压裂基础知识

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1、表表皮系数皮系数描描述井筒周围地层伤害程度的参数述井筒周围地层伤害程度的参数地层伤害及表皮系数地层伤害及表皮系数地地层伤害通常由钻井过程造成，层伤害通常由钻井过程造成，但之后的各种作业也都可能造成地层伤害但之后的各种作业也都可能造成地层伤害表皮系数表皮系数渗渗透率透率高高低低伤伤害带害带井井筒筒它它会在井筒周围造成附加压降会在井筒周围造成附加压降表表皮系数皮系数k h D DPskin =141.2 q m mS式式中中S为表皮系数为表皮系数渗渗透率降低透率降低PD DPskin表表皮系数皮系数表表皮系数皮系数P1hr - PwfmkfmfmcTrw2- log10+ 3.23S = 1.15

2、1式式中：中： m = 162.6 qm mkhAPI 表表皮系数计算公式皮系数计算公式:-根根据测试数据计算据测试数据计算表表皮系数皮系数S = 0理理想井想井S 0真真实实 (被被伤害的伤害的) 井井S 1 Fracture More ConductiveFCD 20 “Infinite Conductivity”Dimensionless Fracture ConductivityFCD = = FCxf kw kpxf kAdvanced Conceptswherexf = fracture half lengthk = formation permeabilityAdvanced C

3、onceptsDimensionless Fracture ConductivityIn order to Increase Production, FCDmust be Greater than OneThis does not Account for the Effectsof Bypassing Skin DamageIn High Permeability Formations,the Fracture Must be Designed forMinimum Length and Maximum Width流流体滤失体滤失当当压裂液泵注进裂缝时，压裂液泵注进裂缝时，其中一部分会通过裂缝

4、面滤失进地层其中一部分会通过裂缝面滤失进地层裂裂缝体积等于泵入流体总体积缝体积等于泵入流体总体积减去滤失流体体积减去滤失流体体积流流体滤失体滤失与与压力无关压力无关VL = p p Ceff A t与与压力相关压力相关用用3个系数描述个系数描述:-CI粘粘度控制度控制CII压压缩系数控制缩系数控制CIII造造壁性控制壁性控制流流体滤失体滤失与压力相关与压力相关CI = 0.0469k f Df DP2m mCII = 0.0374 D DPk cf f fm mCIII =0.0164 mAf流流体滤失体滤失与与压力相关压力相关CI21+CIII211 + 4CII21 +2 CIICeff

5、=可可用压裂模拟软件计算用压裂模拟软件计算图图8 816 16 垂缝扩展及其有关的压力、应力和岩石性质垂缝扩展及其有关的压力、应力和岩石性质缝缝高高缝长缝长缝缝宽宽裂缝基本参数裂缝基本参数聚合物水基溶液 天然胍胶(guar)a,羟丙基胍胶(HPG)a,羟乙基纤维素(HEC) 羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC)a 油包水聚合物乳化液 2/3 碳水化合物b+1/3 水基聚合物溶液c 稠化碳水化合物 石油馏分,柴油,煤油,原油 稠化乙醇(甲醇) 稠化 CO2 稠化酸(HCL) 水基泡沫 水相:guar,HPG 气相:氮气, CO2 a 可以交联增粘 b 石油馏份、柴油、煤油、原油。 c 常用胍胶或羟丙

6、基胍胶 水水基压裂液体系基压裂液体系线性胶线性胶（基液）（基液）-将将各种聚合物水化后，各种聚合物水化后， 获得一定粘度的胶体获得一定粘度的胶体交交联冻胶联冻胶-将将线性胶交联，以获得线性胶交联，以获得 可在较高温度下应用的可在较高温度下应用的 高粘度胶体高粘度胶体水水基压裂液体系基压裂液体系线线性胶性胶Guar-瓜瓜胶胶HPG-羟羟丙基瓜胶丙基瓜胶CMHPG-羧羧甲基羟丙基瓜胶甲基羟丙基瓜胶水水基压裂液体系基压裂液体系线线性胶性胶纤纤维素维素 -羟羟乙基纤维素乙基纤维素 (HEC)黄黄原胶原胶 - 羧羧甲基羟乙基纤维素甲基羟乙基纤维素(CMHEC)水水基压裂液体系基压裂液体系线线性胶性胶Gu

