油田水力压裂过程中示踪砂用量计算
水力压裂过程中页岩渗透渗吸作用实验研究
水力压裂过程中页岩渗透渗吸作用实验研究 摘要：水力压裂技术已经广泛应用于页岩储层以显著提高产量。然而，据钻井人员汇报大量压裂液流失于地下不能回收，滞留压裂液对页岩组成的影响机制尚不清晰，滞留压裂液可被页岩基质、微裂缝和裂缝表面吸收，本文旨在研究渗吸作用对页岩基质渗透性、微裂缝渗透性和裂缝渗透性的影响，首次探究页岩渗透性变化与页岩渗吸作用二者之关系，并提供大量水力压裂过程中页岩伴随渗吸作用渗透性增减结果。 本文实验采用压力恢复法测定岩样渗透率，采用失重法进行渗吸实验，样品来源于Niobrara、HornRiver及Woodford地区页岩地层。 实验结果表明，滞留压裂液会损害页岩基质渗透性，使其渗透率大为降低，样品吸收液体越多，基质渗透率降低越显著，渗吸作用造成张开裂缝渗透率减小，但减小量不及基质渗透率，此外，润滑作用使页岩样品微裂缝再次张开，导致渗吸作用过程中微裂缝渗透率提升。 渗透率这一指标决定着页岩地层长期产气量，本文研究水力压裂过程中渗吸作用影响下页岩渗透率变化情况，观察得到渗吸作用不仅损害页岩组成，还会通过张开闭合或密封天然裂缝增加渗透率而对页岩组成造成潜在影响。 1.简介 随着水力压裂技术在页岩和其他非常规地层的成功应用，预计到2020年，美国原油的产量将从2008年的5百万桶/日增加至10.6百万桶/日；同时页岩和其他低渗储层的石油产量将增长到全国原油总产量的一半。从2008年开始美国页岩气产量预计将增长近9倍（EIA，2015）。 水力压裂技术的一般程序主要分为5个步骤，包括垫注，凝胶浆注射，冲洗注射，注井和水回收。水回收是该井投入生产前水力压裂处理的最后一步。这一步在水力压裂过程中很重要和必要，因为它可以控制和最小化压裂液的损伤。不过，很多操作人员报道注入页岩储层的压裂液只有不到50％可以回收（Alkouh和Wattenbarger，2013）。这个可能是因为水力压裂后页岩储层系统能量较低。一般来说，裂缝较为常规、较不复杂时系统能量较高。能量越高，会导致回收液体流流量越大、流速越高。但是页岩储层的裂缝很复杂，导致裂缝回收液体占比很少，需要花费几周来完成回流，比常规页岩储层长得多（King，2010；Wu等，2010）。在页岩中，如此大量的剩余液体对产量的影响成为一
水力压裂安全技术要求
水力压裂安全技术要求 SY/T6566－2003 国家经济贸易委员会2003－03－18批准 2003－08－01实施 前言 本标准由石油工业安全专业标准化技术委员会提出并归口。 本标准起草单位：吉林石油集团有限责任公司质量安全环保部、井下作业工程公司。 本标准主要起草人：宋泽明、宫长利、朱占华、毛杰民、付新冬、崔伟。 引言 水力压裂施工是油田开发、评价和增产的重要技术措施，也是一项风险较大的作业。由于压裂施工应用高压技术，野外作业，流动性大，涉及其它相关作业，经常接触石油、天然气等易燃易爆和其它有毒有害物质，易发生人员伤亡、环境污染等事故。为加强井下压裂施工安全管理，规范操作，搞好全过程施工作业，最大限度地避免发生事故，促进油田开发，提高经济效益，特制定本标准。 1 范围 本标准规定了水力压裂安全施工方法和技术要求。 本标准适用于水力压裂及相关施工作业。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB 150 钢制压力容器 SY 5727 井下作业井场用电安全要求 SY/T 5836 中深井压裂设计施工方法 SY 5858 石油企业工业动火安全规程 SY/T 6194 套管和油管 SY 6355 石油天然气生产专用安全标志 3 压裂选井和设计及施工队伍要求 3．1 压裂选井和设计应按SY/T 5836执行，并符合下列安全要求： a）套管升高短节组配与油层套管材质、壁厚相符； b）使用无毒或低毒物质； c）下井工具、连接方式应能保证正常压裂施工，并有利于压裂前后的其它作业； d）通往井场的道路能够保证施工车辆安全通行； e）场地满足施工布车要求。 3．2 压裂设计中应包括下列与安全有关的内容： a）存在可能影响压裂施工的问题； b）施工井场、施工车辆行驶路线说明及要求； c）地面流程连接、施工设备检查要求； d）试压、试挤要求； e）施工交接、检查要求；
水力压裂造缝机理
2．地应力场确定 地应力场确定包括地应力大小和方向。主要手段主要有： 1) 水力压裂法 微型压裂(mini-frac)压力曲线计算应力场。 2)实验室分析方法 应用定向取心技术保证取出岩心样品的主应力方位与其在地层中主应力方位一致。岩心从地下三向压应力状态改变到地面自由应力状态，根据岩心各方向的变形确定主应力方位和数值。 (1) 滞弹性应变恢复（ASR） 基于岩心与其承压岩体发生机械分离后所产生的应力松弛，按各个方向测量应变并确定主应变轴。并假定主方向与原位应力主轴相同，按已知的弹性常数和上覆岩层载荷情况间接计算应力值。 (2) 微差应变分析（DSCA） 从井底取出的岩心由于应力释放和应变恢复会发生膨胀，产生或重新张开微裂缝。基于应变松弛作为“应力史”痕迹的思想，应变松弛形成的微裂缝密度和分布与岩心已经出现的应力下降成正比。通过描述微裂隙分布椭球，即可揭示以前的应力状态。根据和这些微裂缝相关的应变推断主应力方向，并从应变发生的最大方向估算出最小主应力值。 