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水力压裂工艺过程仿真

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低渗透储层水力压裂三维裂缝动态扩展数值模拟

低渗透储层水力压裂三维裂缝动态扩展数值模拟
地层岩石采用实体单元 ,套管单元采用膜单元 ,预 设裂缝表面采用损伤单元 ,对上述力学模型进行单元 离散生成有限元模型 ,有限元模型见图 2 ,井筒及预设 裂缝位置的局部放大见图 3 。
图 2 压裂模型边界条件示意图 Fig . 2 Boundary conditions of fracturing model
第
31
卷
第
1
期
2010 年 1 月
文章编号 : 0253Ο2697 (2010) 01Ο0119Ο05
石油学报
AC TA P E TROL EI SIN ICA
Vol. 31 No . 1
J an.
2010
低渗透储层水力压裂三维裂缝动态扩展数值模拟
朱 君1 叶 鹏2 王素玲1 肖丹凤3 王 慧1
3 . Resea rch I nstit ute of Oi l Prod uction En gi neeri n g , Pet roChi na D aqi n g Oi l f iel d Com p any L i mite d , D aqi n g163453 , Chi na)
Abstract : The 3D f ract ure p redictio n software is very necessary in t he develop ment of low2permeability reservoirs. A 3D mechanical model fo r p redicting f ract ures in t he low2permeability reservoir was established o n t he basis of t he mechanical analysis and consider2 ing t he efficiency of t he fluid2solid coupling , non2linearity of rock material and dynamic effect of f ract ure p ropagation. The 3D mat he2 matical mode fo r description of f ract ure dynamic p ropagation was achieved using t he finite element met hod. The simulatio n of t he model in Well Zhao 382271 shows t hat t he mean error rate of t he calculated f ract ure shape is 101 7 percent co mpared wit h t hat of on2 site testing , which can meet t he requirement s of engineering p recision. The new simulation met hod can p rovide reliable and accurate p redictio n ways fo r hydraulic f ract uring design and imp rove t he successive rate of hydraulic f ract uring technology. Key words : low2permeability reservoir ; fluid2solid coupling effect ; hydraulic f ract uring ; 3D mechanic model of f ract ure p ropagatio n ;

2.水力压裂压裂裂缝的开启和形成过程模拟

2.水力压裂压裂裂缝的开启和形成过程模拟
使得剪应力τx1y1使等于0
主应力
• 在xy面上定义了两个主应力，在3D的应力单元上， 有三个主应力
• 三个主应力为σ1 > σ2 > σ3，拉伸应力为正，压缩
σ2
应力为负 • 旋转3D模型当在这个面上剪切应力为0时，在这个
方向上的三个正应力就是三个主应力σ1、σ2 和 σ3
σ1 σ3
主应力
有效主应力的表达式：
地质力学与油藏流体流动的耦合
Wm
Wh
流入两个平行的面
Permeability :
kf
Wm 2
12
两个单元之间的平均宽 度Wm
流入岩石裂缝
Permeability :
kf
C
Wm 2
12
W
* h
W
* m
2
JRC 2.5
kf
C
Wh 2
12
JRC : 结构面粗糙度系数
Wh 106 Wh*
结构面粗糙度系数(JRC)
STRESS3D
** 初始应力场
*IJK 1:31 1:24 1:22
3250 3250 6500 0 0 0
** 水力压裂关键词
** 放大J方向的变化 ** 节点位移矢量收敛公差
油藏网格 vs 地质力学网格
Geogrid 压裂路径
Reservoir Grid
Geogrid
多级人工裂缝
• 仅使用离散的水力压裂
有限元
有限元及其节点
1
4187187
2
6 29 6
2
3 34 5 34 5
KDIR DOWN
2
33 45 3 45
2
6 29 6

ABAQUS水力压裂模拟-XEFM-COHESIVE-交叉缝-复杂缝-转向缝-体积缝

ABAQUS水力压裂模拟-XEFM-COHESIVE-交叉缝-复杂缝-转向缝-体积缝

ABAQUS水力压裂模拟|XFEM和Cohesive方法关键字：单缝、多缝、交叉缝、体积缝、转向缝、缝间干扰、储隔层我是星辰北极星，水力压裂，对于石油工程的朋友并不陌生，它是石油开采和增产的重要手段；也广泛应用于地热开采、地基处理等领域。

