水力压裂技术

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<压裂基础知识>

一、什么是压裂？

压裂就是利用水力作用在油气层中形成人工裂缝，提高油气层中流体流动能力的一种储层改造技术。油层中的裂隙，可以增加油气渗流通道，大幅提高产量

二、压裂的原理

利用地面高压泵组，通过井筒向地层注入大排量、高粘液体，在井底憋起高压，当该压力超过地层承受能力时，便会在井底附近的地层形成裂缝。继续注入携带支撑剂的液体，裂缝逐渐向前延伸，支撑剂起到支撑裂缝作用，形成了具有一定尺寸的高导流能力的填砂裂缝，使油气轻松地通过裂缝流入井中，达到增产增注效果。含支撑剂压裂基本流程

三、压裂液与支撑剂

1.压裂液压裂液是压裂施工的工作液，是一种具有一定黏度的流体，起到传递能量、形成和延伸裂缝、携带支撑剂的作用。压裂液

常用的压裂液有：水基、油基、乳化、泡沫、酸基等类型。其中，应用最广泛的为水基压裂液。水基压裂液：由水与天然或合成的聚合物配制而成

压裂液包括前置液、携砂液和顶替液三种。

前置液：用于造缝，在温度较高的地层里，还起到降温作用；

携砂液：携带支撑剂进入裂缝，将支撑剂填在裂缝内预定位置；

顶替液：用来顶替井筒内的携砂液，将携砂液送到预定位置，预防砂卡。

2.支撑剂支撑剂是指能够进入被压开的裂缝并使其不再重新闭合的固体材料。支撑剂要求：强度大、颗粒均匀、圆度好、杂质少、来源广、成本低

常用的支撑剂有：石英砂、核桃壳、人造陶粒、人造塑料球、人造玻璃球等；其中石英砂和人造陶粒应用最广泛。美国的Ottawa砂、北部白砂，均为天然风化石英砂，强度较低，无法满足深井压裂的要求人造陶粒支撑剂，含氧化铝、硅酸盐和铁-钛氧化物等成分，强度大，密度较高，可承压60Mpa~103Mpa

<压裂增产原理>

压裂增产的基本原理主要分为以下三点：

一、改变流体形态

压裂后形成的裂缝由井底延伸至地层深处。油气由径向流转变为双线性流，更容易流入井筒。与压裂前的径向流动相比，线性流大大降低了流动阻力

二、沟通油气储集区

由于地层的非均质性，油气聚集带并不一定与井底相连通。通过压裂形成的人造裂缝可以将这些孤立聚集带同井底连通起来，增加新的供油区。沟通油气储集区是压裂增产的重要原因。裂缝沟通储层，可实现天然裂缝与人工裂缝的沟通

三、克服井底附近地层的污染

井底附近裂缝的渗透率是油气生产的关键。压裂后的裂缝可以解决井底污染所造成的低产后果。为此目的所进行的压裂可以是小规模的，只要穿过堵塞区的深度即可

<常用压裂工艺技术>

压裂工艺技术是影响压裂增产效果的重要因素，需要根据不同油气层的地质条件、井深状况等因素选择与之相适应的压裂工艺技术，以便能够顺利执行压裂并取得较好的增产效果。目前常用的压裂工艺技术有：

一、限流法压裂

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提高井底压力，并迫使压裂液分流，使破裂压力接近的地层相继被压开，达到一次加砂能够同时处理多层的目的。压裂液分流过程

二、分段压裂技术

分段压裂是在完井套管串上封隔器和压裂滑套，将油气储层分成若干段，用同一套泵车依次单段压裂。从而达到最大化储层渗流能力、提高导流性和生产力。分段压裂技术是一种有效性强，针对性突出、可控性好的精细储层改造技术体系。多级滑套封隔器分段压裂

三、水力喷射压裂技术

水力喷射压裂技术是利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。水力喷射原理图

长庆油田结合长庆油田储层低渗、天然微裂缝较发育的特征，首创了“多簇射孔、环空加砂、长效封隔”的水力喷射环空压裂工艺，解决了长庆油田水平井压裂改造中传统水力喷射压裂工艺喷嘴寿命短、加砂量少、靠单一裂缝很难取得预期改造效果等问题。长庆地区储层致密，常规生产产量极低，水力压裂技术使长庆油田年产量逐年增加

四、选择性压裂技术

利用油层内不同部位或各油层间吸液能力不同的特点，通过投入暂堵剂封堵已有裂隙，以便压裂液分流，从而在其它部位或层内压开新裂缝，达到选择性压裂的目的。暂堵剂是油溶性的，在一定温度条件下，可变软溶于原油中，压后开井即可解堵常用的暂堵剂有石蜡、高压聚乙稀、松香和重晶石粉

