1、,水力压裂教材压裂酸化作业监督王文军大庆油田开发部2010年4月,第一节 水力压裂概述 第二节 压裂液性能与监督检测 第三节 支撑剂性能与监督检测 第四节 压裂作业 第五节 酸化作业,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，随即在井底附近憋起高压。当压力超过井壁附近地应力及岩石抗张强度后，在地层中形成裂缝。继续将带有支撑剂的压裂液注入裂缝，使裂缝向前延伸，并在裂缝中填充支撑剂。,降低渗流阻力，增加渗流面积是水力压裂增产的基本原理。,第一节 水力压裂概述 第二节 压裂液性能与监督检测 第三节 支撑剂性能与监督检测 第四节 压裂作业 第五节 酸化作业,压裂液是压裂施工的工
2、作液，其主要功能是传递能量，使油层张开裂缝，并沿裂缝输送支撑剂，从而在油层中一条形成高导流能力通道，以利油/气由地层远处流向井底，达到增产目的。,压裂液的功能携砂造缝,压裂液的性能要求： 滤失少 悬砂能力强 摩阻低 稳定性高 配伍性好 低残渣 易于返排 添加剂货源广,前置液 携砂液 顶替液,按施工顺序压裂液主要分为,水基压裂液 使用安全； 成本低； 与油基压裂液和泡沫压裂液相比，摩阻低； 静水柱压力高，节省地面水马力要求； 流体性质便于控制。,活性水压裂液(清水压裂液) 稠化水压裂液 水基冻胶压裂液,增稠剂交联剂有,压裂液主剂,压裂液的组成及特性,基 液：稠化剂（0.3%0.7%香豆胶、胍胶、
3、羟丙基胍胶）+杀菌剂（0.2%0.5%甲醛）+粘土稳定剂（2%氯化钾）+（0.05%0.1%）破乳剂+ （0.05%0.1%）助排剂+降滤失剂+pH调节剂+消泡剂+温度稳定剂。交联液：交联剂（硼砂溶液、有机硼、有机锆、有机钛）+破胶剂（少量过硫酸铵）。破胶剂：追加的过硫酸铵（酶、还原剂）+胶囊破胶剂+滤饼溶解剂,压 裂 液 配 方,压裂液的检测,压裂液性能及评价方法,基液表观粘度测定 将制备好的基液用VT550粘度计或RS100粘度计测其粘度，程序设定为控制速率（CR）的时间曲线，测定温度为30，剪切速率170s-1，时间1min，取20个数据点。,剪切稳定性测定 第一步，设置温度，将温度定义
4、到测试温度； 第二步，测定流动曲线，剪切速率由0.5s-1到170s-1连续变化，变剪切时间共计3min； 第三步，测定时间曲线，剪切速率为170s-1，剪切时间为30min或压裂作业施工时间。用表观粘度随时间变化趋势确定压裂液的剪切稳定性，取剪切30min（或压裂施工时间）后稳定粘度值为剪切稳定性检测结果； 第四步，数据处理，数据有效位数与所依据的产品技术标准规定的数值有效位数相同。,压裂液破胶性能测定,配100mL压裂液装入密闭容器内，在恒温器中加热恒温，恒温温度为油层中部温度，压裂液在恒定温度下破胶，取上层清液在30用测其粘度；,高温高压静态滤失性测定测定不含支撑剂的压裂液在高温、高压条
5、件下通过滤纸的滤失性。,m-滤失曲线的斜率，； A-滤失面积，cm2； C3-滤饼控制滤失系数， ；h-滤失曲线直线段与Y轴的截距，cm3；Qsp-初滤失量，m3/m2；,压裂液残渣含量测定、称取配好的冻胶压裂液装入密闭容器加热恒温破胶。 2、将破胶液全部倒入已烘干恒重的离心管中，将离心管放入离心机内进行离心。 3、倾倒出上层清液，将离心管放入电热恒温干燥箱中烘烤，在1051条件下烘干到恒重。,3压裂液残渣含量 ，mg/L； m3残渣质量，mg； V压裂液用量，L,压裂液与地层流体配伍性测定1、原油脱水 2、制乳状液 3、将装有乳化液的量筒放入恒温器中恒温，记录时间为3，5，10，15，30，