由于毕业于石油大学，所以有很多机会接触这方面的问题，也关注着ABAQUS在压裂领域的应用。

这个专题将分享自己在水力压裂仿真中的一些积累，希望大家喜欢。

【主要内容】一、内容概述二、仿真要点介绍2.1 ABAQUS水力压裂模拟常用仿真方法2.2 地应力平衡分析（Geostatic）2.3 渗流-位移耦合分析（Soils）2.4 材料与单位制讲解2.5 特殊的输出需求与定义2.6 交叉裂缝处理三、实例讲解3.1 基于Cohesive单元的二维水力压裂模拟3.2 基于Cohesive单元的三维水力压裂模拟3.3 水力裂缝与天然裂缝相交模拟-Cohesive单元法3.4 裂缝发育地层的水力压裂模拟-Cohesive单元法3.5 基于XFEM的水力裂缝转向模拟3.6 基于XFEM的水平井多段压裂裂缝的缝间干扰问题研究【二维水力压裂模拟（Cohesive）】通过这个简单的案例讲述采用Cohesive单元模拟水力压裂的基本技巧，让大家掌握注液、停泵憋压等基本设置，以及前后处理的一些技巧。

【三维水力压裂模拟（Cohesive）】三维模型计算量较大，但可以模拟储隔层压裂过程中，水力裂缝限制在储层中扩展的形态，当然，下图中的裂缝形态主要受储隔层的材料性质和地应力状态影响；不合适的地层条件将导致水力裂缝窜层现象的发生。

【水力裂缝与天然裂缝相交模拟】本例中采用Cohesive单元模拟水力裂缝交叉，并可通过该模型分析不同地应力情况下水力裂缝遇到天然裂缝后的扩展轨迹。

应力差较小时，易促使天然裂缝张开；应力差较大时，水力裂缝可穿过天然裂缝。

【裂缝发育地层的水力压裂模拟】在前面三个案例的基础上，进行裂缝发育地层条件下的复杂缝网模拟，可以形成体积缝网的压裂效果；仿真的难点在于全局嵌入零厚度Cohesive单元层，本例采用POLARIS_InsertCohElem插件实现。

煤岩水力压裂裂缝扩展物理模拟实验

煤岩水力压裂裂缝扩展物理模拟实验

煤岩水力压裂裂缝扩展物理模拟实验石欣雨;文国军;白江浩;许新建【摘要】探讨煤岩水压裂缝扩展规律是提高煤层气开采效率,降低开采安全风险及成本的重要课题.采用原煤试样,参照煤层气井水力压裂工程制定了“三轴向施加围压-顶部钻孔-下射流管注水”的煤岩水力压裂裂缝扩展物理模拟实验方案,根据实验方案结合现有实验条件开展了煤岩水力压裂物理模拟实验及煤岩裂缝检测实验.实验结果表明:煤岩沿层理面方向裂缝的发育程度要高于垂直层理面方向的裂缝;煤岩水压裂缝扩展形式以注水孔壁原生横向裂缝扩展为主,纵向裂缝扩展为辅,且裂缝呈直线形、跳跃性扩展.同时,根据实验结果分析提出:实际煤储层水力压裂工程中,射流孔应尽量布置在井壁含有较多横向原生裂缝的位置,提高煤层气井水力压裂质量;对于井壁同时含有较多横向裂缝和纵向裂缝的储层,采用“控压”压裂方式提高造缝质量;对于厚储层,采用“分段-分压”压裂方式构造横纵交织的裂缝网,提高煤层气的开采效率;尽量避免在含较多纵向原生裂缝及较大断层的井壁位置布置射流孔,以免引起煤储层顶板、底板失稳破坏,造成安全事故.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2016(041)005【总页数】7页(P1145-1151)【关键词】煤岩;水力压裂;裂缝扩展;物理模拟实验【作者】石欣雨;文国军;白江浩;许新建【作者单位】中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院,湖北武汉430074;中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院,湖北武汉430074;中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院,湖北武汉430074;中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TD315石欣雨，文国军，白江浩，等.煤岩水力压裂裂缝扩展物理模拟实验［J］.煤炭学报，2016，41（5）：1145-1151. doi：10. 13225/ j. cnki. jccs. 2015. 0904Shi Xinyu，Wen Guojun，Bai Jianghao，et al. A physical simulation experiment on fracture propagation of coal petrography in hydraulic fracturing［J］. Journal of China Coal Society，2016，41（5）：1145-1151. doi：10. 13225/ j. cnki. jccs. 2015. 0904煤岩水力压裂裂缝扩展物理模拟实验是模拟特定储层条件下的煤层气井，在水力压裂过程中煤岩水压裂缝的扩展情况。

