支撐劑導流能力實驗裝置改進

⑴ 壓裂工藝優化措施

(一)傳統水力壓裂的不足

1.壓裂過程中產生煤粉

在煤層氣井內壓裂過程中,煤儲層破裂及壓裂砂容打磨會造成大量煤粉的生成,前置液階段,煤層破裂產生少量的煤粉;攜砂液階段,壓裂液與壓裂砂沖刷產生大量煤粉,一是壓裂造縫使煤儲層破裂產生較多煤粉,二是壓裂砂的磨蝕作用產生大量煤粉。因此,在整個壓裂過程中都存在煤粉產生問題。

2.壓裂過程中產生煤泥

在壓裂液與煤層相互作用過程中,煤層的泥質膠結物和水敏礦物遇水膨脹,形成煤泥,與煤粉共同產出。此外,煤系地層中的泥岩、煤層中泥質夾矸和泥質膠結物等同樣會遇水生成煤泥。其綜合影響造成煤層中的氣水難以通過裂縫壁面進入高滲通道,經過一段時間的煤層氣排采生產後,更多的煤粉煤泥進入支撐裂縫中,堵塞滲流通道。

(二)間接壓裂原理

間接壓裂是指在煤層及煤層與頂板砂岩界面射孔壓裂。間接壓裂時,裂縫可以在砂岩中延伸,產生的裂縫長度更長,支撐劑可以更有效支撐,儲層裂隙導流能力得以增強,同時可以有效降低煤粉產出。

⑵ 求問一個導流能力的單位怎麼理解

裂縫滲透率關鍵是看用的支撐劑在閉合應力下的滲透率，通常幾百個達西沒問題的

⑶ 保德區塊中低階煤壓裂存在的問題及技術對策

彭少濤 劉川慶 朱衛平 孫 斌 劉學鵬

( 煤層氣開發利用國家工程研究中心，北京 100095)

摘 要: 鄂爾多斯盆地東緣保德區塊以中低階煤為主，分布十分廣闊，雖然其含氣量不高，但其煤岩厚度大，滲透性好，機械強度高，具有高產潛質。目前，保德區塊壓裂施工中面臨壓裂液濾失極大，造縫不充分，加砂困難的問題，易導致施工失敗，影響壓裂效果。本文針對 2010 年壓裂施工中所遇到的難題，開展了煤層氣井地質與壓裂施工資料的統計與分析，總結了問題的原因，提出了從優選壓裂液體系、優化支撐劑組合、調整施工工藝入手的技術對策; 該研究成果可為今後保德區塊中低階高滲煤層的壓裂工作提供可參考的依據，從而為儲量目標的完成與產能建設提供技術保障。

關鍵詞: 保德區塊 中低階煤 壓裂 技術對策

The Problems and the Corresponding Technical Strategies of Low Rank Coal Fracture in Baode Block

PENG Shaotao LIU Chuanqing ZHU Weiping SUN Bin

( China United CoalBed Methane National Engineering Research Center，Beijing 100095，China)

Abstract: Low rank coal is the main kind of coal in Baode block of Ordos Basin，which is very broadly dis- tributed. Though the gas content is not high，it has a high yield potential for big coal thickness，good permeability and high mechanical intensity. Currently，it easily leads to fracturing failure for enormous filtration and insufficient fracture extension，which affect the gas proction greatly. In this article，aiming at the fracturing problems in 2010，we started statistics and analysis of geological and fracturing data. After summarizing the reasons，we pres- ented some technical strategies，which include preferring fracturing fluid，proppant portfolio optimization and process adjustment. The research fruit in this article will provide a basis for reference of low rank coal fracture， and also offer technical support for proction capacity building.

Keywords: Baode block; low rank coal; fracturing strategy

作者簡介: 彭少濤，男，1970 年 11 月生，2007 年獲西南石油大學碩士學位，現為高級工程師、煤層氣開發利用國家工程研究中心儲層改造所所長，長期從事石油、天然氣、煤層氣勘探開發技術研究與管理工作，通信地址:北京市海淀區中關村環保科技園地錦路 7 號 1 幢，郵編: 100095，E mail: pengst@ nccbm. com. cn

1 前言

煤層氣是一種非常規的天然氣資源，是成煤過程中生成的以甲烷為主要成分的各種烴類氣體，經運移、散失後，仍保留在煤層和頂底板岩石中的部分。煤層中游離氣很少，煤層甲烷主要以吸附狀態(70%～90%)附在煤層微孔隙內表面上。煤層吸附甲烷的能力隨著壓力升高而增大，飽和後以游離態存在，少量溶於水中^［1］。煤層的裂隙系統是煤層甲烷運移的主要通道，但其連通性差、滲透率低，難以形成具有高導流能力的通道。為了開采這種氣體，必須采出大量的水，降低裂隙系統的壓力，氣體從煤層表面上解吸進入裂隙系統。為了使氣體從裂隙系統流入井筒，必須在煤層的天然裂隙與井筒之間建立起有效的連通孔道，而產生這種連通孔道的最有效的方式是對煤層進行壓裂。

2 保德區塊中低階煤特性

保德區塊位於鄂爾多斯盆地東北緣，晉西撓褶帶的北端;總體形態為向西緩傾的大型單斜構造，地層傾角較為平緩;構造簡單，走向近北東。區內煤岩Ro介於0.68%～1.1%，平均0.72%，煤階較低，以氣煤為主，次為肥煤，屬於中低階煤。雖然煤階較低，含氣量不高，但其埋藏較淺，滲透性好，具有高產潛質。

通常情況下，中低階煤具有割理發育，滲透率較高，機械強度相對高，含氣量低的特點。通過查閱相關資料，證實:

(1)保德區塊煤岩割理較為發育，面割理密度在5～13條/5cm，滲透率較高，介於0.3～12mD，一般在2.5～8mD;

(2)根據煤芯岩石力學參數實驗，彈性模量為10501.9MPa，泊松比為0.23;對比韓城、吉縣區塊(彈性模量在1355～9755，泊松比在0.22～0.45)來說，保德區塊機械強度相對高;

(3)區內發育兩套主力煤層，從含氣量來看:X1^#煤層平均含氣量為3.45m³/t，X2^#煤層平均含氣量為4.23m³/t;相比於韓城區塊(約15m³/t)和大寧—吉縣區塊(約11.5m³/t)來說，保德區塊含氣量較低。

此外，保德區塊煤岩還具有其他一些特點，如:

(1)厚度大、夾矸多;保德區塊主要含煤地層為二疊系山西組和石炭系太原組，煤層厚度大、分布穩定。X1^#煤層平均厚6.83m，含夾矸1～5套，平均3.6套;X2^#煤層平均厚6.94m，含夾矸0～3套，平均2套;

(2)部分煤層段具有軟煤岩特徵;通過對保德區塊測井資料統計分析發現，大部分井X1^#煤層上部、X2^#煤層下部呈現低密度、低電阻、高聲波時差，為軟煤特徵。

3 保德區塊中低階煤壓裂存在的問題

3 保德區塊中低階煤壓裂存在的問題

根據保德區塊煤岩特徵，結合壓裂液評價實驗結果，2010年優選了活性水作為保德區塊主要採用的壓裂液體系，並提出了大排量、大液量、射孔避開軟煤層等壓裂思路。

從施工情況來看，成功率僅為80%。說明2010年採用的壓裂工藝不能完全滿足保德區塊煤層改造的需要。因此，有必要開展影響保德區塊活性水壓裂成功率的原因分析，並提出針對性強的技術對策，提高壓裂施工成功率;同時，也為今後其他區塊中低階煤開發提供技術儲備。

為了找到影響壓裂成敗的因素，提高施工成功率，我們對2010年壓裂失敗層的原因進行了分類統計(見圖1)。

圖1 2010年保德區塊壓裂失敗原因分類統計

從圖1可以看出，煤層因素佔66.67%，主要表現為加砂困難，是影響保德區塊壓裂一次成功率低的主因。煤層因素涉及的面比較廣，只有對其進行更為細化的分析，找到影響一次成功率的關鍵性因素，才能提出針對性強的壓裂工藝改進措施。

3.1 滲透率高造成壓裂液濾失大

保德區塊滲透率較高，一般在2.5～8mD，遠高於其他區塊的煤層滲透率。因此，施工成功率較低的原因很可能是壓裂液濾失大，造縫效率低，引起縫內脫砂，導致砂堵失敗。為了驗證是否由於濾失過大造成砂堵的原因，我們引入了壓後壓降分析技術，通過G函數曲線計算壓裂液濾失效率。