3) 测井解释方法 利用测井（主要是密度测井、自然伽玛测井、井径测井和声波时差测井以及中子测井、自然电位测井等）资料，首先基于纵横波速度与岩石弹性参数之间的关系解释岩石力学参数，再结合地应力计算模式获得连续的地应力剖面。 4) 有限元模拟 根据若干个测点地应力资料，借助于有限元数值分析方法，通过反演得到构造应力场。强烈取决于根据研究工区所建立的地质模型、数学力学模型和边界条件。 此外，测定地应力方向的常用方法还有声波测定、井壁崩落法、地面电位法、井下微地震法和水动力学试井等方法。 3．人工裂缝方位 在天然裂缝不发育的地层，压裂裂缝形态取决于其三向应力状态。根据最小主应力原理，水力压裂裂缝总是产生于强度最弱、阻力最小的方向，即岩石破裂面垂直于最小主应力方向。当s z最小时，形成水平裂缝（horizontal fracture）；当s y最小时，形成垂直裂缝(vertical fracture)。 对于显裂缝地层很难出现人工裂缝。而微裂缝地层可能出现多种情况，人工裂缝面可以垂直于最小主应力方向；也可能基本上沿微裂缝的方向发展，把微裂缝串成显裂缝。 二、破裂压力 地层岩石破裂前，井壁最终应力场为钻孔应力集中、向井筒注液产生的应力、注入压裂液径向滤失诱发应力的迭加。基于最终应力分布结合岩石破裂准则确定破裂压力计算公式。 1．井壁最终应力分布 1）井筒应力分布 对于裸眼井，记井眼半径为r w。钻井完成后地层中应力分布可视为无限大均质各向同性岩石平板中有一圆形孔眼时的应力状态，。记压应力为正、张应力为负，根据弹性力学理论计算图中任意点(r ,q) 处的应力分布。 离井壁越远，周向压应力迅速降低，径向压应力逐渐增加；而且大约几个井径之后，周向压应力降为原地应力，径向应力增加到原地应力。 实际上，由于岩石的抗压强度比抗张强度大得多，而且钻井孔眼引起的应力集中使得井壁处应力大于原地应力，因此，水力压裂造缝时主要关心的应是井壁处的周向应力s q。通常记s x>s y，则 当q=0°或180°，井壁处周向应力最小。s qmin = 3s y-s x 当q=90°或270°，井壁处周向应力最大。s qmax = 3s x-s y
压裂液返排处理
11.2 项目实施方案 11.2.1压裂返排液分析 常规压裂施工所采用的压裂液体系，以水基压裂液为主。压裂施工后所产生的压裂废液主要来源于两个方面：一是施工前后采用活性水洗井作业产生的大量洗井废水；另一个方面就是压裂施工完成后从井筒返排出来的压裂破胶液，返排的压裂废液中含有大量的胍胶、甲醛、石油类及其他各种添加剂，众多添加剂的加入使压裂液具有较高的COD值、高稳定性、高黏度等特点，特别是一些不易净化的亲水性有机添加剂，难以从废水中除去。总的来说，压裂废液具有以下特点： （1）成分复杂。返排液主要成分是胍胶和高分子聚合物等，其次是SRB菌、硫化物、硼酸根、铁离子和钙镁离子等，总铁、硼含量都很高。 （2）处理难度大。悬浮物是常规含油污水处理中最难达标的项目，压裂返排液组分的复杂性及其性质的独特性决定了其处理难度更大。 （3）处理后要求比较高。处理后的液体不仅粘度色度要达标，里面的钙镁离子、铁离子、和硼酸根离子均要去除，否则会影响后续配制压裂液的各项性能。 11.1 国内外研究现状 由于压裂废液具有粘度大、稳定性好、COD高等特点，环保达标处理难度较大。国外对压裂废液的处理主要是回收利用。根据国外报道的技术资料看，他们对压裂废液的处理技术和工艺相对简单，一般采用固液分离、碱化、化学絮凝、氧化、过滤等几个组合步骤，处理后的水用于钻井泥浆、水基压裂液、固井水泥浆等配制用水。这种处理方式不仅降低了处理压裂废液的费用支出，而且还减少了污染物的排放。 国内对早些压裂废液的处理主要采取以下一些方法： （1）废液池储存：将施工作业中产生的压裂废液储存在专门的废液池中，采用自然蒸发的方式干化，最后直接填埋。这种处理方式不仅耗时长，而且填埋的污泥块仍然会渗滤出油、重金属、醛、酚等污染物，存在严重的二次污染。 （2）焚烧：这种方式虽然可以在一定程度上控制污染物的排放，但仍然会造成大气污染。 （3）回注：将压裂废液收集，集中进行絮凝、氧化等预处理，然后按照一定比例与采油污水掺混进行再处理，处理后的水质达标后用作回注用水。
蜗壳及尾水管的水力计算
第二章 蜗壳及尾水管的水力计算 第1节 蜗壳水力计算 一.蜗壳尺寸确定 水轮机的引水室是水流进入水轮机的第一个部件，是反击式水轮机的重要组成部分。引水室的作用是将水流顺畅且轴对称的引向导水机构。引水室有开敞式、罐式和蜗壳式三种。蜗壳式是反击式水轮机中应用最普遍的一种引水室。它是用钢筋混凝土或者金属制造的封闭式布置，可以适应各种水头和流量的要求。水轮机的蜗壳可分为金属蜗壳和混凝土蜗壳两种。 1.蜗壳形式 蜗壳自鼻端到进口断面所包围的角度称为蜗壳的包角，水头大于40m 时一般采用混凝土蜗壳，包角 ；当水头较高时需要在混凝土中布置大量的钢筋，造价可能 比混凝土蜗壳还要高，同时钢筋布置过密会造成施工困难，因此多采用金属蜗壳，包角 。本电站最高水头为174m ，故采用金属蜗壳。 2.座环参数 根据水轮机转轮直径D 1查[1].P 128页表2—16得： 座环出口直径: ()()mm D b 27252600180019001800 20002600 2850=+---= 座环进口直径: ()()mm D a 32503100180019001800 20003100 3400=+---= 蜗壳常数K =100（mm ）、r =200（mm ） 3.蝶形边锥角ɑ 取 4.蝶形边座环半径 ()m k D r a D 725.11.02 25 .32=+=+= 5.蝶形边高度h ()m k b h 29.055tan 1.02 76.0tan 20=+=+= ? 6.蜗壳圆形断面和椭圆形断面界定值s ()m h s 51.055 cos 29 .055cos == 7.座环蝶形边斜线L ()m h L 354.055sin == 8.座环蝶形边锥角顶点至水轮机轴线的距离