6、60min，及2,4,10,24h分离出的破胶液体积。,4原油与破胶液的乳化率，%； 5原油与破胶液乳化液的破乳率，%； V 用于乳化的破胶液总体积，mL； V1V中被乳化破胶液体积，mL； V2V1中脱出破胶液体积，mL。,压裂材料室内检测,1、稠化剂检测 2、压裂液检测,1、稠化剂检测,2、压裂液检测,1、配液质量监督,目标,确定实配的压裂液是否达到室内性能指标。,现场质量监督,检查压裂液添加剂是压裂设计要求的品种和用量。 监督是否根据压裂设计要求，按顺序定量准确投入相应的压裂液压裂液主剂及添加剂。 测量溶胶粘度，对压裂液抽样检测评价，确保实配的压裂液性能与室内研究配方的一致性。,采用标准
7、计量器皿(量筒、烧杯)，按实际交联比配制压裂液，交联好的压裂液能挑挂、缓速交联、不脆不碎、不粘杯壁、不脱水。,2、施工过程监督,确定施工是否严格按照施工设计进行。,目标,检验配液水净化质量,、配液水质监督,2、压裂液配制监督,现场速配 批量混配,3、现场交联情况监督,检验压裂液质量,4、现场使用破胶剂监督,5、数据采集质量与实时监测、分析,压裂液相关标准,SY/T 5107-1995水基压裂液性能评价方法 Q/SY DQ0791-2002水基压裂液质量检验性能及评价方法 SY/T 6376-1998压裂液通用技术条件 SY/T 5764-1995压裂用瓜尔胶及羟丙基瓜尔胶 SY/T 6074-
8、94植物胶及其改性产品性能测定方法 SY/T 5766-1995压裂用香豆胶 SY/T 6263-1996香豆胶压裂液技术条件 SY/T 6216-1996压裂用交联剂性能试验方法 SY/T 5755-1995压裂酸化用助排剂性能评价方法 SY/T 5762-1995压裂酸化用粘土稳定剂性能测定方法 SY/T 6380-1998压裂用破胶剂性能评价方法,第一节 水力压裂概述 第二节 压裂液性能与监督检测 第三节 支撑剂性能与监督检测 第四节 压裂作业 第五节 酸化作业,支撑剂种类,天然砂,陶粒 核桃壳 铝球 玻璃球 包裹砂,人造支撑剂,天然砂,从世界上第一口压裂井使用了天然砂以来，天然砂广泛地
9、使用于浅层或中深层的压裂中。世界上许多处于开采质量较高的砂子，如美国的Ottwa砂，我国的兰州砂。,优点： 适用于低闭合压力的各类储层； 圆球度较好的石英砂破碎后仍可保持一定的导流能力； 相对密度低，便于施工泵送； 价格便宜。,缺点： 强度较低，不适于较高闭合压力的储层压裂； 抗压强度低，破碎后将大大降低裂缝的导流能力。,人造支撑剂,我国于1979年研制成功喷吹的铝矾土高强度支撑剂，以后，又生产出中高强度烧结铝矾土支撑剂。,优点： 具有较高的强度，在相同的闭合压力下，与石英比较，具有破碎率低、导流能力高的性能，因此，适于高闭合压力的储层改造。 陶粒具有抗盐、耐温性能。 随承压时间的延长，陶粒的
10、导流能力的递减速率要慢得多，因此，使用陶粒的压裂会获得较高的稳定产量和更长的有效期。,缺点： 陶粒的相对密度高，因此，对压裂液性能及泵送条件提出更高要求。 陶粒的物料选择和生产工艺要求严格，成本较高。,树脂包裹支撑剂 70年代末，天然砂与人造支撑剂的树脂包裹支撑剂研制出来，树脂薄膜在原油、盐水及多数酸中，具有化学惰性，薄膜的厚约为0.0254mm，约占重量的5%以下。 包层砂可分为两种，固化与预固化砂。 预固化砂在地面上已形成完好的树脂薄膜包裹的砂子。 固化砂在地层温度下固结，对防止吐砂及防止地层出砂有一定的效果。,近来在包层砂工艺上发展了一种双涂技术：内层是预固化树脂膜，外层是在一定条件下才