G函數壓降分析法最早由Nolte^［2］提出，20世紀80年代中期在國內外油田得到了廣泛的應用。壓後關井裂縫閉合期，壓力動態在很大程度上有壓裂液濾失特徵以及裂縫形態所決定，所以可用來確定裂縫幾何參數，壓裂液濾失系數以及液體效率。圖2是我們根據A井X2^#煤層壓後壓力實時數據繪制的G函數曲線圖，然後根據壓力曲線的斜率可計算出7.5m³/min排量的活性水濾失系數為7.1×10^－3m/min^0.5;同理，對其他一些層的壓降數據進行計算，得到其濾失系數在(4.2～9.6)×10^－3m/min^0.5。由此說明，保德區塊採用活性水壓裂濾失非常大，是造成成功率低的一個重要原因。

3.2 割理發育、煤層非均質性強造成壓裂時產生多裂縫

保德區塊割理發育，面割理密度為5～8條/5cm。割理發育，就會影響並局部改變煤層氣藏中的地應力分布格局，水力裂縫不再是沿最大地應力方向擴展的單一裂縫，而是形成復雜的多裂縫(俗稱菊花縫)，難以形成主裂縫，造成地層加砂困難，易砂堵。

這是因為，煤層割理發育，割理處表現出的是一種弱面膠結，依據水力壓裂人工裂縫的啟裂機理是弱面破裂的理論，煤層壓裂過程中將產生大量的分支裂縫，同時由於保德地區X1^#夾矸較多，射孔時人為將X1^#分為多段，這同時加劇了多裂縫產生的幾率。

多裂縫的產生一方面消耗了驅動裂縫擴展的部分能量，另一方面將嚴重影響人工裂縫的寬度，造成支撐劑難以進入人工裂縫，形成砂堵。因此對於易於產生多裂縫的井，選擇合適的支撐劑是壓裂成功的關鍵。為了進一步了解保德區塊壓裂過程中多裂縫形成的情況，對B井和C井進行了壓後凈壓力分析，見圖4，圖5。

圖2 A井X2^#煤層壓後壓降G函數曲線

圖3 多裂縫形態示意圖

圖4 B井凈壓力分析

圖5 C井凈壓力分析

通過凈壓力分析得到B井和C井壓裂過程中多裂縫的形成趨勢:

B井開縫因子:3～5條(48min～98min)

C井開縫因子:5～7條(90min～140min)

開縫因子:指有多少條平行裂縫在爭奪同一開啟的裂縫空間。

因此，從以上兩口井的開縫因子分析，保德區塊煤層氣井壓裂過程中多裂縫產生嚴重，由於多裂縫的影響，裂縫寬度較小，往往造成壓裂加砂過程中砂堵。從這一點出發嘗試較小粒徑支撐劑，以提高壓裂一次成功率。

3.3 其他因素對壓裂成敗影響的分析

通過對壓裂煤層數據的統計發現，擴徑率是影響保德煤層壓裂成敗的突出因素，因為出現了支撐劑堵塞的煤層平均擴徑率超過20%，而未出現砂堵的煤層平均擴徑率不到12%。進一步分析認為:擴徑率大，反映煤質較軟，壓裂時容易產生大量煤粉，堵塞在裂縫前端，影響裂縫的延伸與擴展。

另外，根據壓裂工藝因素(如:液量、砂比、排量等)對煤層壓裂成敗影響的分析，發現:施工排量的大小及其變化也是影響煤層壓裂成敗的重要因素。2010年，保德區塊壓裂的核心理念是「低傷害、大排量、大液量」，其施工排量為7.0～8.2m³/min左右。從統計結果看，排量在7.8m³/min以上的，施工成功率約84.5%;排量在7.8m³/min以下的，施工成功率約76.1%，由此證明，適當增加排量可提高成功率。此外，排量的穩定性也是不容忽視的重要因素，因為在壓裂過程中出現了支撐劑堵塞的壓裂中，施工排量不穩定的佔60%，穩定不變的佔40%;而在壓裂施工過程中未出現支撐劑堵塞的施工中，排量波動較大的佔16.67%，排量有較小起伏的佔25%，穩定不變的佔58.33%。從這個情況來看，施工排量穩定也有利於減少支撐劑堵塞。

綜上所述，影響保德區塊煤層壓裂施工成敗因素如下:

(1)保德區塊滲透性較好，導致低粘壓裂液濾失大，造縫效率低;

(2)保德區塊割理發育，煤層壓裂過程中多裂縫產生嚴重，人工裂縫寬度狹小，「吃」砂能力弱，易產生砂堵;

(3)擴徑率大，反映煤岩軟，壓裂時產生的大量煤粉堵塞在裂縫前端，影響裂縫的擴展與延伸;

(4)排量(7.0m³/min)偏小，導致活性水有效利用率低，攜砂能力差，易引起砂堵;

(5)排量不穩定，尤其是中途停泵，必然導致沉砂，引起支撐劑堵塞。

4 保德區塊中低階煤壓裂技術對策

針對上面分析的幾個影響保德區塊煤層壓裂施工成敗的因素，通過反復認真的思考，提出了相應的技術對策。

4.1 壓裂液的優選

2011年採用的活性水作為保德區塊煤層壓裂的主體壓裂液是基本可行的。但是，基於中低階煤層具有滲透性好、濾失大以及其他方面的需求(例如，利於造縫和攜砂，加大砂量，提高前置液百分數和砂比，降低濾失等)，可考慮引入低傷害且具有較高攜砂能力的TD1清潔壓裂液^［3］。根據壓裂液評價實驗來看，TD1清潔壓裂液對保德區塊煤芯的平均傷害率約為15.79%，可完全滿足保德區塊煤層壓裂改造的需要。

另外，對於擴徑率大的煤層，其煤岩軟，壓裂時產生的大量煤粉堵塞在裂縫前端，影響裂縫的擴展與延伸。針對這種類型的煤層，可在壓裂液中加入煤粉分散劑，使煤粉在壓裂液中均勻分布，避免其在裂縫前端聚集。從前期在韓城區塊的試驗情況來看，使用煤粉分散劑活性水壓裂液，可有效降低施工壓力，提高施工成功率。

4.2 支撐劑的優化組合

考慮到中低階煤壓裂時易形成扭曲的縫寬較窄的多裂縫形態，造成加砂困難，建議2011年保德區塊煤層壓裂時，加大40/70目中細砂的用量，以保證支撐劑更易被攜帶到裂縫的深部。同時開展小粒徑支撐劑壓裂試驗，將目前常規的20～40目和16～20目支撐劑均縮小一個粒徑等級，即用30～50目替代20～40目支撐劑，以20～40目替代16～20目支撐劑進行施工。從2010年底所做的裂縫內的支撐劑優化組合實驗來看，適當降低支撐劑粒徑，不會造成裂縫導流能力的明顯下降。

4.3 提高施工排量，保證排量穩定性

通過排量的提升來降低相對濾失量，提高活性水攜砂能力;同時，考慮到設備承受能力及井場實際情況，施工排量從7.0～8.0m³/min提升至8.5～9.0m³/min;此外，要求泵車在40MPa的壓力下，排量能夠穩定在9.0m³/min，正常工作2小時以上。

5 現場應用

5.1 概況

截止到2011年6月20日，中石油煤層氣公司綜合應用上述幾項壓裂技術對策，在保德區塊施工29井次，成功率93.10%。相比2010年的施工成功率(80%)來說，有了明顯提高。從壓後產氣效果來看，雖然投產井數少(8口)且時間較短(不足70天)，但已有4口井見氣，2口井見套壓，顯示了良好的潛力。

5.2 應用實例

A井鑽井井深750m，煤層埋深610～680m，X1^#煤層厚度8.5m，X2^#煤層14.1m，含氣量6.1m³/t。2011年3月，先用102槍127彈射開X1^#，X2^#煤層，然後以8.7m³/min排量注入煤粉分散劑活性水879m³，加石英砂51.2m³(40/70目8m³，30/50目30m³，20/40目13.2m³)。壓後投產55天，執行連續、穩定、緩慢、長期的排采原則，目前產氣量610m³/d，且呈現出良好的上升勢頭。

6 認識與結論

(1)保德區塊煤層滲透性好，壓裂液濾失大是影響壓裂成敗的重要因素;

(2)保德區塊割理發育，非均質性強，這些特徵改變了煤層氣藏地應力分布形態，使壓裂時裂縫擴展呈現多裂縫形態;多裂縫的產生嚴重影響了人工裂縫的寬度，造成支撐劑難以進入人工裂縫，形成砂堵;