油田压裂返排液处理技术
油田压裂返排液处理技 术 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
油田压裂返排液处理技术 1.压裂返排液的产生及存在的问题 压裂工艺是油井增产的一项主要措施在各油田普遍采用。其中最常用的是水基压裂液它具有高黏度、低摩阻、悬砂性好、对地层伤害小等优点现已成为主要压裂液类型。 油井压裂过程中产生的返排压裂废液具有污染物成分复杂、浓度高、黏度大，精品文档，超值下载 处理难度大，是油田较难处理污水之一。如不处理直接进入集输流程，会严重干扰后续流程，严重影响到油田生产，导致设备堵塞、油田下降，环保不达标等诸多问题。 表1 压裂返排液污水性质 图1 不同压裂返排水样 2.国内常规压裂返排液处理工艺简介 化学氧化－絮凝沉淀－过滤处理工艺 采用双氧水、次氯酸钠等强氧化破胶使返排液中的高分子物质氧化分解成小分子物质，降低废液黏度，提高传质效率，增加水处理药剂的分散与分解；絮凝可以改变水中多分散体系表面电性，破坏废液胶体的稳定性，使胶体物质脱稳、聚集；过滤，去除水中不溶或微溶物，脱色除臭。氧化－絮凝－过滤是油气田污水处理常用工艺。 在实际应用过程中该工艺也存在一些不足，具体如下：
第一、该工艺受温度影响比较大，在低温环境，化学氧化剂反应慢，氧化时间长，需要较长的停留时间，导致氧化反应罐（池）占地大，不易在现场作业，运输困难等。 第二、除油效果不明显，系统对乳化油去除效果不佳，需要添加大量药剂，导致污泥量大，增加污泥处理成本。 第三、过滤器时常堵塞，由于氧化破胶不彻底，污油处理效果不佳，导致过滤器堵塞严重，影响最终出水效果和整套装置处理能力。 化学氧化－絮凝沉淀－电解氧化－过滤联合处理工艺 电解法集氧化还原、絮凝吸附、催化氧化、络合及电沉积等作用于一体，能够使大分子物质分解为小分子物质，降解的物质转变成易降解的物质，是污水深度处理的常用方法。 然而电解技术目前在国内应用情况并不理想，时常存在电极钝化、结垢等问题，时常需要更换电极，处理效果稳定性差，成本高，操作检修频繁。 设备占地大，运输困难，不太适合压裂返排液现场处理要求。 化学氧化－絮凝磁分离－过滤联合处理工艺 该工艺改进了絮凝沉淀工艺，采用高效磁分离机能够减少沉降时间，缩小设备占地面积，相对之前两种工艺有改进之处。然后该工艺化学氧化、除油工艺依然存在，仍然存在处理不达标，设备占地面积大等诸多不足。 臭氧氧化气浮一体装置-旋流溶气气浮-过滤联合处理工艺
水力压裂技术
水力压裂水力压裂：： 一项一项经久不衰的技术经久不衰的技术经久不衰的技术 自从Stanolind 石油公司于1949年首次采用水力压裂技术以来，到今天全球范围内的压裂施工作业量将近有250万次。目前大约百分之六十新钻的井都要经过压裂改造。压裂增产改造不但增加油井产量，而且由于这项技术使得以前没有经济开采价值的储量被开采了出来（仅美国自1949年以来就约有90亿桶的石油和超过700万亿立方英尺的天然气因压裂改造而额外被开采出来）。另外，通过促进生产，油气储量的静现值也提高了。 压裂技术可以追溯到十八世纪六十年代，当时在美国的宾夕法尼亚州、纽约、肯塔基州和西弗吉尼亚州，人们使用液态的硝化甘油压浅层的、坚硬地层的油井。目的是使含油的地层破裂，增加初始产量和最终的采收率。虽然使用具有爆炸性的硝化甘油进行压裂是危险并且很多时候是违法的，但操作后效果显著。因此这种操作原理很快就被应用到了注水井和气井。 在十九世纪三十年代，人们开始尝试向地层注入非爆炸性的流体（酸）用以压裂改造。在酸化井的过程中，出现了一种“压力从逢中分离出来”现象。这是由于酸的蚀刻会在地层生成不能完全闭合的裂缝，进而形成一条从地层到井的流动通道，从而大大提高了产量。这种“压力从逢中分离出来”的现象不但在酸化的施工现场，在注水和注水泥固井的作业中也有发生。 但人们就酸化、注水和注水泥固井的作业中形成地层破裂这一问题一直没有很好的理解，直到Farris 石油公司（后来的Amoco 石油）针对观察井产量与改造压力关系进行了深入的研究。通过此次研究，Farris 石油萌生出了通过水力压裂地层从而实现油气井增产的设想。 第一次实验性的水力压裂改造作 业由Stanolind 石油于1947年在 堪萨斯州的Hugoton 气田完成（图 1）。首先注入注入1000加仑的粘 稠的环烷酸和凝稠的汽油，随后是 破胶剂，用以改造地下2400英尺 的石灰岩产气层。虽然当时那口作 业井的产量并没有因此得到较大 的改善，但这仅仅是个开始。在 1948年 Stanolind 石油公司的 J.B.Clark 发表了一篇文章向石油 工业界介绍了水力压裂的施工改造过程。1949年哈里伯顿固井公司（Howco）申请了水力压裂施工的专利权。 哈里伯顿固井公司最初的两次水力压裂施工作业于1949年3月17日，一次在奥克拉荷马州的史蒂芬郡，总花费900美元；另一次在位于得克萨斯州的射手郡，总花费1000美元，使用的是租来的原油或原油与汽油的混合油与100到150磅的砂子（图2）。在第一年中，332口井被压裂改造成功，平均增加了75%的产量。压裂施工被大量应用，也始料未及地加强了美国的石油供应。十九世纪五十年代中期，压裂施工达到了每月3000口井的作业量。第一个过五十万英镑的压裂施工作业是由美国的Pan 石油公司（后来的Amoco 石油，现在的BP 石油）于1968年10月在奥克拉荷马州的史蒂芬郡完成的。在2008年世界范围内单级花费在1万到6百万美元之间的压裂作业超过了5万级。目前，一般的单井压裂级数为8到40
