石油压裂及配液技术概述.ppt

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1、北京矿冶研究总院北京矿冶研究总院北京矿冶研究总院北京矿冶研究总院北京天然植物胶发展中心北京天然植物胶发展中心北京天然植物胶发展中心北京天然植物胶发展中心姓名姓名姓名姓名:学号：学号：学号：学号：1340052134005213400521340052压裂及配液技术概述压裂及配液技术概述一、引言一、引言二、压裂及压裂液基础知识二、压裂及压裂液基础知识三、配液技术基础知识三、配液技术基础知识目目 录录1、油田开采、油田开采 油田开发初期，油层中油、气依靠油层压力克服油田层中渗流阻力流到井底而又举升上来的采油叫自喷采油；但随着开采时间增加，压力减小，到某时地层就没有足够能量将石油举升地面，此时需给底

2、层补充能量方法：注水、注气。常采用注水方式，通过注水给油层补充能量，保持地层压力。延长自喷采油期，提高采油速率和油藏采收率。当依靠注水补充能量也不能保持油井自喷是，就转入机械采油，常有有杆泵采油（常用），无杆泵采油，电潜泵采油（将电动机和泵一起下入井内进行抽油），目前我国油田开采很基本都已经进入低渗透性时期，基本都进行机械采油方法。一：一：引引 言言2、采油过程示意图、采油过程示意图油层油层采油工程部分采油工程部分水井水井油井油井油藏油藏工程工程部分部分人工补人工补充能量充能量人工人工举升举升采油采油液气液气集输油气集输油气脱水处理脱水处理污水污水原油原油回注或排放液回注或排放液气（天然气）气

3、天然气）二、压裂及压裂液基础知识二、压裂及压裂液基础知识油层改造方法油层改造方法 为改善油层低渗透性，为改善油层低渗透性，油层改造是通过压裂、酸化、物理、油层改造是通过压裂、酸化、物理、化学等方法对储油层进行改善措施，达到油气井解堵，提化学等方法对储油层进行改善措施，达到油气井解堵，提高油层渗透性，解除储层污染，改善注水井吸水剖面等目高油层渗透性，解除储层污染，改善注水井吸水剖面等目的，实现高产，稳产目的。的，实现高产，稳产目的。水力压裂：水力压裂：简称压裂，利用水力传压作用，将高压液简称压裂，利用水力传压作用，将高压液体挤入地层，使地层形成裂缝，并在缝中填入支撑剂使其体挤入地层，使地层形成

4、裂缝，并在缝中填入支撑剂使其不闭合，从而提高油层渗透能力，改善油气层的物性，实不闭合，从而提高油层渗透能力，改善油气层的物性，实现增注、增产。现增注、增产。油层酸化：油层酸化：是将酸液注入地层中，依靠酸处理的化学溶蚀是将酸液注入地层中，依靠酸处理的化学溶蚀作用，使酸液与油层岩石中黏土和矿物发生化学反应，来作用，使酸液与油层岩石中黏土和矿物发生化学反应，来提高油层渗透率，改善油气、水的流动情况，从而增加油提高油层渗透率，改善油气、水的流动情况，从而增加油气井注水井的注入量。气井注水井的注入量。压裂酸化：用酸液做压裂液，不加支撑剂的酸化过程，一压裂酸化：用酸液做压裂液，不加支撑剂的酸化过程，一方面

5、靠水力作用形成裂缝，另一方面靠酸液的溶蚀吧裂缝方面靠水力作用形成裂缝，另一方面靠酸液的溶蚀吧裂缝壁面溶蚀成凹凸不平表面。壁面溶蚀成凹凸不平表面。物理法：物理法：水力振荡解堵技术超声波处理油层井下低频电脉冲处理油层低频振动处理油层 其他方法：其他方法：高能气体压裂技术低伤害酸解堵技术热酸助排技术胶束酸增注技术常规油藏常规油藏注注水水井井采采油油井井低渗油藏低渗油藏注注水水井井采采油油井井由于渗透率低和启动压力的作用，导由于渗透率低和启动压力的作用，导致注采井间无法建立有效的水动力系致注采井间无法建立有效的水动力系统，致使注水压力上升，采油井压力统，致使注水压力上升，采油井压力下降下降注不进、采不

