填砂裂缝的导流能力

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。

压裂液总结压裂液是压裂施工的关键性环节之一，素有压裂“血液”之称。

它的性能除了直接影响到水力压裂施工的成功率外，还会对压后油气层改造效果产生很大的影响。

压裂液在施工时应具有良好热稳定性和流变性能，较低的摩阻压降，优秀的支撑剂输送和悬浮能力，而在施工结束后，又能够快速彻底的破胶返排，残渣低、并且进入地层的滤失液与油气配伍性好，对储层造成的潜在性伤害应最小，从而获得较理想的施工效果。

因此，在优选水力压裂所用的工作液时，应从压裂液的综合性能满足压裂工艺的要求及压裂液应当与储层配伍，对储层造成的潜在性伤害尽可能地小两方面着手，优选出高效、低伤害、适合储层特征的优质压裂液体系。

压裂是油气井增产，水井增注的有效措施之一。

特别适于低渗透油气藏的整体改造。

压裂形成具有高导流能力的填砂裂缝，能改善储集层流体向井内流动的能力，从而提高油气井产能。

然而，压裂作业中压裂液进人储集层后，总会干扰储集层原有平衡条件，压裂措施本身包含了改善储集层和伤害储集层双重作用，当前者占主导时，压裂增产，反之则造成减产。

为了获得较好增产效果，就应充分发挥其改善储集层的作用，尽量减少对储集层的伤害。

一、压裂液对油气层的损害压裂液是压裂施工的关键性环节之一，素有压裂“血液”之称。

它的性能除了直接影响到水力压裂施工的成功率外，还会对压后油气层改造效果产生很大的影响。

压裂作业中压裂液造成油气层损害的主要原因有：一是由于压裂液及其添加剂选择不当造成压裂液与油气层岩石矿物和油气层流体不配伍造成损害；二是压裂液对支撑裂缝导流能力的损害；三是压裂施工过程中的损害。

1．压裂液与油层岩石和油层流体不配伍损害1）压裂液滤液对油层的损害在压裂施工中，向储集层注人了大量压裂液，压裂液沿缝壁渗滤人储集层，滤液的侵人改变了储集层中原始含油饱和度，并产生两相流动，流动阻力加大。

毛管力的作用致使压裂后返排困难和流体流动阻力增加。

如果储集层压力不能克服升高的毛细管力，则出现严重和持久的水锁。

《采油工程方案设计》参考答案一、名词解释1. 油气层损害：入井流体与储层及其流体不配伍时造成近井地带油层渗透率下降的现象。

2．吸水指数：单位注水压差下的日注水量。

3．财务内部收益率：项目在计算期内各年净现金流量现值累计等于零时的折现率。

4．裂缝导流能力：在油层条件下，填砂裂缝渗透率与裂缝宽度的乘积。

5．蜡的初始结晶温度：随着温度的降低，原油中溶解的蜡开始析出时的温度。

6．有杆泵泵效：抽油机井的实际产量与抽油泵理论排量的比值。

7．油田动态监测：通过油水井所进行的专门测试与油藏和油、水井等的生产动态分析工作。

8．面容比：酸岩反应表面积与酸液体积之比。

9．流入动态：油井产量与井底流压之间的关系，反映了油藏向该井供油的能力。

10．单位采油（气）成本：指油气田开发投产后，年总采油（气）资金投入量与年采油（气）量的比值。

表示生产1t原油（或1m3天然气）所消耗的费用。

11．应力敏感性：在施加一定的有效压力时，岩样物性参数随应力变化而改变的性质。

12．吸水剖面：在一定注水压力下，各吸水层段的吸水量的分布。

13．水力压裂：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。

14．化学防砂：是以各种材料（如水泥浆、酚醛树脂等）为胶结剂，以轻质油为增孔剂，以硬质颗粒为支撑剂，按一定比例搅拌均匀后，挤入套管外地层中，凝固后形成具有一定强度和渗透性的人工井壁，阻止地层出砂的工艺方法。

15．财务净现值率：项目净现值与全部投资现值之比，也即单位投资现值的净现值。

16．套管射孔完井方法：钻穿油层直至设计井深，然后下油层套管过油层底部注水泥固井，最后射孔，射孔弹射穿油层套管、水泥环并穿透油层某一深度，建立起油流通道的完井方法。