(3)優選壓裂液體系，優化支撐劑組合，選擇合適穩定的排量是解決保德區塊煤層壓裂成功率低的有效途徑。

參考文獻

［1］王紅霞，戴鳳春，鍾壽鶴.2003.煤層氣井壓裂工藝技術研究與應用.油氣井測試.12(1):51～52

［2］EconomidesMJ，NolteKG.2002.油藏增產技術(第三版).張保平等譯.北京:石油工業出版社

［3］李曙光，李曉明等.2008.新型煤層氣藏壓裂液研究.2008年煤層氣學術研討會論文集.317～334

⑷ 物理模擬實驗儀器選用

根據煤粉產出物理模擬實驗的原理及目的,需要設計可以滿足該實驗要求的儀器裝置。這些要求包括:

(1)滿足模擬地層流體在煤儲層裂隙之間的流動要求;

(2)滿足模擬煤儲層經儲層改造後的裂隙展布效果要求;

(3)滿足模擬煤儲層在含煤地層中的賦存狀態要求;

(4)滿足模擬煤層氣井排水→降壓→采氣的生產模式要求。

通過一系列的摸索與嘗試,確定了該物理模擬實驗儀器裝置的主體系統結構,其中包括計算機監控系統、樣品制備系統、泵送驅替系統、物理模擬系統、煤粉儲集系統、煤粉分析系統、電力動力系統等。

(1)計算機監控系統:主要由計算機操控平台和驅替導流監測平台等組成。計算機操控平台提供半自動半人工化功能服務,通過計算機實現對驅替導流監測平台的操控,可以滿足不同條件下物理模擬實驗的要求。同時,驅替導流監測平台實現流體相態驅替模式、自動調控驅替流速及壓力、實時監測導流狀況及實時記錄排出產物狀況等。

表5-3 煤體結構差異對煤粉產出的影響研究實驗方案

(2)樣品制備系統:主要由制樣模具、升降施壓油缸、平台支架等組成。制備樣品的前期准備工作需要碎樣機、標准樣品篩、電子天平等輔助設備。首先使用碎樣機將煤岩樣品破碎,經過標准樣品篩的篩選,選用一定粒度的煤粉顆粒,依據制樣模具的尺寸形狀,在升降施壓油缸的擠壓作用下,製作煤磚樣,用於煤粉產出物理模擬實驗。該系統需要通過計算機監控系統控制升降施壓油缸,為制樣提供穩定的壓力。

(3)泵送驅替系統:主要由平流泵、儲液容器、驅替液、導流室、無縫鋼導管、法蘭等組成。該系統的工作原理是通過調整平流泵的泵送功率,使其提供一定流速的穩定流體,該流體將儲液容器內的驅替液以同等速率注入導流室內,對導流室中的煤磚進行驅替作用,同時,需要導流室的左右兩側分別安裝進出液孔道,並在進出口端部安裝測壓孔道及相應法蘭。在此過程中,通過驅替導流監測平台調控平流泵的泵送功率、設置驅替作用的周期及數據記錄頻率等參數。

(4)物理模擬系統:主要由煤磚樣、石英砂、導流室、金屬墊片、塑料密封圈、差壓感測器、升降施壓油缸、平台支架等組成。該系統的工作原理是通過在兩塊煤磚中夾持石英砂顆粒進行人工造縫,模擬煤儲層經過儲層改造後的裂隙延展狀態;由泵送驅替系統向導流室內提供一定流速的驅替液,模擬地層流體在煤儲層裂隙之間的流動過程;由計算機監控系統調控升降施壓油缸,使其對導流室內的煤磚產生穩定圍壓,模擬煤儲層在含煤地層中的賦存狀態。該系統是在計算機監控系統、泵送驅替系統及物理模擬系統的相互配合下進行的,由平流泵提供驅替流體,由升降施壓油缸提供擠壓力,由驅替導流監測平台調控記錄驅替液流速、油缸壓力等參數,由金屬墊片和塑料密封圈來保證導流室中煤磚處於密封狀態。

(5)煤粉儲集系統:主要由電子天平、無縫鋼導管、燒杯等組成。該系統的工作原理是收集由物理模擬系統排出的液體及其中煤粉,同時通過驅替導流監測平台對排出液進行實時稱重並儲存數據結果。

(6)煤粉分析系統:主要由激光粒度儀、濾紙、過濾器、恆溫烘乾機、電子天平、顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀等組成。該系統的工作原理是採用激光粒度儀對不同實驗條件中產出的煤粉進行粒度分布測試;採用過濾器及恆溫烘乾機將排出液中的煤粉進行過濾烘乾;採用電子天平對乾燥的煤粉顆粒進行精密稱重;採用顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀分析煤粉的顯微形態及物質成分。從煤粉的粒度、質量、顯微狀態和物質成分等角度研究煤粉的產出物性特徵。

(7)電力動力系統:主要由配電箱和電動機等組成。該系統為物理模擬實驗設備裝置的其他系統提供電力及動力保障。

圖5-1 煤粉產出物理模擬實驗儀器設計示意圖

根據上述物理模擬實驗儀器裝置功能要求,實驗儀器設計如圖5-1所示。通過調研,在綜合考慮物理模擬實驗的可行性情況下,採用HXDL-Ⅱ型酸蝕裂隙導流儀作為測試儀器。該儀器可以在標准實驗條件下模擬地層壓力及溫度狀態,可以實現氣、液兩相驅替過程,並能評價裂縫的導流能力。其裝置流程如圖5-2所示。根據上述物理模擬實驗裝置的說明,選用的酸蝕裂隙導流儀的主體系統均達到開展實驗的要求,各個裝置部件可以滿足實驗的需求。該儀器的各項參數是參照《SY-T 6302—1997 壓裂支撐劑充填層短期導流能力評價推薦方法》標准而設定的。