6、出！注不进、采不出！压裂的原理压裂的原理 压裂压裂就是利用地面高压泵就是利用地面高压泵车车(组组)，以高于储层吸入能力，以高于储层吸入能力的速度，向井下注入高粘度压的速度，向井下注入高粘度压裂液，使井筒内压力增高，一裂液，使井筒内压力增高，一直达到克服地层的压缩应力和直达到克服地层的压缩应力和岩石的张力强度，岩石出现破岩石的张力强度，岩石出现破裂，形成对称于井眼的裂缝的裂，形成对称于井眼的裂缝的过程。过程。压裂的作用与目的压裂的作用与目的 在注入压裂液时携带一定粒径的固体支撑物（粒径在注入压裂液时携带一定粒径的固体支撑物（粒径0.40.41.0mm1.0mm的天然石英砂或人造高强度陶粒），使其

7、按需要模式停留的天然石英砂或人造高强度陶粒），使其按需要模式停留在裂缝里，使在裂缝里，使支撑裂缝支撑裂缝保持一定的张开程度。在压裂液破胶返保持一定的张开程度。在压裂液破胶返排后，这些裂缝为地层中的油气提供了高导流能力的通道，从排后，这些裂缝为地层中的油气提供了高导流能力的通道，从而而提高了油气井的产量提高了油气井的产量。压裂作用体现在压裂作用体现在改造低渗透率的地层物性，改造低渗透率的地层物性，调整各油调整各油层之间的层间矛盾，层之间的层间矛盾，解决井底附近地层的堵塞。解决井底附近地层的堵塞。压裂液及其作用压裂液及其作用 压裂液压裂液是压裂改造油气层过程中的全部工作液。它起着是压裂改造油气层过

8、程中的全部工作液。它起着传递压传递压力力、形成地层裂缝形成地层裂缝和沿着张开的裂缝和沿着张开的裂缝输送支撑剂输送支撑剂的作用。的作用。压裂液是个总称，注入井内的压裂液在不同的阶段有各自的任压裂液是个总称，注入井内的压裂液在不同的阶段有各自的任务务。压裂液对储层的伤害压裂液对储层的伤害压裂液在地层中滞留产生液堵地层粘土矿物水化膨胀和分散运移产生的伤害压裂液与原油乳化造成的地层伤害润湿性发生反转造成的伤害压裂液残渣对地层造成的损害压裂液对地层的冷却效应造成地层伤害压裂液滤饼和浓缩对地层的伤害对地层降温冷却和预处对地层降温冷却和预处理，以减少后续主工作理，以减少后续主工作液对地层的伤害。一般液对地层

9、的伤害。一般为活性水。为活性水。传传递递压压力力，使使地地层层破破裂裂，产产生生裂裂缝缝以以备备后后面面的的携携砂砂液液进进入入。在在温温度度较较高高的的地地层层，它它还还可可以以进进一一步步起起到到降降温温作作用用。一一般般为高粘冻胶。为高粘冻胶。将将支支撑撑剂剂带带入入裂裂缝缝中中并并将将砂砂子子分分布布在在预预定定的的位位置置上上。同同时时可可使使裂裂缝缝延延伸伸和和继继续续冷冷却却地地层层。它它在在压压裂裂液液中中的的份份量量最最大大。一般为交联冻胶。一般为交联冻胶。将将携携砂砂液液送送到到预预定定的的位位置。一般为活性水。置。一般为活性水。压裂液压裂液预前置液预前置液前前 置置 液液

10、携携 砂砂 液液顶顶 替替 液液压裂液在压裂过程作用不同压裂液在压裂过程作用不同1.滤失量低滤失量低;2.悬浮性能好悬浮性能好;3.摩阻损失小摩阻损失小;4.对地层渗透率损害小（配伍性好、低残渣、易返排）对地层渗透率损害小（配伍性好、低残渣、易返排）;5.性能稳定（热稳定性、剪切稳定性）；性能稳定（热稳定性、剪切稳定性）；6.成本低。成本低。对压裂液的性能要求对压裂液的性能要求常见压裂液类型及特性常见压裂液类型及特性压裂液裂液类型型主要特性主要特性应用用对象象水基水基压裂液裂液耐温性好，摩阻小，携砂能力耐温性好，摩阻小，携砂能力强强，成本低，操作安全成本低，操作安全砂岩或灰岩地砂岩或灰岩地层油

