2023年水力压裂在石油工程中的应用.docx

(北京) CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 〔Times New Roman四号居中〕 毕 业 论 文 (黑体一号居中) 题 目 〔黑体小二号居中〕 院系名称：________________________ 专业名称：________________________ 学生姓名：________________________ 学 号：________________________ 指导教师：________________________ 〔黑体四号，2倍行间距〕 完成日期 年 月 日 中国石油大学〔北京〕本科毕业论文 摘 要 通过对经典水力压裂技术在油气田勘探开发中的现状分析；通过对水力压裂技术施工过程及施工材料的简要概述；通过对几种经典水力压裂技术的简要介绍；通过对水力压裂在不同条件下的压裂设计及参数优选的简介；通过对经典水力压裂数值模拟技术的重点剖析；通过对几个实例的分析与解答，集中展示了水力压裂技术在油气田勘探与开发中的地位与作用，展示了水力压裂是一种为了使油气井增产而使用的一种常规油气井作业增产技术。 关键词：水力压裂；增产技术；裂缝；压裂液；支撑剂 ABSTRACT Through the analysis of the classic hydraulic fracturing technology in oil exploration and development under the existing condition; Through the brief illustration of the hydraulic fracturing technology in the construction process and construction materials; Through the brief introduction of several classic hydraulic fracturing technology; Through the introduction of the fracturing design and parameter optimization under different conditions; Through empirically analyzing numerical simulation of classic hydraulic fracturing technology ; Through the analysis of several examples with solutions, showcase that the hydraulic fracturing technology play an important role in oil exploration and development, demonstrating that the hydraulic fracturing is a kind of conventional method which increase production. Keywords: hydraulic fracturing; technology of increasing production; fracture; fracturing fluid; proppant 目 录 第1章 前 言 5 1.1　总体优化压裂技术 5 1.2　开发压裂技术及按地应力方位布井的优化压裂技术 5 1.3　重复压裂技术 6 1.4　大型压裂技术 6 1.5　高砂液比和端部脱砂压裂技术 6 1.6　特殊井压裂技术 7 1.7　CO2泡沫压裂技术 7 1.8　小井眼压裂技术 7 1.9　其它压裂技术[9] 8 第2章 水力压裂的施工过程及入井材料概述 9 2.1　压裂施工时流体的流动过程 9 2.2　完成压裂施工的几个要素 9 2.3　压裂液 10 2.4　支撑剂 13 第3章 水力压裂的影响因素 15 3.1地层伤害 15 3.2支撑剂的导流能力 15 3.3压裂设计 16 3.4压裂后放喷及生产管理 16 第4章 水力压裂的典型施工工艺 17 4.1 定向井压裂工艺 17 4.1.1 优化射孔工艺技术 17 4.1.2 前置液加段塞技术 18 4.1.3线性加砂工艺技术 18 4.1.4变排量压裂工艺技术 19 4.1.5变粘压裂液 19 4.1.6增加前置液量、增大加砂规模 19 4.2 气井重复压裂 19 4.2.1 压裂气井失效原因分析 20 4.2.2 气井重复压裂优化设计 20 4.3 煤层压裂工艺 22 4.3.1射孔工艺 22 4.3.2合理压裂施工参数确定 22 4.3.3裂缝长度和高度选择 22 4.3.4压裂液体系 23 4.3.5酸化预处理 24 4.3.6裂缝监测及压裂施工分析 24 4.4 水力喷射压裂技术 24 4.4.1 水力喷射压裂技术原理 24 4.4.2 水力喷射技术特点 25 4.4.3 压裂参数的计算与优选 25 4.5 清水压裂技术 26 4.5.1　清水压裂工艺 26 4.5.2 混合清水压裂 29 4.6 压裂工艺技术开展方向 30 第5章 压裂数模理论与模型 32 5.1 造缝及增产机理 32 5.1.1 造缝机理 32 5.1.2 增产机理 35 5.2 压裂数值理论与模型 36 5.2.1 裂缝几何参数模型 36 5.2.2 几种常用经典模型 37 5.3 压裂支撑剂选择与计算 40 5.3.1 支撑剂的选择方法 40 5.3.2 导流能力确实定 40 第6章 压裂实例编写程序模拟 42 6.1 实例一 42 6.2 实例二 44 6.3 实例三 48 第7章 结 论 51 第8章 致 谢 52 参考文献 53 附 录 55 第一实例程序代码 55 第二实例程序代码 57 第三实例代码 59 前 言 第1章 前 言 水力压裂是油气田勘探、开发过程中一项十分重要的技术措施，它是通过地面高压泵组将粘度前置液以大大超过地层吸收能力的排量注入目的储层，在井底附近憋起超过井壁附近地应力及岩石抗张强度的压力后，在地层中形成裂缝并延展，而后泵注混有支撑剂的携砂液，携砂液可继续延展裂缝，同时携带支撑剂深入裂缝，然后使压裂液破胶降解为低粘度流体流向井底返排而出，在地层中留下一条具有足够长度、宽度、高度和导流能力的填砂裂缝通道，以利于油气从远井地层流向井底。