水力压裂工艺过程仿真

相继被压开，达到一次加砂能够同时处理几个
层的目的。如果地面能够提供足够大的注入排
量,就能一次加砂同时处理更多目的层。
限流压裂工艺
限流压裂工艺
（2）适用地质条件 主要适用于纵向及平面上含水分布情况 都较复杂，且渗透率比较低的多层薄油层的 完井改造。 （3）布孔方案编制的原则 在限流法完井压裂设计中，制定合理的 射孔方案是决定工艺效果的核心，根据限流 法工艺特点，结合油层和井网的实际情况确 定射孔方案。
普通压裂工艺
（2）管柱结构
封隔器 滑套喷砂器
由投球器、井
口 球阀 、 工 作 筒 和
油层
滑套喷砂器
油层
堵 塞器 、 水力压 差
式 压裂 封 隔 器 、 滑 套喷砂器组成。
滑套喷砂器
油层
丝堵
普通压裂工艺
（3） 适用地质条件 地质剖面具有一定厚度的泥岩隔层 ，封隔器可以卡得开,高压下不发生层间 窜通。井下技术状况良好，套管无变形 、破裂和穿孔，固井质量好。
二、水力压裂的主要设备及材料 1.施工设备 2.施工管柱
3.下井原材料
二、水力压裂的主要设备及材料 压裂施工时液体的流动过程
压裂液储罐 混砂装置 支撑剂储罐 井口 地面管线 管汇 加压泵
井下管线
喷砂器
油套环空
射孔炮眼
地层
1.施工设备
施工设备由压裂车组和地面 设备两部分组成。 （1）压裂车组：包括压裂泵车、 混砂车、罐车（液罐车、砂罐车、 添加剂罐车）、仪表车、水泥车。
（2）地面设备：包括压裂管汇、 蜡球管汇、压裂井口装置；
压裂车组
混砂车 压裂泵车 仪表车 管汇车 运砂车
混砂车
混 砂 车 的 作 用 一是把支撑剂与压裂液充分混合,
二是为泵车提供充足的液体。
最大排量15.9 m3/min,最大输 送砂量8165 Kg /min,8个泵车 接口。
外围深井压裂管柱：
工具参数：
Y344-114
名称 长度(mm)
封隔器 1161
导压 喷砂器
喷咀 300
660 112 25
最大外径(φmm) 最小通径(φmm)
114 54
95 25
使用条件：
工作 压力 MP a 55 工作 温度 ℃ 90 喷砂器 过砂量 m3 最高 砂比 % 适用 套管 内径 mm 124
三、水力压裂工艺 1.概述 2.压裂机理 3.工艺介绍
1.概述
压裂工艺是针对井层条件，为达 到改造目的而采取的合理施工方法。 根据不同施工井的改造要求，先后研 究开发了普压、多裂缝、选压、限流 法等十三项压裂工艺。
1.概述
施工评价 一是工艺评价
工艺评价是为了评估压裂施 工成功与否、检验实际施工 与设计的符合程度和工艺的 适应性,积累经验，指导下 步施工。
限流压裂工艺
19.5MPa
夹层 17.5MPa 夹层 18.5MPa 夹层 18.5MPa （过程二） 19.5MPa 夹层 17.5MPa 夹层 18.5MPa （过程四） 夹层 17.5MPa
19.5MPa
（过程一）
19.5MPa
夹层
17.5MPa 夹层 18.5MPa （过程三）
压裂车组
目前压裂机组控制方式 液罐 液罐
运 砂 车
压 裂 车
混砂车
压 裂 车 压 裂 车
仪 器
车 井
口
高压管汇
2.施工管柱
施工管柱由油管和下井工具(封隔器、喷砂器)组成， 其作用：一是为传送施工压力提供通道；二是实现分 层。目前应用的施工管柱有普通滑套式分层压裂管柱、 高砂比管柱、55MPa压裂管柱、外围压裂管柱。
混砂车
混砂车的组成
DDC60柴油机 “BENZ”3331 6X4 仪表及控制系统 螺旋输砂器
管汇系统
液气控制系统
压裂泵车
压 裂 泵 车 的 作 用
一是泵送液体
二是使液体升压
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目前使用的2000型压裂车最高施工压 力105MPa,最大单车排量2.33m3/min。在 1900r/min转速、45.9 MPa条件下，单车排 量可达1.87m3/min。完成一般油层压裂需 要3台泵车，进行外围探井压裂时，根据需 要确定泵车数量。
一、水力压裂的基本原理
二、水力压裂的主要设备及材料 三、水力压裂工艺
