第十三章油水井增产增注措施第一节水力压裂增产原理：油气向井的径向流一、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。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：因为存在侧向应力的限制，侧向应变为0，令得(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。(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，圆孔周向的应力分布：随着r的增加，周向应力迅速降低，如图13-2(b)所示。大约在几个圆孔直径之外，即降为原地应力值，孔壁上的应力比远处的大得多，这就是在压裂中地层破裂压力大于延伸压力的一个重要原因。即：式中——注入时的井底压力。即井筒内压引起的井壁周向应力与内压大小相等，符号相反。3)压裂液径向渗入地层所引起的井壁应力由于注入井中的高压液体在地层破裂前，渗入井筒周围地层中，形成了一个附加应力区，它的作用是增大了井壁周围岩石中的应力。增加的周向应力值为：4)井壁上的总应力显然在地层破裂前，井壁上(=0°和=180°处)2.造缝条件为使地层破裂，必须使井底压力高于井壁上的总应力及岩石的抗张强度。(1)形成垂直裂缝其中：即：1）当有滤失时：用代入上式有：垂直裂缝产生于井筒相对应的两点上(=0°和180°)，这就是为什么在理论上假定垂直裂缝以井轴为对称的两条缝的原因。实际上多数情况是不对称的。(2)形成水平裂缝条件：当注入压力达到或超过井壁附近地层的最小垂向应力及岩石的垂向抗张强度时，在垂直于垂向应力的方向上产生水平裂缝，其条件为：二、压裂液压裂液是为造缝与携砂使用的液体，是水力压裂的关键组成部分。压裂液是一个总称，根据其在压裂过程中的任务不同可分为前置液、携砂液和顶替液。1）前置液：作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝以备后面的携砂液进入，它还起到一定的降温作用。有时为了提高前置液的工作效率，在一部分前置液中加细砂以堵塞地层中的微隙，减少液体的滤失。2）携砂液：作用是将支撑剂带入裂缝中并将砂子放到预定位置上去。在压裂液的总量中，这部分占的比重较大。有造缝及冷却地层的作用。3）顶替液：作用是打完携砂液后，用于将井筒中全部携砂液替入裂缝中。中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有预防砂卡的作用。对于占总液量绝大多数的前置液及携砂液，必须具备如下的性能要求：1)滤失少压裂液的滤失性主要取决于它的粘度与造壁性，粘度高则滤失少。在压裂液中添加防滤失剂，能改善造壁性并大大减少滤失量。2)悬砂能力强压裂液的悬砂能力主要取决于粘度，压裂液只要有足够高的粘度，砂子即可完全悬浮，这对砂子在缝中分布是非常有利的。3)摩阻低压裂液在管道中的摩阻愈小则在设备功率一定的条件下，利用造缝的有效功率愈大。摩阻过高不仅降低了有效功率的利用，且由于井口压力过高，排量降低。4)稳定性压裂液应具有热稳定性，不能由于温度的升高而使粘度有较大的降低；液体还应有抗机械剪切的稳定性，不因流速的增加而发生大幅度的降解。5)配伍性压裂液进入地层后与各种岩石矿物及流体相接触，不应产生不利于油气渗滤的物理—化学反应。6)低残渣要尽量降低压裂液中水不溶物的数量，以免降低岩石及填砂裂缝的渗透率。7)易反排施工结束后大部分注入液体反排出井外，排液愈完全，效果愈好。8)货源广便于配制，价钱便宜。1.压裂液的类型随着水力压裂技术的发展，压裂液由最初的原油和清水逐步发展为目前经常使用的水基、油基、酸基压裂液及泡沫压裂液等。(1)水基压裂液水基压裂液主要是用水溶胀性聚合物作为成胶剂，制成能悬浮支撑剂的稠化溶液，具有粘度高、摩阻低及悬砂能力强的优点。缺点：但热稳定性和机械剪切稳定性较差。为了克服这一缺点，又发展了交链压裂液和延迟交链压裂液。(2)油基压裂液a.矿场原油或炼厂粘性成品油b.稠化油，稠化油=油（原油、汽油、柴油、煤油、凝析油）+稠化剂（脂肪酸铝皂、磷酸酯铝盐）(