汇上的所有阀门必须灵活好用,易于迅速开关。
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