水力压裂操作规程
水力压裂操作规程 第一条 系统组成 高压水力压裂系统由乳化泵、水箱、水表、压力表、高压管、封孔器及相关装置连接接头等组成。 图2 水力压裂系统装置连接示意图 高压铁管高压软管 注 水 泵水 箱卸压阀压力表 连接管水管 压裂钻孔 注：设备之间的连接必须保证密封无泄漏，且应实现快速连接。 第二条 压裂时间 压裂时间与注水压力、注水量等参数密切相关，注水压力、流速不同，相同条件下达到同样效果的注水时间也不同。注水过程中，煤体被逐渐压裂破坏，各种孔裂隙不断沟通，高压水在已沟通的裂隙间流动，注水压力及注水流量等参数不断发生着变化，注水时间可根据注水过程中压力及流量的变化来确定，当注水泵压降为峰值压力的30%左右，可以作为注水结束时间。 第三条 工艺流程 1.先施工4个效果考察钻孔，施工完成后立即进行封孔，将其接入抽放系统，抽放队安排测流员收集效果考察钻孔浓度、负压，并进
行计量。 2.在施工1个压裂钻孔，压裂钻孔施工到位后，立即进行封孔， 3.所有钻孔封孔完成并凝固24小时后，开始进行高压水力压裂，压裂时一旦出现效果考察孔有水流出时，立即关闭高压闸门，直至乳化泵的水箱内水位不再下降时停止压裂。 4.压裂过程实施完成后，由抽放队测流员每天收集压裂钻孔和效果考察钻孔的数据，并计算瓦斯抽放量。 5.高压水力压裂流程图，如下所示：
第四条压裂步骤 在注水的前期，注水压力和注水流量呈线性升高；随后，注水压力与流量反向变化，并呈波浪状。这直观反映出了在注水初期，具有一定压力和流速的压力水通过钻孔进入煤体裂隙，克服裂隙阻力运动；随后，当压裂液充满现有裂隙后，水流动受到阻碍，由于煤体渗透性较低，水流量降低，压力增高而积蓄势能；当积蓄的势能足以破裂煤体形成新的裂隙时，势能转化为动能，压力降低，水流速增加；当压力液携带煤泥堵塞裂隙时，煤体渗透性降低，水难以流动使流量下降，压力上升。 压裂实施过程中，按照如下步骤实施： 1.同时打开井下高压泵水箱的水闸门与注水孔口的闸门； 2.启动高压注水泵，然后采用动压注水压裂; 3.当乳化泵压力急剧上升或水箱内水位不在下降时，立即停止压力。 启泵时压力选为20MPa，调节控压闸门，每5min升压2MPa，泵压达到28MPa以上，稳定20min后，若压力迅速下降，说明已开始压裂；继续注水10min钟，水压不再上升，此时停泵，关闭卸压阀，压裂程序结束。若从开泵开始，压力持续上升，则说明未压裂，并持续加压至30MPa后压力仍不下降或稳定，说明煤体未被压裂，此时停止压裂工作，分析原因，重新考虑制定措施、方案。 第五条水力压裂施钻规定 1.每班施钻前必须先检查撤退路线是否畅通、安全设施是否完好，若有一样不符合规定，当班禁止施工（当班班长负责，安瓦员监督）。 2.施钻当班负责人必须携带便携式瓦斯报警仪，并将其吊挂在距
油田压裂反排液的处理方案
处理返排油田压裂液的研究方案 压裂作业返排出的残余压裂液含有胍胶、杀菌剂、石油类及其他添加剂，如不经处理而外排，将对周围环境造成严重污染。处理压裂废液主要采取物理法、化学法和微生物降解法，物理法主要包括絮凝法、膜过滤法、气浮法等，化学法主要包括氧化法、电解处理法等。目前针对压裂返排液的新处理技术是絮凝法、氧化法、生物法、吸附法的联合技术，技术的关键问题是如何快速、高效地去除COD。 1.设计依据 1.1压裂液的配方 压裂液分为水基、油基和多相压裂液三大类，以油作溶剂或作分散介质配成的压裂液是最早采用的压裂液，这主要是它对油(气)层的损害比水基压裂液要轻，它的特性黏度比水基压裂液更具有吸引力。但油基压裂液成本高，施工上难于处理。因此现在只用于水敏性强的地层或与水基液接触后渗透率下降的地层，水基压裂液也最常用，约占整个压裂液用量的70%。 油基压裂液主要包括：（1）稠化油压裂液。它是稠化剂（如脂肪酸铝、磷酸酯盐等）溶于油中配成。（2）油包水压裂液。它是一种以油为分散介质，水作分散相，油溶性表面活性剂作乳化剂配成的压裂液。如以淡水作水相、以柴油作油相，以月桂酰二乙醇作乳化剂，即可配成。(3)油基泡沫压裂液。它是以气体(CO2和N2)作分散相，以油作分散介质配成。 水基压裂液一般是水冻胶压裂液，是用交联剂将溶于水的增稠剂高分子进行不完全交联，使具有线性结构的高分子水溶液变成线型和网状体型结构混存的高分子水冻胶，由稠化剂、交联剂、缓冲剂、黏土稳定剂、杀菌剂和助排剂等组成。 多相压裂液由泡沫压裂液等。泡沫压裂液是一个大量气体分散于少量液体中的均匀分散体系，主要成分有气相、液相、表面活性剂和泡沫稳定剂等其他化学添加剂组成。 不同配方压裂液的返排液处理方法大相径庭，了解压裂液的配方和对返排液的指标分析使得对水处理的方案更加有针对性和高效性。 1.2压裂返排液的水质分析 压裂返排液外观呈浅黄色，并伴有强烈的刺激性气味，黏度较大，表面无明显浮油。由于残余压裂液返排时可能带出地层中的黏土颗粒和聚合物本身具有残渣，压裂返排液成分复杂、浊度和悬浮物高、COD高且难降解。
