油气井增产技术-水力压裂

水力压裂工艺技术概述与分类摘要：水力压裂是油气井增产、水井增注的一项重要技术措施。

当地面高压泵组将液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中时，在井底附近蹩起超过井壁附近地层的最小地应力及岩石抗张强度的压力后，即在地层中形成裂缝。

随着带有支撑剂的液体注入缝中，裂缝逐渐向前延伸，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具有很高的导流能力，使油气能够畅流入井，从而起到了增产增注的作用。

关键词：机理；裂缝；技术研究；增产；发展；探索。

一、水利压裂技术概述水力压裂技术经过50 多年的发展，在裂缝模型、压裂井动态预测、压裂液、支撑剂、压裂施工设备、应用领域等方面均取得了惊人的发展，不但成为油气藏的增产增注手段，也成为评价认识储层的重要方法。

近期水力压裂在总体优化压裂、重复压裂、大型压裂、高砂比压裂，端部脱沙压裂、CO2 泡沫压裂及特殊井（斜井、水平井、深井、超深井、小井眼井等）压裂技术方面有了进一步的完善和发展，压裂的单项技术也有了很大进展。

国内压裂酸化技术在设计软件、压裂酸化材料、施工技术指标等方面，已接近国际先进水平。

介绍了国内不同储层类型所适用的压裂技术，对更好地发挥水力压裂技术在油气田勘探与开发中的作用具有重要意义。

自1947 年美国进行第1 次水力压裂以来，经过50 多年的发展，水力压裂技术从理论研究到现场实践都取得了惊人的发展。

如裂缝扩展模型从二维发展到拟三维和全三维；压裂井动态预测模型从电模拟图版和稳态流模型发展到三维三相不稳态模型，且可考虑裂缝导流能力随缝长和时间的变化、裂缝中的相渗曲线和非达西流效应及储层的应力敏感性等因素的影响；压裂液从原油和清水发展到低、中、高温系列齐全的优质、低伤害、具有延迟交联作用的胍胶有机硼“双变”压裂液体系和清洁压裂液体系；支撑剂从天然石英砂发展到中、高强度人造陶粒，并且加砂方式从人工加砂发展到混砂车连续加砂；压裂设备从小功率水泥车发展到1000 型压裂车和2000 型压裂车；单井压裂施工从小规模、低砂液比发展到超大型、高砂液比压裂作业；压裂应用的领域从特定的低渗油气藏发展到特低渗和中高渗油气藏（有时还有防砂压裂）并举。

压裂工艺基础知识介绍目录一、压裂工艺概述 (2)1. 压裂工艺定义及重要性 (3)2. 压裂工艺发展历程 (3)3. 压裂工艺应用领域 (4)二、压裂原理与基本流程 (5)1. 压裂原理简介 (6)（1）岩石破裂理论 (7)（2）水力压裂基本原理 (8)2. 压裂基本流程 (9)（1）前期准备 (10)（2）压裂施工 (11)（3）后期评估 (13)三、压裂设备与技术参数 (14)1. 压裂设备组成 (15)（1）压裂泵 (15)（2）高压管汇 (17)（3）地面设备 (18)（4）井下工具 (19)2. 技术参数介绍 (20)（1）压力参数 (22)（2）流量参数 (23)（3）化学药剂参数 (24)四、压裂液与支撑剂 (25)1. 压裂液介绍 (27)（1）压裂液种类与特性 (28)（2）压裂液性能要求 (30)2. 支撑剂介绍 (31)（1）支撑剂种类与特性 (32)（2）支撑剂作用及选择要求 (33)五、压裂工艺优化与新技术发展 (34)一、压裂工艺概述压裂工艺是一种用于开采石油和天然气资源的地质工程技术，它通过在地层中注入高压水，使岩石发生裂缝和破碎，从而释放出地下的石油和天然气资源。

