压裂

石油或塑料领域术语

在石油领域，压裂是指采油或采气过程中，利用水力作用，使油气层形成裂缝的一种方法，又称水力压裂。压裂是人为地使地层产生裂缝，改善油在地下的流动环境，使油井产量增加，对改善油井井底流动条件、减缓层间和改善油层动用状况可起到重要的作用。

压裂原理

油井生产到一定阶段后，产能和渗透率降低，为了增强排油能力，提高油井产量，人们发明了压裂工艺技术。压裂的方法分水力压裂和高能气体压裂两大类，水力压裂是靠地面高压泵车车组将流体高速注入井中，借助井底憋起的高压，使油层岩石破裂产生裂缝。为防止泵车停止工作后，压力下降，裂缝又自行合拢，在地层破裂后的注入液体中，混入比地层密度大数倍的砂子，同流体一并进入裂缝，并永久停留在裂缝中，支撑裂缝处于开启状态，使油流环境长期得以改善。当前水力压裂技术已经非常成熟，油井增产效果明显，早已成为人们首选的常用技术。特别对于油流通道很小，也就是渗透率较底的油层增产效果特别突出。

压裂工艺技术

任何压裂设计方案都必须依靠适当的压裂工艺技术来实施和保证。压裂技术主要用于油气层受污染或者堵塞较大的井以及注不进去水或注水未见效的井。对于不同特点的油气层，必须采取与之适应的工艺技术，才能保证压裂设计的顺利执行，取得良好的增产效果。压裂工艺技术种类很多，主要有以下几种。

封隔器分层压裂

我国有很多多层油气田，通常要进行分层压裂。封隔器分层压裂是国内外广泛采用的一种压裂工艺技术，但作业复杂、成本高。根据所选用的封隔器和管柱不同，有以下四种类型。

1) 单封隔器分层压裂用于对最下面一层进行压裂，适于各种类型油气层，特别是深井和大型压裂。

2) 双封隔器分层压裂可对射开的油气井中的任意一层进行压裂。

3) 桥塞封隔器分层压裂。

4) 滑套封隔器分层压裂

国内采用喷砂器带滑套施工管柱，采用投球憋压方法打开滑套。该压裂方式可以不动管柱、不压井、不放喷一次施工分压多层，对多层进行逐层压裂和求产。

限流法分层压裂

用于欲压开多层而各层破裂压力有差别的油井。通过控制各层射孔孔眼数量和直径，并尽可能提高注入排量，利用先压开层孔眼摩阻提高井底压力而达到一次分压多层的目的。

有A、B和C三个油层，相应的破裂压力分别为24，20和22MPa 按射孔方案射开各自的孔眼。当注入井底压力为20 MPa时，B层压开；然后提高排量，因孔眼摩阻正比于排量，B层孔眼摩阻达到2 MPa时的注入井底压力为22 MPa，即C层被压开；继续提高排量，B层孔眼摩阻达到4MPa时的井底注入压力为24 MPa，A层被压开。射孔孔眼的作用类似于井下节流器，随排量增加，井底压力不断提高，从而逐层压开。

限流法分层压裂的关键在于必须按照压裂的要求设计合理的射孔方案，包括射孔孔眼、孔密和孔径，使完井和压裂构成一个统一的整体。

蜡球选择性压裂

另外，在油田开发层系划分中，有的虽同属一个开发层系，但油层非均质特性强，存在层内分层现象，这通常称为选择性压裂。

蜡球选择性压裂在压裂液中加入油溶性蜡球暂堵剂，压裂液将优先进入高渗层内，蜡球沉积而封堵高渗层，从而压开低渗层。油井投产后，原油将蜡球逐渐溶解而解除堵塞。若高渗层为高含水层，堵球不解封有助于降低油井含水率。

堵塞球选择压裂

将井内欲压层段一次射开，首先压开低破裂压力层段后加砂，然后注入带堵塞球的顶替液暂堵该层段；再提高泵压压开具有稍高破裂压力的地层，根据需要注入顶替液后结束施工或者继续注入带堵塞球的顶替液暂堵该层段一边压裂另外层段。从而改善产油吸水剖面。

控缝高压裂技术

当油气层很薄或者产层与遮挡层间最小水平主压力差较小，压开的裂缝高度很容易进入遮挡层，此时需要控制裂缝高度延伸。可以通过控制压裂液性能参数和施工排量来实现，更可靠的是人工隔层控缝高压裂技术。

基本原理是在前置液中加入上浮式或下沉式导向剂，通过前置液将其带入裂缝，浮式导向剂和沉式导向剂分别上浮和下沉聚集在人工裂缝顶部和底部，形成压实的低渗透人工隔层，阻止裂缝中压力向上/向下传播，达到控缝高的目的。为了使两种导向剂能上浮和下沉，一般在注入携有导向剂的液体后短期停泵，然后进行正常的压裂作业。