2.水力压裂压裂裂缝的开启和形成过程模拟

2.水力压裂压裂裂缝的开启和形成过程模拟
– 当有效应力穿过某平面超过临界值，就会发生 拉伸破坏
– 这个临界值成为抗拉强度, 这是岩石特征属性
• 剪切破坏
– 当剪应力沿着某个面且足够大，会引起剪切 破坏
– 最终，在缺省区域中沿着破坏面，这个面的 两边将会在摩擦过程中相对移动
剪应力
注入压裂液(孔隙压力增大)
有效正应力 有效应力= 总应力 – 孔隙压力
多级人工裂缝
使用 BB 模型
添加 BB 模型
*HYDROFRAC IJK 1:31 3 3:20 02 1:31 9 3:20 02 1:31 15 3:20 02 1:31 21 3:20 02 *MAGNIFYDJ 1E3 *DISPLACTOL 5.E-02
有限元 （地质力学网格）
连续法 保持连续
离散法 可以分离
裂缝渗透率
BB模拟计算
裂缝宽度计算
裂缝宽度
×
√
裂缝长度
×
√
裂缝高度
×
√
应力及有限元概念
有效应力
• 有效应力是指总应力引起的岩石本身所承受应力，有效应力等于总应力减去
有效孔隙压力
’
p
’
p
孔隙压力、有效应力和总应力
σ = σ’ + αP
• σ是指总应力 • σ’是指有效应力 • α是指Biot系数用于描述流固耦
两个模型的地质力学裂缝宽度对比– Layer 15
未使用 BB 模型
使用 BB 模型
单一裂缝
两个模型的渗透率I与裂缝渗透率I区域对比
未使用 BB 模型
使用 BB 模型
单一裂缝
两个模型的地质力学网格裂缝间距比对– Layer 15
L
L+a

水力压裂实施虚拟仿真实验平台的开发与研究

水力压裂实施虚拟仿真实验平台的开发与研究

水力压裂实施虚拟仿真实验平台的开发与研究收稿日期：2019-05-05课题项目：水力压裂实施虚拟仿真实验平台（ZY2017041）作者简介：卢聪（1983-），男，西南石油大学副教授。

一、引言水力压裂技术是利用地面高压泵将地面高粘流体携带高强度陶粒在地下数千米的岩石中形成和保持几十甚至上千米长的人造裂缝，修建地下油气流动的“高速公路”。

但水力压裂工程作业涉及的理论知识丰富，教学内容涉及多学科及交叉领域，需要构建水力压裂理论知识体系学科融合平台；同时工程实践性强，工程作业环境和装备、安全及作业成本受限，无法满足工程及创新型复合人才培养。

亟须建立水力压裂从设计到实施全过程模拟的虚拟仿真实验系统，突出“实验-实践-实训”环节，这对于石油工程及相关专业学生理论知识体系构建、工程应用能力强化以及创新能力培养具有重要意义[1]。

二、平台的基本功能及框架将虚拟现实技术应用到实验平台中，应建立一个高度还原的立体的水力压裂井场环境，使用户能够应用计算机直观地认识和了解水力压裂现场环境；实现对水力压裂井筒结构及井下工具的数字化虚拟三维建模，能够任意切换井下工具，模拟现场工作的不同条件；对水力压裂地下油气藏进行建模，了解水力压裂的应用场合；建立与水力压裂操作实施交互的人机界面，能够实现用户视线与水力压裂工具和设备的交互。

建立水力压裂从设计到实施全过程模拟的仿真实验系统，需要完成水力压裂环境及实施设备的数字化虚拟建模、水力压裂井筒结构及井下工具的数字化虚拟建模、水力压裂地下油气藏建模这三大部分的虚拟模型构建。

