《水力压裂设计》.ppt

水力压裂设计HydraulicFracturing背景第一节水力压裂概述力学观点：裂缝形成与延伸是力学行为。
生产角度：裂缝方位与形态影响压裂改造效果地应力存在于地壳内部的应力，是由于地壳内部的垂直运动和水平运动及其它因素综合作用引起介质内部单位面积上的作用力。原地应力：重力应力
构造应力
孔隙流体压力
热应力其中：r(h)为上覆岩层密度，由密度测井曲线获得。由广义虎克定律计算总应变由于泊松效应，垂向应力产生的侧向压力(2)构造应力特点
构造应力属于水平的平面应力状态
挤压构造力引起挤压构造应力
张性构造力引起拉张构造应力
构造运动的边界影响使其在传播过程中逐渐衰减。断层和裂缝发育区
—正断层，水平应力x可能只有垂向应力z的1/3。(3)热应力2人工裂缝方位显裂缝地层很难出现人工裂缝。
微裂缝地层
—垂直于最小主应力方向；
—基本上沿微裂缝方向发展，把微裂缝串成显裂缝y(4)井壁上的总周向应力(应力迭加原理)＝地应力+井筒内压+渗滤引起的周向应力2水力压裂造缝条件有液体渗滤无液体渗滤(2)形成水平缝有液体渗滤当破裂时，Pi=PF无液体渗滤当破裂时，Pi=PF3破裂压力梯度三、地应力的测量及计算第三节压裂液压裂液的组成对压裂液的性能要求压裂液对储层的伤害压裂液液体污染压裂液固相堵塞压裂液浓缩第四节水力压裂设计模型一、卡特模型1几何模型2主要假设3计算公式整理课件二、GDK模型2假设条件3理论基础4计算公式三、PKN模型2假设条件3计算公式四、GDK和PKN模型的比较第五节支撑剂输送受力分析
—固体颗粒的重力
—流体对固体颗粒的浮力
—颗粒的运动阻力重力F=Fg-Fb
当F＝Fd时整理课件Novotny公式当NRe2时UH/UP=5.5
当2<Nre<500时UH/UP=3.5
当NRe500时UH/UP=23壁面影响4颗粒形状对沉降速度的影响支撑剂在幂律液体中的沉降思路
支撑剂在裂缝高度上的分布
平衡流速、平衡高度的计算
砂堤的堆起速度
平衡时间1支撑剂在裂缝高度上的分布2平衡流速与阻力流速问题
1阻力速度的定义
2区别牛顿流体和非牛顿流体的计算公式
3复习湿周与过流面积的关系
4区别层流和紊流下阻力速度与平衡流速的关系
5砂堤堆起速度与流速和平衡流速的关系
6砂堤堆起高度与时间的经验关系
7平衡时间的计算方法例6-3牛顿型压裂液粘度μf=30mPa.s，密度f=1000kg/m3；石英砂支撑剂颗粒密度s=2650kg/m3，平均粒径dp=1.14310-3m，砂比S=10%；裂缝高度Hf=10m，裂缝宽度w=4.7610-3m；试计算双翼裂缝中排量Q为0.8和2.0m3/min时的平衡高度和平衡时间。整理课件三、全悬浮布砂设计1假设条件滤失体积
4裂缝体积计算因此，已知缝内砂浓度，可确定相应的地面砂浓度分析：S越小，滤失次数越多，要求地面加入的砂浓度越小5支撑裂缝几何尺寸说明：全悬浮式砂子分布应用第六节水力压裂效果分析一、工艺效果分析1McGuire&Sikora图版a.对低渗透储层（k<110-3m2）,很容易得到较高的裂缝导流能力比值（大于0.4），欲提高压裂效果，应以增加裂缝长度为主。
b.高渗透地层，不容易获得较高的裂缝导流能力比值，提高裂缝导流能力是提高压裂效果的主要途径，不能片面追求压裂规模而增加缝长。
c.对一定缝长，存在一个最佳裂缝导流能力，超过该值而增加导流能力的效果甚微，例如对Lf/Le=0.5，当导流能力比值为0.5时，增加裂缝导流力基本上不能增加增产比Jf/J0。
d.无伤害油井最大增产比为13.6倍。2Raymond&Binder公式法二、水力压裂经济评价1产量递减模式3压裂经济敏感性评价第七节压裂设计一、选井选层1储层物性评估2井筒技术要求3储层条件二、确定入井材料整理课件三、水力压裂设计计算3压裂设计4压裂施工模拟设计前置液量确定支撑剂用量确定施工泵压及水功率例6-4已知油藏开发井网井距400×400m，压裂井深度H=2500m，岩石弹性模量E=25000MPa，泊松比ν=0.15，破裂压力梯度α=0.018MPa/m；油层有效厚度Hf=10m，渗透率k=2.0×10-3μm2，孔隙度φ=20%，地层温度80oC，地层流体压力pS=25.0MPa，地层流体粘度μr=2mPa.s，流体压缩系数cf=6×10-3/MPa；射孔孔眼密度10孔/m，孔径φ10，生产流压pWf=15MPa，套管直径φ127，油管直径φ62，；兰州石英砂粒径dP=0.4-0.8mm，颗粒密度ρr=2650kg/m3。牛顿型压裂液粘度μ=0.03Pa.s，密度ρf=1000kg/m3，初滤失系数SP=0，造壁性滤失系数c=8.62×10-4。施工排量Q=2.0m3/min。假设采用油管注液工艺，