水力压裂主要通过改变流体渗流方式、沟通油气储集层、克服近井污染、增加泄油面积、提高驱油效率来最终提高油气井产量和采收率，到达有效的增产目标。 1.1　总体优化压裂技术 该技术的指导思想得益于国外单井压裂经济优化的概念，但总体优化压裂技术观念的形成那么是国内在上个世纪80年代末和90年代初首先提出的，并在吉林的乾安、青海的尕斯库勒、吐哈的鄯善和江苏的杨家坝等油田逐步获得推广应用[9]。 研究的总体目标是使整个油气田获得最正确的开发效果;研究的思路是把整个油气藏作为一个研究单元，并对油气藏的各参数进行覆盖研究，在此根底上，考虑在既定井网条件下，不同的裂缝长度和导流能力下的产量和扫油效率等动态指标的变化，从中优选出最正确的裂缝尺寸和导流能力[9]。 并进行现场实施与评估研究，以不断完善总体优化压裂方案;研究的手段包括:实验室试验、裂缝模拟、油藏数值模拟、试井分析、现场测试、质量控制和监测等[9]。 1.2　开发压裂技术及按地应力方位布井的优化压裂技术 开发压裂的思路与总体优化压裂技术思路相近，研究手段也相差不多。主要区别是在部署开发井网前，就考虑到就地应力方位和水力裂缝的匹配关系，并最大限度发挥水力长缝的潜力，从而实现稀井网有效开采的目标。在研究内容上，比总体优化压裂多了一项重要的研究内容，即储层就地应力场的研究，主要是最大主应力方位的研究。针对低渗非常规油气藏裂缝方位变化较大的情况，中国石油勘探开发研究院廊坊分院压裂酸化技术效劳中心又提出了按地应力方位布井的优化压裂技术，以实现井网与水力裂缝系统的最正确匹配[9]。 1.3　重复压裂技术 国外主要在以下方面取得了重要进展[9]： (1)选井选层技术。综合应用专家经验、人工神经网络技术和模糊逻辑等技术，开发了重复压裂选井选层的模型。 (2)重复压裂前储层就地应力场变化的预测技术。国外已研制成模型，可预测在多井(包括油井和水井)和变产量条件下就地应力场的变化。研究结果说明，就地应力场的变化主要取决于距油水井的距离、整个油气田投入开发的时间、注采井别、原始水平主应力差、渗透率的各向异性和产注量等。距井的距离越小、投产投注的时间越长、原始水平主应力差越小、渗透率各向异性程度越小、产注量越大，那么越容易发生就地应力方位的变化。而最正确重复压裂时机，即是就地应力方向发生变化的时机，且变化越大，时机越好，可提高涉及系数或减少死油区。 (3)改变相渗的压裂液技术(RPM)。通过加一种改变润湿和吸附特性的化学药剂，到达增加产烃量和减少含水的目的。国外已有该压裂液成功应用的报道。这对中高含水期的重复压裂而言，尤具吸引力。 1.4　大型压裂技术 国外主要用该技术提高致密砂岩气藏的经济开采价值。国内也曾在四川的八角场气田进行过现场试验，2口井的施工排量到达6.0~7.95 m3/min，压裂液量为834~863 m3，支撑剂量到达244~351 t，支撑半长到达187~347 m，压后产量平均在20×104m3/d以上[9]。 其技术要点主要有:(1)通过小型测试压裂获得准确的滤失系数;(2)压裂液具有很强的耐温耐剪切性能;(3)缝高控制技术;(4)大排量技术;(5)压裂液破胶返排技术[9]。 1.5　高砂液比和端部脱砂压裂技术 该技术仍停留在现场应用阶段，没有理论上的进一步创新。主要优点是:(1)导流能力高;(2)有效期长;(3)滤失伤害小;(4)克服非达西流影响;(5)有效控制缝高等[9]。 其技术要点有:(1)小型测试压裂获取准确的滤失系数;(2)斜坡式加砂程序设计;(3)优化射孔技术;(4)前置液优化技术;(5)楔形追加破胶剂技术;(6)裂缝强制闭合技术[9]。 1.6　特殊井压裂技术 (1)斜井、水平井压裂技术。斜井压裂的主要问[9] 题是裂缝起裂、近井筒裂缝扭曲(tortuosity)、多裂缝起裂和产量模拟等。解决近井筒裂缝扭曲(早期砂堵的主要原因)的主要措施是:优化射孔技术、40/70目小粒径支撑剂、优化排量、优化多段加砂技术等。 水平井压裂的主要问题是多裂缝的模拟、产量预测及分段压裂施工管柱或技术等。 (2)深井、超深井压裂技术。主要集中在:耐高温并具有延迟交联作用的压裂液体系;中密高强度陶粒支撑剂优选;应力敏感性研究;排量优选;滤失性研究;平均砂液比优选及加砂程序研究。 1.7　CO2泡沫压裂技术 国外CO2压裂技术分为CO2增能压裂、CO2泡沫压裂、纯CO2压裂3种。CO2增能压裂泡沫质量一般为30%~52%，优点是施工简便，CO2主要用于提高返排能力，适用于较大规模的压裂。CO2泡沫压裂和CO2增能压裂的区别是CO2比例即泡沫质量有上下，因此可统称为CO2泡沫压裂。CO2泡沫压裂的泡沫质量一般为60%~85%，优点是水基压裂液用量少，对地层和裂缝伤害小，泡沫质量高，气泡呈连续相，黏度高，携砂性能好，返排率高。但由于水基压裂液用量少，常规压裂施工中提高砂比有一定难度，且施工压力偏高。纯CO2压裂采用液态CO2为压裂液，即100%CO2压裂，优点是对地层无伤害，返排迅速、彻底，但由于液态CO2压裂受施工规模和井深