对于虚拟建模操作，可以应用3DMAX 进行模型的形状以及外观的构建。

1.水力压裂环境以及实施设备的建模。

通过对各个实施设备以及配套设备的分析拆解，将拆解的每个部分进行单独的建模。

构建完毕后，再按照工具设计要求将其拼接为整体，从而实现对于各实施设备的建模。

对水力压裂实施井场以及周边自然环境的建模则需要考虑到平原、山地、海洋等不同平台的施工条件。

水力压裂裂缝穿层及扭转扩展的三维模拟分析_李连崇

水力压裂裂缝穿层及扭转扩展的三维模拟分析_李连崇
缝宽为
b≈ ΔV ≈ ε vV = ε v 3 V
3l 2 33 V 2
3
(4)
式中：b 为缝隙宽度， ΔV 为单元体积变形量，l 为
原始单元体棱长，V 为单元体体积。
• 3210 •
岩石力学与工程学报
2010 年
10 m 5 m 10 m 5 m 10 m
①①
10m
②②
5m
完整
③③
10m
单元
④④
摘要：应用并行有限元程序对水力压裂过程进行真三维数值模拟，实现对压裂裂缝起裂、扩展及扩展中的穿层、
扭转行为的全过程分析；数值计算中无需假定压裂裂缝的起裂位置和扩展路径，即可根据实际岩体水力学模型的
力学、水力学等边界条件，自动标定出压裂裂缝的三维扩展模式，并显示出该并行有限元程序对复杂地质力学条
件下水力压裂过程三维模拟分析的适用性。通过对压裂裂缝扩展过程中孔隙压力分布、裂缝几何形状和尺寸的演
岩石压裂后，其结构发生很大改变，渗透系数 与应力耦合方程也要发生响应，这一复杂现象目前 还没有规律性的认识。但经大量的试验研究及理论 分析，很多学者认为，以应变变化来表征岩石峰后 阶段的渗透性演化更为合适[20～22]，本文计算模型将 这一思想引入细观单元体的损伤后渗透性的表征 上，当单元应力达到 Mohr-Coulomb 或抗拉强度时， 单元弹性模量进行刚度退化处理[23]；同时，假设在 空间上，单元体内部出现 3 个方向等宽度的缝隙， 单元破坏后缝隙分布示意图如图 2 所示。
fracturing
(2) 如何在压裂模拟过程中有效地考虑岩石结 构的复杂性。将裂缝高度控制在生产层内是水力压 裂成功的一个关键因素，生产层和阻挡层之间易形 成“T”型或“工”型裂缝系统。因此，考虑生产 层和岩层的不同力学行为、不同岩性的界面效应等 因素对于裂缝控制是至关重要的，在这么复杂的条 件下要从理论上直接得到解答是不太可能的[12，15]。

