1、第七采油厂产建项目组压裂施工质量控制压裂施工质量控制川庆钻探工程有限公司工程技术研究院2009年 6月第七采油厂产建项目组一、压裂机理概述二、压裂设备及管柱三、压裂液与支撑剂四、压裂施工设计内容五、压前准备六、压裂施工过程控制七、压后管理要点八、常见压裂工艺及质量控制要点第七采油厂产建项目组一、压裂机理概述1、地应力对压裂裂缝形态的影响 z x,y，垂直缝 x,y z 水平缝第七采油厂产建项目组2、地层岩石破裂机理当外力 Pmin+T时，地层岩石产生破裂。 min 岩石最小主应力大小， MPaT 岩石扩张强度， MPa对垂直缝而言，由于储层纵向砂、泥 岩同向地应力大小存在一定差异，当纯泥岩层达
2、到一定厚度时，压裂裂缝被限定在砂岩层内延伸。砂泥一、压裂机理概述第七采油厂产建项目组185井综合柱状地应力剖面第七采油厂产建项目组水平缝中流体流动示意图不同流体启动压力梯度对比图垂直缝中流体流动示意图3、压裂增产机理研究表明，储层渗透率越低，储层流体流动范围越小，流体需要更高的流动压差才能参与流动。压裂裂缝的存在可以使更大范围的储层流体参与流动。一、压裂机理概述第七采油厂产建项目组在地层中形成 一定长度的高导流能力人工裂缝是提高特低渗透油田单井产量的关键。需要的的材料及设备1、高压泵车：压裂车2、高粘液体：压裂液3、支撑剂4、混砂车等其它配套一、压裂机理概述第七采油厂产建项目组水力压裂是利用地
3、面高压泵组，将压裂液在超过储层吸收能力的排量下泵入井中，在井底憋起高压；当井底附近憋起的高压超过井壁附近的地应力及岩石的抗张强度时，将使井底附近地层岩石产生破裂而形成裂缝，再将带有支撑剂的携砂液继续挤入裂缝中，确保压裂裂缝继续延伸并将支撑剂充填在压裂裂缝内，压裂结束后，压裂裂缝由于支撑剂充填于其中内而无法完全闭合，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，达到油井增产目的。水力压裂原理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一、压裂机理概述第七采油厂产建项目组造缝条件及裂缝的形态、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
4、 及 注入方式 有密切关系。图 6-1 压裂过程井底压力变化曲线a 致密岩石 b 微缝高渗岩石破裂压力延伸压力地层压力一、压裂机理概述第七采油厂产建项目组二、压裂设备及管柱由于压裂施工全过程中压裂车、地面管线、井口和井内管柱一直承受高压，出于安全考虑，所采用压裂施工设备、地面管线、井口和井内管柱必须达到一定的技术指标方可上井施工。（一）压裂设备及主要功能压裂车是压裂的主要动力设备，它的作用是给压裂液加压，并大排量的注向地层，压开地层，并将支撑剂注入裂缝。主要由运载汽车、驱泵动力、传动装置、压裂泵四部分组成。1、压裂车、压裂车第七采油厂产建项目组传动 器 挡 位 1 2 3 4 5 6 7 8总
5、传动 比 23.82 17.11 13.98 11.24 10.03 8.07 6.35 4.94发动 机 额 定 转 速， r/min 1800 1900 1900 1900 1900 1900 1900 超速 挡不使用泵 冲数， min-1 79.8 111.0 135.9 169.0 188.5 235.4 299.1排量系数 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95泵 排量， m3/min 0.375 0.521 0.638 0.793 0.835 1.105 1.403最大工作 压 力， MPa 103.4 103.4 103.4 84.4 75.6 60