11、基油基压裂液裂液配伍性好，摩阻大，携砂能力差，配伍性好，摩阻大，携砂能力差，成本成本较高，操作不安全高，操作不安全水敏性地水敏性地层醇基醇基压裂液裂液伤害小，易返排，耐温性差，害小，易返排，耐温性差，携砂能力差，操作不安全携砂能力差，操作不安全低低压，水敏性地，水敏性地层泡沫泡沫压裂液裂液易返排，易返排，对油油层污染小，染小，携砂能力差，耐温性差携砂能力差，耐温性差低低压，水敏性地，水敏性地层乳状乳状压裂液裂液伤害小，但摩阻很大，害小，但摩阻很大，携砂能力差，耐温性差携砂能力差，耐温性差水敏、致密型地水敏、致密型地层酸基酸基压裂液裂液可提高裂可提高裂缝导流能力，流能力，对设备腐腐蚀性性强强，操

12、作不安全，操作不安全碳酸碳酸盐地地层 目前，国外广泛使用的压裂液体系包括前四类；目前，国外广泛使用的压裂液体系包括前四类；20世纪世纪50年代年代以油基压裂液为主；以油基压裂液为主；50年代末年代末60年代初年代初，随着胍尔胶稠化剂的问世，水基压裂液不，随着胍尔胶稠化剂的问世，水基压裂液不断地发展与完善，水力压裂在油田的应用日渐广泛，增产效果也更断地发展与完善，水力压裂在油田的应用日渐广泛，增产效果也更加显著。加显著。1969年年首次使用交联胍胶压裂液；首次使用交联胍胶压裂液；进入进入70年代年代，由于胍尔胶稠化剂化学改性的成功，以及交联剂，由于胍尔胶稠化剂化学改性的成功，以及交联剂体系的完善

13、水基压裂液迅速发展，在压裂液类型中占主导地位。体系的完善，水基压裂液迅速发展，在压裂液类型中占主导地位。目前，目前，水基压裂液在生产中的应用依然广泛水基压裂液在生产中的应用依然广泛，占，占70%以上。以上。压裂液的发展历程压裂液的发展历程水基压裂液水基压裂液 水基压裂液水基压裂液的发展经历了活性水压裂液、稠化水压裂液、水的发展经历了活性水压裂液、稠化水压裂液、水基冻胶压裂液三个阶段。基冻胶压裂液三个阶段。(1)活性水压裂液活性水压裂液:是表面活性剂的稀的水溶液。是表面活性剂的稀的水溶液。(2)稠化水压裂液稠化水压裂液：是以稠化剂及表面活性剂配制的粘稠水溶：是以稠化剂及表面活性剂配制的粘稠水溶

14、液，即增稠了的活性水压裂液。液，即增稠了的活性水压裂液。(3)水冻胶压裂液水冻胶压裂液：是用交联剂将溶于水的增稠剂高分子进：是用交联剂将溶于水的增稠剂高分子进行不完全交联，使具有线性结构的高分子水溶液变成线型和网状行不完全交联，使具有线性结构的高分子水溶液变成线型和网状体型结构混存的高分子水冻胶。其中亦添加了表面活性剂。它实体型结构混存的高分子水冻胶。其中亦添加了表面活性剂。它实际上就是交联了的稠化水压裂液。际上就是交联了的稠化水压裂液。因为剪切敏感、温度稳定性差只适因为剪切敏感、温度稳定性差只适用于低温、浅井、低砂量和低砂比用于低温、浅井、低砂量和低砂比的小型解堵性压裂。的小型解堵性压裂。解

15、决了线型压裂液进行高温深井压解决了线型压裂液进行高温深井压裂施工引起的剪切敏感、温度稳定裂施工引起的剪切敏感、温度稳定性差等许多问题。性差等许多问题。水水基基压压裂裂液液线型压裂液线型压裂液交联压裂液交联压裂液活性水压裂液活性水压裂液稠化水压裂液稠化水压裂液水冻胶压裂液水冻胶压裂液水基压裂液主要由瓜尔胶作为稠化剂，并加入其它添加剂水基压裂液主要由瓜尔胶作为稠化剂，并加入其它添加剂组成，具有价廉、安全、可操作性强、综合性能好、运用组成，具有价廉、安全、可操作性强、综合性能好、运用范围广等优点。范围广等优点。院主要产品：院主要产品：瓜尔胶在食品中可作为增稠剂、粘合剂、悬混剂和稳定瓜尔胶在食品中可作