压裂工艺在全球范围内得到了广泛的应用，尤其是在美国、加拿大、中国等国家的油气田开发中发挥了重要作用。

压裂工艺的主要目的是提高油气井的产量，延长油气井的使用寿命，降低生产成本。

随着科技的发展，压裂工艺也在不断地改进和完善，以适应不同类型的油气藏和地层条件。

压裂工艺主要包括水力压裂、化学压裂和生物压裂等多种类型。

水力压裂是最早的一种压裂方法，主要利用高压水流产生的压力差来破碎岩石。

随着技术的进步，化学压裂逐渐成为主流技术，它通过向地层中注入特殊的化学剂，使岩石发生化学反应，从而产生裂缝和破碎。

生物压裂则是近年来发展起来的一种新型压裂技术，它利用微生物降解有机物的过程来产生裂缝和破碎。

压裂工艺作为一种重要的地质工程技术，为石油和天然气资源的开发提供了有效的手段。

水力压裂加砂过程曲线分析摘要：压裂是油气井增产的一项重要技术措施。

本文依据多口井压裂资料，分析了其“加砂”工序中泵压、排量、混砂比曲线随时间的变化形态，总结出“加砂”曲线的五种类型：下降型、下降稳定型、波动型、上升型、稳定型。

实践认为下降或下降稳定型曲线形态主要是因被压开地层裂缝缝高的增加；波动型曲线形态主要受地层物性严重非均质性影响；上升型曲线形态是受地层渗透性差、层薄影响，造成缝高延伸受阻，水平延伸缓慢或是携砂液在地层缝内严重堵塞，产生砂卡，泵压突然上升；稳定型曲线形态可能是地层滤失量的增加，使施工泵压长时间维持常量。

现场施工可根据加砂曲线形态，合理调整“ 加砂” 施工参数，保证油井施工顺利进行。

关键词：压裂加砂曲线；形态；特征剖析；参数；施工前言：水力压裂是油气井增产的一项重要技术措施，当地面高压泵组将高粘度液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底蹩起超过井壁附近地应力及岩石抗张强度压力后，即在地层中形成裂缝，随着带支撑剂的液体注入缝中，裂缝逐渐向前延伸形成一定长度、宽度、高度的填砂裂缝。

这些裂缝具有很高的渗流能力。

改变了油气渗流的流态。

由原来的径向流改变为从地层基本上单向流入裂缝，再由裂缝单向流入井筒，油气井产量大幅度提高。

1、加砂施工曲线类型及特征通过数据收集近两年来多口油井压裂施工曲线，归纳出压裂“加砂”施工曲线有5种类型。

（1）下降型：其特点是当注入排量稳定，随压开裂缝的延伸和扩展，泵压连续下降，此类曲线属于较理想状态，在现场比较少见。

（2）下降稳定型：其特点为注入排量相对稳定时，随着裂缝延伸和扩展，混砂比逐步增加，泵压下降至一定程度后相对稳定，在压裂施工正常情况下现场此类曲线占大多数。

（3）波动型：特点为注入液体排量稳定，混砂比基本稳定，随着裂缝的延伸和扩展，泵压波动起伏。

现场此类曲线约占20%左右。

（4）上升型：注入排量稳定，混砂比稳定或提高，泵压连续上升，出现此类曲线往往停泵分析其原因后，再调整排量和砂比重新施工。

水力压裂水力压裂：： 一项一项经久不衰的技术经久不衰的技术经久不衰的技术自从Stanolind 石油公司于1949年首次采用水力压裂技术以来，到今天全球范围内的压裂施工作业量将近有250万次。

目前大约百分之六十新钻的井都要经过压裂改造。

压裂增产改造不但增加油井产量，而且由于这项技术使得以前没有经济开采价值的储量被开采了出来（仅美国自1949年以来就约有90亿桶的石油和超过700万亿立方英尺的天然气因压裂改造而额外被开采出来）。