第1章作业1.岩石的强度、硬度、塑性、可钻性和研磨性分别是如何定义的？岩石在各种载荷作用下达到破坏时所能承受的最大应力称为岩石的强度。

岩石的硬度是岩石抵抗其它物体表面压入或侵入的能力。

岩石在外力作用下破碎前所表现的永久变形的性质叫岩石的塑性，而不呈现永久变形的叫脆性。

2.岩石的硬度与抗压强度有何区别？硬度与抗压强度的区别：硬度只是固体表面的局部对另一物体压入或侵入时的阻力，而抗压强度则是固体抵抗整体破坏时的阻力，岩石的压入硬度实际上反映了岩石在多向应力状态下的抗压入能力。

3.岩石在平行层理和垂直层理方向上的硬度或抗压强度有何不同？岩石的这种性质叫什么？沉积岩的强度有明显的各向异性，垂直于层理的抗压强度最大，平行于层理的抗压强度最小。

层理对硬度的影响与对强度的影响相反，垂直层理方向的硬度值最小，而平行层理方向的硬度值最大。

4.岩石受围压作用时，其强度和塑脆性是怎样变化的？岩石的强度随着围压的增加而明显地增大，随着围压的增加，岩石表现出从脆性到塑性的转变，并且围压越大，岩石破坏前所呈现的塑性也越大。

5.牙轮钻头由哪几部分组成？牙轮钻头组成：钻头体、牙爪（也称巴掌）、牙轮及牙齿、轴承、水眼、储油密封补偿系统6.刮刀钻头、牙轮钻头、PDC钻头各自的破岩原理是什么？刮刀钻头主要以切削、剪切和挤压方式破碎地层。