人工隔层控缝高技术主要用于

1) 生产层与非生产层互层的块状均质地层；

2) 生产层与气、水层间无良好隔层；

3) 生产层与遮挡层应力差不能有效控制裂缝垂向延伸。

测试压裂技术

测试压裂也称为小型试验压裂，它是进行一次小规模压裂并分析压裂压力获得裂缝有关参数。包括裂缝延伸压力测试、裂缝闭合压力测试、微注入测试等。

压裂设计参数

油气井参数

压裂井的类别、井径、井下管柱（套管、油管）、井口装置、固井质量、射孔井段的位置、射孔方式、弹型、相位角、孔密与孔眼尺寸、井下工具规范、尺寸、额定压力，承受温度与位置。

油气层参数

储层有效渗透率、孔隙度、含油饱和度、有效厚度、储层地层压力、静态温度；储层油水的相渗关系、流体性质（密度、粘度、压缩系数与总矿化度等）；岩石力学性质（弹性模量、泊松比、抗压强度等）；储层就地应力的垂向分布及水平主应力方位；遮挡层的岩性，厚度与就地应力值、井的试油、开发生产与生产测试等资料数据。

压裂参数

裂缝破裂压力、延伸压力与闭合压力、压裂液的类型、流变性、粘温粘时性、滤失与损害等数据、支撑剂的类型及其抗压强度、导流能力与裂缝支撑剂层渗透率等数据、泵注排量、平均砂液比、泵注程序、压裂设备功率及其压力极限、油藏以往压裂实践及其压裂前后生产反应的资料数据。

压裂液

压裂液是压裂工艺技术的一个重要组成部分。主要功能是造缝并沿张开的裂缝输送支撑剂，因此液体的粘性至关重要。成功的压裂作业要求液体除在裂缝中具有较高的粘度外，还要能够迅速破胶；作业后能够迅速返排；能够很好地控制液体滤失；泵送期间摩阻较低；同时还要经济可行。常用的压裂液有水基压裂液、油基压裂液、乳状压裂液、泡沫压裂液及酸基压裂液5种基本类型。

水基压裂液

水基压裂液是以水作溶剂或分散介质，向其中加入稠化剂、添加剂配制而成的。主要采用三种水溶性聚合物作为稠化剂，即植物胶(瓜胶、田菁、魔芋等)、纤维素衍生物及合成聚合物。这几种高分子聚合物在水中溶胀成溶胶，交联后形成粘度极高的冻胶。具有粘度高、悬砂能力强、滤失低、摩阻低等优点。

油基压裂液

油基压裂液是以油作为溶剂或分散介质，与各种添加剂配制成的压裂液。重油最初用作油基压裂液，是因为它们比水基液对含油气地层的伤害小，油基液本身固有的粘度也使其比水更具吸引力。但是油基液较贵，而且施工操作较难处理，所以仅用于已知是对水极为敏感的地层中。

泡沫压裂液

泡沫压裂液是由气相、液相、表面活性剂和其他化学添加剂组成。泡沫压裂液是一种稳定的气液混合物，用表面活性剂可使这种混合物达到稳定。降低了表面张力。当液体从作业井中返排时，泡沫中的承压气体（氮或二氧化碳）膨胀将液体从裂缝中驱出。泡沫加速了支撑裂缝中液体的回收率，因此是一种用于低压储层中的理想液体。由于体积气体的泡沫含量高达95%，所以液相最小。在水基液中，充满泡沫的液体极大地减少了与地层接触的液量，因此在水敏地层中泡沫液的效果良好。

清洁压裂液

清洁压裂液又称为粘弹性表面活性剂压裂液，是一种基于粘弹性表面活性剂的溶液。它是为了解决常规压裂液在返排过程中由于破胶不彻底对油气藏渗透率造成了很大伤害的问题开发研制的一种新型压裂液体系。清洁压裂液具有良好的流变性能、滤失性能、低损害与高导流能力特性。同时，该清洁压裂液配制简便，将适量的VES加在盐水中，不需要使用交联剂、破胶剂和其它添加剂，不存在残渣，对储层伤害小，应用前景广阔。

乳状压裂液

乳化压裂液是两种不融合相的分散体系，如用表面活性剂稳定的水中油或油中水。乳化压裂液是高度粘稠溶液，具有良好的传输性。乳化液常因乳化剂吸附在地层岩石表面上而破乳。由于聚合物用量极少，这类液体对地层伤害较小，而且可快速清洗。聚乳化液的不足是摩擦压力较高，而且液体的费用较高（除非碳氢化合物可回收）。此外随着温度的升高，聚乳化液明显地变得稀薄，故不宜用于高温井中。

塑料领域

指透过表面覆盖的树脂层可以看见层压塑料较外面的一层或几层增强材料中所具有的明显裂纹。

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