11、发生固化作用的树脂膜，内膜提供了增加砂强度的要求，外膜则提供了使颗粒间相互胶结在一起的功能。,树脂薄膜包裹起来的砂子，增加了砂粒间的接触面积，从而提高了抵抗闭合压力的能力。树脂薄膜可将压碎了的砂粒小块、粉砂包裹起来，减少了微粒的运移与堵塞孔道的机会，从而改善了导流能力。树脂包层砂总的体积密度比上述中强度与高强度人造支撑剂要低许多，因此便于悬浮，降低了对携砂液的要求。,支撑剂的性能评价方法,1、粒径组成 2、球度 3、圆度 4、表面光滑度 5、平均单颗粒直径 6、单颗粒抗压强度 7、酸蚀后单颗粒抗压强度,8、浊度 9、视密度 10、体密度 11、酸溶解度 12、破碎率 13、短期导流能力,行业标
12、准SY/T 5108-1997规定了压裂液的性能检测为13项,1、粒径组成 支撑剂在一组不同的筛析实验标准筛上的分布。,技术指标 支撑剂样品至少有90%的粒径落在粒径范围内。,支撑剂的粒径范围：可分为0.45mm 0.224mm、0.9 mm0.45mm、1.25mm0.9mm三种不同的规格，下表给出标准筛组合。其筛筛析结果应满足，落在粒径范围内的样品质量不应低于样品总质量的90%，小于支撑剂下限（0.224mm、0.45mm和0.9mm）的样品质量，不应超过样品总质量的2%,支撑剂的性能指标,2、球度 支撑剂球度指支撑剂颗粒接近球形的程度。,3、圆度 支撑剂的圆度指其棱角的相对锐度或曲率的量
13、度，实际测定可用图版法。 4、表面光滑度 表面光滑度指支撑剂表面的光滑程度。,5、平均单颗粒直径 支撑剂的平均粒径大小。 6、单颗粒抗压强度 支撑剂在被压碎时所能承受的最大压力。 7、酸蚀后单颗粒抗压强度 酸浸泡后的支撑剂在被压碎时所能承受的最大压力。,8、浊度 在规定体积的蒸馏水中加入一定体积的支撑剂，然后搅拌，液体的浑浊程度称为支撑剂的浊度。,9、视密度 单位质量的支撑剂与其颗粒体积之比。 10、体密度 单位质量的支撑剂与其堆积体积之比。,11、酸溶解度 在规定的酸溶液及酸溶时间内，确定一定质量支撑剂被酸溶解的质量与总支撑剂质量的百分比。 12、破碎率 对一定体积的支撑剂，在额定压力下进行
14、承压测试，确定的破碎率表征了支撑剂抗破碎的能力。,13、短期导流能力 流体通过在规定的压力、温度的条件下确定质量的支撑剂的能力的大小。,压裂设计人员必须掌握不同类型，不同粒径组合支撑剂性能，价格及适用范围，结合给定的地质条件，选用现有工程条件能够安全泵送，压后能够获得较多经济效益的支撑剂。,天然石英砂的球度、圆度应大于0.6人造陶粒的球度、圆度应大于0.8支撑剂的酸溶解度，各种粒径支撑剂允许的酸溶解度为（%）1.25-0.9 0.9-0.4550.45-0.22475.4 支撑剂的抗破碎能力，相应的粒径范围支撑剂数量达到设计数量。检查砂罐的数量，每罐的装载量和支撑剂的规格，看是否符合设计要求,
15、支撑剂的性能指标,用手揉搓看是否有粉状砂沫出现，干燥程度如何，取砂样放到透明容器中加入一定量的清水轻轻摇动观察其浊度。易碎、不干燥、浑浊属于不合格，严禁施工，必须更换。同时要检查砂罐密封是否良好，若罐顶不密封要求更换。加砂时要有过滤网查看产品检验证及合格证、装砂票据等质量指标:要有压裂支撑剂的性能检测报告、装载发票，包括以下性能指标:支撑剂的粒径分布、球度、圆度、表面光滑度、单粒抗压强度、破碎率、酸溶解度、浊度、密度以及短期和长期导流能力的测定。,支撑剂的性能指标,相关标准,支撑剂 SY/T 5108-1997压裂支撑剂性能测试推荐方法 Q/SY DQ0789-2002压裂用支撑剂质量检测及评