牙轮钻头的工作原理：（1）牙轮的公转与自转（2）冲击、压碎作用：单齿、双齿交错接触井底，纵向振动。

PDC钻头工作原理：与刮刀钻头基本相同，主要靠犁削和剪切破碎岩石。

7．型号 215.9XMP3表示什么样的钻头？直径为215.9mm的镶齿滚动密封轴承喷射式三牙轮钻头，适用于中软地层。

8.钻柱由哪几部分组成？方钻杆、钻杆、钻铤、各种接头及稳定器等井下工具。

9.钻杆本体两端的加厚形式有哪些？加厚形式有：①内加厚，②外加厚，③内外加厚。

10.钻柱的轴向力是如何分布的？上部钻柱主要受轴向拉力作用，井口处受轴向拉力最大，向下逐渐减小；下部部分钻柱受轴向压力作用，井底处受轴向压力最大。

采油工程综合复习资料一．名词解释1.油井流入动态：指油井产量与井底流压的关系。

表示油藏向该井供油的能力。

2.吸水指数：单位压差下的日注水量。

3.蜡的初始结晶温度：由于温度降低油气井开始结蜡时所对应的井底温度。

4.气举采油法:利用从地面注入高压气体将井内原油举升到地面的一种人工采油方法。

5.等值扭矩：就是用一个不变化的固定扭矩代替变化的实际扭矩,两种扭矩下电动机的发热条件相同,此固定扭矩即为实际变化的扭矩的等值扭矩。

6.气液滑脱现象：在气液两相流动中，由于气液密度差，产生气体流速超过液体流速的现象。

7.扭矩因素：对扭矩的各种影响因素。

8.配注误差：配注误差等于实际注水量与设计配注量之差同设计配注量比值的百分数.9.填砂裂缝的导流能力：流体通过裂缝的流动能力。

10.气举启动压力:在气举采油过程中，压缩机所对应的最大功率。

11.采油指数:单位生产压差下的产量。

12.注水指示曲线：表示注入压力与注入量的关系曲线。

13.冲程损失：抽油杆因弹性变性而引起的变化量。

14.余隙比：泵内为充满的体积与整个泵体积之比。

15.流动效率：油井的理想生产压差与实际生产压差之比。

16.酸的有效作用距离：酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂缝的距离。

17.面容比：表面积与体积的比值。

二：填空题1．自喷井井筒气液两相管流过程中可能出现的流型有（纯油流），（泡流），（段塞流），（环流），（雾流）。

2．气举采油法根据其供液方式的不同分为（自喷）和（人工举升）两种类型。

3．表皮系数S与流动效率FE的关系判断：S>0时，FE(<)1;S=0时，FE(=)1;S<0时，FE(>)04．抽油机型号CYJ3-1.2-7HB中，“3”代表（悬点载荷30KN），“1.2”代表（最大冲程长度1.2米），“7”代表（减速箱额定扭矩7KN.M）和“B”代表（曲柄平衡）。

5．常规有杆抽油泵的组成包括（工作筒）（活塞）（阀）三部分。

6．我国研究地层分层吸水能力的方法主要有两大类，一类是（早期注水），另一类是（注水井调剖）。

采油工岗前培训试题及答案一、填空题1、油田开发要针对具有（工业价值）的油田进行开发。

2、要想对油田进行合理开发，核心问题就是要有科学合理的（开发方案）作支撑。

3、主要依靠哪种能量来驱油开发油田称为（油田开发方式）。

4、目前多数油田选择的一种主要开发方式是（人工注水开发油田）。

5、井网的分布方式（注采系统）分为（行列井网和面积井网）两大类。

6、将生产井和注水井按一定几何形状均匀地分布在整个开发区上，同时进行注水和采油的注水方式称为（面积注水）。

7、用来向油层内注水的井叫(注水井)。

8、在四点法面积注水方式中，每口生产井受（ 3 ）口注水井影响。

9、（油田开发指标）是指根据油田开发过程中的实际生产资料，统计出一系列能够评价油田开发效果的数据。

10、常规注水开发油田的开发主要指标有（原油产量、油田注水、地层压力和综合评价）四个方面指标。

11、油田的实际日原油产量称为（日产油量）。

12、单位油田面积上的井数称为（井网密度）。

13、油田开发过程中的三大矛盾是（层间矛盾、层内矛盾、平面矛盾）。

14、在地层压力指标中，用（总压差）来表示油田天然能量的消耗情况。

15、目前地层压力与井底流压的差值称为（生产压差或采油压差）。

16、油田开发方式分为依靠天然能量驱油和（人工补充能量）驱油两种。

17、开发试验属于油田开发阶段中的（准备）阶段。

18、日注水量和年注水量属于（油田注水）方面的开发指标。

19、（综合含水率）是反映油田原油含水高低（出水或水淹程度）的重要标志。

20、油井正常生产时所测得的油层中部压力称为（流动压力）。

21、自然界中岩石种类虽然很多，但据其成因可分为（岩浆岩、变质岩、沉积岩）三大类型。

22、在一定的沉积环境中形成的岩石组合称为（沉积相）。

23、由地壳运动形成的两种最常见的地质构造类型是（褶皱构造、断裂构造）。

24、石油在提炼以前称为（原油）。

25、研究油田驱动类型，确定油田开采方式，计算油田储量，选择油井工作制度等都必须有准确的（地层原油物性）分析资料作为依据。

1、油井流入动态：油井流入动态是指油井产量与井底流动压力的关系。

2、井底流动压力：井底流动压力是指油井生产时的井底压力。

3、生产压差：油层压力与井底流压之差称为生产压差。

4、采油指数：单位生产压差下的日产油量称为采油指数。

5、流动效率：油井的流动效率是指该井的理想生产压差与实际生产压差之比。

6、滑脱现象：在液气混合物向上流动过程中，气泡上升的速度大于液体速度，这种气体超越液体上升的现象称为滑脱现象。

7、滑脱损失：由于滑脱使混合物的密度增大而产生的附加压力损失称为滑脱损失。

8：气相存容比（含气率）：计算管段中气相体积与管段容积之比。

9：液相存容比（持液率）：计算管段中液相体积与管段容积之比。

10：滑脱速度：滑脱速度定义为气相流速与液相流速之差。

11：气相表观流速：气体流量与管路截面积之比12：气相流速：气体流量与气占截面积之比13：气相流速与表观流速的关系：气相流速等于气相表观流速与气相存容比之比1、节点：把原油流程的起点和终点及两个流动过程的连接点称为节点。