页岩气压裂返排液处理
页岩气压裂返排液处理方法研究 1 研究目的及意义 页岩气作为重要的非常规天然气资源，已成为全球油气资源勘探与开发的新亮点，但其特殊的钻采开发技术可能带来新的环境污染问题，尤其是在页岩气压裂作业过程中将产生大量压裂返排废水，这类废水中含有随着返排废水带出的地层地下水、废压裂液和钻屑等，具有高盐、高矿化度、高色度、含有毒有害物质、可生化性差和难处理的特点。因此，研究页岩气压裂返排液处理技术，对于缓解开发区块的环境问题显得格外重要，同时对于保障页岩气的正常生产和可持续发展具有重要意义。 2 国内外现状 中国石油西南油气田分公司已形成了加砂压裂用滑溜水返排液重复利用技术并在现场应用。其基本处理回用流程为：返排液→物理分离→水质检测→水质调整→水质检测→压裂用水或与清水混合后作为压裂用水。现场通过过滤、沉降去除机械杂质，补充添加剂来调整返排液性能，使其满足压裂施工要求，重复利用。该处理方式相对简单，但对成分较复杂的返排液处理后需与清水稀释才能满足压裂用水要求。 2.1 常规压裂返排处理技术 1）自然蒸发 依靠日照对返排液进行自然蒸发，去除水分，剩余盐类和淤泥采用固化处理。该方法处理能力小，处理周期长，受自然条件限制（温度和土地）。美国西部部分州和中国部分沙漠地区少量的返排液采用了自然蒸发处理。
冻融是将返排液冷冻至冰点以下结冰，盐因溶解度降低而析出，使冰的盐浓度降低，再将冰加热融化得到低浓度盐水，从而实现盐一水分离。该方法受地理气候限制，需要足够的冰冻天气，未见工业化应用报道。 3）过滤 过滤常被用于返排液预处理和返排液处理后固-液分离，去除机械杂质/悬浮物等，也能在过滤时将部分油(脂)除去，且通常配以活性炭吸附处理。过滤效果受滤网/滤芯孔径限制，过滤效率受过滤后的水质要求限制。对于一些孔径较小的过滤器，细菌的存在将产生豁液堵塞过滤器，清洗后也难以保持。过滤处理返排液在国内外各大油气田均有应用，但通常与其它处理技术复合应用，除去返排液自身和处理过程中产生的机械杂质。 4）臭氧氧化 臭氧氧化是利用臭氧的强氧化性去除返排液中的色、浊、嗅味以及可溶性有机物(包括挥发性酸、苯系物和环烷酸等)、油(脂)以及重金属等。该方法常与过滤配合应用，将一些重金属离子氧化成不溶性物质，过滤去除。中原油田、河南油田将臭氧化与絮凝等技术复合应用，取得了较好效果。 5）化学絮凝 絮凝剂加人返排液中能使返排液中的悬浮微粒集聚变大或形成絮团，加快悬浮微粒的聚沉，实现固-液分离。为了提高化学絮凝效果，减少絮凝剂用量，常先采用臭氧对返排液进行氧化处理，再进行化学絮凝。胜利油田采用化学絮凝处理王家岗污水站的返排液和钻井、洗井废水的混合物，处理后的水质达到了油田采出水处理系统要求。
连续管钻井水力参数计算软件计算公式
N2 =$L$2-2*$M$2 Q2=$P$2/$N$2 R2=59.7/(2*Q2)^(8/7) 第一种情况 直段长度盘管长度密度P n k a b △Pg 情况1 3500 0 清水1006 1 0.001 0.0786 0.25 0.024 R5=(LOG10(P5)+3.93)/50 R6 S5=(1.75-LOG10(P5))/7 S6 T5=0.0003767*($O5/1000)^0.8*($Q5*1000)^0.2*($S$2/60)^1.8 T6 C16=PI()*(($A16-2*$B16)^2-$L$2^2)/4 C17 D16=36/3600/$C16 D17 G16=$O$5*($A16-2*$B16-$L$2)*$D16/$Q$5 G17 H16=(1/(2*(1.8*LOG10($G16)-1.53)))^2 H17 E16=2*$H$16*$L$5*$O$5*$D16^2/($A16-2*$B16-$L$2)/1000000 E17 F16 =2*$H$16*$L$6*$O$5*$D16^2/($A16-2*$B16-$L$2)/1000000 F17 G20=($O$6*$D16^(2-$P$6)*($A16-2*$B16-$L$2)^$P$6/($Q$6*12^($P$6-1)))*( 4*$P$6/(3*$P$6+1))^$P$6 H20=16/G20 E20=2*$H20*$L$5*$O$6*$D16^2/($A16-2*$B16-$L$2)/1000000 F20=2*$H20*$L$6*$O$6*$D16^2/($A16-2*$B16-$L$2)/1000000 G2=($S$2/60000)/(PI()*$N$2^2/4) H2=$O$5*$N$2*$G2/$Q$5 K2=H2*($N$2/2/1.3)^0.5 K3=H3*($N$2/2/1.441)^0.5
水力压裂综述