另外，通过促进生产，油气储量的静现值也提高了。

压裂技术可以追溯到十八世纪六十年代，当时在美国的宾夕法尼亚州、纽约、肯塔基州和西弗吉尼亚州，人们使用液态的硝化甘油压浅层的、坚硬地层的油井。

目的是使含油的地层破裂，增加初始产量和最终的采收率。

虽然使用具有爆炸性的硝化甘油进行压裂是危险并且很多时候是违法的，但操作后效果显著。

因此这种操作原理很快就被应用到了注水井和气井。

在十九世纪三十年代，人们开始尝试向地层注入非爆炸性的流体（酸）用以压裂改造。

在酸化井的过程中，出现了一种“压力从逢中分离出来”现象。

这是由于酸的蚀刻会在地层生成不能完全闭合的裂缝，进而形成一条从地层到井的流动通道，从而大大提高了产量。

这种“压力从逢中分离出来”的现象不但在酸化的施工现场，在注水和注水泥固井的作业中也有发生。

但人们就酸化、注水和注水泥固井的作业中形成地层破裂这一问题一直没有很好的理解，直到Farris 石油公司（后来的Amoco 石油）针对观察井产量与改造压力关系进行了深入的研究。

通过此次研究，Farris 石油萌生出了通过水力压裂地层从而实现油气井增产的设想。

第一次实验性的水力压裂改造作业由Stanolind 石油于1947年在堪萨斯州的Hugoton 气田完成（图1）。

首先注入注入1000加仑的粘稠的环烷酸和凝稠的汽油，随后是破胶剂，用以改造地下2400英尺的石灰岩产气层。

虽然当时那口作业井的产量并没有因此得到较大的改善，但这仅仅是个开始。

关于压裂的20个常识1、水力压裂水力压裂简称压裂，是油气井增产、注入井增注的一项重要技术措施。

它是利用地面高压泵组，将压裂液以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底造成高压，并超过井壁处的地层闭合应力及岩石的抗张强度，使地层破裂，形成裂缝，然后，继续将带有支撑剂的液体注入缝中，使此缝向外延伸，并在缝内填以支撑剂，停泵后地层中即形成有足够长度和一定宽度及高度的填砂裂缝。

2、笼统压裂笼统压裂是在已射孔炮眼部位的上部下入封隔器、喷砂器等下井工具，对射孔部位进行压裂，达到对目的层的解堵或改造。

3、封隔器分层压裂封隔器分层压裂是通过封隔器分层压裂管柱来实现的，适用于非均质程度小，层间含水率差异小，且已按常规射孔的高中低渗透、多油层的改造。

4、限流法压裂限流法压裂是通过低密度射孔、大排量供液，形成足够的炮眼摩阻，使井筒内保持较高的压力，从而达到连续压开一些破裂压力相近层的目的。

5、复合压裂复合压裂是指高能气体压裂技术、热化学工艺技术、酸化工艺技术与水力压裂技术相结合的技术。

该技术适用于低温、欠压、稠油、含蜡量高的储层的改造。

6、CO2泡沫压裂CO2泡沫压裂是把液态二氧化碳和水基压裂液形成的混合液泵入井中，实施压裂，达到增产增注的目的。

该技术适用于低压低产气井、水敏性地层、特低渗透油层和稠油井。

7、同步压裂同步压裂是指对2口或2口以上的配对井进行同时压裂。

同步压裂采用的是使压力液及支撑剂在高压下从一口井向另一口井运移距离最短的方法，来增加水力压裂裂缝网络的密度及表面积，利用井间连通的优势来增大工作区裂缝的程度和强度，最大限度地连通天然裂缝。