<压裂作业流程>

我们先一睹压裂作业的壮观景象吧！页岩气压裂作业现场施工现场蓄水池压裂作业分为压前准备、压前作业、压裂施工、压后作业四个阶段。

一、压裂前准备阶段

1.配置压裂设备及辅助设施压裂作业用车

2.准备压裂所用材料（配备性能符合要求的压裂液、支撑剂、各种添加剂）压裂液罐支撑剂添加剂

3.按照压裂设计方案组配管柱滑套封隔器分段压裂管柱

4.准备地面压裂流程，试压（弯头、三通、油壬、管线及配套工具符合设计要求）地面管线试压

二、压前作业

1.对已投产生产井进行压裂作业时，要首先进行冲砂和起原管柱

2.压井替喷（井内有污染物的井压裂前要进行替喷）

3.压裂层段预处理（清孔或排液，注意回收、不污染环境）

4.下压裂管柱

文章来源：洛克斯石油论坛 洛克斯石油网：http://www.oil126.com/

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三、压裂施工
1.循环：逐台启动压裂车，用清水循环地面管线，清洗管线，关井口。2.试压：地面压裂流程、井口阀门以上设备进行承高压性能试验。试验压力为预测泵压1.2-1.5倍，稳压5分钟。各承压部件不刺不漏，压力不下降为合格。地面管线
3.坐封封隔器坐封封隔器
4.验封（试挤）：打开井口阀门，关闭循环放空闸门，逐台启动压裂车，按压裂施工设计规定的试挤排量，将压裂液试挤入油层，压力由低到高至稳定为止。目的是检查井下管柱及井下工具情况，检查欲压裂层的吸水能力
5.压裂：试挤正常后，启动压裂车，以高压大排量向井内持续挤入前置液，造缝延伸。注意：当泵工作压力达到管柱最高承压能力还不能压开欲压裂层位时，应停泵卸压
6.加砂：油层裂缝已形成，泵压及排量稳定后便可加砂。注意加砂要均匀，中途不能停泵，操作要平稳。通过旋转搅拌，将砂子与压裂液混合携砂液携带支撑剂进入裂缝，使刚形成的裂缝继续向地层深处延伸
7.顶替：完成加砂后，打开混砂车的替挤旁通流程，向井内注入顶替液（注意欠顶替和过顶替）。四、压后作业
1.关井扩散压力：压裂施工结束后，关闭井口所有出口闸门，等待压裂液破胶、滤失及裂缝闭合，防止支撑剂随高粘度压裂液返出裂缝。关井时间不小于压裂液破胶时间，压裂液破胶后用小喷嘴放喷，促进裂缝闭合
2.活动管柱：活动管柱时，上提速度控制在0.5米/分以内，活动行程不能小于5米，达到提放自如，拉力计显示管柱重量完全正常。
3.按压裂设计要求起压裂管柱，完井，投产。<压裂的前世今生>
压裂技术因美国的页岩气革命而闻名遐迩，但其实早在1947年，美国Stanolind石油天然气公司在美国堪萨斯州西南部的Hugoton油田进行了首次水力压裂实验。世界首次压裂施工现场
1949年3月17日，哈里伯顿在美国俄克拉荷马州的维尔玛和德克萨斯的阿彻县两地进行了第一次商业性的压裂施工。世界首例商业性的压裂施工现场
此后，全球的勘探与生产公司开始广泛采用该技术以提高或延长油井产能。目前，全球范围内的压裂施工作业量将近有250万次
中国从五十年代开始研究水力压裂技术，1952年开始在延长油矿开始试验。延长石油压裂试验
1973年大庆油田开始采用水力压裂作为油田增产增注的一项重要技术措施，至今已有30年的历史。大庆油田水力压裂
随着国内页岩气开发的兴起，中石油、中石化、中海油在各自油田区块也开展了大量的水力压裂作业。三桶油水力压裂作业
<压裂技术展望>
虽然水力压裂技术是油气资源稳定增产的一个重要的技术保证，在全球范围内被广泛使用。然而，“Everycoinhastwosides”，水力压裂也是如此。一、水力压裂带来的问题
水力压裂法最遭人诟病的非污染环境莫属了。水力压裂法污染地下水，影响人类的生存和发展，例如自来水自燃。此外，水力压裂活动破坏地下岩层还有可能导致小型微地震。△可以燃烧的水
针对传统水力压裂会污染地下水的问题，科学家们正在研发各种无水压裂液体系，譬如液氮、泡沫以及超临界二氧化碳等。