文献综述 前言 水力压裂是油田增产一项重要技术措施。由地面以超过地层吸收能力的排量高压泵组将液体注入井中，此时，在井底附近便会蹩起压力，当蹩气的压力超过井壁附近地层的最小地应力和岩石抗张强度时，在地层中便会形成裂缝。随之带有支撑剂的液体泵入缝中，裂缝不断向前延伸，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。由于压裂形成的裂缝提高了产油层导流能力，使油气能够畅流入井内，从而起到了增产增注的作用。 为了完成水力压裂设计，在地层中造成增产效果的裂缝，需要了解与造缝有关的地应力、井筒压力、破裂压力等分布与大小。这些因素控制着裂缝的几何尺寸，同时对与地面与井下设备的选择有关。同时，用于水力压裂的压裂液的性能、数量，支撑剂的排布情况关系到裂缝的几何尺寸，压裂技术-端部脱砂技术，对提高压裂效果起到很大作用，这些因素关系到能否达到油田增产的目的，需要进行详细研究。在建立适当的裂缝扩展模型的基础上，实现现场实际生产情况的模拟研究，对进一步优化水力压裂参数，提高压裂经济实用性起到很大作用。 这项油田增产措施自发展以来，得到国内外广泛采用，并且经不断的开发试验，已取得很大成效。 水力压裂技术的发展过程 水力压裂技术自 1947 年美国堪萨斯州进行的的第一次试验成功以来，至今近已有60余年历史。它作为油井的主要增产措施，正日益受到世界各国石油单位的重视及采用 ,其发展过程大致可分以下几个阶段: 60 年代中期以前 ,各国石油公司的工作者们的研究工作已适应浅层的水平裂缝为主，此时的我国主要致力于油井解堵工作并开展了小型压裂试验。 60 年代中期以后 ,随着产层加深 ,从事此项事业的工作者以研究垂直裂缝为主。已达成解堵和增产的目的。这一时期 ,我国发展了滑套式分层压裂配套技术。 70 年代 ,工作进入到改造致密气层的大型水力压裂阶段。我国在分层压裂技术的基础上 ,发展了蜡球选择性压裂工艺 ,以及化学堵水与压裂配套的综合
2020年油田压裂返排液处理技术.pdf
油田压裂返排液处理技术 1.压裂返排液的产生及存在的问题 压裂工艺是油井增产的一项主要措施在各油田普遍采用。其中最常用的是水基压裂液它具有高黏度、低摩阻、悬砂性好、对地层伤害小等优点现已成为主要压裂液类型。 油井压裂过程中产生的返排压裂废液具有污染物成分复杂、浓度高、黏度大，精品文档，超值下载 处理难度大，是油田较难处理污水之一。如不处理直接进入集输流程，会严重干扰后续流程，严重影响到油田生产，导致设备堵塞、油田下降，环保不达标等诸多问题。 表1 压裂返排液污水性质 图1 不同压裂返排水样 2.国内常规压裂返排液处理工艺简介 2.1 化学氧化－絮凝沉淀－过滤处理工艺 采用双氧水、次氯酸钠等强氧化破胶使返排液中的高分子物质氧化分解成小分子物质，降低废液黏度，提高传质效率，增加水处理药剂的分散与分解；絮凝可以改变水中多分散体系表面电性，破坏废液胶体的稳定性，使胶体物质脱稳、聚集；过滤，去除水中不溶或微溶物，脱色除臭。氧化－絮凝－过滤是油气田污水处理常用工艺。
在实际应用过程中该工艺也存在一些不足，具体如下： 第一、该工艺受温度影响比较大，在低温环境，化学氧化剂反应慢，氧化时间长，需要较长的停留时间，导致氧化反应罐（池）占地大，不易在现场作业，运输困难等。 第二、除油效果不明显，系统对乳化油去除效果不佳，需要添加大量药剂，导致污泥量大，增加污泥处理成本。 第三、过滤器时常堵塞，由于氧化破胶不彻底，污油处理效果不佳，导致过滤器堵塞严重，影响最终出水效果和整套装置处理能力。 2.2 化学氧化－絮凝沉淀－电解氧化－过滤联合处理工艺 电解法集氧化还原、絮凝吸附、催化氧化、络合及电沉积等作用于一体，能够使大分子物质分解为小分子物质，降解的物质转变成易降解的物质，是污水深度处理的常用方法。 然而电解技术目前在国内应用情况并不理想，时常存在电极钝化、结垢等问题，时常需要更换电极，处理效果稳定性差，成本高，操作检修频繁。 设备占地大，运输困难，不太适合压裂返排液现场处理要求。 2.3 化学氧化－絮凝磁分离－过滤联合处理工艺 该工艺改进了絮凝沉淀工艺，采用高效磁分离机能够减少沉降时间，缩小设备占地面积，相对之前两种工艺有改进之处。然后该工艺化学氧化、除油工艺依然存在，仍然存在处理不达标，设备占地面积大等诸多不足。 2.4 臭氧氧化气浮一体装置-旋流溶气气浮-过滤联合处理工艺 该工艺克服了传统化学氧化受温度、反应速率等影响，采用最新臭氧多重催化氧化和高效旋流溶气气浮技术，实现压裂返排液快速、高效破胶降粘，同时能够高效去除悬浮物、油、胶体等诸多污染物，实现压裂返排液快速、达标处理后回注。从多个油田应用情况数据来看（详见下表），该技术处理效果比较明细，基本能够满足压裂返排液回注或回用的要求。 图2现场应用照片
ABAQUS水力压裂模拟-XEFM-COHESIVE-交叉缝-复杂缝-转向缝-体积缝
ABAQUS水力压裂模拟|XFEM和Cohesive方法关键字：单缝、多缝、交叉缝、体积缝、转向缝、缝间干扰、储隔层 我是星辰北极星，水力压裂，对于石油工程的朋友并不陌生，它是石油开采和增产的重要手段；也广泛应用于地热开采、地基处理等领域。由于毕业于石油大学，所以有很多机会接触这方面的问题，也关注着ABAQUS在压裂领域的应用。这个专题将分享自己在水力压裂仿真中的一些积累，希望大家喜欢。 【主要内容】 一、内容概述 二、仿真要点介绍 2.1 ABAQUS水力压裂模拟常用仿真方法 2.2 地应力平衡分析（Geostatic） 2.3 渗流-位移耦合分析（Soils） 2.4 材料与单位制讲解 2.5 特殊的输出需求与定义 2.6 交叉裂缝处理 三、实例讲解 3.1 基于Cohesive单元的二维水力压裂模拟 3.2 基于Cohesive单元的三维水力压裂模拟 3.3 水力裂缝与天然裂缝相交模拟-Cohesive单元法 3.4 裂缝发育地层的水力压裂模拟-Cohesive单元法 3.5 基于XFEM的水力裂缝转向模拟 3.6 基于XFEM的水平井多段压裂裂缝的缝间干扰问题研究 【二维水力压裂模拟（Cohesive）】 通过这个简单的案例讲述采用Cohesive单元模拟水力压裂的基本技巧，让大家掌握注液、停泵憋压等基本设置，以及前后处理的一些技巧。