16、为增稠剂、粘合剂、悬混剂和稳定剂用于罐装食品、调味品、甜食、馅饼添料、乳制品、软剂用于罐装食品、调味品、甜食、馅饼添料、乳制品、软饮料、方便面等产品中饮料、方便面等产品中,起到增稠、稳定、保水、絮凝等起到增稠、稳定、保水、絮凝等作用。作用。由于瓜尔胶的非离子性，胶液一般不受阴、阳离子的由于瓜尔胶的非离子性，胶液一般不受阴、阳离子的影响，不产生盐析现象。胶液均匀、光滑、透明而且具有影响，不产生盐析现象。胶液均匀、光滑、透明而且具有很强的韧性、延展性、分散性和絮凝性；并且耐剪切性强，很强的韧性、延展性、分散性和絮凝性；并且耐剪切性强，具有很好的机械性能和稳定性因此瓜尔胶广泛应用于印染、具有很好的机

17、械性能和稳定性因此瓜尔胶广泛应用于印染、石化、冶金、造纸、建筑、酶制剂、制药行业。石化、冶金、造纸、建筑、酶制剂、制药行业。压裂液的关键压裂液的关键 压裂液粘度控制压裂液粘度控制是获得最佳压裂效果的最重要前提条是获得最佳压裂效果的最重要前提条件之一。件之一。压裂液的粘度控制大体分为压裂液的粘度控制大体分为泵送入井泵送入井、造缝造缝和和排液排液三三个阶段。由于不同阶段的粘度控制直接影响到最终的压裂个阶段。由于不同阶段的粘度控制直接影响到最终的压裂效果，因而不同阶段对压裂液粘度特性的要求也就不同。效果，因而不同阶段对压裂液粘度特性的要求也就不同。压裂液的关键压裂液的关键相应阶段的压裂液粘度控制应满

18、足以下要求：相应阶段的压裂液粘度控制应满足以下要求：泵送阶段泵送阶段的压裂液初始粘度控制在的压裂液初始粘度控制在满足悬砂满足悬砂和和低摩阻低摩阻的适中的适中水平；水平；造缝阶段造缝阶段的压裂液粘度尽可能达到的压裂液粘度尽可能达到最大造缝能力的高水平最大造缝能力的高水平；排液阶段排液阶段的水化液粘度降到的水化液粘度降到最低水平最低水平。从而获得最佳的压裂。从而获得最佳的压裂效果。效果。三、配液技术基础知识三、配液技术基础知识配液方式：配液方式：1.固 定 式 配 液 站固 定 式 配 液 站 2.移 动 式 配 液 车移 动 式 配 液 车固定式配液站固定式配液站 这是传统配制压裂液的方法，在一

19、个固定的厂房内，这是传统配制压裂液的方法，在一个固定的厂房内，在能容纳上百立方米的大池子加入水和胶粉配制，配制在能容纳上百立方米的大池子加入水和胶粉配制，配制的压裂液需在池内停放充分溶胀才能达到要求的压裂液的压裂液需在池内停放充分溶胀才能达到要求的压裂液黏度，然后再通过罐车运至压裂现场进行施工。该配液黏度，然后再通过罐车运至压裂现场进行施工。该配液站应尽可能离压裂现场近。采用这种方法混配的压裂液站应尽可能离压裂现场近。采用这种方法混配的压裂液中胶粉的分散不均匀，压裂液存在粉包团的现象、泡沫中胶粉的分散不均匀，压裂液存在粉包团的现象、泡沫多；配制时间长，质量不能保证，在存放和运输的过程多；配制时

20、间长，质量不能保证，在存放和运输的过程中，压裂液黏度降解严重，如不能及时使用，压裂液将中，压裂液黏度降解严重，如不能及时使用，压裂液将全部损失掉。所以存在弊端，但目前仍然在大量使用。全部损失掉。所以存在弊端，但目前仍然在大量使用。大庆油田高平配液站大庆油田高平配液站大庆油田高平配液站大庆油田高平配液站移动式配液车移动式配液车 随着目前石油开采野外施工任务的逐渐增多，压裂随着目前石油开采野外施工任务的逐渐增多，压裂现场可能会距离配液站很远，如采用现场快速配液，配现场可能会距离配液站很远，如采用现场快速配液，配合作业大队随时在野外进行施工，将加强油田压裂施工合作业大队随时在野外进行施工，将加强油田

