煤层气井水力压裂技术参考课件

w(r) 8 pR(1 2 ) 1 (r R)2 E
▪ 椭圆裂缝的体积为：
பைடு நூலகம்
（6.1）
V
1（6 1 2）R3
3E
pnet
▪ 半径为R的裂缝扩展的压力：
（6.2）
pnet
F E 2 1 2 R
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（6.3）
▪ 对于缝高hf不变和无限大（即平面应变）裂 缝其最大宽度为：
w 2 pnethf 1 2 E
▪ KGD模型假设缝高远大于缝长，包括了缝端动态过程
控制裂缝延伸的假设
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6.3 三维和拟三维模型
前面简单模型的局限性： 需要给定缝高或假设产生的是径向缝
原因： 不能断定裂缝是否被限制在某一特定的地层中 由井筒（压力最高处）至缝端的过程中缝高是 变化的
解决办法： 利用平面三维3D和拟三维（P3D）模型来弥补
▪ 在缝长远大于缝高的条件下成立 ▪ 没有考虑断裂力学和缝端的影响，而主要考虑了缝内
流体的流动以及相应的压力梯度的影响
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KGD模型
▪ 假设每一水平截面独立作用，即假设裂缝面任一点处裂
缝宽度沿垂向变化远比水平方向的变化慢。
▪ 在缝高远大于缝长或者储积层边界产生完全滑移的条件
下成立
▪ 缝端区域起着很重要的作用，而缝内压力可以估算
（6.35） （6.36） （6.37） （6.38）
6F 水力压裂中的动量守恒
方程（6.34）实矢量方程，其分量形式可以写为：
dui dt
p xi
xi
x
yi
y
zi
z
gi
（6F.1）
上式的左边为物质导数，它可与偏导数建立关系：

1 Cr
Cb
4.井壁上的最小总周向应力
在地层破裂前，井壁上的最小总周向应力 应为地应力、井筒内压及液体渗滤所引起的
周向应力 之 和3 ：y x . P i P i P s1 1 2 25
二、造缝条件
（一）形成垂直裂缝的条件
当井壁上存在的周向应力超过井壁岩 石的水平方向的抗拉强度时，岩石将在 垂直于水平应力的方向上产生脆性破裂， 即在与周向应力相垂直的方向上产生垂 直裂缝。造缝条件为：
th
.
26
1）当有滤失时：
x x ps x x ps
y y ps y y ps
当产生裂 缝时，井 筒内注入 流体的压 力等于地 层的破裂 压力：
pi pi
3 y x P i P i P s1 1 2
3 y x(p ip s) 2 1 1 2
h t
PF
.
PS
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。 .
2
压裂材料
压
支
裂
撑
液
剂
.
3
水力压裂的工艺过程：
憋压 造逢
裂缝延伸 充填支撑剂
裂缝闭合
压力/砂比/(MPa/%) 排量/(方/分)
80
4
70
3.5
60
3
50
2.5
1.裂缝形成条件
2.裂缝形态(垂直、水平缝)
3.裂缝方位
造缝条件及裂缝形态、方位等与井底附近地
层的地应力及其分布、岩石的力学性质、压裂
液的渗滤性质及注入方式. 有密切关系。

调整方案制定
根据评估结果，制定调整 方案，包括重新注入支撑 剂、增加裂缝长度或改变 压裂液类型等。
04
水力压裂技术的关键技术及创新 发展
支撑剂的选择与性能评价
支撑剂的材质与性能
针对不同地层条件，选择合适的支撑剂材质，如陶粒、石英砂等 ，并评估其性能，如硬度、粒径分布等。
支撑剂的表面改性
通过物理或化学方法对支撑剂表面进行改性，提高其润湿性、渗透 性和抗破碎能力。
报, 2016, 37(3): 1-10.
[2] 李四. 水力压裂设计优化 及效果评价[J]. 岩石力学与工 程学报, 2018, 37(6): 1-15.
[3] 王五. 水力压裂技术在*油 田的应用研究[J]. 地球物理学
报, 2020, 63(7): 1-12.
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井筒准备
清洗并准备井筒，包括通井、洗井等 操作，确保井筒内无杂质，为压裂作 业做好准备。
压裂液的配制与注入
01
02
03
压裂液选择
根据地质条件和目标需求 ，选择合适的压裂液，如 瓜胶、羟丙基瓜胶、石英 砂等。
压裂液配制
按照一定的比例和顺序将 压裂液的各成分混合在一 起，确保压裂液的各项性 能指标达到要求。
03
水力压裂技术的工艺流程
压裂前的准备
目标确定
明确压裂的目的和目标，如提高石油 或天然气的产量，改善井筒周围的应 力场等。
地质评估
收集并评估与目标区域相关的地质数 据，如岩石类型、地层厚度、地层破 裂压力等。
设备检查
确保压裂设备（如压裂车、混砂车等 ）处于良好的工作状态，并准备好所 需的物资和器材。
02
水力压裂技术的基本原理

