水力压裂工艺介绍

水力压裂技术
水力压裂技术是一种将深层油气藏岩石的裂缝或孔隙扩展的一种技术，用于提高储层
的孔隙度和渗透率，以提高油气产量。

水力压裂技术最初发展于 20 世纪 50 年代，其原
理是利用高压水在岩石中形成微米级岩石裂缝，从而使石油和天然气易于向外渗出和流动。

水力压裂技术通常用于地层测试或发现新的油田，也可以派生出油气勘探、开采、输送、
储存等一系列相关技术和工艺。

水力压裂技术一般包括三个基本步骤：一是在目标层位灌注高压水，从而在岩石中形
成裂缝；二是通过注入操作助剂，增大灌注压力，进而拓宽并扩大已有的裂缝；三是通过
注入填料、压裂液以及砂颗粒等助剂，保持裂缝扩大的状态，防止岩体被关闭，持续改善
储层的渗透性。

水力压裂技术具有丰富的应用前景，可以有效提高油气储层的渗透性，从而提高产量。

它相对于其他技术来说有着较高的稳定性，可以有效提高油气藏的利用率，改善储层的渗
透性。

同时，水力压裂技术安全可控，利用广泛，可作为一种全新的技术手段来提高储层
的发掘率，在现代油气开采中发挥着不可替代的作用。

水力压裂工艺技术汇报人：目录•水力压裂工艺技术概述•水力压裂工艺技术流程•水力压裂工艺技术要点与注意事项•水力压裂工艺技术案例与实践•水力压裂工艺技术前景与展望01水力压裂工艺技术概述定义及工作原理水力压裂工艺技术是一种利用高压水流将岩石层压裂，以释放天然气或石油等资源的开采技术。

工作原理通过在地表钻井，将高压水流注入地下岩层，使岩层产生裂缝。

随后，将砂子或其他支撑剂注入裂缝，防止裂缝闭合，从而提高岩层渗透性，便于油气资源流向井口，实现开采。

技术革新随着技术的不断发展，20世纪中后期，水力压裂工艺技术逐渐成熟，并引入了水平钻井技术，提高了开采效率。

初始阶段水力压裂工艺技术在20世纪初开始应用于石油工业，当时技术尚未成熟，应用范围有限。

现代化阶段进入21世纪，水力压裂工艺技术进一步完善，开始采用更精确的定向钻井技术和高性能支撑剂，降低了环境污染，并提高了资源开采率。

技术发展历程水力压裂工艺技术是石油工业中最重要的开采技术之一，尤其适用于低渗透油藏的开采。

石油工业水力压裂工艺技术也广泛应用于天然气领域，通过压裂岩层提高天然气产能。

天然气工业随着非常规油气资源（如页岩气、致密油等）的开采价值日益凸显，水力压裂工艺技术成为实现这些资源商业化开采的关键技术。

非常规资源开采技术应用领域02水力压裂工艺技术流程在施工前，需要对目标地层进行详细的地质评估，包括地层厚度、岩性、孔隙度、渗透率等参数，以确定最佳的水力压裂方案。

地质评估准备水力压裂所需的设备，包括压裂泵、高压管线、喷嘴、砂子输送系统等，确保设备完好、可靠。

设备准备对井口进行清理，确保井口无杂物、无阻碍，为水力压裂施工提供安全的作业环境。

井口准备施工前准备通过压裂泵将大量清水注入地层，使地层压力升高，为后续的压裂创造条件。

注水当地层压力达到一定程度时，通过喷嘴将携带有砂子的高压水射入地层，使地层产生裂缝。

压裂随着高压水的不断注入，砂子被携带进入裂缝，支撑裂缝保持开启状态，提高地层的渗透性。

第六章水力压裂水力压裂(hydraulic fracturing)是利用地面高压泵组，以超过地层吸液能力的排量将高粘压裂液泵入井内而在井底产生高压，当该压力超过井壁附近地应力并达到岩石抗张强度，使地层产生裂缝。

继续注入压裂液使水力裂缝逐渐延伸；随后注入带有支撑剂的混砂液，使水力裂缝继续延伸并在缝中充填支撑剂。

停泵后，由于支撑剂对裂缝壁面的支撑作用，在地层中形成足够长的、足够宽的填砂裂缝，从而实现油气井增产和注水井增注。

图6-1为水力压裂作业示意图。

水力压裂的增产增注机理主要体现在：(1) 沟通非均质性构造油气储集区，扩大供油面积；(2) 将原来的径向流改变为线性流和拟径向流，从而改善近井地带的油气渗流条件；(3) 解除近井地带污染。

水力压裂主要用于砂岩油气藏，在部分碳酸岩油气藏也得到成功应用。

图6-1 水力压裂作业示意图1—混砂车；2—砂车(罐)；3—液罐（组）；4—压裂泵车(组)；5—井口；6—压裂管柱；7—动态裂缝；8—支撑裂缝；9—压裂液；10—储层本章从水力压裂系统工程角度全面阐述压裂造缝机理、压裂液材料性能与评价方法、裂缝延伸模拟、支撑剂在裂缝中运移分布、水力压裂设计和水力裂缝诊断评估方法，并扼要介绍水力压裂技术新发展。

第一节水力压裂造缝机理水力压裂裂缝的形成和延伸是一力学行为，水力裂缝的形态与方位对于有效发挥压裂对储层的改造作用密切相关，必须掌握水力压裂的裂缝起裂与延伸过程的力学机制。