页岩水力压裂物理模拟与裂缝表征方法研究_郭印同

页岩水力压裂物理模拟与裂缝表征方法研究_郭印同
微机
微前 置放大器 试样 大型真三 轴加载伺 服增压器
压力 排量 伺服控制 供液 反馈 大型真三轴 加载仪器控
高压水 井眼 增压器 加载
大型真三 轴加载仪
声发射探头
图1 Fig.1
真三轴水力压裂物理模拟路线图
Technical route of real triaxial fracturing simulation experimental system
收稿日期：2013–03–05；修回日期：2013–04–16 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51104144)；国家重点基础研究发展计划(973)项目(2010CB226701)；中石化科技部项目(P11015) 作者简介：郭印同(1981–)，男，博士，2005 年毕业于中国石油大学(华东)船舶与海洋工程专业，现任副研究员，主要从事岩石力学及在石油工程中 的应用方面的研究工作。E-mail：ytguo@
第 33 卷
第 1 期
2014 年 1 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.33 No.1 Jan.，2014
页岩水力压裂物理模拟与裂缝表征方法研究
郭印同 1，杨春和 1，贾长贵 2，徐敬宾 1，王
技术研究院 北京
图2 Fig.2
大型真三轴物理模型试验机
Large real triaxial physical model experiment
大型真三轴物理模型试验机在以下几方面具有 创新性： (1) 该装置具有真三轴模型试验功能，X(左右 向)、Y(垂直向)、Z(前后向) 3 个方向均由轴向加载系 统独立加压，能更真实地模拟地下岩层的受力情况。 (2) 该装置加载的吨位较大，X，Y，Z 三个方 向所加最大载荷均可达到 3 000 kN，可以模拟高应 力条件地下工程的真实受力状态。 (3) 加压过程中，X，Y，Z 三个方向通过连接 板与传力板以及定向机构等装置，把轴向加载系统 的力均匀地传到试样的各个受力面上，较好地解决 了以往模型试验采用千斤顶直接加载时压力均匀性 偏差较大，以及采用柔性囊加载行程偏小、强度偏 低的技术难题。 (4) 放入模型试验机的试样同一受力方向的 2 个面同时加载，在加载过程中试样的中心位置通过 程序控制可以保持不变，有效避免了试样偏心受力 和弯矩的产生。 为满足水力压裂过程中声发射监测的要求，对 大型岩土工程模型试验机加载板进行了改造，在加 载板端面预制 12 个 25 mm 的声发射探头放置孔， 根据声发射三维定位效果来调整探头位置，满足 300 mm×300 mm×300 mm 试样压裂过程中空间监 测的需要，图 3 为改造后的试验机加载板，图 4 为 物理模型试验机加载板组装。 2.2.2 压裂液泵压伺服控制系统 图 5 为压裂泵伺服控制系统，其技术参数为： 配备 100 MPa 压力传感器，分辨率为 0.05 MPa，测 量精度为 1%；配备 210 mm 位移传感器，分辨率为 0.04 mm(折合成体积分辨率为 0.15 mL)，精度为 1%；增压器有效容积 800 mL，进油口和回油口都 配备蓄能器，以提高系统动态响应，并保证伺服阀 的工作稳定性。 2.2.3 Disp 声发射检测系统 Disp 声发射测试系统由美国物理声学公司研 制，广泛应用于岩石及岩体声发射监测、金属材料 检测、航空航天材料检测、压力容器检测、桥梁和 管道检测等领域，如图 6 所示。 采用 8 支 22 mm×36.8 mm 声发射探头，工作 频率为 15～70 kHz，中心频率为 40 kHz，并添置相 应的放大器，为提高监测效果，前期进行了多次试 验，优化后采用在模拟水平地应力方向 ( 最大、最
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2.施工管柱
普通滑套式管柱
名称 长度
工具参数
封隔器
K344-114
喷 甲 640
喷 乙 640
喷 丙 640
905
最大外径
通径
114
58
114
41
114
37
11453使用Fra bibliotek件管柱工作 压力MPa 管柱工 作温度 喷砂器 过砂量 m3 最高 砂比 % 适用套 管内径 mm