8、水力喷射压裂水力喷射压裂是用高速和高压流体携带砂体进行射孔，打开地层与井筒之间的通道后，提高流体排量，从而在地层中打开裂缝的水力压裂技术。

9、压裂车压裂车是压裂的主要动力设备，它的作用是给压裂液加压，并大排量地注向地层，压开地层，并将支撑剂注入裂缝。

主要由运载汽车、驱泵动力、传动装置、压裂泵四部分组成。

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。

对水力压裂裂缝延伸方向平行于断层的认识水力压裂是一种常用的油气井增产技术，通过注入高压液体将岩石破碎并形成裂缝，以增加油气的流动性和渗透性，从而提高产量。

在水力压裂过程中，裂缝的延伸方向对于增产效果至关重要。

本文将以对水力压裂裂缝延伸方向平行于断层的认识为标题，探讨断层对水力压裂裂缝延伸方向的影响。

断层是地壳中由于地质力学作用而发生的断裂带，其在地质层中具有一定的长度和宽度。

断层通常由断层面和断层带组成，断层面是断层两侧岩石的滑动面，断层带则是断层面附近岩石的变形带。

在油气勘探和开发中，断层常常是储层的重要构造因素，对于裂缝的延伸方向有着重要影响。

水力压裂裂缝的延伸方向通常由地应力场控制。

地应力场是地壳中由地球重力和地壳构造作用引起的力场分布。

在断层附近，地应力场会发生变化，这是由于断层面两侧的岩石滑动和变形所导致的。

断层带中常常存在较大的水平应力差异，这会对水力压裂裂缝的延伸方向产生影响。

对于水力压裂裂缝延伸方向平行于断层的情况，一般认为以下几个因素起到了重要作用：1. 断层面的破碎性：断层面通常会在地质历史中经历多次滑动和应力作用，这使得断层面具有一定的破碎性。

在水力压裂过程中，高压液体注入断层面后，会进一步破碎断层面，使得裂缝的延伸方向更容易沿着断层面发展。

2. 断层带的力学性质：断层带通常是由于断层面附近岩石的应力积累和变形而形成的。

断层带的力学性质与周围岩石相比可能有所不同，例如断层带中的岩石可能具有更高的弹性模量或更低的强度。

这些差异会影响水力压裂裂缝的延伸方向，使其更易于沿着断层带发展。

3. 断层带的渗透性：断层带中的岩石变形常常导致渗透性的增加，即岩石中的孔隙和裂隙增多。

这使得断层带相对于周围岩石具有更好的液体和气体流动性，有利于水力压裂液体在断层带中形成裂缝并延伸。

需要注意的是，水力压裂裂缝延伸方向平行于断层并不是一种普遍现象，它在不同地质条件下可能会有所不同。

例如，在断层面的滑动方向与地应力场的主应力方向相一致时，裂缝的延伸方向可能更容易与断层面垂直。

水力压裂法
水力压裂法，又称“水力破裂法”，是能改善油气钻井工程体系性能的一种重要技术
和手段。

水力压裂是指以水为媒介，结合压裂剂，利用压力使岩石发生微裂纹，从而提高油气
井吸积能力和作用机理的工程技术。

压裂介质水由压裂头中以特殊形式喷涌出，将岩石破裂，建立裂缝系统存在，从而改善油气井产出条件，从而达到增产改造的目的。

压裂液的
流动、压裂的面积大小等参数，需要经过科学的计算，并且就水力压力选择合理的范围。

通过根据每个油气井油层的相对性参数，做出合理的水力压裂工程设计是实现“水力破裂法”有效作用的关键。

压裂技术在油气井工程改造中的施工形式有开敞式和帜状型两种，以及组合式和水力
颗粒增效式等几种。

油气井压裂时，应考虑压裂液压力、喷涌速度、喷涌面积、水流量等参数，以充分发
挥水、压裂剂等起壁材料和反勾结材料的作用，控制裂缝大小，实现井眼增产增收的目的。

油气钻井中水力压裂法的强大作用，不仅改变了传统的油气开采技术，而且在油气开
采中发挥了不可替代的作用。

水力压裂法在油气井开井改造中发挥了历史性的作用，大大
提高了油气采收率和经济效益，实现了油气资源的有效利用，为世界各国经济建设作出了
巨大贡献。

不动管柱水力喷射逐层压裂技术在现场成功应用1. 引言不动管柱水力喷射逐层压裂技术是一种先进的油气田开发技术，通过在井筒内设置管柱、喷射器和压裂器等装置，实现对油气层逐层压裂，提高油气产量。