压裂是目前提高油井采收率的有效措施之一， 广泛用于油、气井增产和注水井增注。压裂已成 为改造低渗透油气藏和开发深部油气藏的主要手 段。压裂过程是利用高压流体(压裂液等)在井底 生产层造成裂缝或扩展原始裂纹，再用支撑剂(砂 子或其它固体颗粒)充填，以形成高渗透率区域。 经过压裂处理后的油井，可得到导流能力强、裂 缝长的油、气流通道，最后达到增产油、气的效 果。实践证明，进行压裂后，油、气井的产量可 增加几倍至几十倍。
一、水力压裂的基本原理
压裂液
携砂液
支撑裂缝 动态裂缝
一、水力压裂的基本原理
油层经水力压裂后，在油层中形成了一条或几 条渗透率比原来高得多的裂缝通道，大部分原油通 过裂缝侧壁进入裂缝内，再很快流向井筒。由于裂 缝的阻力小，大大减少了原油流动时的能量损耗， 使到达井筒的原油得以保持较高的能量。这就是油 井通过水力压裂后，油井产量增加的简单原理。一 般来说，水力压裂只对油层渗透率较低的油井，或 由于钻井、修井及完井过程中泥浆等污物浸入井筒 附近岩层的孔隙造成局部堵塞，使渗透率降低的油 井，才有增产的效果。
显示和分 析单元
管汇车 管汇车
管汇车是配合压裂机组作业的 一种辅助设备。整机分为底盘车、 高压管汇、低压管汇、备用高压管 汇、随车吊五个部分。该车车台本 身不配动力系统，随车液压吊的液 压油泵的动力是通过取力机构从底 盘车取力的。
运砂车 运砂车
运砂量：20000kg(或 12m3)，砂斗采用液压 缸升降，可手动或自动。
60
65
3.下井原材料
包括压裂液和支撑剂两部分。 压裂液的主要作用一是造缝,二是携砂。 支撑剂的作用是支撑裂缝,增加裂缝的导流能 力。目前常用的支撑剂有石英砂和陶粒。
3.下井原材料
压裂液
支撑剂
支撑裂缝 动态裂缝
3.下井原材料
（1）压裂液的选择（应考虑的五个技术因素 ）
即粘度、液体摩阻损失、滤失、返排及其与储 层岩石和流体的配伍性，另需考虑的两个因素是 费用和来源。
压裂泵车
压裂泵车的组成部分
DDC12V4000柴油机
ALLISON传动箱 “BENZ”41408X4
液气控制系统
仪表及控制系统
3ZB105-1491泵
仪表车
仪 表 车 的 作 用
一是控制泵车和混砂车的运行参数， 二是适时记录及监测分析施工参数。
仪表车
仪表车的组成
1、8个压裂车控制单元 2、混砂车数据采集单元 3、计算机显示和分析单元 4、系统供电系统及空调 压裂车和混砂车 控制单元
田菁胶主要用 于老区基础井 网压裂井。
胍胶和改性胍胶主要应用于 老区二三次加密井和外围低 渗透压裂井。
3.下井原材料
1) 根据油层性质和埋藏深度经室内试验确定能满足压 裂增产效果的石英砂粒径及浓度。 一般在低闭合压力下浅层可选用大颗粒支撑剂；在高 闭合压力下，选用粒径较小的支撑剂；裂缝面积上高 浓度的支撑剂比低浓度的支撑剂有较高的导流能力。 2) 根据实际需求量选货源广又符合要求的砂产地，做 到既经济，又来源充足。 3) 选择合适的加砂方式，不同加砂方式要选择不同的 支撑剂。
3.下井原材料
目前常用的压裂液有田菁胶和胍胶：
压裂 液 田箐 胍胶 配比 % 0.5 0.38 粘度 mpa.s ≥33 ≥33 交联剪切 粘度 mpa.s ≥100 ≥100 残渣 mg/L ≤1450 ≤400 适用温度 ℃ 30～60 30～90 破胶 性能(24h) mpa.s ＜3 ＜3
理想形态水平裂 缝示意图
多油层条件下，压 裂形成多条水平缝。
2.压裂机理
2.压裂机理
理想形态垂直缝示意图
隔层 油层
隔层
第四节 压裂机理 2.压裂机理
2.压裂机理
（2）水力压裂增产机理
降低渗流阻力，增加渗流面积 是水力压裂增产的基本原理。
3.工艺介绍 普通压裂工艺
限流压裂工艺
多裂缝压裂工艺 选择性压裂工艺
济效益显 著。
（6）应用效果：73年投入工业化生产以来，共 施工21840口井，平均单井日增油13.0t，当年 累计增油3056.51×104t。
限流压裂工艺
（1）原理 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，大幅度提高井底压力