7、arHPGCMHPGHECCMHECXanthan残残渣渣含量含量成成本本水水基压裂液基压裂液pH值调节剂值调节剂所所有稠化剂的水化过程都只在一定的有稠化剂的水化过程都只在一定的pH值值范围内进行，超出此范围则水化很缓慢范围内进行，超出此范围则水化很缓慢pH值调节剂用于调节水的值调节剂用于调节水的pH值值(一般为一般为6.58.0），以满足胶体的需），以满足胶体的需要要pH值调节一般在稠化剂在水中分散均值调节一般在稠化剂在水中分散均匀后进行，以避免产生匀后进行，以避免产生“鱼眼鱼眼”水水基压裂液基压裂液pH值调节剂值调节剂高高 pH-BF-7, -7L, BF-9, BF-1BF-3, 烧烧碱

8、碱低低 pH-醋醋酸酸 (BF-10L),BF-2水水基压裂液基压裂液聚聚合物浓度合物浓度聚聚合物浓度取决于胶体的用途合物浓度取决于胶体的用途:1.5 %降降低摩阻低摩阻至至8.0%压压裂液，防砂液裂液，防砂液水水基压裂液基压裂液交交联冻胶联冻胶在线性胶中加入交联剂，在线性胶中加入交联剂，使其分子间使其分子间产生化学链接，从而粘度大大提高产生化学链接，从而粘度大大提高水水基压裂液基压裂液交交联冻胶联冻胶线线性胶性胶冻冻胶胶水水基压裂液基压裂液pH值调节剂值调节剂大大多数交联剂都只在一定多数交联剂都只在一定pH值范围内值范围内起作用，所以需要用起作用，所以需要用pH值调节剂值调节剂通常胶体需要调

9、节两次通常胶体需要调节两次pH值，值，分别在稠化剂水化和交联时进行分别在稠化剂水化和交联时进行水水基压裂液基压裂液破破胶剂胶剂氧氧化剂：化剂：可可用于任一种聚合物用于任一种聚合物-过过硫酸铵硫酸铵 -过过硫酸铵胶囊硫酸铵胶囊- 其其他他水水基压裂液基压裂液破破胶剂胶剂酶酶类：类： 用于特用于特定的聚合物定的聚合物-比氧化剂更比氧化剂更“清清洁洁”-应应用温度和用温度和pH值范围有限值范围有限油基压裂液体系油基压裂液体系基基液液-柴柴油、煤油、原油或油、煤油、原油或 其他其他“压裂用油压裂用油”总需要试验，特别是原油总需要试验，特别是原油油油基压裂液体系基压裂液体系-所所有组分都可现场添加有组分

10、都可现场添加-使使用方便用方便-缺缺点点 费费用和用和HSE问题问题油油基压裂液体系基压裂液体系聚聚合物乳化液合物乳化液- 两两份油（一般为柴油）加一份水基胶体份油（一般为柴油）加一份水基胶体- 水水基胶体用标准稠化剂和破胶剂配制基胶体用标准稠化剂和破胶剂配制-乳乳化剂加在水相中化剂加在水相中油油基压裂液体系基压裂液体系聚聚合物乳化液合物乳化液-油油、水相在现场施工时混配、水相在现场施工时混配-乳乳化液与地层接触后破乳化液与地层接触后破乳-需需要进一步进行应用研究要进一步进行应用研究支支撑剂撑剂1.支支撑剂基本要求撑剂基本要求 能能承受闭合应力的作用承受闭合应力的作用 不不能破碎能破碎 不不能

11、产生粉末能产生粉末支支撑剂撑剂2.颗颗粒尺寸分布粒尺寸分布均均匀匀天天然然支支撑剂撑剂3.总总体颗粒尺寸体颗粒尺寸颗颗粒大渗透率高粒大渗透率高支支撑剂撑剂4.球球度和圆度度和圆度圆圆球度高则渗透率大球度高则渗透率大支支撑剂撑剂渗渗透率透率5.压压裂液残渣裂液残渣 压压裂液破胶后有残渣裂液破胶后有残渣 残残渣会堵塞支撑剂孔道渣会堵塞支撑剂孔道 渗渗透率恢复一般为透率恢复一般为 30% to 95% 压压裂液质量裂液质量 破破胶剂效率胶剂效率支支撑剂撑剂6.闭闭合应力合应力闭闭合应力越大，渗透率越低，合应力越大，渗透率越低，通常是支撑剂产生的粉末造成的通常是支撑剂产生的粉末造成的闭闭合应力越大，需