2 地层流体压缩性影响的滤失系数Cc
– 地层流体可压缩，其压缩系数为ＣＲ – ΔＰＣ＝ＰＣ－ＰＲ为常数； – 渗滤前缘的位置不随时间变化。
3 造壁性影响的滤失系数Cw
– 滤饼的沉积厚度ΔＬｗ与通过缝壁的滤失量 成比例关系，即α＝Ｖｗ／ΔＬｗ，α为累积
– 滤饼对压裂液的渗透率Ｋｗ与其厚度的大 小无关，亦即Ｋｗ
– 滤饼内压裂液的渗滤流动服从达西定律。
方法：静态法 动态法
4 动态滤失与静态滤失的比较
4 综合滤失系数
P Pw PV PC
Pw PV PV Pc PC Ps
Pw Pv
Pc
Ps
通常，用P代替PW，PV，PC
综合滤失系数
(1)调和平均法
1 1 1 1 C C1 C2 C3
(2) 压力平衡法：
压裂液的组成
• 前置液 • 携砂液 • 顶替液 （完整的压裂泵注程序中还可以有清孔液、前
垫液、预前置液）
对压裂液的性能要求
(1) 与地层岩石和地下流体的配伍性； (2) 有效地悬浮和输送支撑剂到裂缝深部； (3) 滤失少 ； (4) 低摩阻 ； (5) 低残渣、易返排 ； (6) 热稳定性和抗剪切稳定性 。
氧化破胶剂 适用于pH=3~14。普通氧化破胶剂适用温度54~93℃，延迟 活化氧化破胶剂适用温度83~116℃。常用氧化破胶剂是过 硫酸盐（过硫酸氨）、过氧化物（H202)
有机弱酸 很少用作水基压裂液的破胶剂 适用温度大于93。
油基压裂液中典型的破胶剂是碳酸铵盐、液
(3) 热应力
2 人工裂缝方位
裂缝方向总是垂直于最小主应力
• 显裂缝地层很难出现人工裂缝。 • 微裂缝地层 —垂直于最小主应力方向； —基本上沿微裂缝的方向发展，把微裂缝串成显裂

Conventional
Alaska
5 0
2015
1995
2025
美国非常规天然气产量增加，主要依赖于致密砂岩气 （Tight gas）、页岩气（Shale gas）和煤层气（Coalbed gas）
1999年以来页岩气储量、产量显著增加，导致天然 气总量增加。
Significant increase in gas reserves and production from shales starts in 1999
Injection Wells
Water Gas Steam Chemical Fire
Pumped into the reservoir to force additional petroleum out of the pores in the reservoir rock
GASSINESS OF COAL SEAMS
从油藏工程的观点出发
它以建立的油藏注水开 发井网与水力裂缝优化 整体压裂 组合的渗流系统实现单 井产能与扫油效率的提 高为其主要内容 。
1947-1948 : 水力压裂的发展
• 1947. 7 – 美国开始第一口井的压裂施 工，用交联的煤油/汽油混合油。 • 1948 - 获得专利， 在商业应用前压裂 了 23 口井
压裂
S1
S2 S3
图1 压裂过程示意
压裂液
种类
水基压裂液、泡沫压裂液、油基压裂液、乳化压裂液 清洁压裂液，纯气体压裂液（液化）。
发展
40、50年代，矿场原油、凝胶油、粘性乳化液； 60年代瓜尔胶稠化剂的问世——现代压裂液化学的诞生； 70年代，水基压裂液迅速发展，占主导作用； 80年代泡沫压裂液技术取代了部分水基压裂液 。 目前，泡沫压裂液、液体CO2压裂液、液氮压裂液也开始应用。

效果分析
对选择的压裂液进行效果分析，包括性能评估、增产效果等 方面的评估。
油田开发方案中压裂液的配制及应用效果
配制方法
详细介绍所选择的压裂液的配制方法，包括配方、配比等方面的信息。
应用效果
介绍该压裂液在油田现场应用的效果，包括提高产量、降低伤害等方面的效 果。
05
压裂工艺的优势与不足
压裂工艺的优势
2
压裂工艺也可用于改造老油田或气田，提高采 收率。
3
压裂工艺还可应用于开发非常规能源，如煤层 气、天然气水合物等。
02
压裂工艺基本原理
压裂液的组成及作用
总结词
由多种化学剂复配而成，主要 作用为支撑裂缝、清洁裂缝以
及传递压力。
组成
由稠用
压裂液在地层中产生支撑裂缝 ，增大储层渗透率；同时清洁 裂缝，使地层中的流体流动更 加顺畅；并通过传递压力，形
压裂工艺发展历程
压裂工艺起源于20世纪40年代，经历了传统压裂、水力喷 射压裂、多段压裂、水平井压裂等多个阶段，目前正在向 无砂支撑剂和重复压裂方向发展。
中国自20世纪50年代开始应用压裂工艺，目前在该领域的 技术水平已经达到国际先进水平。
压裂工艺应用场景
1
压裂工艺广泛应用于低渗透油田或气田开发中 ，如页岩气、致密气等。
压裂液的配制及使用
总结词
根据实际需求进行配制，使用过程中需严格控制质量。
配制
根据不同的配方和比例，将化学剂和水混合搅拌均匀，制成压裂液。
使用
将配制好的压裂液通过泵送系统注入地层，在高压作用下压开地层并形成裂缝，同时通过清洁和支撑作用提高地层渗透率 。使用过程中需严格控制压裂液的质量和注入速度，以保证压裂效果和安全性。