油井服务压裂技术.docx

克拉玛依职业技术学院学生毕业设计（论文）题目油井服务压裂技术学生姓名：专业年级：油气开采指导教师：教师：评阅日期：完成日期：摘要水力压裂是油田增产、增注，保持油田稳产的一项重要工艺技术它利用液体传导压力的性能，在地面利用高压泵组，以大于地层吸收能力的排量将高粘度液体泵入井中，在井底憋起高压，此压力超过油层的地应力和岩石抗张强度，在地层产生裂缝，继续将带有支撑剂的携砂液注入裂缝，裂缝边得到延伸，边得到支撑停泵后就在油层形成了具有一定宽度的高渗透填砂裂缝，由于这个裂缝扩大了油气流动通道，改变了流动方式，降低了渗流阻力，可起到增产增注作用，这一施工过程就叫油层水力压裂水力压裂包括理论力学、材料力学、热化学、高分子化学、机械制造等多个学科关键词：油田增产；油井服务；压裂工艺；压裂设备；压裂液；支撑剂目录第1章前言1第2章压裂液的功能介绍22.1压裂液的作用22.2压裂液的性能22.3压裂液的分类32.4水基压裂液3第3章压裂支撑剂的性能63.1支撑剂的种类63.2压裂支撑剂的主要性能7第4章压裂设备和压裂管柱104.1地面压裂设备104.2压裂车组104.3压裂工具和压裂管柱11第5章压裂工艺技术135.1普通压裂工艺135.2多裂缝压裂工艺135.3选择性压裂工艺135.4限流法压裂工艺145.5复合压裂工艺145.6CO?泡沫压裂工艺145.7端部脱砂压裂工艺15第6章压裂油层保护技术166.1地层伤害的因素166.2压裂施工油层中保护措施16第7章压裂施工和质量要求187.1压裂施工过程187.2压裂施工质量要求187.3压裂施工异常情况处理20第8章压裂新工艺228.1注入井树脂砂压裂技术228.2新井压裂高效助排剂的应用238.3保护薄隔层压裂工艺248.4聚驱采出井防砂压裂25结论27参考文献28致谢29第1章前言石油是一种非常重要的能源和战略资源，与当今的国际政治、经济形势密切相关。

石油价格的变动能够刺激经济增长和社会发展，也会造成世界经济动荡近年来，国际石油需求市场强劲，国内消费量也大幅增长，而国内石油产量却徘徊不前，进口量日益增加，供需矛盾突出因此研究和发展提高石油采收率的技术是一项非常迫切的课题目前，石油生产主要面临两大问题：①新油田越来越少；②枯竭油藏中还剩余有大量原油，常规采油技术只能采出30%^40%左右地层储量原油，而且随着石油勘探向“低、深、难”（低渗透率、深井、复杂高难）方向发展，开采也向“两高一低”（高温、高盐和低渗透率）方向发展，因而对油气开采用各种驱油剂提出了更高的技术和经济要求水力压裂是油田增产、增注，保持油田稳产的一项重要工艺技术它利用液体传导压力的性能，在地面利用高压泵组，以大于地层吸收能力的排量将高粘度液体泵入井中，在井底憋起高压，此压力超过油层的地应力和岩石抗张强度，在地层产生裂缝，继续将带有支撑剂的携砂液注入裂缝，裂缝边得到延伸，边得到支撑停泵后就在油层形成了具有一定宽度的高渗透填砂裂缝，由于这个裂缝扩大了油气流动通道，改变了流动方式，降低了渗流阻力，可起到增产增注作用，这一施工过程就叫油层水力压裂水力压裂包括理论力学、材料力学、热化学、高分子化学、机械制造等多个学科。

第2章压裂液的功能介绍压裂液的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其性能好坏对于能否造出一条足够尺寸、并具有足够导流能力的填砂裂缝密切相关，因此，有必要了解压裂液的特点和性能2.1压裂液的作用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，在地层形成裂缝，并携带支撑剂填充到裂缝中按照在压裂施工中不同阶段的作用可以分为前置液、携砂液、替挤液三种1、前置液；用来在地层造成裂缝，并形成一定几何形态裂缝的液体在高温井层中，还具有一定的降温作用2、携砂液：携带支撑剂进入地层，把支撑剂充填到预定位置的液体和前置液一样也具有造缝及冷却地层的作用由于携带比重较高的支撑剂，必须使用交联压裂液3、替挤液：把压裂管柱、地面管汇中的携砂液全部替入裂缝，以避免压裂管柱砂卡、砂堵的液体组成与前置液一致2.2压裂液的性能为确保压裂施工顺利实施，要求压裂液具有以下性能特点1、滤失性：主要取决于压裂液自身的粘度和造壁性，粘度高则滤失少添加防滤失剂能改善压裂液的造壁性，大大减少滤失量2、携砂性：指压裂液对于支撑剂的携带能力主要取决于液体的粘度、密度及其在管道和裂缝中的流速，粘度越高，携带能力越强3、降阻性：指压裂液在管道中流动时的水力摩擦阻力特性，摩阻越小，压裂设备效率越高。