12、要的材料强度越高合应力越大，需要的材料强度越高支支撑剂撑剂7.非非达西流达西流在在高流速下发现附加压降高流速下发现附加压降圆圆球度越低、颗粒尺寸分布越不均匀球度越低、颗粒尺寸分布越不均匀则附加压降越大则附加压降越大支支撑剂撑剂8.多多相流相流相相对渗透率影响对渗透率影响与与非达西流一样，降低有效渗透率非达西流一样，降低有效渗透率支支撑剂撑剂支支撑剂的选择撑剂的选择根根据井况对渗透率的要求进行支撑剂的优选据井况对渗透率的要求进行支撑剂的优选用用厂方提供的一定闭合应力下的渗透率值厂方提供的一定闭合应力下的渗透率值记记住闭合应力可能增加住闭合应力可能增加考考虑非达西流和多相流情况虑非达西流和多相流情

13、况支支撑剂撑剂支支撑剂的选择撑剂的选择一一般人造支撑剂的渗透率是天然压裂砂的般人造支撑剂的渗透率是天然压裂砂的2-3倍，倍，即使在低闭合应力下也如此即使在低闭合应力下也如此.支支撑剂撑剂支支撑剂的选择撑剂的选择典典型的粒径范围型的粒径范围:8/12, 12/20, 16/30, 20/40, 40/60 等等数数字代表筛眼孔径字代表筛眼孔径20/40 目目的颗粒可通过的颗粒可通过20目的筛子，目的筛子，但会被但会被40目的筛子挡住目的筛子挡住Example TreatmentsObtain Well data:Logs, DSTs, Mud Logs,Production History(if

14、 any), PVT Data,Completion Diagram,Previous TreatmentsUse Frac ModelProductionSimulatorHistory MatchProduction DataFrac Job Flow ChartEstablish BaseCase ProductionExample TreatmentsFrac Job Flow ChartRun ProductionSimulation with FractureOptimumFractureGeometry?YesDesign Treatment forOptimum Fractur

15、e GeometryUsing Fracture SimulatorNoPreliminaryTreatmentScheduleSRT ScheduleMinifrac ScheduleInput Speculative FractureGeometry into ProductionSimulatorExample TreatmentsFrac Job Flow ChartRig Up, Mix Fluids,Pressure TestPre-Job SafetyMeetingPump Step RateTest (Step Up andStep Down)Real TimeData Mod

16、ellingMobilise Equipment,Materials andPersonnelExample TreatmentsFrac Job Flow ChartAnalyze SRTDataFracture ExtensionPressure, NearWellbore FrictionIs NWFSignificant?Pump Minifracwith Proppant SlugsYesPumpMinifracNoPressureRise due to Prop.Slugs?Pump ProppantSlugs as perSPE 25892YesReal TimeData Mod

17、ellingNoExample TreatmentsFrac Job Flow ChartPressure Match SimulatorOutput to Minifrac DataE, n, Klc, Cl,ll, lllPnet, Pclosure, hfracRe-DesignTreatmentFinal TreatmentDesignLoad Proppant &Additives. Mix FluidsPre-Job SafetyMeetingPumpTreatmentReal TimeData ModellingExample TreatmentsFrac Job Flow Ch

18、artPrematureScreenout?Shut in Well &Bleed Off PressureWait for FluidSamples to BreakAnalyzeTreatment DataPost-JobReportFlow Back WellYesMonitor Pressureuntil Fracture ClosureNoRigDownTypical Frac JobsTight Gas FracturingStageFluid Rate Clean Vol Prop Conc bpm gals ppaPadLinear4020,000 0 2XLink4020,000 1 3XLink4040,000 2 4XLink4040,000 3 5XLink40100,000 4FlushSlick408,300 0Example Treatments