圖5-2 酸蝕裂縫導流儀流程示意圖

⑸ 油田系統效率評價中區塊中的d，e，f，g是指什麼

探砂面 沖砂 探砂面是下入管柱實探井內砂面深度的施工。通過實探井內的砂面深度，可以為下步下入的其它管柱提供參考依據，也可以通過實探砂面深度了解地層出砂情況。如果井內砂面過高，掩埋油層或影響下步要下入的其它管住，就需要沖砂施工。 沖砂是向井內高速注入液體，靠水力作用將井底沉砂沖散，利用液流循環上返的攜帶能力，將沖散的砂子帶到地面的施工。沖砂方式一般有正沖砂、反沖砂和正反沖砂三種。 洗井 洗井是在地面向井筒內打入具有一定性質的洗井工作液，把井壁和油管上的結蠟、死油、鐵銹、雜質等臟物混合到洗井工作液中帶到地面的施工。洗井是井下作業施工的一項經常項目，在抽油機井、稠油井、注水井及結蠟嚴重的井施工時，一般都要洗井。 正洗井 洗井工作液從油管打入，從油套環空返出。正洗井一般用在油管結蠟嚴重的井。 反洗井 洗井工作液從油套環空打入，從油管返出。反洗井一般用在抽油機井、注水井、套管結蠟嚴重的井。 通井 、刮蠟、刮削 用規定外徑和長度的柱狀規，下井直接檢查套管內徑和深度的作業施工，叫做套管通井。套管通井施工一般在新井射孔、老井轉抽、轉電泵、套變井和大修井施工前進行，通井的目的是用通井規來檢驗井筒是否暢通，為下步施工做准備。通井常用的工具是通井規和鉛模。 下入帶有套管刮蠟器的管柱，在套管結蠟井段上下活動刮削管壁的結蠟，再循環打入熱水將刮下的死蠟帶到地面，這一過程叫刮蠟（套管刮蠟）。 套管刮削是下入帶有套管刮削器的管柱，刮削套管內壁，清除套管內壁上的水泥、硬蠟、鹽垢及炮眼毛刺等雜物的作業。套管刮削的目的是使套管內壁光滑暢通，為順利下入其它下井工具清除障礙。 油井（檢泵）作業 從地層中開採石油的方法可分為兩大類：一類是利用地層本身的能量來舉升原油，稱為自噴採油法；另一類是由於地層本身能量不足，必須人為地用機械設備給井內液體補充能量，才能將原油舉升到地面，稱為人工舉升採油法或機械採油法。目前，油田人工舉升方式主要有氣舉、有桿泵採油和無桿泵採油。 有桿泵採油包括抽油機有桿泵和地面驅動螺桿泵。無桿泵採油包括電動潛油泵、水力活塞泵、射流泵等。無論採用什麼舉升採油方式，由於油田開發方案調整、設備故障等原因，需要進行檢（換）泵作業。本章著重介紹抽油機有桿泵（簡稱抽油泵）、地面驅動螺桿泵（簡稱螺桿泵）、電動潛油泵（簡稱電潛泵）、水力活塞泵的作業方法。 檢（換）抽油泵 抽油機有桿泵採油是將抽油機懸點的往復運動通過抽油桿傳遞給抽油泵，抽油泵活塞上下運動帶出井內液體的採油方式，是目前各油田應用最廣泛的一種人工舉升採油方式，約占人工舉升井數的90%左右。它主要由抽油機、抽油泵、抽油桿及配套工具所組成。 由於井下抽油泵發生故障應進行檢泵。兩次檢泵之間的時間間隔稱為檢泵周期。油井的產量、油層壓力、油層溫度、出氣出水情況、油井的出砂結蠟、原油的腐蝕性、油井的管理制度等諸多因素都會影響檢泵周期的長短。 抽油井由於事故檢泵的原因一般有以下幾種： 1、油井結蠟造成活塞卡、凡爾卡，使抽油泵不能正常工作或將油管堵死。 2、砂卡、砂堵檢泵。 3、抽油桿的脫扣造成檢泵。 4、抽油桿的斷裂造成檢泵。 5、泵的磨損漏失量不斷增大，造成產液量下降，泵效降低，需檢泵施工。 6、抽油桿與油管發生偏磨，將油管磨壞或將接箍、桿體磨斷，需檢泵施工。 7、油井的動液面發生變化，產量發生變化，為查清原因，需檢泵施工。 8、根據油田開發方案的要求，需改變工作制度換泵或需加深或上提泵掛深度等。 9、其它原因：如油管脫扣、泵筒脫扣、襯套亂、大泵脫接器斷脫等造成的檢泵施工等。 檢泵作業施工主要包括以下施工工序： 施工准備、洗井、壓井、起抽油桿柱、起管柱、刮蠟、通井、探砂面、沖砂、配管柱、下管柱、下抽油桿柱、試抽交井、編寫施工總結等。 潛油電泵井作業 潛油電泵全稱電動潛油離心泵，簡稱電泵，是將潛油電機和離心泵一起下入油井內液面以下進行抽油的井下舉升設備。潛油電泵是井下工作的多級離心泵，同油管一起下入井內，地面電源通過變壓器、控制櫃和潛油電纜將電能輸送給井下潛油電機，使電機帶動多級離心泵旋轉，將電能轉換為機械能，把油井中的井液舉升到地面。近些年來，國內外潛油電泵舉升技術發展很快，在油田生產中，特別是在高含水期，大部分原油是靠潛油電泵生產出來的。電潛泵在非自噴高產井或高含水井的舉升技術中將起重要的作用。 典型的潛油電泵井的系統它主要由三部分組成： （1）地面部分：地面部分包括變壓器、控制櫃、接線盒和特殊井口裝置等。 （2）中間部分：中間部分主要有油管和電纜。 （3）井下部分：井下部分主要有多級離心泵、油氣分離器、潛油電機和保護器。 上述三部分的核心是離心泵、油氣分離器、潛油電機、保護器、潛油電纜、變壓器和控制櫃七大部件。 潛油電泵井的系統組成 1-變壓器；2-控制櫃；3-電流表；4-接線盒； 5-地面電纜；6-井口裝置；7-圓電纜； 8-泄油閥；9-電纜接頭；10-單流閥；11-扁電纜；12-油管；13-泵頭；14-泵；15-電纜護罩； 16-分離器；17-保護器；18-套管；19-潛油電機；20-扶正器 潛油電泵井作業程序 1、下泵作業 起原井管柱、套管刮蠟、洗井沖砂、探人工井底、測井徑、通井、下丟手管柱、換套管頭、井下機組下井前的地面檢查、井下機組聯接、電機和保護器注油、相序檢查、電纜安裝和下井、單流閥和泄油閥的安裝、井口安裝、安裝電泵井口流程、啟泵投產。 2、電泵起出施工 起機組前的准備、起出油管、起出電纜、起出機組、起出設備評價和運回設備。 第四章 常規注水井作業 分層注水工藝原理 油田注水是保持油層壓力，使油井長期高產穩產的一項重要措施，目前我國各油田大部分都採用注水的方法，給油層不斷補充能量，取得了較好的開發效果。油田注水的目的是提高地層壓力，保持地層能量，以實現油田穩產高產，提高最終採收率。由於不同性質的油層吸水能力和啟動壓力有很大差別，採用多層段籠統注水，將使高滲透層與低滲透層之間出現層間干擾。 通過礦場試驗證實，在長期籠統注水條件下，就單井而言，每口井都有干擾現象；就層段而言，大部分層段有干擾現象。注水要求是分層定量注水，在注水井通過細分層段實行分層配注，有利於減少層間干擾，解決層間和平面矛盾，改善吸水剖面，提高驅油效率，以便合理控制油井含水和油田綜合含水上升速度，提高油田開發效果。 分層注水管柱 分層配水管柱是實現同井分層注水的重要技術手段。分層注水的實質是在注水井中下入封隔器，將各油層分隔，在井口保持同一壓力的情況下，加強對中低滲透層的注入量，而對高滲透層的注入量進行控制，防止注入水單層突進，實現均勻推進，提高油田的採收率。我國油田大規模應用的分層配水管柱有同心式和偏心式兩種。前者可用於注水層段劃分較少較粗的油田開發初期，後者適用於注水層段劃分較多較細的中、高含水期。此外，還有用於套管變形井的小直徑分層配水管柱。 注水井井下工具 封隔器：擴張式封隔器、壓縮式封隔器 配水器：固定式分層配水器、活動式配水器、偏心配水器 壓 裂 壓裂是指在井筒中形成高壓迫使地層形成裂縫的施工過程。通常指水力壓裂,水力壓裂是指應用水力傳壓原理，從地面泵入攜帶支撐劑的高壓工作液，使地層形成並保持裂縫，是被國內、外廣泛應用的行之有效的增產、增注措施。由於被支撐劑充填的高導流能力裂縫相當於擴大了井筒半徑，增加了泄流面積，大大降低了滲流阻力，因而能大幅度提高油、氣井產量，提高採油速度，縮短開采周期，降低採油成本。 壓裂設備及管柱 一、地面設備 1、壓裂井口 壓裂井口一般可分為兩類： ①用採油樹壓裂井口。 ②採用大彎管、投球器、井口球閥與井口控制器的專 用壓裂井口。 2、壓裂管匯 目前壓裂管匯種類很多，承壓和最大過砂能力也不相同。常用的有壓裂管匯車和專用的地面管匯。專用的地面管匯有8個連接頭，壓裂車可任選一個連接。高壓管線外徑Ф76mm，內徑Ф60mm，最高壓力可達100MPa。 3、投球器 投球器有兩種，一種是前面井口裝置中用於分層壓裂管柱中投鋼球的投球器，另一種是選壓或多裂縫壓裂封堵炮眼用投球器。美國進口投球器，最大工作壓力100MPa，一次裝Ф22mm的堵球200個，電動旋轉投球每分鍾12圈，每圈投4個球。 二、壓裂車組 壓裂設備主要包括壓裂車、混砂車、儀表車、管匯車等。 1、壓裂泵車 壓裂車是壓裂的主要動力設備，它的作用是產生高壓，大排量的向地層注入壓裂液，壓開地層，並將支撐劑注入裂縫。它是壓裂施工中的關鍵設備，主要由運載汽車、驅泵動力、傳動裝置、壓裂泵等四部分組成。 2、混砂車 混砂車的作用是將支撐劑、壓裂液及各種添加劑按一定比例混合起來，並將混好的攜砂液供給壓裂車，壓入井內。目前混砂車有雙筒機械混砂車、風吸式混砂車和仿美新型混砂車。混砂車主要由供液、輸砂、傳動三個系統組成。 3、其它設備 除了壓裂車、混砂車主要設備外，還有儀表車、液罐車、運砂車等。儀表車是用於施工時，記錄壓裂過程各種參數，控制其它壓裂設備的中樞系統，又稱作壓裂指揮車。 三、壓裂管柱 壓裂管柱主要由壓裂油管、封隔器、噴砂器、水力錨等組成。目前井下管柱可分為籠統壓裂管柱和分層壓裂管柱。 1、壓裂油管 壓裂應使用專用油管。抗壓強度應滿足設計要求。淺井、低壓可用J55鋼級，內徑Ф62mm油管（外徑φ73mm）；中深井和深井使用N80或P105的內徑Ф62mm或Ф76mm外加厚油管，最高限壓分別是70Mpa和90Mpa。 2、封隔器 目前壓裂用封隔器種類較多，淺井使用擴張式或壓縮式50℃低溫膠筒封隔器。深井使用擴張式、壓縮式或機械式90℃以上膠筒封隔器。深井大通徑CS-1封隔器，工作壓力105Mpa，工作溫度可達177℃。 3、噴砂器 噴砂器主要作用一是節流，造成壓裂管柱內外壓差，保證封隔器密封；二是通往地層的通道口，使壓裂液進入油層，三是避免壓裂砂直接沖擊套管內壁造成傷害。 4、壓裂管柱 壓裂管柱一般分為籠統壓裂管柱和分層壓裂管柱。 1）籠統壓裂管柱 籠統壓裂管柱結構為：油管+水力錨+封隔器+噴嘴。 2）分層壓裂管柱 分層壓裂管柱包括： ①雙封卡單層：Ф73mm或Ф88.9mm外加厚油管+水力錨+封隔器+噴砂器+封隔器+死堵。壓裂之後可以用上提的方法壓裂其它卡距相同層段。 ②三封卡雙層：Ф73mm或Ф88.9mm油管+水力錨+封隔器+噴砂器（帶套）+封隔器+噴砂器（無套）+封隔器+死堵。可以不動管柱壓裂二層。 ③四封卡三層：Ф73mm或Ф88.9mm油管+封隔器+噴砂器（甲套）+封隔器+噴砂器（乙套）+封隔器+噴砂器（丙無套）+封隔器+死堵。可以不動管柱壓裂三層。 在壓裂管柱的丈量和組配過程中要考慮到油管由於溫度效應、活塞效應、膨脹效應、彎曲效應引起的油管長度變化。 第二節 壓裂液 壓裂液的主要作用，是將地面設備的能量傳遞到油層岩石上，將油層岩石劈開形成裂縫，把支撐劑輸送到裂縫中。壓裂液在施工中按不同階段的作用可分為前置液、攜砂液、頂替液三種。 為了壓裂施工的順利實施，要求壓裂液具有低濾失性、高攜砂性、降阻性、穩定性、配伍性、低殘渣、易返排等性能。隨著石油工業的發展，壓裂施工的規模越來越大，壓裂液用量越來越大，因而壓裂液還應具備貨源廣、成本低，配製簡單等特點，以滿足大型壓裂和新井壓裂施工。 壓裂液主要分為水基壓裂液、油基壓裂液、乳化壓裂液、泡沫壓裂液、醇基壓裂液、表面活性劑膠束壓裂液（清潔壓裂液）和濃縮壓裂液等。水基壓裂液成本低、使用安全，因而應用廣泛。目前世界上約有70％以上的壓裂作業採用的胍膠和羥丙基胍膠水基壓裂液，泡沫壓裂液約占總用量的25％，而油基壓裂液使用很少，佔5％。 支撐劑 支撐劑是水力壓裂時地層壓開裂縫後，用來支撐裂縫阻止裂縫重新閉合的一種固體顆粒。它的作用是在裂縫中鋪置排列後形成支撐裂縫，從而在儲集層中形成遠遠高於儲集層滲透率的支撐裂縫帶。使流體在支撐裂縫中有較高的流通性，減少流體的流動阻力，達到增產、增注的目的。 為了適應各種不同地層以及不同井深壓裂的需要，人們開發了許多種類的支撐劑，大致可分為天然和人造兩大類。支撐劑性能主要是物理性能和導流能力。 目前常用的支撐劑有天然石英砂和人造支撐劑陶粒 石英砂多產於沙漠、河灘或沿海地帶。如美國渥太華砂、約旦砂和國內蘭州砂、承德砂、內蒙砂等。天然石英砂的礦物組分以石英為主。石英含量（質量百分比）是衡量石英砂質量的重要指標，我國壓裂用石英砂中的石英含量一般在80%左右，在天然石英砂的石英含量中，單晶石英顆粒所佔的質量百分比愈大，則該種石英砂的抗壓強度愈高。 一、滑套式管柱分層壓裂工藝 1、管柱結構：由投球器、井口球閥、工作筒和堵塞器、多級封隔器和多級噴砂器組成。所用的封隔器以擴張式為主，特殊情況也可以用壓縮式的；也可以根據施工需要，用尾噴嘴和水力錨配合滑套式噴砂進行混合組配。 打撈作業 在油水井生產過程中，由於各種原因常引起井下落物和井下工具遇卡。各種井下落物在很大程度上影響著油水井的正常生產，嚴重時可造成停產。因此，需要針對不同類型的井下落物，選用相應的打撈工具，撈出井下落物，恢復油水井正常生產。 一、打撈作業的分類 撈出井下落物的作業過程稱打撈作業。可以從不同角度對打撈作業的性質進行分類。 1、按落物種類進行劃分 根據井下落物的種類可將打撈作業分成四類： (1)管類落物打撈,如油管、鑽桿、封隔器、工具等。 (2)桿類落物打撈，如（斷脫的）抽油桿、測試儀器、加重桿等。 (3)繩類落物打撈，如錄井鋼絲、電纜等。 (4)小件落物打撈，如鉛錘、刮蠟片、壓力計、取樣器和凡爾球、牙輪等。 2、按打撈作業的難易程度劃分 這是現場上按照工程處理難易程度進行分類的一種方法，分為簡單打撈和復雜打撈兩種。這種劃分方法便於施工准備和制定施工措施。 二、常用的打撈工具 在長期的打撈實踐中，人們根據不同類型的井下落物，設計出了許多相應的打撈工具。 1、管類落物打撈工具 常用來打撈管類落物的工具有：公錐、母錐、滑塊卡瓦打撈矛、接箍撈矛、可退式打撈矛、可退式打撈筒、開窗打撈筒等。 2、桿類落物打撈工具 常用工具有抽油桿打撈筒、組合式抽油桿打撈筒、活頁式撈筒、三球打撈器、擺動式打撈器、測試井儀器打撈筒等。 3、繩類落物打撈工具 常用工具有內鉤、外鉤、內外組合鉤、老虎嘴等。 4、小件落物打撈工具 常用工具有一把抓、反循環打撈籃、磁力打撈器等。 5、輔助打撈工具 常用的輔助打撈工具有鉛模、各種磨銑工具（平底磨鞋、凹底磨鞋、領眼磨鞋、梨形磨鞋、柱形磨鞋、內銑鞋、外齒銑鞋、裙邊鞋、套銑鞋等）、各種震擊器（上擊器、下擊器、加速器和地面下擊器等）、安全接頭和各種井下切割工具等。 6、大修常用鑽具和井口工具 大修常用的鑽具有23/8″~31/2″正反扣鑽桿、31/2″~41/8″鑽鋌、21/2″~31/2″方鑽桿。常用的井口工具有輕便水龍頭、液壓鉗、吊鉗、安全卡瓦、各種規格的活門吊卡、井口卡瓦、方鑽桿補心、鑽鋌提升短節、接頭等。 7、倒扣工具和鑽具組合 常規打撈施工時常用的倒扣工具有倒扣器、倒扣撈矛、倒扣撈筒、倒扣安全接頭、倒扣下擊器。常用的鑽具組合有兩種（自下而上）。 (1)倒扣撈筒（倒扣撈矛）+倒扣安全接頭+倒扣下擊器+倒扣器+正扣鑽桿（油管）。 (2)倒扣撈筒(倒扣撈矛)+倒扣安全接頭+反扣鑽桿。 三、井下落物打撈步驟 （1）下鉛摸列印，以便分析井下魚頂形態、位置。 （2）根據印痕分析井下情況及套管環形空間的大小，選擇合適的打撈工具。 （3）按操作程序下打撈工具進行打撈。 （4）撈住落物後即可活動上提。當負荷正常後，可適當加快起鑽速度。 解卡作業 卡鑽事故按其形成的原因可分為以下幾種類型： （1）油水井生產過程中造成的油管或井下工具被卡，如砂卡、蠟卡等。 （2）井下作業不當造成的卡鑽，如落物卡、水泥（凝固）卡、套管卡等。 （3）井下下入了設計不當或製造質量差的井下工具造成的卡鑽，如封隔器不能正常解封造成的卡鑽。 4、解卡 1）砂卡的解除方法 凡是由於井內砂子造成的卡管柱或工具事故，統稱為砂卡事故，簡稱為砂卡。砂卡的特徵一般為管柱用正常懸重提不動、放不下、轉不動。 2）水泥卡鑽解除方法 水泥卡鑽的處理可分為兩種情況：一種是能夠開泵循環的；另一種憋泵開不了泵的。對可開泵循環的，可用濃度為15%的鹽酸進行循環，破壞水泥環進行解卡。 3）解除落物卡鑽 落物卡鑽原因多數是由於施工中責任心不強，或者工具構件質量低劣所造成的。如鉗牙、卡瓦牙、井口螺絲、撬杠、搬手及其它小件工具等落井，將井下工具（如封隔器、套銑筒等）卡住，造成落物卡鑽事故。 處理落物卡鑽，切忌大力上提，以防卡死。一般處理方法有兩種：若被卡管柱可轉動，可以輕提慢轉管柱，有可能造成落物擠碎或者撥落，使井下管柱解卡；若輕提慢轉處理不了，或者管柱轉不動，可用壁鉤撈出落物以達到解卡的目的。 4）解除套管卡鑽 套管卡鑽通常分為變形卡、破裂卡、錯斷卡。不論處理那種形式的卡鑽，都要將卡點以上的管柱取出，修好了套管，卡鑽也就解除了。 5）封隔器的卡瓦卡鑽 解除封隔器卡瓦卡鑽可用大力上提解卡和正轉的方法。具體做法是在鑽具設備允許范圍內進行大力上提和下放，必要時可將封隔器卡瓦拉斷，然後把餘下的部分打撈出來，實現解卡。若活動法不行，則把封隔器以上的油管倒出來，再下鑽桿帶公錐打撈，然後正轉鑽具上提解卡。封隔器卡瓦卡鑽，還可以用震擊解卡。具體做法是把封隔器以上的油管倒出，用鑽桿下帶震擊器、加速器、安全接頭、打撈工具的組合鑽具，打撈封隔器，撈到後使用震擊器解卡。 第六節 套管整形 套管變形或錯斷後,內通徑減小,針對變形和錯斷點以下的各種工藝技術措施無法實施,導致油氣水井停產或報廢，而且能引發成片套損。因此，套管變形和錯斷後，應採取一定的技術措施進行整形擴徑，撈盡井下落物後，根據井況進行密封加固修復或取套修復，也可徹底報廢後側鑽修復。套管整形擴徑技術是套管變形和錯斷井修復的前提和基礎。 套管整形擴徑的常用工具有梨形脹管器、旋轉碾壓法整形，旋轉震擊式整形器、偏心輥子整形器、三錐輥套管整形器和各種形狀的銑錐。 第八節 套管加固 對變形、錯斷的套管經整形擴徑打開通道，撈盡井內落物後進行加固修復，一是防止套損井段復位通徑減小；二是保持套管井眼有一基本通道；三是密封加固能防止套損井段進水成為成片套損源；四是修復成本低。缺點是加固修復後，井眼內通徑減少。目前加固的方法有不密封丟手加固和液壓密封加固。 第十一節 電動潛油泵打撈 隨著電泵井的增加，作業過程中卡泵、電纜擊穿、脫落、掉泵、砂卡電泵、套管變形卡泵事故不斷發生，且電泵結構復雜、外徑大，加上電纜因素，人們曾一度被打撈電泵問題所困繞。 經多年攻關，已經總結出適合我國油田的一整套的打撈工藝及專用工具，為我國油井打撈技術又增添了新的一頁。 一、電泵事故分類 A類：電泵起不動，原管柱等未損壞。 B類：全套電泵機組，部分電纜、油管落入井內。 C類：只剩電機組或部分電機組在井內。 二、電泵打撈 1、上下活動打撈 原管柱未損壞情況下（A類），或其它情況下撈獲後，可在油管、地面設備允許的負荷內上下活動，以達到松動解卡撈獲電泵的目的，且不可轉管柱，更不能倒扣。 2、打撈電纜、管柱 活動無效時，對A類情況可以從電泵泄油器以上把油管與電纜全部切斷，起出油管和電纜，對於B類情況，撈獲後可採用震擊釋卡，若無效，也可採用切割或套、磨、銑等工藝把油管和電纜全部撈出。 3、打撈電泵 沖洗魚頂，下電泵卡瓦撈筒（需要時，還要套銑電泵）對電泵進行打撈。撈獲後，可用上下活動、震擊釋卡，若仍無效，就從泵連接螺栓處提斷，一節一節地提撈，直至把全部電泵機組全部撈出。 4、破壞性電泵打撈 倒掉電機上接頭，用特製工具抽出轉子、定子，最後磨掉電機外殼。 一、水泥漿封固永久報廢工藝技術 水泥漿封固永久報廢工藝技術主要適用於嚴重損壞的注水井及部分需補鑽調整井而需要作報廢處理的油井。 1、水泥漿封固永久報廢工藝原理 水泥漿封固永久報廢就是利用水泥漿對射孔井段、錯斷、破裂部位擠注封堵，達到永久封固報廢的目的。 2、施工方法 工程報廢井多屬井況復雜、套損嚴重井，一般有落物卡阻，因此按有落物的錯斷卡阻型井況介紹施工方法 。 1）壓井 2）試提、起原井管柱 3）列印 核實套損狀況、魚頂狀況、深度。 4）處理卡阻部位的落物 下擊或磨銑套損部位落物，讓出套損部位2~4m。 5）整形擴徑 選用梨形或錐形銑鞋、平底磨鞋等進行整形擴徑。 6）打撈 打撈處理套損部位以下落物。 7）通井 8）封固報廢 9）探水泥面 10）試壓 對灰塞試壓，壓力為15MPa，穩壓30min，壓力降不超過0.5MPa為合格。 11）完井