40
50
14
45
124
2.施工管柱
3.下井原材料
目前常用的压裂液有田菁胶和胍胶：
压裂 液 田箐 胍胶 配比 % 0.5 0.38 粘度 mpa.s ≥33 ≥33 交联剪切 粘度 mpa.s ≥100 ≥100 残渣 mg/L ≤1450 ≤400 适用温度 ℃ 30～60 30～90 破胶 性能(24h) mpa.s ＜3 ＜3
显示和分 析单元
管汇车 管汇车
管汇车是配合压裂机组作业的 一种辅助设备。整机分为底盘车、 高压管汇、低压管汇、备用高压管 汇、随车吊五个部分。该车车台本 身不配动力系统，随车液压吊的液 压油泵的动力是通过取力机构从底 盘车取力的。
运砂车 运砂车
运砂量：20000kg(或 12m3)，砂斗采用液压 缸升降，可手动或自动。
混砂车
混砂车的组成
DDC60柴油机 “BENZ”3331 6X4 仪表及控制系统 螺旋输砂器
管汇系统
液气控制系统
压裂泵车
压 裂 泵 车 的 作 用
一是泵送液体
二是使液体升压
目前使用的2000型压裂车最高施工压 力105MPa,最大单车排量2.33m3/min。在 1900r/min转速、45.9 MPa条件下，单车排 量可达1.87m3/min。完成一般油层压裂需 要3台泵车，进行外围探井压裂时，根据需 要确定泵车数量。
三、水力压裂工艺 1.概述 2.压裂机理 3.工艺介绍
1.概述
压裂工艺是针对井层条件，为达 到改造目的而采取的合理施工方法。 根据不同施工井的改造要求，先后研 究开发了普压、多裂缝、选压、限流 法等十三项压裂工艺。
1.概述
施工评价 一是工艺评价
工艺评价是为了评估压裂施 工成功与否、检验实际施工 与设计的符合程度和工艺的 适应性,积累经验，指导下 步施工。
一、水力压裂的基本原理
压裂液
携砂液
支撑裂缝 动态裂缝
一、水力压裂的基本原理
油层经水力压裂后，在油层中形成了一条或几 条渗透率比原来高得多的裂缝通道，大部分原油通 过裂缝侧壁进入裂缝内，再很快流向井筒。由于裂 缝的阻力小，大大减少了原油流动时的能量损耗， 使到达井筒的原油得以保持较高的能量。这就是油 井通过水力压裂后，油井产量增加的简单原理。一 般来说，水力压裂只对油层渗透率较低的油井，或 由于钻井、修井及完井过程中泥浆等污物浸入井筒 附近岩层的孔隙造成局部堵塞，使渗透率降低的油 井，才有增产的效果。
普通压裂工艺
（2）管柱结构
封隔器 滑套喷砂器
由投球器、井
口 球阀 、 工 作 筒 和
油层
滑套喷砂器
油层
堵 塞器 、 水力压 差
式 压裂 封 隔 器 、 滑 套喷砂器组成。
滑套喷砂器
油层
丝堵
普通压裂工艺
（3） 适用地质条件 地质剖面具有一定厚度的泥岩隔层 ，封隔器可以卡得开,高压下不发生层间 窜通。井下技术状况良好，套管无变形 、破裂和穿孔，固井质量好。
（2）地面设备：包括压裂管汇、 蜡球管汇、压裂井口装置；
压裂车组
混砂车 压裂泵车 仪表车 管汇车 运砂车
混砂车
混 砂 车 的 作 用 一是把支撑剂与压裂液充分混合,
二是为泵车提供充足的液体。
最大排量15.9 m3/min,最大输 送砂量8165 Kg /min,8个泵车 接口。
压裂车组
目前压裂机组控制方式 液罐 液罐
运 砂 车
压 裂 车
混砂车
压 裂 车 压 裂 车
仪 器
车 井
口
高压管汇
2.施工管柱
施工管柱由油管和下井工具(封隔器、喷砂器)组成， 其作用：一是为传送施工压力提供通道；二是实现分 层。目前应用的施工管柱有普通滑套式分层压裂管柱、 高砂比管柱、55MPa压裂管柱、外围压裂管柱。
一、水力压裂的基本原理
为了减少原油流动阻力，使其加速流向井筒， 增加油井产油量，通常在地面采用高压大排量泵， 利用液体传压原理，将具有一定粘度的液体，以大 于油层所能吸收的能力注入油层。当压力增高到大 于油层破裂所需要的压力时，油层就会被压开，形 成一条或数条水平的或垂直的裂缝，原有裂缝亦被 扩大。
济效益显 著。
（6）应用效果：73年投入工业化生产以来，共 施工21840口井，平均单井日增油13.0t，当年 累计增油3056.51×104t。
限流压裂工艺
（1）原理 通过严格限制炮眼的数量和直径，并以尽 可能大的注入排量进行施工，利用压裂液流经 孔眼时产生的炮眼摩阻，大幅度提高井底压力
，并迫使压裂液分流，使破裂压力接近的地层
一、水力压裂的基本原理