本节从地应力场分析及获取方法入手介绍水力裂缝的形成机理、造缝条件、裂缝形态与方位、破裂压力预测方法。

图6-2为水力压裂施工泵压变化的典型示意曲线。

F点对应于地层破裂压力（使地层破裂所需要的井底流体压力），E点为瞬时停泵压力（即压裂施工结束或其它时间停泵时的压力），反映裂缝延伸压力（使裂缝延伸所需要的压力），C点对应于闭合压力（即裂缝刚好能够张开或恰好没有闭合时的压力），S点为地层压力。

压裂过程中的泵压是地应力场、压裂液在裂缝中流动摩阻和井筒压力的综合作用结果。

第六章水力压裂技术一、名词解释1、水力压裂：常简称为压裂，指利用水力作用使油层形成裂缝的方法，是油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施，不仅广泛用于低渗透油气藏，而且在中、高渗油气藏的增产改造中也取得了很好的效果。

2、地应力：指赋存于地壳岩石中的内应力。

3、地应力场：地应力在空间的分布。

4、破裂压力梯度：地层破裂压力与地层深度的比值。

5、闭合压力（应力）：使裂缝闭合的压力，理论上等于最小主应力。

6、分层压裂：分压或单独压开预定的层位，多用于射孔完成的井。

7、裂缝的方位：裂缝的延伸（扩展）方向。

8、压裂液：压裂过程中，向井内注入的全部液体。

9、水基压裂液：以水为基础介质，与各种添加剂配制而成的压裂工作液。

10、交联剂：能将溶于水中的高分子链上的活性基团以化学链连接成三维网状型的结构，使聚合物水溶液形成水基交联冻胶压裂液。

11、闭合压力：使裂缝闭合的压力，理论上等于最小主应力。

二、叙述题1、简述岩石的破坏及破坏准则。

答案要点：脆性与塑性岩石：在外力作用下破坏前总应变小于3%的岩石叫脆性岩石，总应变大于5%的岩石叫塑性岩石，总应变介于3～5%的岩石叫半脆性岩石。

岩石的破坏类型：拉伸破坏；剪切破坏；塑性流动。

其中拉伸破坏与剪切破坏主要发生在脆性岩石。

塑性流动主要发生在塑性岩石。

2、简述压裂液的作用。

答案要点：按泵注顺序和作用，压裂液可分前置液、携砂液和顶替液。

其中，携砂液是压裂液的主体液。

○1前置液的作用：造缝、降温；○2携砂液的作用：携带支撑剂、延伸造缝、冷却地层；○3顶替液的作用：中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有预防砂卡的作用；注完携砂液后要用顶替液将井筒中全部携砂液替入裂缝中，以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。

3、简述压裂液的性能及要求。

答案要点：滤失少；悬砂能力强；摩阻低；稳定性；配伍性；低残渣；易返排；货源广、便于配制、价钱便宜。

4、压裂液有哪几种类型？答案要点：水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液、乳化压裂液、醇基压裂液、胶束压裂液。

第五章 水力压裂技术§5—1 水力压裂力学地层中形成水力裂缝的过程与液体流动特性及岩石的力学性质有关。

水力造缝的本质是岩石在液体压力作用下的破裂与变形问题，因此造缝特性与岩石的受力及力学性质有关。

一．地应力场1．地应力场概念：地应力是由于岩石变形引起的介质内部单位面积上的作用力。

地应力场：是指地应力大小和方向在地层空间位置的分布。

2．地应力剖面概念地应力剖面是指研究地应力大小在纵向上的变化。

二．地应力的类型（1）原地应力：开发之前地应力原始大小。

（2）扰动应力：开发引起的地应力改变。

（3）构造应力：由构造运动在岩体中引起的应力。

（4）残余应力：除去外力后尚残存在岩石中的应力。

（5）重力应力：由上覆岩层的质量引起的地应力。

（6）热应力：由于地层温度发生变化在其内部引起的内应力增量。

（7）分层地应力：按地层分层给出不同的地应力。

（8）古地应力和现今地应力：某地质时期或重要地质事件前的地应力称古地应力。

目前存在或正在活动的称现今地应力。

石油工程关心的是现今地应力。

3．地应力测试1）长源距声波与密度测井方法该方法通过测井取得剖面上变化的岩石的纵波速度P υ和横波速度S υ，然后求出岩石泊松比ν的纵向变化，利用下式求出最小水平主应力σh ，而取得地应力剖面。

σh ()1P P ννσααν=-+- 4—12222212P S P S υυνυυ-=- 4—2 式中：σv —上覆层压力，通过密度测井得到。

P —地层压力；α—孔隙弹性系数，通过实验测的。

2）测试压裂方法（现场常用）测试压裂：是将不含砂的压裂液注入地层，造缝后停泵侧压力降落曲线，待曲线上出现拐点后测试结束，出现拐点时相应的压力即裂缝闭合压力，其大小与岩层中垂直于裂缝面的应力值相等，也即就是地层最小主应力。

如图4—1 所示。

上图中，产生人工裂缝后停泵，裂缝停止扩展处于临界闭合状态，闭合压力为P s 。

图4—1 水力压裂测试典型压力曲线结论：可以认为，裂缝临界闭合时，裂缝内的流体压力等于裂缝闭合的最小地应力。