6、.6 47.7输 出水功率， kW 648 901 1101 1119 1119 1119 1119YLC-1050型压裂车作业参数表传动 器 挡 位 3 4 5 6总传动 比 15.38 11.85 9.05 6.61发动 机 额 定 转 速， r/min 1800 1800 1800 1800泵 冲数， min-1 117 152 199 272排量系数 0.95 0.95 0.95 0.95泵 排量， m3/min 0.299 0.389 0.509 0.695最大工作 压 力， MPa 103 84.8 64.8 47.5输 出水功率， kW 515 552 552 552W-1500
7、型压裂车作业参数表二、压裂设备及管柱第七采油厂产建项目组u 压裂施工过程中，压裂车一般不允许在 高挡位运行 ，以免机械故障，影响压裂施工正常进行。u 每次压裂施工结束后应检查泵腔和密封圈，确保压裂泵无刺漏现象。u 定期检查压裂车显示仪表、高低压阀门及控制系统，确保运转正常。压裂车运行及保养注意事项：二、压裂设备及管柱第七采油厂产建项目组2、混砂车、混砂车混砂车是在混砂池将支撑剂、压裂液及各种添加剂按一定比例混合起来，并将混好的携砂液供给压裂车，压入井内。目前混砂车有 双筒机械混砂车 、风吸式混砂车和仿美新型混砂车。混砂车主要由供液、输砂、传动三个系统组成。混砂车运行及保养注意事项：u 定期检查
8、 混砂车输砂器、液添比例泵 等关键部位，确保运转正常。确保压裂施工过程中输砂比例、交联剂液比例按方案设计执行，禁止用水泥车给混砂车供交联剂液。u 定期检查混砂车显示仪表、进出口阀门及控制系统，确保运转正常。u 压裂施工中，混砂车上水困难时应开启专用离心泵给混砂车供液。二、压裂设备及管柱第七采油厂产建项目组3、仪表车、仪表车仪表车是压裂施工时显示和记录压裂过程各种参数，控制其它压裂设备的中枢系统，又称作压裂指挥车。（ 1）压裂设备控制系统主要对各压裂设备采集的压力、排量、泵功率等参数传输、显示及控制。（ 2）压裂施工数据采集显示记录系统主要对井口压力传感器、混砂车进、出口液体流量、砂浓度等压裂施
9、工参数的采集、显示和记录。（ 3）现场即时通信系统主要由对讲机、耳麦组成，也有使用高音喇叭、特定手语的施工队伍。二、压裂设备及管柱第七采油厂产建项目组仪表车运行及保养注意事项：u 仪表车三大系统在上井前必须进行例行检查，确保系统完整，运转正常，压裂施工中禁止带故障运行，影响压裂施工正常操作。u 压裂施工数据采集显示记录系统必须能完整准确地采集、显示和记录井口油压、套压、施工排量、砂浓度、累计液量、累计砂量等参数，对压力传感器、混砂车进、出口流量计等采集仪表应定期校准，对已经发现不准的压力传感器、混砂车进、出口流量计应及时更换，确保施工数据真实可靠。二、压裂设备及管柱第七采油厂产建项目组4、其它
10、车辆、其它车辆（ 1）水泥车：主要用于配液，给油套环空打平衡，洗井冲砂等；（ 2）管汇车：拉运专用高压管汇（ 3）运砂车（ 4）液罐车二、压裂设备及管柱第七采油厂产建项目组（二）地面高压管汇、井口及井内管柱压裂井口一般可分为两类： 用采油树压裂井口。 采用大弯管、投球器、井口球阀与井口控制器的专用压裂井口。井口型号 试验压力（ MPa) 稳压时间（ min）KQ65-25B 25 15KQ65-35B 35 15KQ65-60B 60 15压裂井口使用注意事项：u 压裂井口在使用前必须按要求进行试压；u 所有闸门开关灵活，带压时无渗漏。1、压裂井口、压裂井口二、压裂设备及管柱第七采油厂产建项目