⑹ 聽說新密市的萬力陶粒支撐劑做的不錯，想問問具體情況

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⑺ 地應力與支撐劑的選擇

儲層改造就是要形成一條高導流能力的人工裂縫，而支撐劑選擇是否合適，是能否形成高導流能力的關鍵因素之一。地應力和地層岩石力學性質對人工裂縫中支撐劑支撐效果具有重要影響，其影響主要體現在兩個方面：一是當地應力（尤其是最小主應力值）較高、地層較硬（即岩石楊氏模量高、泊松比小）時，人工裂縫中的支撐劑容易被壓碎。另外，當地應力較高，而地層較軟（即岩石楊氏模量小、泊松比大）時，人工裂縫中的支撐劑容易被嵌入地層。這兩種情況的發生均會嚴重影響支撐效果，降低人工裂縫的導流能力。

目前，國內外對各種支撐劑在不同應力條件下的支撐效果進行了大量實驗研究，一般來說，最小主應力小於41.37MPa，可使用石英砂作支撐劑；2000m以下油層壓裂應選用陶粒作為支撐劑。在壓裂設計時，可根據油田實際的地應力特徵和岩石力學性質，對照應力對支撐劑導流的影響實驗結果，指導支撐劑優化選擇。

支撐劑在裂縫中所承受的壓力與最小主應力之間有如下關系：

P_a=σ_min-P_wf （5-4）

式中：P_a——支撐劑所承受的壓力，MPa；P_wf——井底流動壓力，MPa。

實際上，在裂縫中不同位置處，支撐劑所承受的壓力是不一樣的，上式只是一個平均的概念。從上式可看出，最小水平主應力越大，在井底流動壓力一定的情況下，支撐劑所承受的壓力也越大，這樣對支撐劑的強度及導流能力等的要求也越高。在實際施工中，應據單井地應力情況應用相應的支撐劑，同時結合成本和增產倍數的關系以達到壓裂增產效果。

⑻ 提高水力壓裂裂縫導流能力的方法有哪些具體講講

1. 改變支撐劑類型，使用低破碎、高導流支撐劑；

2. 改變支撐劑粒徑，使用大粒徑支撐劑；

3. 提高加砂濃度；

4. 使用低損害的壓裂液體系；

5. 使用不連續鋪置工藝；

6. 在條件許可下造剪切裂縫。

⑼ 油水井增產增注措施是什麼

採油井或注水井，由於某些因素，使井底附近的油層堵塞，結果使油井產量降低，甚至不出油，或注水井注不進水，影響油層壓力和水驅油效果，降低油層採收率。在這種情況下，人們提出了改造油層的兩項技術措施：壓裂和酸化。