【三维水力压裂模拟（Cohesive）】 三维模型计算量较大，但可以模拟储隔层压裂过程中，水力裂缝限制在储层中扩展的形态，当然，下图中的裂缝形态主要受储隔层的材料性质和地应力状态影响；不合适的地层条件将导致水力裂缝窜层现象的发生。 【水力裂缝与天然裂缝相交模拟】 本例中采用Cohesive单元模拟水力裂缝交叉，并可通过该模型分析不同地应力情况下水力裂缝遇到天然裂缝后的扩展轨迹。应力差较小时，易促使天然裂缝张开；应力差较大时，水力裂缝可穿过天然裂缝。
水力压裂技术
第六章水力压裂技术 一、名词解释 1、水力压裂：常简称为压裂，指利用水力作用使油层形成裂缝的方法，是油气井增产、注水井增注的一项重要技术措施，不仅广泛用于低渗透油气藏，而且在中、高渗油气藏的增产改造中也取得了很好的效果。 2、地应力：指赋存于地壳岩石中的内应力。 3、地应力场：地应力在空间的分布。 4、破裂压力梯度：地层破裂压力与地层深度的比值。 5、闭合压力（应力）：使裂缝闭合的压力，理论上等于最小主应力。 6、分层压裂：分压或单独压开预定的层位，多用于射孔完成的井。 7、裂缝的方位：裂缝的延伸（扩展）方向。 8、压裂液：压裂过程中，向井内注入的全部液体。 9、水基压裂液：以水为基础介质，与各种添加剂配制而成的压裂工作液。 10、交联剂：能将溶于水中的高分子链上的活性基团以化学链连接成三维网状型的结构，使聚合物水溶液形成水基交联冻胶压裂液。 11、闭合压力：使裂缝闭合的压力，理论上等于最小主应力。 二、叙述题 1、简述岩石的破坏及破坏准则。 答案要点：脆性与塑性岩石：在外力作用下破坏前总应变小于3%的岩石叫脆性岩石，总应变大于5%的岩石叫塑性岩石，总应变介于3～5%的岩石叫半脆性岩石。 岩石的破坏类型：拉伸破坏；剪切破坏；塑性流动。其中拉伸破坏与剪切破坏主要发生在脆性岩石。塑性流动主要发生在塑性岩石。 2、简述压裂液的作用。 答案要点：按泵注顺序和作用，压裂液可分前置液、携砂液和顶替液。其中，携砂液是 压裂液的主体液。○1前置液的作用：造缝、降温；○2携砂液的作用：携带支撑剂、延伸造缝、冷却地层；○3顶替液的作用：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；注完携砂液后要用顶替液将井筒中全部携砂液替入裂缝中，以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。 3、简述压裂液的性能及要求。 答案要点：滤失少；悬砂能力强；摩阻低；稳定性；配伍性；低残渣；易返排；货源广、便于配制、价钱便宜。 4、压裂液有哪几种类型？ 答案要点：水基压裂液、油基压裂液、泡沫压裂液、乳化压裂液、醇基压裂液、胶束压裂液。 5、简述常用破胶剂及其作用。 答案要点：主要作用：是使压裂液中的冻胶发生化学降解，由大分子变成小分子，有利于压后返排，减少对储集层的伤害。 常用的破胶剂：包括酶、氧化剂和酸。生物酶和催化氧化剂系列是适用于 21～54 ℃的低温破胶剂；一般氧化破胶体系适用于 54～93 ℃，而有机酸适用于 93 ℃以上的破胶作用。 6、影响支撑剂选择的因素有哪些？ 答案要点：（1）支撑剂的强度：一般地，对浅地层（深度小于1500m ）且闭合压力不大时使用石英砂；对于深层且闭合压力较大时多使用陶粒；对中等深度（ 2000 m 左右）的地层一般用石英砂，尾随部分陶粒。 H p F F =α
水力压裂造缝机理
水力压裂造缝机理 水力压裂裂缝的形成和延伸是一力学行为，水力裂缝的形态与方位对于有效发挥压裂对储层的改造作用密切相关，必须学握水力压裂的裂缝起裂与延伸过程的力学机制。木节从地应力场分析及获取方法入于介绍水力裂缝的形成机理、造缝条件、裂缝形态与方位、破裂压力预测方法。 在致密地层，首先向井内注入斥裂液使地层破裂，然后不断注液使斥裂缝向地层远处延伸。显然.地层破裂斥力昴拓.反映出注入流体斥力要克服由于应力集中而产生的枚為井壁应力以及岩石抗张强度。一旦诱发人匸裂缝.井眼附近应力集中很快消失，裂缝在较低的圧力下延伸?裂缝延伸所需要的斥力随着裂缝延伸引起的流体流动摩阻増加使得井底和井口斥力増加。停泵以后井筒摩阻为零.斥裂缝逐渐闭合?施匸压力逐渐降低。 对于商渗透地层或存在裂缝带.地层破裂时的井底压力并不出现明显的峰值。 一、地应力场分析与测量 地下岩石的应力状态通常是三个相互垂直且互不相等的主应力(principal stress)。地应力场不但影响到水力压裂造缝过程?而且通过井网与人1：裂缝方位的配合关系彩响到汕藏开发效果。 1.地应力场 存在于地壳内的应力称为地应力(in-situstress),是由于上樓岩层重力、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做位面积上的作用力。包括原地应力场和扰动应力场两部分。前者主要包括重力应力、构造应力.孔隙流体斥力和热应力等：后者主要是指由于人匚扰动作用引起的应力。 1)重力应力场 是指沉积盆地中的储层受到上覆岩层重力作用而形成的应力分布。 