2、节点流入曲线：从油藏节点计算到求解节点的产量随压力的变化曲线称为节点流入曲线。

3、节点流出曲线：从分离器节点计算到求解节点的产量随压力变化的曲线称为节点流出曲线。

4、节点的解：流入流出曲线的交点就是节点的解。

5、功能节点：压力不连续即存在压差的节点称为功能节点。

1、有杆泵抽油装置的工作原理的工作原理是什么？答：用油管把深井泵泵筒下入到井内液面以下，在泵筒下部装有只能向上打开的吸入阀（固定阀）。

用抽油杆柱把柱塞下入泵筒，柱塞上装有只能向上打开的排出阀（游动阀）。

通过抽油杆柱把抽油机驴头悬点产生的上下往复直线运动传递给抽油泵向上抽油。

2、平衡条件：平衡条件是为了使抽油机平衡运转，在下冲程中需要储存的能量应该是悬点在上、下冲程中所做功之和的一半。

3、水力功率：水力功率是指在一定时间内将一定量的液体提升一定的距离所需要的功率，也称为有效功率。

4、充满系数：每冲程吸入泵内的液体体积与上冲程活塞让出体积之比称为充满系数。

采油工程名词解释1、采油指数采油指数是一个反映油层性质、厚度、流体参数、完井条件及泄油面积等与产量之间的关系的综合指标。

其数值等于单位生产压差下油井的油井产油量。

2、折算液面（深度）把一定套压下测得的液面折算成套管压力为零时的液面。

或把套压不为零时的液面（深度）折算成套压为零时的液面（深度）。

3、吸水指数表示单位注水压差下的日注水量。

4、米吸水指数地层吸水指数除以油层有效厚度，表示1米厚地层在1MPa注水压差下的日注水量。

5、酸岩复相反应速度单位时间内酸浓度的降低值，或单位时间内岩石单位反应面积的溶蚀量来表示。

6、滑脱效应在气液多相垂直管流中，由于气象密度小于液相密度，产生气相超越液相流动的现象叫滑脱效应。

由滑脱效应产生的附加压力损失叫滑脱压力损失。

7、油嘴临界流动指油气混合物通过油嘴的流动速度达到压力波在该流体介质中的传播速度。

8、滤失速度地层综合滤失系数与时间ｔ的开方的比值9、光杆功率通过光杆来提升液体和克服井下损耗所需要消耗的功率。

10、滤失百分数压裂液滤失体积除以地面单元体积液在缝中的剩余体积。

11、砾石充填将割缝衬管或是绕丝筛的管下入井内防砂层段处，用一定质量的流体携带地面选好的具有一定粒度的砾石，充填于管和油层之间，形成一定厚度的砾石层，以防止油层砂粒流入井内防砂方法。