16、价方法 SY/T 6302-1997压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法,第一节 水力压裂概述 第二节 压裂液性能与监督检测 第三节 支撑剂性能与监督检测 第四节 压裂作业 第五节 酸化作业,地面设备，包括压裂井口、压裂管汇（包括活动弯头、循环放空闸门、地面连接管线、车组连接管线等）、投球器，都要有检验合格证，质量符合相关产品标准要求。,地面设备装置及流程,用采油树压裂。采油树的型号分为250、350、600型，井口采油树的安装必须按设计要求型号安装（各部闸门开关灵活） 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，以满足设计要求压裂管汇要满足设计最大泵压和过砂能力要求，常用的有
17、管汇车和专用的地面管汇。各连接部位应加装密封垫，并顺劲砸紧,地面设备装置及要求,各连接部位必须涂密封脂，紧固螺丝齐全、上紧 检查套管升高短节是否螺纹连接紧固，是否焊接（若焊接应进行论证），油套、表套之间环行钢板连接牢固 压裂井口应在四个方位采用地锚、绷绳加固措施井口要安装灵敏可靠的压力表井口试压，实验压力为预测泵压的1.2倍1.5倍，稳压5min，各承压部件不刺不漏，压力不降为合格。,地面设备装置及要求,活动弯头应事先保养检查、按承压要求试压合格地面放喷管线、闸门应按规定固定牢固投球器，是安装在井口前端用于分层压裂管柱中投钢球，或是选压或多裂缝压裂封堵炮眼用的。应事先保养检查、按承压要求试压合
18、格 连接地面压裂流程管线应使用N80以上钢级的油管或短节，禁止使用玻璃钢油管、涂料油管和软管线,地面设备装置及要求,按设计要求配置压裂车组，以满足最高泵压及最高排量上限 具有足够装载与运输能力的液罐车组和砂罐车组、混砂车组、作业提升系统 施工过程中泵压、砂比等重要参数通过施工监测系统传给仪表车，施工监测与指挥系统必须畅通、快捷、准确,压裂车组。包括压裂车、混砂车、仪表车、液罐车、砂罐车等。,以上各种设备要在事前进行定期保养、严格检查，不得使用带病设备进行压裂施工施工井场应有备用的工况完好的压裂设备摆放：因地摆放，以方便压裂施工为原则。突出事发后撤离方便快捷低压部分：大罐集中摆放在井场最外边，备
19、液前应彻底清洗干净 高压部分：用铁链打地锚固定，所有的控制闸门必须灵活好用，开关自如 所有地面设备装置与流程的承压能力均应达到施工压力的上限要求。所有连接部件必须上紧、密封、不刺不漏。所有控制阀门必须灵活好用，开关自如。,压裂油管应使用专用油管，抗压强度应满足设计要求；浅井、低压可用J55钢级D73mm油管，中深井、深井应使用N80或P105钢级D73mm外加厚油管，最高限压分别为70Mpa和90Mpa 井下封隔器要满足耐压差、耐高温等设计要求的参数,压裂管柱,喷砂器要满足封隔器（扩张式）的坐封压差，避免压裂砂直接冲击套管内壁 在压裂管柱的丈量、组配时，要考虑到油管由于温度效应、活塞效应、膨胀
20、效应、弯曲效应引起的管柱长度变化 按设计选择压裂施工管材，计算卡点深度，组配好压裂管柱。压裂管柱最下一级封隔器以下的尾管长度不小于8m，管鞋距井底砂面或人工井底的距离不少于15m。,压裂液、支撑剂、预处理液及各种添加剂的技术性能和数量符合压裂设计要求校核压裂管柱：查看油管单根记录，校核数据。不符合设计，要调整冲管线：洗井前必须冲管线，防止管线中的脏物进入压裂管柱，污染地层或造成工程事故试压：井口及地面管线试压：试验压力应为预测最大泵压的1.21.5倍，5min各承压部件不刺不漏、压力不降为合格,压裂工序监督,循环：用活性水洗井，达到进出口水质一致为合格。在保证封隔器不座封的情况下，排量尽可能大