一、壓裂

壓裂，也稱水力壓裂，是利用地面高壓泵組，以超過地層吸收能力的排量將高黏液體（壓裂液）泵入井內，在井底產生高壓。當該壓力超過地層破裂壓力時，就在井底產生一條或數條裂縫。然後將帶有支撐劑的壓裂液注入裂縫中，停泵後，就可在地層中形成具有足夠長度、一定寬度和高度的不再閉合的裂縫。這種填砂裂縫具有很高的導流能力，從而大為改善近井地帶油氣的滲流條件，達到油井增產或水井增注的目的。

近年來，隨著技術水平不斷提高，水力壓裂已成為低滲透儲集層改造和增產、增注的重要手段。

（一）壓裂液

壓裂液是水力壓裂改造油氣層過程中的工作液，起著傳遞壓力、形成和延伸裂縫、攜帶支撐劑的作用。壓裂液及其性能與造縫尺寸的大小和裂縫的導流能力有著密切的關系，所以，壓裂液是影響壓裂效果的重要因素。

壓裂液是壓裂施工液的總稱。根據壓裂液在壓裂過程中不同階段的作用，可分為：

清孔液——5%HCl和0.2%的表面活性劑水溶液與堵球配合，疏通壓裂井段射孔孔眼。

前墊液——對水敏、結垢或含蠟量高的地層進行壓裂時，需要提前泵注黏土穩定劑、除垢劑或清蠟劑；同時，這段液體還可以對高溫、深井地層起到降低地層溫度的作用。

前置液——一般用不含支撐劑的壓裂液作前置液，用以壓開地層，降低地層溫度和延伸裂縫，為攜砂液進入裂縫准備空間。

攜砂液——用來進一步擴伸裂縫，攜帶支撐劑進入裂縫，填鋪高導流能力的砂床。攜砂液是完成壓裂作業、評價壓裂液性能的主體液。

頂替液——用來將攜砂液全部頂入地層裂縫，以免沉砂井底。頂替液量為井筒容積，不能過量頂替。

隨著壓裂工藝水平的不斷提高，性能優越的壓裂液也不斷涌現。現在經常使用的壓裂液有水基壓裂液、油基壓裂液、乳狀壓裂液、泡沫壓裂液等。尤其近十幾年發展起來的水基凍膠壓裂液具有黏度高、摩擦阻力低及懸砂性能好的優點，現已成為國內外使用最廣泛的壓裂液。

（1）活性水壓裂液（水基）：在水溶液中加入表面活性劑的低黏壓裂液。此壓裂液配製簡單、成本低廉、黏度低、濾失量大、攜砂能力弱，適用於淺井低砂量、低砂比小型解堵壓裂和煤層氣井壓裂。

（2）稠化水壓裂液（水基）：以稠化劑及表面活性劑配製的黏稠水溶液。稠化水壓裂液比活性水壓裂液黏度有所提高，攜砂能力稍強，降濾失性能稍好，主要用於低溫（小於60℃）、淺井（小於1000m）和低砂比（小於15%）的小型壓裂。

（3）水基凍膠壓裂液（水基）：這是一種有彈性、不黏手和容器的膠凍狀壓裂液。水基凍膠壓裂液攜砂能力很強，摩擦阻力極小，是一種較理想的壓裂液。

（4）稠化油壓裂液（油基）：是高分子聚合物溶於油中配成的壓裂液。其基液為原油、汽油、柴油、煤油、凝析油。其優點是黏度高、懸砂能力強、濾失量小、不傷害油層；缺點是成本高、流動時摩擦阻力高，且黏度隨溫度升高降低很快，因此只適用於低壓、親油、強水敏地層。

（5）乳化壓裂液：為一種液體分散於另一種與它不相混溶的液體中形成的多相分散體系。以液珠形式存在的一相稱為分散質（或稱內相、不連續相）；起分散作用的一相稱為分散介質（或稱外相、連續相）。用作壓裂液的乳狀液中，一相是水或鹽水溶液、聚合物稠化水溶液、水凍膠溶液、酸液以及醇液；另一相則是原油、成品油、凝析油或液化石油氣。此外，體系中還須加入有利於形成穩定乳狀液的表面活性劑。乳化壓裂液的特點是：具有一定的黏度，濾失量低，對地層傷害小，但其摩擦阻力一般高於水或油，適用於水敏、低壓地層。

（6）泡沫壓裂液：是氣體分散於液體中的分散體系。為了使泡沫穩定，通常加入起泡劑。體系中氣相為CO2、N2、空氣；液相為稠化水、水凍膠、酸液、醇或油；起泡劑多為非離子型表面活性劑。這種壓裂液的特點是：摩擦阻力損失小，濾失量少，返排速度快，攜砂能力強，對地層傷害小，適用於含氣砂岩或頁岩地層，低滲、低壓、水敏性地層。

（二）支撐劑

在水力壓裂中，支撐劑的作用在於充填壓裂產生的水力裂縫，使之在岩石應力作用下不再重新閉合，且形成具有一定導流能力的流動通道。顯然，被支撐裂縫的長度、寬度越大，裂縫的導流能力越強，裂縫的增產效果越好。

壓裂用的支撐劑可大致分為天然、人造和天然改性三大類型。天然的以石英砂為代表，人造的以陶粒為代表，天然改性的以樹脂包層砂為代表。

1．石英砂

石英是一種分布廣、硬度大的穩定性礦物，也是首先得到廣泛應用的支撐劑，至今在國內外的用量仍然居於首位。石英砂硬度大，性脆，遇硬地層破碎後將大大降低裂縫的導流能力，遇軟地層又容易嵌入裂縫裡面。但石英密度低，便於施工泵送；價格便宜，容易獲得；圓球度好，導流能力強，仍為目前國內外最常用的支撐劑。

2．人造陶粒

自20世紀70年代末以來，隨著向深層、緻密層的勘探開發的需要，我國先後研製出噴吹的鋁礬土高強度支撐劑、中高密度高強度燒結鋁礬土陶粒和低密度中等強度燒結鋁礬土陶粒。我國將這些燒結或噴吹形成的人造支撐劑統稱為陶粒，其主要特點是：具有很高的強度，具有抗鹽、耐溫性能，破碎率低；但其相對密度較高，對壓裂液的性能及泵送條件都提出了更高的要求，且加工工藝復雜，成本較高。

3．樹脂包層砂

樹脂包層砂是採用一種特殊工藝，將改性酚醛樹脂包裹在石英砂的表面，並經熱固處理製成的一種支撐劑。按樹脂的包裹方法，可分為預固化和（可）固化兩種包層砂，它們在壓裂中承擔著不同的任務。前者是在石英砂的表麵包了一層樹脂，即使壓碎了包層內的砂子，外面的樹脂仍可以將碎塊、微粒包裹在一起，從而保持裂縫有較高的導流能力；後者是在石英砂表面上事先包裹一層與壓裂層溫度相匹配的樹脂，並作為尾隨支撐劑置於水力裂縫的近井縫段，當裂縫閉合且地層溫度恢復後，這種（可）固化的樹脂包層砂先在地層溫度下軟化成玻璃球狀，然後由軟至硬地將周圍相同的（可）固化的樹脂包層砂膠結起來，這樣在裂縫深處與井筒地帶形成一道「屏障」，起到防止縫內支撐劑反吐迴流的作用。

除上述類型外，20世紀50～60年代曾使用過的金屬鋁球、塑料球、核桃殼與玻璃球等支撐劑，由於受自身的缺點所限制，已被更好的支撐劑替代，現已不再使用。

（三）壓裂工藝

壓裂工藝包括壓裂井（層）的選擇、壓裂工藝方式的選擇、壓裂施工參數的優化設計等一系列工作。在壓裂液、支撐劑及壓裂設備都已確定的情況下，壓裂效果的好壞取決於壓裂工藝。

各地區的油層性質、壓力、溫度等條件不同，完井方法、技術設備條件也有差異，因此，壓裂工藝方式也不同。下面介紹幾種較為常用的壓裂工藝方法。

1．合層壓裂技術

油氣井的生產層往往是一個層組，壓裂時對這個層組的各個小層同時進行施工，就叫做合層壓裂，也叫籠統壓裂。對於裸眼完成的井，其裸眼段由於難以分小層，常用此方法壓裂。具體施工時又分為油管壓裂、套管壓裂和油套管同時壓裂三種情況。油管壓裂是將壓裂液由油管擠入井底，並採取了帶水力錨和套管加平衡壓力等保護措施；套管壓裂是井內不下油管，裝好井口直接壓裂；油套管同時壓裂是將油管和套管出口各接一些壓裂車，同時向井內注入壓裂液，從套管加砂。