11、组2、压裂管汇、压裂管汇压裂管汇使用注意事项：u 压裂管汇在使用性能必须达到石油行业标准 “ 压裂管汇 ” （SY5260-91）要求。u 压裂施工前必须对地面高压管汇进行试压，按预测泵压的 1.2-1.5倍试压 45MPa,稳压 5min不刺不漏，压力不降为合格。目前压裂管汇种类很多，常用的有压裂管汇车和专用的地面管汇。专用的地面管汇有 8个连接头，压裂车可任选一个连接。高压管线外径 76mm ，内径 60mm ，最高压力可达 100MPa。二、压裂设备及管柱第七采油厂产建项目组压裂管柱主要由压裂油管、封隔器、喷砂器、水力锚等组成。目前井下管柱可分为笼统压裂管柱和分层压裂管柱。（ 1）压裂油
12、管压裂应使用专用油管。抗压强度应满足设计要求。长庆油田储层 推荐采用 N80内径 62mm或 76mm的外加厚压裂油管， 最高限压 70MPa。3、压裂管柱、压裂管柱压裂油管使用注意事项：u 下井前必须用热水或蒸汽逐根刺净油管内外壁油污，并逐根检查油管内有无异物。u 下井前应对油管逐根检查，凡是以下油管不能用于压裂施工： 凡是弯曲、变形、有裂缝和有砂眼的普通油管； 经过酸化或其它原因腐蚀过的普通油管； 玻璃衬里油管和涂料油管； 丝扣有损伤和使用过久的油管。u 起下钻过程中注意对油管丝扣的保护。二、压裂设备及管柱第七采油厂产建项目组（ 2）封隔器目前压裂用封隔器种类较多，浅井使用 扩张式 或压缩
13、式50 低温胶筒封隔器 。深井使用扩张式、压缩式或机械式90 以上胶筒封隔器。深井大通径 CS-1封隔器，工作压力105Mpa，工作温度可达 177 。封隔器型号 试验压力（ MPa) 稳压时间（ min）Y344-148 35 15Y344-115 35 15K344-115 30 15K344-92 30 15压裂封隔器使用注意事项：u 压裂封隔器在使用前在地面按石油行业标准 “ 扩张式封隔器 ” (SY/T5404-2002)要求进行试压，达到要求方可入井。二、压裂设备及管柱第七采油厂产建项目组（ 3）水力锚水力锚主要起定位作用，避免油管在承压状态下缩短对封隔器胶筒的损伤。在下井前水力锚
14、必须按中华人民共和国行业标准 “水力锚 ”（ ZB E14 004-88）要求进行试压，达到标准要求方可入井使用。试验压力（ MPa) 稳压时间（ min）水力锚 30 5喷砂器主要作用一是节流，造成压裂管柱内外压差，保证封隔器密封；二是通往地层的通道口，使压裂液进入油层，三是避免压裂砂直接冲击套管内壁造成伤害。（ 4）喷砂器二、压裂设备及管柱第七采油厂产建项目组水力锚封隔器导压喷砂器封隔器死堵（ 5）压裂管柱合层压裂管柱 分层压裂管柱油层油层油层油层油层油层油层油层A、合层压裂管柱：直咀子 +封隔器 +水力锚 +油管注意事项：p 直嘴子位置不能低于射孔段顶界，推荐位置为射孔段顶界以上 10m
15、，p 封隔器位置与直咀子距离 30-40m。B、分层压裂管柱：死堵 +下封隔器 +喷砂器 +上封隔器 +水力锚 +油管注意事项：p 下封隔器位置不能低于射孔段底界2m以上，应避开沉砂过多造成砂堵p 喷砂器应与下封隔器直接相连。封隔器位置应避开套管接箍位置。直咀子二、压裂设备及管柱第七采油厂产建项目组三、压裂液与支撑剂压裂用压裂液体和支撑剂是压裂过程中实现对储层造缝和填砂的重要载体，其性能的好坏直接影响到最终的压裂效果，因此，对压裂液和支撑剂的性能应严格控制，避免因压裂入井材料质量问题而造成的施工失败和对储层的伤害。第七采油厂产建项目组压裂液的主要作用，是将地面设备的能量传递到油层岩石上，将油层