21、试挤：逐台启动压裂车，排量缓慢上升达到设计要求，使压裂层位形成裂缝并向前延伸。当工作压力达到管柱最高承压还不能压开地层，应停泵，放空，进行原因分析，确定下部措施压裂：严格按设计泵注程序进行。实时监测压裂施工中压力、排量、砂比等各项施工参数,压裂工序监督,加砂：油层裂缝已形成泵压及排量稳定后便可加砂，按设计要求分段控制好混砂比，混砂比要逐渐增大，且加砂要均匀。加砂过程不能中途停泵，要保持加砂连续性，加砂量按设计要求执行顶替：记录顶替时间和排量，计算顶替量，严禁过量顶替关井扩散压力和放喷：关井时间严格按设计执行，等待压裂液的破胶、滤失及裂缝的闭合。可用小油嘴控制放喷，促使裂缝闭合,压裂工序监督,活
22、动管柱：反洗井合格后，及时卸井口活动管柱，负荷不超过井内管柱悬重200kN，上提速度控制在0.5m/min以内，最终活动行程不小于5m。观察是否遇卡。若遇卡，要上下活动解卡，切忌上提拉力过大，防止卡死管柱，要求在一定范围内活动。,压裂工序监督,1. 压不开，主要表现为压力随注入量的增加急速上升，并且很快达到施工压力上限，这时应立即停车，分析原因后再行施工 封隔器投球类型错误，起钻更换管柱 井下工具质量有问题或工具深度下错：起出压裂管柱检查，针对问题进行整改 井筒与地层连通性不好：射孔不完善，重新射孔 地层致密或堵塞严重：渗透率极低，吸水能力极小，应采取破岩启裂措施后再试压、压裂管柱有异常节流(
23、死油、蜡、杂物等)，检查整改钻具，重新下入,压裂施工中常见问题处理,2 压窜，表现为套压异常升高，套管返水隔层较薄或裂缝窜而劈开隔层固井质量差：水泥环胶接不好，重新固井封隔器质量差：压裂过程中胶筒破损，导致套压升高或油管上顶。更换封隔器压窜后立即停砂，用2.5倍井筒容积的液体循环洗井，并进行验串。,压裂施工中常见问题处理,3 砂堵：表现为泵压快速异常升高，发生砂堵时，应立即停泵进行反循环洗井，洗井合格后再压裂 压裂液携砂性差或抗剪切性能差：调整压裂液性能 混砂比过高或砂比提升速度过快：平稳加砂 地层滤失性较大，裂缝发育：调整压裂液性能，降低滤失 压裂液未交联或破胶速度过快：检查胶联泵,调整压裂
24、液性能，提高压裂液破胶时间 前置液量不充足，造缝不充分或储层、岩性等未知原因。提高前置液量，重新压裂加砂过程中意外停止施工：立即停泵反洗井，整改出现的问题后重新施工。,4 砂卡，大力上提上下活动解卡，严重时用冲管冲洗解卡，或进行倒扣、套铣打捞解卡。 施工过程中出现砂堵：反洗井后，活动钻具解卡，重新压裂地层吐砂严重：压后反洗井迅速、彻底施工故障沉砂：针对问题采取解卡措施反洗井冲砂不彻底或违章使用大直径工具冲砂，采取相应措施解卡,1 SY/T 5836-93中深井压裂设计施工方法 2 SY/T 6376-1998压裂液通用技术条件 3 SY/T 5289-2000油井压裂效果评价方法 4 SY/T
25、 6443-2000压裂酸化作业安全规定 5 SY/T 5107-2005水基压裂液性能评价方法 6 SY/T 5108-2006压裂支撑剂性能测试推荐方法 7 SY/T 6380-1998压裂用破胶剂性能试验方法 8 SY/T5587.5-2004油水井常规修井作业规程 第5部分：井下作业井筒准备,相关标准,第一节 水力压裂概述 第二节 压裂液性能与监督检测 第三节 支撑剂性能与监督检测 第四节 压裂作业 第五节 酸化作业,砂岩油层结构复杂，矿物成分多，应选择与油气储集层特征和岩石物性匹配的酸液体系。常用的酸液体系有下列几种。,砂岩酸化,常规土酸体系 使用条件：砂岩储集层的解堵酸化施工，恢复