2．分層壓裂技術

壓裂施工中，當目的層有多層時，為了達到徹底改造的目的，要採用分層壓裂技術。

目前國內外應用較為廣泛的一種壓裂技術是封隔器分層壓裂。它是通過封隔器分層管柱來實現的。封隔器是分層壓裂管柱的關鍵，它的作用是將目的層與上、下油層隔離開來，阻止壓裂液進入上、下油層，使目的層獨立地與壓裂管柱內壓力系統連接起來。對最下面一層，可以用單封隔器進行壓裂；對射開多層的井，可用雙封隔器對其中任意層進行壓裂；對射開多層的深井，也可以用「橋塞+封隔器」分層壓裂。

二、酸化

酸化是將按要求配製的酸液從地面經井注入到地層中，以用於除去近井地帶的堵塞物，恢復地層的滲透率，或通過酸、岩的化學反應，腐蝕油層中的某些成分，恢復或提高油層的滲透能力的一種化學增產增注措施。

（一）酸液類型

酸化時採用何種酸液，必須根據酸化井地層和堵塞物的特點、措施目的和施工要求進行選擇。

1．鹽酸

酸化時，鹽酸的濃度一般在6%～15%，但隨著高效緩蝕劑的出現，可直接使用工業鹽酸（濃度約30%）酸化。使用濃鹽酸可以酸化深層，減少地層水的稀釋，生成較多的CO2，利於殘酸的排出。

鹽酸可溶解堵塞水井的腐蝕產物，從而恢復地層的滲透率，例如：

根據地層條件、現場施工的實際情況，以及酸化目的的不同，可採用不同的酸化液進行酸化，如多組分酸、乳化酸、稠化酸、甲酸和乙酸等，都能起到不同的酸化效果。

（二）酸液添加劑

酸化用的酸液中，為了實現某一特定的目的所加入的化學物質稱為酸液添加劑。常用的酸液添加劑主要有緩速劑、緩蝕劑和鐵離子穩定劑。

1．緩速劑

用來降低酸、岩反應速度，提高酸化半徑的物質稱緩速劑。加有緩速劑的酸液稱為緩速酸。常用的緩速劑有表面活性劑和增稠劑。

表面活性劑如十二烷基磺酸鈉等，它們吸附於岩石表面上，疏水基團向外阻止了酸液與岩石的接觸反應，降低了反應速度。另外，表面活性劑在井底附近地層吸附量大，酸、岩反應速度小；當酸液進入到地層深部，表面活性劑濃度減小，吸附量小，酸、岩反應速度大。表面活性劑的加入也有利於殘酸返排。表面活性劑加量在1%左右。

增稠劑常用黃原膠、聚乙二醇（低溫時用）、高分子聚合物（如聚陽離子化合物）。增稠劑的加入，使酸液黏度提高，降低了酸液中H+向岩石表面的擴散速度，從而降低了酸、岩反應速度。

2．緩蝕劑

用來降低酸液對井下金屬設備（如油管、套管）的腐蝕速度的化學物質稱為緩蝕劑。緩蝕劑分有無機緩蝕劑、有機緩蝕劑。油田常用的是含有O、S、N雜原子的有機緩蝕劑，如7701、咪唑啉等。

3．鐵離子穩定劑

當酸、岩反應後，酸液pH值降低，酸液中鐵鹽（尤其是Fe3+）水解析出沉澱，造成二次堵塞地層孔隙，因此常在酸液中加入鐵離子穩定劑。常用的鐵離子穩定劑有兩類：一類是絡合劑，如檸檬酸、EDTA鈉鹽等；一類是還原劑，如異抗壞血酸、亞硫酸等。

（三）酸處理方式和酸化技術

常用的酸處理方式有常規酸化和壓裂酸化兩種。

常規酸化是注酸壓力小於地層的破裂壓力的酸化，以解除井底附近地層的堵塞作用，所以也稱為解堵酸化。

壓裂酸化是注酸壓力大於岩石破裂壓力的酸化，即在壓裂的基礎上進行酸化，一方面靠水力作用形成裂縫，另一方面靠酸液的溶蝕作用把裂縫的壁面溶蝕成凹凸不平的表面。停泵卸壓後，裂縫壁面不能完全閉合，具有較高的導流能力。

近些年來，隨著石油工業的發展，酸化技術也越來越先進。除普通鹽酸、土酸酸化外，還出現了泡沫酸酸化、膠束酸酸化、乳化酸酸化、稠化酸酸化和化學緩速酸酸化等技術。

（四）殘酸液返排

酸化施工結束後，停留在地層中的殘酸水活性已基本消失，不能繼續溶蝕岩石，而且隨著其pH值的升高，原來不會沉澱的金屬會相繼產生金屬氫氧化物沉澱。為了防止生成沉澱二次堵塞地層孔隙，影響酸化效果，一般說來，應盡快把殘酸盡可能排出。為此，應在酸化前就做好排液和投產的准備工作，酸化施工結束後立即排液。

殘酸流到井底後，如果剩餘壓力（井底壓力）大於井筒液柱回壓，可依靠地層能量進行放噴排液；如果剩餘壓力低於井筒液柱回壓，就需要用人工方法將殘液從井筒排至地面。目前，常用的人工排液法有：一是降低液柱壓力或降低液體密度，如抽汲法、氣舉法；二是增注液體助噴，如增注液體二氧化碳法和液氮法等。

⑽ 水力壓裂必備的材料指什麼

在水力壓裂中，高壓泵車向井內擠入的液體總稱為壓裂液。為防止裂縫合攏而填入裂縫的砂子總稱為支撐劑。壓裂液和支撐劑是水力壓裂必備的材料。

壓裂液的種類很多，水基壓裂液是以水為基本母體配製的壓裂液。最常用的是水基凍膠壓裂液，它是在水中加入增稠劑（植物膠或高分子聚合物）、交聯劑、破膠劑、殺菌劑、防黏土膨脹劑等配製成的壓裂液。

油基壓裂液是以礦物油為基本母體配製而成的壓裂液。最常用的為油基凍膠壓裂液，是在稀的原油或柴油中添加稠化劑配製的。稠化劑有四類：皂類、磷酸酯鋁鹽類、醇鹽類、脲類。

泡沫壓裂液是用添加了增稠劑的淡水或鹽水溶液為母液，在發泡劑存在的條件下，再混入氣體配製而成。常用氣體有二氧化碳、氮氣、空氣。

另外還有乳化壓裂液、酸基壓裂液等。

一個較理想的壓裂液應具備以下性能：

可用較少的液體獲得較大的裂縫，即壓裂液有較小的濾失性能；容易泵送，即摩擦阻力系數小；懸砂能力強，以保證攜帶支撐劑進入裂縫深處，支撐更長的裂縫；對油層和新生成的裂縫的損害應盡可能的小，易於從地層中返出，以保證壓裂增產效果。另外，壓裂液還應符合環保的要求。

壓裂用的另一種材料為支撐劑。最早使用的支撐劑為天然石英砂，價格便宜、取材方便，加之當時的井淺，石英砂有較好的適應性，故廣泛得以使用。後來，隨著井況的變化，又試驗使用核桃殼、玻璃珠等，但都由於各自的缺點沒有推廣。近幾年用於深井的支撐劑是由鋁礬土燒制的圓球狀顆粒，我國稱之為陶粒，最常用的陶粒直徑為0.5～0.8毫米。加工方法有兩種，一種是將原材料熔融後噴吹成型，表面光滑，圓球度好；另一種方法是將材料加工成顆粒然後燒結，圓球度差於噴吹陶粒，但密度較噴吹成型的小，加工成本也低。一種理想的支撐劑，應具有在裂縫的閉合壓力下保持液體流動通暢，易於被送入裂縫深處，不易破碎，不易被地下流體腐蝕，圓球度好，價格便宜。目前我國淺井壓裂用的支撐劑是石英砂，深井壓裂用的支撐劑是陶粒。兩種支撐劑在不同壓力條件下的性質有顯著差別。對於壓裂來說希望其對裂縫的支撐能力強，液體流動暢通，專業術語稱之為導流能力。這個指標可在實驗室用專門的導流能力測定儀進行測定。從導流能力對比圖上不難看出，在高壓下陶粒的性能要優於石英砂。這也是淺井壓裂一般用石英砂，深井壓裂用陶粒的主要原因。

導流能力測試儀

導流能力對比圖