摩阻过高会导致井口压力高，从而降低排量，影响压裂施工4、稳定性：压裂液应具有热稳定性，不能由于温度升高而使粘度有较大的损失；还应具有抗剪切稳定性，不会由于流速的增加而大幅度降解5、配伍性：压裂液进入地层后与各种岩石矿物及地层流体相接触，不应产生不利于油气渗流的物理一化学反应，例如不会引起粘土膨胀或产生沉淀而堵塞油层6、低残渣：要尽量降低压裂液中水不溶物的数量，以免降低油气层和填砂裂缝的渗透率7、易返排：施工结束后大部分注入液体应能返排出井筒，减少压裂液对地层的伤害特别是低压井的返排尤其重要因此，压裂液应具有滤失小、携砂能力强、摩阻低、稳定性好、配伍性好、低残渣、易返排等特点此外由于压裂施工规模越来越大，压裂液用量越来越大，压裂液还应具有货源逛、成本低、配制简单的特点，以满足大型压裂和新井压裂施工的要求压裂液的分类最早采用的压裂液是油基压裂液，20世纪50年代开始应用胍胶稠化的水基压裂液，60年代发展了交联胍胶压裂液，70年代开发出羟丙基胍胶，80年代采用了延迟交联的水基压裂液，90年代压裂液向“清洁”无伤害压裂液体系发展按造分散介质的不同，压裂液主要分为水基压裂液、油基压裂液、乳化压裂液、泡沫压裂液、醇基压裂液、表面活性剂（清洁）压裂液和浓缩压裂液。

重点介绍目前广泛应用的水基压裂液2.3 水基压裂液是以水作为分散介质，添加各种处理剂，特别是水溶性聚合物，形成具有压裂工艺要求的较强综合性能的工作液一般水溶性聚合物和添加剂的水溶液称为线形胶或稠化水压裂液线形胶一旦加入交联剂，会形成具有粘弹性的交联冻胶，交联冻胶具有部分固体性质，但在一定的排量和压力下能够流动水基压裂液以安全、清洁和容易以添加剂控制其性质得到广泛的应用，除了极少数特别是水敏性地层外，水基压裂液是压裂液技术发展最快、最全面的体系2.4.1、线形胶压裂液是由水溶性聚合物稠化剂和其他添加剂组成，具有流动性，一般属于非牛顿流体，可近似用幂率模型来描述典型压裂液配方：稠化剂（香豆胶0.4-0.6%，胍胶0.3-0.5%，羟丙基胍胶0.2-0.5%）+杀菌剂（甲醛0.2-0.5%）+粘土稳定剂（KCL2%+破乳剂（SP1690.1-0.2%）+破胶剂（过硫酸铵20-100mg/L）线形胶压裂液具有一定的表观粘度与低滤失性，减阻性能好，易破胶对地层伤害小；但对温度、剪切速率敏感一般用于注水井和浅层油气藏压裂2.4.2、交联冻胶压裂液同线形胶压裂液对比，联冻胶压裂液具有更强的粘弹性和塑性，在造缝和携砂能力等综合性能方面优于线形胶压裂液，但由于破胶降粘相对困难，因而破胶剂的使用由为重要。