26、和提高近井地带渗流能力。 自生土酸缓速体系 将酯与氟化胺在井口混合后以较低排量泵入地层，酯分解生成有机酸，有机酸再与氟化胺反应生成氢氟酸。该工艺可将酸注入地层深的部位进行酸化。使用不同的脂类化合物可以满足不同储集层温度（40107）的要求；,主要采用的酸液配方体系及性能,胶束酸体系 在酸中加入胶束溶液配制而成，同时具有酸的特性和胶束液的特性。胶束的增溶作用将与酸不相溶，但又是酸化必需的各药剂复配，使之与酸和储集层流体有良好的配伍性，从而改善了酸液性能。胶束酸是用于解除泥质、硫化亚铁、碳酸盐类等无机固体堵塞，以及解除烃类有机堵塞、水锁及钻井液对油层造成的伤害。,主要采用的酸液配方体系及性能,复合
27、酸体系 由盐酸、氢氟酸、氟硼酸等多种酸液和多种添加剂组成，对砂岩中钙质、铁质和氟化物沉淀具有较强溶蚀能力，能消除酸化后形成的二次沉淀，具有缓蚀效果好，抑制粘土矿物膨胀；防乳、破乳、降表面张力；防止铁离子沉淀等作用，是一种新型防伤害溶蚀剂。,主要采用的酸液配方体系及性能,腐蚀性评价 反应速度评价:静态反应评价流动反应评定 残酸性能评定试验 流变性试验 摩阻试验 酸液滤失速度评价,酸液性能评价,酸化设计内容: 油（气、水）井基础数据 酸化目的层基本数据，包括：岩性、物性、压力、温度、地层流体性质等数据 单井生产措施简史 施工目的，储层污染诊断及分析 施工参数计算内容，包括酸化半径、施工压力、用酸强
28、度、施工排量以及效果预测等 工艺设计优化，包括基质酸化工艺设计优化和碳酸盐岩酸压施工工艺设计优化；,酸化施工,施工准备 施工前准备 地面设置装置及流程确认 根据酸化工艺设计要求，核实酸化泵车、配液罐、井下工具及地面管线 施工条件确认技术人员应向施工人员和现场监督进行设计交底，查看井场、井口施工条件，核对施工井号，施工单位制定了相应紧急事故预案,酸化施工,配液、配酸 现场、配液站配液的相关流程，所需设备，材料以及各种添加剂的用量和计算方法。 配液过程中的注意事项检查配液、施工用水是否干净，无脏物。配液用罐及所有贮罐，要求干净不漏。配酸时应戴好防护用具，倒酸时要站在上风口，附近要备好清水或苏打水。
29、,酸化施工,施工过程安全及QHSE注意事项,酸化施工,施工要严格按设计要求施工，未经现场负责人的许可不得变更 进行循环试运转，检查管线是否畅通，仪表是否正常 对管汇活动接头等部位进行试压 低压管汇应连接可靠，不刺、不漏 操作人员应密切注意设备运行情况，发现问题及时向现场施工负责人汇报 施工过程中如发现管线刺漏，应在停泵、关井、泄压后处理，严禁带压作业 施工过程中高压管汇区不得有人走动或停留 计量液位的人员在罐口应有安全防护措施，其他人员不宜到罐口 现场作业队伍配备H2S气体监测仪防毒面具，随时进行检测，确保安全 作业过程中井筒排出液体和作业用液不得随地排放，必须进罐回收，并拉运至指定地点排放。注意环境保护，防止残酸流入水源或周围环境 施工现场准备大量清水及苏打水，以防酸液溅出伤人。,井号，井别、施工时间，施工队伍 酸化方式，酸化层段、封隔器卡点深度 各段酸液名称、配方、浓度、用量 泵注压力及排量 关井反应时间、返排时间，人工助排方式、排出液量、返排总液量 注酸、关井、放喷返排过程中井口压力动态曲线 完井数据 施工总结 油水井交接,谢谢！,