16、岩石劈开形成裂缝，把支撑剂输送到裂缝中。压裂液在施工中按不同阶段的作用可分为前置液、携砂液、顶替液三种。为了压裂施工的顺利实施，要求压裂液具有低滤失性、高携砂性、降阻性、稳定性、配伍性、低残渣、易返排等性能。随着石油工业的发展，压裂施工的规模越来越大，压裂液用量越来越大，因而压裂液还应具备货源广、成本低，配制简单等特点，以满足大型压裂和新井压裂施工。（一） 压裂液三、压裂液与支撑剂第七采油厂产建项目组 水基压裂液目前世界上 约有 70 以上的压裂作业采用的 胍胶和羟丙基胍胶水基压裂液 ，其成本低、使用安全方便，因而应用广泛。 酸冻胶压裂液可携酸（浓度达到 15-20%），实现压裂酸化联作。 泡
17、沫压裂液国内主要用于气井，国外泡沫压裂液约占总用量的 25。 表面活性剂胶束压裂液（清洁压裂液）：低伤害，但配制要求高，破胶困难。 低分子可回收环保压裂液。压裂液残液可回收重复使用，粘度较低，适用于中低温特低渗储层。 乳化压裂液 醇基压裂液 油基压裂液1、压裂液主要类型、压裂液主要类型三、压裂液与支撑剂第七采油厂产建项目组2、压裂液性能要求、压裂液性能要求主要性能 要求 实现 方法 添加 剂 代表性 产 品携砂性 较 强 提高粘度、密度 增稠 剂 胍胶稳 定性 较 好 植物胶分子 间 交 联 ，形成网状 结 构 交 联剂 硼砂、有机硼滤 失性 较 低 提高粘度配伍性 好 中和 电 荷，减小液体
18、 间 离子 浓 度差 粘土 稳 定 剂 KCl、 COP-1返排性能 好 降低油水表、界面 张 力 助排 剂 CF-5B残渣 低 采用低残渣增稠 剂 ，降低增稠 剂 用量破乳性能 好 减少油水乳化 破乳 剂 BE-2破胶性能 好 破坏植物胶分子 间 网状交 联结 构 破胶 剂 （ APS）防腐性能 好 杀 菌 杀 菌 剂 COG-285压裂液基本性能一览表三、压裂液与支撑剂第七采油厂产建项目组p 压裂液体系性能必须满足石油行业标准 SY/T6376-2008 压裂液通用技术条件规定的技术指标才能使用。p 压裂液体系性能评价参照石油行业标准 SY/T5107-2005 水基压裂液性能评价方法 进
19、行。三、压裂液与支撑剂第七采油厂产建项目组3、压裂液配方筛选依据、压裂液配方筛选依据u储层类型：油层、气层、油气水同出层等；u储层温度u储层敏感性u储层物性、岩性和粘土矿物成分u储层油、气、水性质u天然裂缝发育程度第七采油厂产建项目组三、压裂液与支撑剂（二） 支撑剂支撑剂是水力压裂时地层被压开裂缝后，用来支撑裂缝阻止裂缝重新完全闭合的一种固体颗粒。它的作用是在裂缝中铺置排列后形成支撑裂缝，从而在储集层中形成远远高于储集层渗透率的支撑裂缝带。使流体在支撑裂缝中有较高的流通性，减少流体的流动阻力，达到增产、增注的目的。为了适应各种不同地层以及不同井深压裂的需要，人们开发了许多种类的支撑剂，大致可分为天然和人造两大类。支撑剂性能主要是物理性能和导流能力。第七采油厂产建项目组目前常用的支撑剂有天然石英砂和人造支撑剂陶粒。石英砂多产于沙漠、河滩或沿海地带。矿物组分以石英为主。石英含量（质量百分比）是衡量石英砂质量的重要指标，我国压裂用石英砂中的石英含量一般在 80%左右，石英含量越高，石英砂抗压强度愈高。人造陶粒是一种主要由铝矾土（氧化铝）烧结或喷吹而成的，它具有较高抗压强度，一般有中等强度和高强度两种陶粒支撑剂。1、支撑剂主要类型、支撑剂主要类型三、压裂液与支撑剂