油井压裂后增产幅度的大小，与压裂形成的 裂缝长度(深度)、宽度(高度)及裂缝的渗透率等有 关。裂缝长度及宽度大，渗透率高，油井的增产幅 度就大，反之油井的增产幅度就小。为了获得较长、 较宽的裂缝及较高的渗透率，向井筒内注入足够压 力和排量且含砂量较多的液体，则是首要的条件， 这样就对压裂设备提出了很高的要求。
外围深井压裂管柱：
工具参数：
Y344-114
名称 长度(mm)
封隔器 1161
导压 喷砂器
喷咀 300
660 112 25
最大外径(φmm) 最小通径(φmm)
114 54
95 25
使用条件：
工作 压力 MP a 55 工作 温度 ℃ 90 喷砂器 过砂量 m3 最高 砂比 % 适用 套管 内径 mm 124
一、水力压裂的基本原理
二、水力压裂的主要设备及材料 三、水力压裂工艺
压裂是目前提高油井采收率的有效措施之一， 广泛用于油、气井增产和注水井增注。压裂已成 为改造低渗透油气藏和开发深部油气藏的主要手 段。压裂过程是利用高压流体(压裂液等)在井底 生产层造成裂缝或扩展原始裂纹，再用支撑剂(砂 子或其它固体颗粒)充填，以形成高渗透率区域。 经过压裂处理后的油井，可得到导流能力强、裂 缝长的油、气流通道，最后达到增产油、气的效 果。实践证明，进行压裂后，油、气井的产量可 增加几倍至几十倍。
60
65
3.下井原材料
包括压裂液和支撑剂两部分。 压裂液的主要作用一是造缝,二是携砂。 支撑剂的作用是支撑裂缝,增加裂缝的导流能 力。目前常用的支撑剂有石英砂和陶粒。
3.下井原材料
压裂液
支撑剂
支撑裂缝 动态裂缝
3.下井原材料
（1）压裂液的选择（应考虑的五个技术因素 ）
即粘度、液体摩阻损失、滤失、返排及其与储 层岩石和流体的配伍性，另需考虑的两个因素是 费用和来源。
二是经济评价
经济评价是为了评价压裂 效益，既投入与产出的关 系，判断经济合理性。
2.压裂机理
（1）地应力对裂缝形态和裂缝方位的影响
人工裂缝的形态取决于油藏地应力的大 小和方向。裂缝类型与地层中的垂向应力和 水平应力的相对大小有关。一般认为，人工 裂缝垂直于地层最小主应力，平行于地层最 大主应力。
2.压裂机理
一、水力压裂的基本原理
随着液体的不断注入，裂缝会不断地延伸与扩 展，直到液体的注入速度与油层所能吸收的速度相 等，裂缝的延伸与扩展才会停止。此时，如果地面 高压泵停止泵入液体，由于外来压力消失，油层裂 缝又会重新闭合。为了维持裂缝始终处于张开状态， 一般在压裂液中掺人较大直径的支撑剂，如石英砂、 核桃壳等，使之沉淀在裂缝中，支撑已形成的裂缝。 这种作业过程称做水力压裂。
田菁胶主要用 于老区基础井 网压裂井。
胍胶和改性胍胶主要应用于 老区二三次加密井和外围低 渗透压裂井。
3.下井原材料
1) 根据油层性质和埋藏深度经室内试验确定能满足压 裂增产效果的石英砂粒径及浓度。 一般在低闭合压力下浅层可选用大颗粒支撑剂；在高 闭合压力下，选用粒径较小的支撑剂；裂缝面积上高 浓度的支撑剂比低浓度的支撑剂有较高的导流能力。 2) 根据实际需求量选货源广又符合要求的砂产地，做 到既经济，又来源充足。 3) 选择合适的加砂方式，不同加砂方式要选择不同的 支撑剂。
普通压裂工艺
（5）工艺优点
①可实现不 压井、不放 喷作业，防 止油层污染 所造成的堵 塞有利于提 高压裂增产 效果； ②可不动管柱一 次连续压多层， 从而大幅度减少 作业量，提高施 工效率，降低压 裂施工成本； ③可与其它 压裂工艺配 套，能适应 不同含水期 改造挖潜需 要； ④工艺简 单，成功
率高，经
限流压裂工艺
19.5MPa
夹层 17.5MPa 夹层 18.5MPa 夹层 18.5MPa （过程二） 19.5MPa 夹层 17.5MPa 夹层 18.5MPa （过程四） 夹层 17.5MPa
19.5MPa
（过程一）
19.5MPa
夹层
17.5MPa 夹层 18.5MPa （过程三）
压裂泵车
压裂泵车的组成部分
DDC12V4000柴油机
ALLISON传动箱 “BENZ”41408X4
液气控制系统
仪表及控制系统
3ZB105-1491泵
仪表车
仪 表 车 的 作 用
一是控制泵车和混砂车的运行参数， 二是适时记录及监测分析施工参数。
仪表车
仪表车的组成
1、8个压裂车控制单元 2、混砂车数据采集单元 3、计算机显示和分析单元 4、系统供电系统及空调 压裂车和混砂车 控制单元