12、酸液有效作用距离酸液由活性酸变为残酸前所流经的裂缝距离。

13、过滤速度14、泵的充满程度泵工作过程中被液体充满的程度等于进入泵内的液体体积和柱塞让出的体积之比。

15、压裂井增产倍数压裂后的采油指数与压裂前采油指数的比值。

16、酸岩反应速度单位时间内酸浓度的降低值，或单位时间内岩石单位反应面积的溶蚀量。

17、动液面、静液面静液面是关井后环形空间中液面恢复到静止（与地层压力相平衡）时的液面。

可以用从井口算起的深度，也可以用从油层中部算起的液面高度来表示其位置。

动液面是油井生产时，油套环形空间的液面。

可以用从井口算起的深度，亦可用从油层中部算起的高度来表示其位置。

采油工程复习题一、填空题1．完井方式是指油层与井底的连通方式、井底结构及完井工艺。

2．替喷法是用密度较轻的液体将井内密度较大的液体替出。

3．抽汲不但有降低诱喷的作用，还有解除油层某种堵塞的作用。

4．采油树的作用是控制和调节油井的生产等。

5．完井是指裸眼钻达设计井深后，使井底和油层以一定结构连通起来的工艺。

6．气举排液有常规气举排液、混水气举排液连续油管气举排液和泡沫排液法等几种。

7．自喷井井口装置按连接形式有螺纹式、法兰式和卡箍式三种。

8．油嘴的作用是控制和调节油井的产量。

9．油层的三种差异是层间差异、平面差异和层内差异。

10．自喷井从油层到地面的四个基本流动过程是地层渗流、井筒多项流、嘴流和地面管线流。

11．泡流的特点是，油是连续相，气是非连续相，气泡的流速大于油的流速。

12．气举采油的原理是，依靠从地面注入的高压气体与油层产出的流体在井筒中混合，利用气体的膨胀使井筒中的混合液密度降低，从而将井筒内的流体举出。

13．为了使油井稳产高产，必须对油层的三种差异进行调整，通过实践证明，有效的方法是油井分层开采，水井分层注水。

14．雾流的特点是，气体是连续相，液体是非连续相，气泡的流速大于油的流速。

15．气举的主要能量是依靠外来高压气体的能量，而自喷井主要依靠油层本身的能量。

16．游梁式抽油机主要有动力设备、减速机构、换向机构和辅助装置四大部分组成。

17.CYJ12-3.3-70B抽油机的悬点最大允许载荷是120KN，光杆最大冲程长度是3.3m。

18．深井泵在上冲程时，固定阀打开，游动阀关闭。

19．悬绳器是连接光杆与绳辫子的工具。

20．抽油机悬点静载荷主要包括杆柱载荷和液柱载荷。

21．CYJ10-3-37抽油机的曲柄轴最大允许扭矩是37KN•m，光杆最大冲程长度是3m。

22．深井柱塞泵在下冲程中，游动阀打开，固定阀关闭。

23。

抽油机悬点动载荷主要包括惯性载荷、摩擦载荷及振动载荷。

24．提高泵效的措施有地层方面的措施、井筒方面的措施及设备和管理方面的措施。

石油与天然气工程学院焦国盈《采油工程概论》第七章压裂工艺1CH7 压裂工艺

重点难点：三对主应力之间的关系井眼引起的井壁上应力集中石油与天然气工程学院焦国盈

《采油工程概论》第七章压裂工艺

2压裂工艺分类水力压裂爆炸压裂高能气体压裂石油与天然气工程学院焦国盈

《采油工程概论》第七章压裂工艺

3石油与天然气工程学院焦国盈《采油工程概论》第七章压裂工艺

4§1 压裂原理

水力压裂演示石油与天然气工程学院焦国盈《采油工程概论》第七章压裂工艺

5一、压裂增产原理

水力压裂：利用液体传导压力的作用，由地面高压泵组，将具有一定粘度的液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，使之在井底附近憋起高压。当此压力超过井壁附近的地应力及岩石的抗张强度后，地层就会破裂产生裂缝，或使原有的微小裂缝扩张，形成较大的裂缝。石油与天然气工程学院焦国盈

《采油工程概论》第七章压裂工艺

6随后泵入的携砂液将支撑剂带入裂缝，支撑剂分布在裂缝中。停泵后，支撑剂阻止裂缝闭合，形成了支撑裂缝。形成的支撑裂缝具有很高的导流能力。可大幅度降低油气向井流动时的流动阻力。石油与天然气工程学院焦国盈

《采油工程概论》第七章压裂工艺

7增产原理：改变流态，改善流动条件，减小流动阻力。

图7-1 裂缝形成过程示意图a—形成井底高压b—产生裂缝c—注入支撑剂d—压裂前为径向流e—压裂后为单向流石油与天然气工程学院焦国盈

《采油工程概论》第七章压裂工艺8压裂的作用：改善低渗透率地层（由径向流变为单向流，减小了油流阻力）；调整各层之间的矛盾（使中低渗透层充分发挥作用）；解除井底附近地层的堵塞（沟通地层的高渗透带）。石油与天然气工程学院焦国盈

《采油工程概论》第七章压裂工艺

9二、地层岩石的应力分布状况

（一）原地应力

=+

x

z

y

y

x

z

+石油与天然气工程学院焦国盈

《采油工程概论》第七章压裂工艺

101 垂向应力来源：上覆岩层的重力。

计算：gHgdzHz6031010有效应力：