，并迫使压裂液分流，使破裂压力接近的地层
2.施工管柱
普通滑套式管柱
名称 长度
工具参数
封隔器
K344-114
喷 甲 640
喷 乙 640
喷 丙 640
905
最大外径
通径
114
58
114
41
114
37
114
53
使用条件
管柱工作 压力MPa 管柱工 作温度 喷砂器 过砂量 m3 最高 砂比 % 适用套 管内径 mm
40
50
14
45
124
2.施工管柱
一、水力压裂的基本原理
油井压裂后增产幅度的大小，与压裂形成的 裂缝长度(深度)、宽度(高度)及裂缝的渗透率等有 关。裂缝长度及宽度大，渗透率高，油井的增产幅 度就大，反之油井的增产幅度就小。为了获得较长、 较宽的裂缝及较高的渗透率，向井筒内注入足够压 力和排量且含砂量较多的液体，则是首要的条件， 这样就对压裂设备提出了很高的要求。
一、水力压裂的基本原理
一般来说，在原始状态下，油层的结构和性质，除受 到沉积特点的影响外，都是致密的。因而原油从油层向井 筒内渗流时，也是比较缓慢的。当油层没有形成裂缝或裂 缝很小时，原油穿过致密的岩层，顺着孔隙或微小裂缝向 井筒内渗流。原油从远处流向井筒时，流通面积较大，而 流到井筒附近时，流通面积却很小由于面积缩小，原油流 动所遇到的阻力增大，以致流动时的能量大部分消耗在克 服岩层阻力上，到达井筒后所剩的能量很少，大大降低了 自喷能力，甚至不能自喷，使油井产量上不去，影响油田 的生产能力。（压裂原理将用三维动画配合讲述）
普通压裂工艺
（5）工艺优点
①可实现不 压井、不放 喷作业，防 止油层污染 所造成的堵 塞有利于提 高压裂增产 效果； ②可不动管柱一 次连续压多层， 从而大幅度减少 作业量，提高施 工效率，降低压 裂施工成本； ③可与其它 压裂工艺配 套，能适应 不同含水期 改造挖潜需 要； ④工艺简 单，成功
率高，经
平衡限流压裂工艺
定位平衡压裂工艺
3.工艺介绍
小井眼压裂工艺 脱砂压裂工艺 高能气体复合压裂工艺 热化学压裂工艺 斜直井分层压裂工艺
水平井多段压裂工艺
CO2泡沫压裂工艺
普通压裂工艺
普通压裂工艺
（1）原理 利用不压井、不放喷井口装置,将压裂管 柱及其配套工具下入井内预定位置，实现不压 井、不放喷作业。当压完第一层（最下一层） 后，通过投球器和井口球阀分别投入不同直径 的钢球，逐次将滑套憋到喷砂器内堵死水眼， 然后依次再进行压裂。当最后一层替挤完后， 立即活动管柱，并投入堵塞器，从而实现不压 井、不放喷起出油管。
二是经济评价
经济评价是为了评价压裂 效益，既投入与产出的关 系，判断经济合理性。
2.压裂机理
（1）地应力对裂缝形态和裂缝方位的影响
人工裂缝的形态取决于油藏地应力的大 小和方向。裂缝类型与地层中的垂向应力和 水平应力的相对大小有关。一般认为，人工 裂缝垂直于地层最小主应力，平行于地层最 大主应力。
2.压裂机理
一、水力压裂的基本原理
为了减少原油流动阻力，使其加速流向井筒， 增加油井产油量，通常在地面采用高压大排量泵， 利用液体传压原理，将具有一定粘度的液体，以大 于油层所能吸收的能力注入油层。当压力增高到大 于油层破裂所需要的压力时，油层就会被压开，形 成一条或数条水平的或垂直的裂缝，原有裂缝亦被 扩大。
普通压裂工艺
（4）施工程序 压前：测分层产液量、含水率；投堵；全井 酸化（视井况而定）；下入压裂管柱。 压裂：地面循环，冲管线；地面高压管线试压； 试挤；压裂；加砂；替挤；根据情况决定是否 返洗井，或活动管柱，或上提管柱，或投球压 二层、三层。
压后：压裂完后投堵，探砂面，起出压裂管柱 ；下完井管柱。
一、水力压裂的基本原理
随着液体的不断注入，裂缝会不断地延伸与扩 展，直到液体的注入速度与油层所能吸收的速度相 等，裂缝的延伸与扩展才会停止。此时，如果地面 高压泵停止泵入液体，由于外来压力消失，油层裂 缝又会重新闭合。为了维持裂缝始终处于张开状态， 一般在压裂液中掺人较大直径的支撑剂，如石英砂、 核桃壳等，使之沉淀在裂缝中，支撑已形成的裂缝。 这种作业过程称做水力压裂。