该技术在现场应用中具有较高的成功率和效果，本文将介绍该技术的工作原理、优势以及在现场应用中的成功案例。

2. 技术原理不动管柱水力喷射逐层压裂技术的基本原理是通过在油气井井筒内设置不动管柱和压裂器，在需要增产的油气层上设置喷射器，利用泵送压裂液体和高速射流，将油气层压裂，形成裂缝通道，提高油气的渗流能力，最终达到增产的效果。

3. 技术优势不动管柱水力喷射逐层压裂技术相比传统的压裂技术具有以下优势： - 可逐层压裂：能够对油气层实现逐层压裂，更精细地提高产量。

- 不涉及管柱下楼：由于不动管柱的设置，无需进行管柱下楼，降低作业风险和成本。

- 操作简便：操作过程简单，易于实施，可大大提高作业效率。

- 高成功率：在现场应用中具有较高的成功率和效果，被广泛应用于油气生产。

4. 成功应用案例4.1 某油田A区块•在某油田A区块，采用不动管柱水力喷射逐层压裂技术，成功对多口井实施压裂作业。

•通过逐层压裂，油井产量平均提高了25%，有效延长了油田的产能。

•技术应用效果被相关公司评定为高效、稳定，为公司创造了可观的经济效益。

4.2 某天然气田B区块•在某天然气田B区块，应用不动管柱水力喷射逐层压裂技术，成功提高了天然气井的产量。

•经过压裂作业后，天然气产量明显增加，且产量维持稳定。

•技术应用效果得到了业内专家的高度评价，被认为是一种高效的提高产量的技术手段。

5. 结论不动管柱水力喷射逐层压裂技术在现场应用中取得了显著成功，通过逐层压裂可以实现油气产量的有效提高，对于油气田的开发具有重要意义。

技术的优势在于可逐层压裂、操作简便且成功率高，为提高油气产量提供了一种高效可行的方案。

不动管柱水力喷射逐层压裂技术有望在未来更广泛地应用于油气开发领域，为行业发展带来新思路和可能。

水力压裂增加原油产量的机理概述 水力压裂是一项有广泛应用前景的油气井增产措施，水力压裂法是目前开采天然气的主要形式，要求用大量掺入化学物质的水灌入页岩层进行液压碎裂以释放天然气。

这项技术在10年中在美国被大范围推广，但美国人正在担忧这项技术将污染水源,从而威胁当地生态环境和居民身体健康。

并认为这种技术给环境带来了极大的伤害，包括使自来水自燃，引发小幅地震等。

但目前它仍是使用较为广泛的一种增产措施。

水力压裂是利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高压，当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层产生裂缝。

继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，使井达到增产增注目的工艺措施。

该项技术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。

水力压裂增产增注的原理主要是降低了井底附近地层中流体的渗流阻力和改变流体的渗流状态，使原来的径向流动改变为油层与裂缝近似性的单向流动和裂缝与井筒间的单向流动，消除了径向节流损失，大大降低了能量消耗，因而油气井产量或注水井注入量就会大幅度提高。

如果水力裂缝能连通油气层深处的产层(如透镜体)和天然裂缝，则增产的效果会更明显。

另外，水力压裂对井底附近受损害的油气层有解除堵塞作用。

一、水力压裂造缝机理（一）应力分析在水力压裂中，了解造缝的形成条件、裂缝的形态(垂直或水平)、方位等，对有效地发挥压裂在增产、增注中的作用都是很重要的。

在区块整体压裂改造和单井压裂设计中，了解裂缝的方位对确定合理的井网方向和裂缝几何参数尤为重要，这是因为有利的裂缝方位和几何参数不仅可以提高开采速度，而且还可以提高最终采收率，相反，则可能会出现生产井过早水窜，降低最终采收率。

一般情况下，地层中的岩石处于压应力状态，作用在地下岩石某单元体上的应力为垂向主应力和水平主应力。