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6 水力压裂.ppt

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水力压裂力学水力压裂材料性能与评价水力压裂裂缝延伸模拟支撑剂在裂缝中运移分布水力压裂效果分析水力压裂工艺技术水力压裂诊断评估技术,水力压裂概念,水力压裂作用,(2) 开发阶段 油气井增产 水井增注 调整层间矛盾改善吸水剖面 提高采收率,(1) 勘探阶段 增加工业可采储量,图6-1 压裂施工曲线PF—破裂压力 PE —延伸压力PS —地层压力 P井底= PF时,第一节 水力压裂造缝机理,一、地应力分析 1 地应力场,应力状态: 主应力: x , y, z ;应变: x, y, z,(1) 重力应力,—孔隙弹性常数,由广义虎克定律计算总应变,注意: 的物理意义,由于泊松效应,垂向负荷产生的侧向压力,(2) 构造应力,定义与来源 特点—构造应力属于水平的平面应力状态—挤压构造力引起挤压构造应力—张性构造力引起拉张构造应力—构造运动的边界影响使其在传播过程中逐渐衰减。 在断层和裂缝发育区是应力释放区。— 正断层,水平应力x可能只有垂向应力z的1/3,— 逆断层或褶皱带的水平应力可大到 z的3倍。,(3) 热应力,产生原因 特点 计算方法,2 人工裂缝方位,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,把微裂缝串成显裂缝。,裂缝方向总是垂直于最小主应力,y,二、 水力压裂造缝机理 1 井壁最终应力分布,(1)井筒处应力分布,,当r =rw,=0及180时,= 3y- x 当r =rw,=90及270时,= 3x- y,当 x = y= 2y=2 x说明周向应力相等,与无关 当 x y()0,180= ()min()90,270= ()max 分析 随r增加, 迅速降低(平方次) 应力集中PF PE,(2)向井筒注液产生的应力分布,当 re, Pe =0 于是 r= rw时,= - Pi,弹性力学拉梅公式(拉应力为负),(3) 压裂液渗入地层引起的井壁应力,,,(4) 井壁上的总周向应力(应力迭加原理) =地应力+井筒内压+渗滤引起的周向应力,根据最小主应力原理—当z最小时,形成水平裂缝;— 当Y或x最小时,形成垂直裂缝。,2 水力压裂造缝条件,(1) 形成垂直缝岩石破坏条件,-压为正,拉为负 -最大有效周向应力大于水平方向抗拉强度,有液体渗滤,当破裂时,Pi=PF,无液体渗滤,当破裂时,Pi=PF,(2) 形成水平缝,岩石破坏条件,-最大有效周向应力大于垂直方向抗拉强度,有液体渗滤,有效总垂向应力为:,当破裂时,Pi=PF,,1.94,无液体渗滤,有效总垂向应力为:,当破裂时,Pi=PF,,0.94,例6-1 已知某砂岩油藏深度地层岩石密度ρr=2300kg/m3,泊松比ν=0.20,地层流体密度ρL= 1050 kg/m3,孔隙弹性常数=0.72。并假设水平方向地应力均匀分布,抗张强度为σth,=3.5MPa, 忽略沉积岩的垂向抗张强度。试计算无滤失条件下形成垂直裂缝和水平裂缝的深度界限HC。,3 破裂压力梯度,定义,理论计算,矿场统计,当αF 0.022~0.025 MPa/m, 形成水平裂缝,三、 地应力的测量及计算,(1) 矿场测量— 水力压裂法— 井眼椭圆法,(2)实验室分析—滞弹性应变恢复 (ASR)—微差应变分析 (DSCA),(3) 有限元计算,第二节 压裂液,压裂液及其性能要求 压裂液添加剂 压裂液的流动性 压裂液的滤失性 压裂液对储层的伤害 压裂液选择,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。,一、 压裂液类型,水基压裂液 油基压裂液 乳化压裂液 泡沫压裂液 酸基压裂液,1 水基压裂液,发展 活性水压裂液稠化水压裂液水基冻胶压裂液 水基冻胶压裂液组成 水+稠化剂(成胶剂) +添加剂 成胶液 水+添加剂+交联剂 交联液 水基压裂液添加剂,(1) 稠化剂, 植物胶及衍生物— 胍胶— 田箐  纤维素衍生物— 羧甲基纤维素钠盐(CMC)— 羟乙基纤维素(HEC)— 羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC)  生物聚多糖  工业合成聚合物— 聚丙烯酰胺(PAM)— 部分水解聚丙酰胺(PHPAM)— 甲叉基聚丙烯酰胺(MPAM),(2) 交联剂,两性金属(非金属)含氧酸盐—硼酸盐、铝酸盐、锑酸盐和钛酸盐等 弱酸强碱盐 无机盐类两性金属盐—如硫酸铝、氯化铬、硫酸铜、氯化
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