21、压裂施工的机动性，不再受传统压裂液配制方法的限制。的机动性，不再受传统压裂液配制方法的限制。移动式配液车移动式配液车目前该技术已用于大庆油田，吉林油田，辽河油田，延长油目前该技术已用于大庆油田，吉林油田，辽河油田，延长油田，克拉玛依油田。田，克拉玛依油田。压裂液配液技术压裂液配液技术 压裂液质量好和配液速度快是高效配液技术的两个特点。压裂液质量好和配液速度快是高效配液技术的两个特点。提高压裂液质量的技术路线是：消除水包粉团又称鱼眼（鱼提高压裂液质量的技术路线是：消除水包粉团又称鱼眼（鱼眼是水粉混合不均匀的产物，表现为许多悬浮在基液中的水眼是水粉混合不均匀的产物，表现为许多悬浮在基液中的水包粉团

22、增加原料混合均匀性、提高原料添加精确度。配包粉团）、增加原料混合均匀性、提高原料添加精确度。配液效率则从加快基液黏度释放速度和发液速度人手。液效率则从加快基液黏度释放速度和发液速度人手。压裂液快速配制的三大核心工艺及装置：压裂液快速配制的三大核心工艺及装置：均匀混合工艺：研制一种高速射流装置，保均匀混合工艺：研制一种高速射流装置，保证水和胶粉迅速均匀混合，不产生水包粉的现象并证水和胶粉迅速均匀混合，不产生水包粉的现象并释放的黏度。释放的黏度。黏度充分释放：研制一种帮助胶粉黏度快速释黏度充分释放：研制一种帮助胶粉黏度快速释放的静态分散装置，保证压裂液的充分溶胀，瞬间放的静态分散装置，保证压裂

23、液的充分溶胀，瞬间达到最佳释放状态。达到最佳释放状态。连续配制工艺：研制一种能连续高速搅拌装置，连续配制工艺：研制一种能连续高速搅拌装置，以保证压裂液的连续配制，黏度更好地释放。以保证压裂液的连续配制，黏度更好地释放。均匀混合工艺技术均匀混合工艺技术1.1.水粉混合结构水粉混合结构 目目前前常常用用负负压压抽抽吸吸方方式式实实现现清清水水与与稠稠化化剂剂粉粉混混合合，且且采采用中央进粉型结构。用中央进粉型结构。负负压压原原理理：当当清清水水从从进进水水管管流流入入到到混混合合区区时时，由由于于过过流流截截面面缩缩小小，混混合合区区内内的的水水流流速速度度增增大大，同同时时该该区区域域的的压压力

24、力水水头头降降低低，即即压压力力能能转转变变为为动动能能。随随着着水水流流速速度度增增大大到到某某一一数数值值时时，混混合合区区压压力力低低于于环环境境大大气气压压从从而而形形成成真真空空。在在负负压压作作用用下下，胶胶粉粉通通过过进进粉粉管管被被抽抽吸吸到到混混合合区区与与清水混合。清水混合。2.2.胶粉传输流态控制胶粉传输流态控制 为利于消除鱼眼，基液配制的新策略是：保持水、粉为利于消除鱼眼，基液配制的新策略是：保持水、粉各自添加量的动态恒定，即混合过程中给粉量随供水量的各自添加量的动态恒定，即混合过程中给粉量随供水量的变化在线调整，以保证动态水粉比近似于设计水粉比。具变化在线调整，以保证动态水粉比近似于设计水粉比。具体控制方法是对给粉量建立一个闭环调节系统。体控制方法是对给粉量建立一个闭环调节系统。黏度充分释放黏度充分释放增黏方式：增黏方式：1 1、冲击增黏、冲击增黏 2 2、管道增黏、管道增黏 3 3、立体流循环搅拌、立体流循环搅拌 增黏增黏连续配制工艺连续配制工艺1.1.自动配液工艺流程自动配液工艺流程自动配液系统设计自动配液系统设计 自自动动配配液液系系统统主主要要采采用用了了可可编编程程控控制制器器PLCPLC及及其其触触摸摸屏的设计技术屏的设计技术