水力压裂技术

水 力 压 裂 工 艺

培 训 讲 义

第一采油一厂工程技术大队

2004年6月 1

前言：

水力压裂是油田增产、增注，保持油田稳产的一项重要工艺技术。它利用液体传导压力的性能，在地面利用高压泵组，以大于地层吸收能力的排量将高粘度液体泵入井中，在井底憋起高压，此压力超过油层的地应力和岩石抗张强度，在地层产生裂缝，继续将带有支撑剂的携砂液注入裂缝，裂缝边得到延伸，边得到支撑。停泵后就在油层形成了具有一定宽度的高渗透填砂裂缝，由于这个裂缝扩大了油气流动通道，改变了流动方式，降低了渗流阻力，可起到增产增注作用，这一施工过程就叫油层水力压裂。水力压裂包括理论力学、材料力学、热化学、高分子化学、机械制造等多个学科。

一、压裂液

压裂液的主要功能是传递能量，使油层张开裂缝并沿裂缝输送支撑剂。其性能好坏对于能否造出一条足够尺寸、并具有足够导流能力的填砂裂缝密切相关，因此，有必要了解压裂液的特点和性能。

（一）压裂液的作用

压裂液的主要作用是将地面设备的能量传递到油层岩石上，在地层形成裂缝，并携带支撑剂填充到裂缝中。按照在压裂施工中不同阶段的作用可以分为前置液、携砂液、替挤液三种。

1、前置液；用来在地层造成裂缝，并形成一定几何形态裂缝的液体。在高温井层中，还具有一定的降温作用。

2、携砂液：携带支撑剂进入地层，把支撑剂充填到预定位置的液体。和前置液一样也具有造缝及冷却地层的作用。由于携带比重较高的支撑剂，必须使用交联压裂液。

3、替挤液：把压裂管柱、地面管汇中的携砂液全部替入裂缝，以避免压裂管柱砂卡、砂堵的液体。组成与前置液一致。

（二）压裂液的性能

为确保压裂施工顺利实施，要求压裂液具有以下性能特点

1、滤失性：主要取决于压裂液自身的粘度和造壁性，粘度高则滤失少。添加防滤失剂能改善压裂液的造壁性，大大减少滤失量。

2、携砂性：指压裂液对于支撑剂的携带能力。主要取决于液体的粘度、密 2 度及其在管道和裂缝中的流速，粘度越高，携带能力越强。

第２期　２０１４年６月　水力采煤与管道运输　ＨＹＤＲＡＵＬＩＣ　ＣＯＡＬ　１ＶＩＩＮＩＮＧ＆ＰＩＰＥＬＩＮＥ　ＴＲＡＮＳＰ０ＲＴＡＴ１０Ｎ　Ｎｏ．２　Ｊｕｎ．２０ｌ４　水力压裂技术在平沟煤矿的应用　胡松岭　周连春　（１．河南鹤壁中泰矿业河南鹤壁４５８０１０；２．神华鸟海能源有限贡任公司老石旦煤矿内蒙古鸟海０１６０３３）　摘要：针对平沟煤矿１６　煤层瓦斯压力大、透气性差，煤层瓦斯难以抽放的问题，结合高压水动　力特性，对ｌ６　煤层进行人为泄压。通过煤体中原有的裂缝注入高压水，克服煤体最小主应力　和破裂压力，扩宽、伸展和沟通这些裂缝，在煤体中产生更多的裂隙，从而增加煤层的透气性，　在平沟煤矿初见成效。　关键词：瓦斯透气性　水力压裂　瓦斯抽放　中图分类号：ＴＤ７１３　．３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６—０８９８（２０１４）０２—００１　１—０３　１　引言　煤与瓦斯突出一直是困绕平沟煤矿安全生　产的重大隐患，尽管采取了本煤层抽放、交叉钻　孔抽放等多种瓦斯抽放措施，但预抽效果一般。　随着矿井采深的增加，煤层瓦斯压力不断增大，　矿井瓦斯抽放显得尤为重要，而提高煤层透气性　更是解决瓦斯抽放难题的根本途径。因此，通过　实施Ｏ１　１６１５工作面里段定向水力压裂，使井下　工作面前方压裂增透区域的煤体卸压，大幅度提　高煤层透气性，从而使工作面突出危险性得到有　效消除。　２矿井和工作面概况　２．１矿井概况　平沟煤矿隶属于神华集团乌海能源有限责　任公司，位于内蒙古自治区乌海市境内，核定生　产能力为１８０万ｔ／ａ。井田南北走向长６．４ｋｍ，　东西２．５ｋｍ，井田总面积１６．１　ｋｍ　。