典型压裂液配方：基液：稠化剂（0.3-0.7%香豆胶、胍胶、羟丙基胍胶)+杀菌剂(甲醛0.2-0.5%)+粘土稳定剂(KCL2%+破乳剂+助排剂(0.2-0.6%DL)+降滤失剂+PH值调节剂+温度稳定剂交联液：交联剂(硼砂、有机硼、有机锆、有机钛)+破胶剂(过硫酸铵少量)，视交联比和交联性能配制交联液浓度为了适应不同井层的情况，通过调节添加剂用量，压裂液还可以分为低温(20-60C)、中温(60-120C)、高温(120C以上)体系2.4.3、水基压裂液添加剂(1)稠化剂：水溶性聚合物作为稠化剂是水基压裂液的基本添加剂，用以提高粘度、降低滤失、悬浮和携带支撑剂可以用植物胶(如胍胶、香豆胶、田箐胶)及其衍生物(羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等)、生物聚合物如黄胞胶以及合成聚合物(聚丙烯酰胺)2) 交联剂：交联剂是通过交联离子将溶解于水中的高分子链上的活性基团以化学链连接起来形成三维网状冻胶的化学剂比较常用且形成工业化的交联剂为硼砂、有机硼、有机锆、有机钛等3)粘土稳定剂：使用水基压裂液，将引起粘土沉积、颗粒膨胀或运移在施工中压裂液对储集层粘土矿物的伤害通常是水敏性和碱敏性叠加作用的结果水溶性介质能使粘土矿物膨胀、分散或运移；同时水基压裂液以碱性交联为主，滤液粘土稳定剂，使用浓度为1-2%。

4)杀菌剂：用于抑制和杀死微生物，使配制的基液性能稳定，防止聚合物降解，同时阻止储集层内的细菌生长甲醛、乙二醛、戊二醛具有良好的杀菌防腐作用，使用浓度0.5-1.0%5)表面活性剂：水基压裂液的表活剂具有压后助排和防乳破乳作用由于乳化液的粘度较高，在井筒附近和地层原油发生乳化，会产生严重的生产堵塞应用表面活性剂可以保持破乳剂的活性，达到防乳破乳作用6)抗高温稳定剂：高温下压裂液的粘度下降主要由于氧的存在加剧了压裂液降解的速度，因此常用甲醇、硫代硫酸钠、三乙醇胺等作为稳定剂7)降滤失剂：水基线形胶与冻胶压裂液由于具有较高的表观粘度和能形成滤饼的特性，可控制压裂液降解的速度，但一般天然裂缝发育的储集层应加入降滤失剂常用的为柴油、油溶性树脂、聚合物和硅粉破胶剂：是压裂液中的一种重要添加剂，主要使压裂液中的冻胶发生化学降解，由大分子变成小分子，有利于压后返排，减少对储集层的伤害常用的破胶剂包括酶、氧化剂、和酸生物酶和催化氧化剂系列适用于20-54C的低温破胶剂；一般氧化破胶体系适用于54-93C,而有机酸适用于93C以上的破胶作用8) 滤饼溶解剂：压裂液在施工中由于滤失性造成聚合物浓缩，使压裂液在裂缝和裂缝表面形成致密的滤饼，常规破胶剂不能将其破坏，因此需要滤饼溶解剂进行处理。

9) 缓冲剂：在水基压裂液中，通常用pH值调节剂控制稠化剂水合增粘速度、所需的PH值范围和交联时间以及控制细菌的生长常用的PH值调节剂为碳酸氢钠、碳酸钠、柠檬酸、福马酸和氢氧化钠2.4.4、常用水基压裂液及性能指标目前广泛应用的压裂液有田箐胶、香豆粉和胍尔胶压裂液，通过对三种压裂液的性能指标进行对比，可以看出田箐胶水不溶物高，压裂液残渣含量为1200mg/L,对地层和裂缝导流能力伤害较大，而且其流变性和携砂能力较差，因此，我们首选香豆粉、其次为胍胶压裂液第3章压裂支撑剂的性能支撑剂是水力压裂时地层压开裂缝后，用来支撑裂缝阻止裂缝重新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，使流体在支撑剂中有较高的流通性，减少流体的流动阻力，达到增产、增注的目的支撑剂通常分为天然和人造两大类3.1支撑剂的种类3.1.1、石英砂石英砂多产于沙漠、河滩和沿海地带如国内的兰州砂、承德砂、内蒙砂天然石英砂的化学成分是氧化硅，伴有少量的氧化铝、氧化铁、氧化钾、氧化钙和氧化镁天然石英砂矿物组分以石英为主其含量是衡量石英砂质量的重要指标压裂用石英砂石英含量在80%左右，伴有少量长石、燧石和其他喷出岩、变质岩等岩屑。

从石英的微观结构看，可分为单晶石英和复晶石英两种，单晶石英的颗粒质量越大，石英砂抗压强度越高一般石英砂的视密度2.65g/cm3，体积密度1.70g/cm3，承压20-34Mpa3.1.2、陶粒人造陶粒主要由铝矶土（氧化铝）烧结或喷吹而成的，具有较高的抗压强度，可划分中等强度和高强度两种陶粒中等强度陶粒是由铝矶土或铝质陶土制成，视密度2.7-3.3g/cm3。