大庆石油学院：《石油工程》PPT电子教案_油水井增产增注措施（水力压裂）

第十三章油水井增产增注措施 第一节水力压裂 定义:当地面高压泵组将液体以大大超过地层吸 收能力的排量注入井中时,在井底附近蹩起超过 井壁附近地层的最小地应力及岩石抗张强度的压 力后,即在地层中形成裂缝。随带有支撑剂的液 体注入缝中,裂缝逐渐向前延伸,这样,在地层 中形成了具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝

第十三章 油水井增产增注措施 第一节 定义：当地面高压泵组将液体以大大超过地层吸 收能力的排量注入井中时，在井底附近蹩起超过 井壁附近地层的最小地应力及岩石抗张强度的压 力后，即在地层中形成裂缝。随带有支撑剂的液 体注入缝中，裂缝逐渐向前延伸，这样，在地层 中形成了具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝

从地层 缝 增产原理:油气向井的径向流 从裂缝 井底 由径向流变为两个单相流,节约了能耗。 作用连通地层深处 解除近井地带污染

增产原理：油气向井的径向流 从地层 裂缝 从裂缝 井底 作用 由径向流变为两个单相流，节约了能耗。 连通地层深处 解除近井地带污染

造缝机理 在压裂中,了解裂缝的形成条件,裂缝形态及 方向对有效地发挥压裂在增产,增注中的作用是极 为重要的。但由于地下条件的复杂性,虽然进行了 大量的研究,但仍未得到较好的解决 岩石力学性质及压裂液的渗滤性质 地层中造缝的影响因素井底附近的地应力及其分布 注入方式

一、 在压裂中，了解裂缝的形成条件，裂缝形态及 方向对有效地发挥压裂在增产，增注中的作用是极 为重要的。但由于地下条件的复杂性，虽然进行了 大量的研究，但仍未得到较好的解决。 地层中造缝的影响因素 井底附近的地应力及其分布 岩石力学性质及压裂液的渗滤性质 注入方式

1.地应力及其分布 般情况下,地层中的岩石处于压应力状态。作 用在地下某单元体上的力有垂向主应力及水平主应 力如m其中又分为互相垂直回的和回)。 (1)应力 ①垂向应力;作用在单元体上的垂向应力来自上覆 岩层的重量,其数值约为 Hg(-pp H:地层深度;q:孔隙度 由于油气层中均有一定的孔隙压力p(即地层压力或 流体压力),部分上覆岩层的压力σ被多孔介质中的流体 压力支持

1. 地应力及其分布 一般情况下，地层中的岩石处于压应力状态。作 用在地下某单元体上的力有垂向主应力 及水平主应 力 (其中又分为互相垂直 的和 )。 (1) 应力 ①垂向应力：作用在单元体上的垂向应力来自上覆 岩层的重量，其数值约为  z  H  x  y [(1 ) ] ma Φρ f = Hg −Φρ +  z H：地层深度；φ ：孔隙度； 由于油气层中均有一定的孔隙压力pp (即地层压力或 流体压力)，部分上覆岩层的压力σz被多孔介质中的流体 压力支持

②故有效垂向应力可表示为:as=a-P ③根据广义虎克定律,则可求出岩石的有效水平 应力为: 1-v 推导:在o作用下,单元体在x轴方向 上的应变为:

②故有效垂向应力可表示为： ③根据广义虎克定律，则可求出岩石的有效水平 应力为： =  ze = z − pp xe  Ze    − = 1 推导：在σxe,σye,σze 作用下，单元体在x轴方向 上的应变为：

8.=8..+8..+8 X e 2已 E E [o V(O,+ re ve ) 因为存在侧向应力的限制,侧向应变为0, 得 e Ze

[ ( )] 1 1 xe ye z e ye z e xe x xx xy xz E E E E =  −   +   −   =  −   =  +  +  因为存在侧向应力的限制，侧向应变为0， 令  x = y 得 xe Ze −    = 1

2)地质构造对应力的影响 受地质构造影响发生很大的变化,各个方向的 应力也彼此不等。 如果岩石单元体是各向同性材料,岩石破裂时 的裂缝方向总是垂直于最小主应力轴

(2) 受地质构造影响发生很大的变化，各个方向的 应力也彼此不等。 如果岩石单元体是各向同性材料，岩石破裂时 的裂缝方向总是垂直于最小主应力轴

(b)0,>or>o a 产生垂直裂缝 产生水平裂缝 图13-1裂缝面垂直 于最小主应力方向

(3)井壁上的应力 1)井筒对地应力及其分布的影响 在地层中钻井以后,破坏了原始应力的平衡状 态,使得井壁上及其周围地层中的应力分布发生变 化。为了简化,将地层中的三维应力问题用二维方 法来处理,并近似地直接采用弹性力学中双向受力 的无限大平板中钻有一个圆孔时的应力计算公式来 分析井壁应力

(3) 1) 在地层中钻井以后，破坏了原始应力的平衡状 态，使得井壁上及其周围地层中的应力分布发生变 化。为了简化，将地层中的三维应力问题用二维方 法来处理，并近似地直接采用弹性力学中双向受力 的无限大平板中钻有一个圆孔时的应力计算公式来 分析井壁应力

(a)应力分布 (b)应力变化曲线 图13-2无限大平板中钻圆孔的应力分布