其１６　煤层　为煤与瓦斯突出煤层，煤层瓦斯压力大，坚固性　差，破坏类型为ＩＩＩ类，透气性较差。矿井为煤与　瓦斯突出矿井。　２．２工作面概况　０１１６１５切眼标高＋１０３８一＋９９６ｍ，采用锚　网支护，巷道长２３８ｍ，Ｏ１　１６１５工作面外段回风　顺槽布置于１６　煤层中，开口位置位于０１１６１５车　场Ｇ号点（经纬点）北８ｍ处，沿ｌ６　煤层顶板掘　进，方位角Ｎ２。２　。工作面里段剩余２２０　Ｘ　２３８ｍ　（走向×倾向）范围，主采１６　煤层，平均煤厚　２．６８ｍ。见图１。　新　切　眼　图１　０１１６１５工作面布置图　３　水力压裂施工设计及工程施工　３．１水力压裂技术原理　儿　井下水力压裂的基本原理是使用高压水泵　将水通过高压管注入到煤体内，当压力足够高　时，能使煤层裂隙劈裂扩展，在煤体内形成新的　瓦斯流动通道。一是把水作为动力，在煤层中人　为形成空腔、槽缝和裂缝，或扩大已有的裂缝以　促使煤体发生位移，使煤层达到卸压、增透的目　的；二是水对煤体有湿润作用。实验室测定结果　表明，在常压吸附条件下，煤样经湿润后，吸附能　力下降，对不同煤质的煤炭可解析１．７％～２７．　Ｏ％的吸附瓦斯量，然后通过负压带管连抽，起到　增加瓦斯抽放量，使得瓦斯压力和含量降到《防　突规定》的临界值以下。　３．２水力压裂施工设计　０１　１６１５工作面里段为该次压裂施工区域，钻　孔设计长度２００ｍ，化学药剂封孔，封孔段长度大　于３０ｍ，共设计７个水力压裂孔，先施工７　压裂　钻孔，开孔位于Ｏ１１６１５工作面中切眼里帮距底　板１　ｍ、回风顺槽上帮２ｍ处，孔径９４ｍｍ，孔深　２０１ｍ，俯角１。５１

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。

文献综述

前言

水力压裂是油田增产一项重要技术措施。由地面以超过地层吸收能力的排量高压泵组将液体注入井中，此时，在井底附近便会蹩起压力，当蹩气的压力超过井壁附近地层的最小地应力和岩石抗张强度时，在地层中便会形成裂缝。随之带有支撑剂的液体泵入缝中，裂缝不断向前延伸，这样，在地层中形成了具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝。由于压裂形成的裂缝提高了产油层导流能力，使油气能够畅流入井内，从而起到了增产增注的作用。

为了完成水力压裂设计，在地层中造成增产效果的裂缝，需要了解与造缝有关的地应力、井筒压力、破裂压力等分布与大小。这些因素控制着裂缝的几何尺寸，同时对与地面与井下设备的选择有关。同时，用于水力压裂的压裂液的性能、数量，支撑剂的排布情况关系到裂缝的几何尺寸，压裂技术-端部脱砂技术，对提高压裂效果起到很大作用，这些因素关系到能否达到油田增产的目的，需要进行详细研究 。在建立适当的裂缝扩展模型的基础上，实现现场实际生产情况的模拟研究，对进一步优化水力压裂参数，提高压裂经济实用性起到很大作用。

这项油田增产措施自发展以来，得到国内外广泛采用，并且经不断的开发试验，已取得很大成效。

水力压裂技术的发展过程

水力压裂技术自 1947 年美国堪萨斯州进行的的第一次试验成功以来，至今近已有60余年历史。它作为油井的主要增产措施，正日益受到世界各国石油单位的重视及采用 ,其发展过程大致可分以下几个阶段:

60 年代中期以前 ,各国石油公司的工作者们的研究工作已适应浅层的水平裂缝为主，此时的我国主要致力于油井解堵工作并开展了小型压裂试验 。

60 年代中期以后 ,随着产层加深 ,从事此项事业的工作者以研究垂直裂缝为主 。已达成解堵和增产的目的 。这一时期 ,我国发展了滑套式分层压裂配套技术 。

70 年代 ,工作进入到改造致密气层的大型水力压裂阶段 。我国在分层压裂技术的基础上 ,发展了蜡球选择性压裂工艺 ,以及化学堵水与压裂配套的综合技术 。