在地层中孔隙流体压力作用下，部分上覆岩层的重力被孔隙流体压力所支撑。但由于颗粒间胶结作用.孔隙压力并未全部支撑上覆地层圧力。 Terzaghi认为：地层岩石变形由有效应力引起。假设地层岩石为理想的均质各向同性线弹性体，弹性状态下垂向载荷产生的水平主应力分量由广义胡克(Hook)定律汁算。 E和v为岩石力学参数，典型值见表6?1。它们与岩石类型和所受到的困汗.温度有关。 表6?1常见岩石的泊松比与杨氏模址 因岩体水平方向上应变受到限制，即ex=0. ey=Oo 砂岩的泊松比一般在0.15^0.27之间。泊松比越大.水平主应力越接近垂向应力。考虑孔隙流体圧力后的地层水平主应力。 2)构造应力场 构造应力场是指构造运动引起的地应力场増虽。它以矢虽形式迭加在地层重力应力场中?使得水平主应力场不均匀。一般而言，在正断层和裂缝发育区是应力释放区.例如，正断层中的水平主应力可能只有垂向应力的1/3.而在逆断层或褶皱地帯的水平应力可以大到垂向应力的3倍。通常?构造应力场只有两个水平主应力，属于水平的平面应力状态，而且挤斥构造引起挤乐构造应力，张性构造引起拉张构造应力c 3)热应力场 热应力场是捋由于地层温度变化在其内部引起的内应力増虽.与溫度变化虽和岩石性质有关。油IB开发中的注水.注蒸汽和火烧油层等可以改变油藏的主应力大小，甚至主应力方向。 将油藏边界视为无穷大.考他其侧向应变受到约束.温度变化引起的水平应力増SDsx. DSy 2.地应力场确定
水力压裂报告
南桐矿业公司鱼田堡煤矿穿层钻孔定向水力压裂煤层增透 技 术 报 告 （初稿） 二〇一一年三月
防止煤与瓦斯突出在煤矿安全上一直是世界性的难题。在近年来重庆发生的煤矿安全重大事故中，瓦斯突出占了很高的比例。随着采深的不断增加，煤层瓦斯含量和瓦斯压力在不断增加，瓦斯问题日益凸显。为解决重庆地区瓦斯治理难题，重庆能源投资集团科技有限公司联合重庆大学开展了定向水力压裂增透技术相关研究，并在松藻煤电有限责任公司逢春煤矿和南桐矿业有限责任公司鱼田堡煤矿进行了应用研究。在理论研究和实验室实验研究的基础上，在南桐矿业公司鱼田堡煤矿34区-350m东抽放道实施了水力压裂并取得了以下成果： 通过2011-1-8日的实验得出，在鱼田堡煤矿34区-350m东抽放道5#煤层起裂压力为23MPa，延伸压力为19MPa。实验共进行了40min，注水量为6.9m3。经现场查看，发现压裂孔东侧10m考察孔出口处压力表读数为15.6MPa，上方、西侧考察孔压力均超过压力表量程（10MPa），下方压力表没有读数，但有水流出。可以判断，鱼田堡5#煤层在40分钟以内其有效压裂范围能够达到10m以上。 分别在在4个考察孔附近钻进4个抽放孔进行瓦斯抽放考察压裂后瓦斯抽放参数。并于2011-01-26开始接抽，截止到2011-02-17，压裂孔平均抽放浓度为95.4%，平均抽放纯量为0.0673m3/min；抽放孔1#平均抽放浓度为25.6%，平均抽放纯量为0.0147m3/min；抽放孔2#平均抽放浓度为33.1%，平均抽放纯量为0.02m3/min；抽放孔1#平均抽放浓度为25.6%，平均抽放纯量为0.0147m3/min；抽放孔3#平均抽放浓度为33.4%，平均抽放纯量为0.0177m3/min；抽放孔4#平均抽放浓度为36.1%，平均抽放纯量为0.0192m3/min。压裂范围内平均抽放浓度为44.72%，平均抽放纯量为0.1389m3/min；相比同一抽放道普通钻孔抽放浓度（13.28571%）提高了 3.37倍，抽放纯量（0.00796 m3/min）提高了17.45倍。共抽放23天，5个孔共抽放瓦斯纯量为4725m3，相比同一抽放道5个钻孔瓦斯抽放纯量（368m3）提高了12.83倍。
压裂返排液现场处理操作规程(2)
压裂返排液现场处理操作规程 为了规范压裂返排液现场处理流程，提高工作效率，特规定此操作规范。 一、开工前准备 准备好施工所需的各种设备药剂：皮卡、杆泵、流程、方罐、pH试纸、便携式电位仪、破稳降粘剂、电位调节剂、pH调节剂、预处理剂等。人员配备：司机一名，操作工1-2名，电工一名。应急设备：干粉灭火器、二氧化碳灭火器各一个（5公斤），3%碳酸氢钠洗液一瓶（500ml），清水一瓶（500ml），京万红烫伤膏一只，绷带、创可贴若干。（碳酸氢钠洗液，清水主要处理pH调节剂灼伤事故，京万红主要处理一般烫伤事故，创可贴，绷带处理一般刮伤、划伤事故）。 设备到达现场，经专业操作人员连接完设备，开机前，必须全面检查设备有无异常，对转动设备，应确认无卡死现象、漏电现象，管路是否接好，防止漏液现象发生。施工人员穿戴好防护装备，安全帽，防静电工服，工鞋，防酸手套，口罩（带活性炭芯），护目镜。 若发现有异常情况，及时通知当值技术员、领导，再根据实际情况及时处理。 二、压裂返排液处理标准、流程及注意事项 1.现场处理标准 （1）pH在6.4-7.5之间（精密试纸5.5-9）。 （2）电位低于219mv（±10%）。 （3）木棍挑挂无拉丝现象（无拉丝现象即为破胶）。 2.处理总体加药流程 （1）破稳降粘剂-电位调节剂-pH调节剂-预处理剂 （2）如果返排液已破胶，则只添加电位调节剂、pH调节剂、预处理剂，并在罐中沉降除砂，上层清液直接进系统。 （3）如果返排液未破胶，则添加破稳降粘剂至破胶，再添加pH调节剂、电位调节剂和预处理剂后进罐沉降，过滤后进系统。 3.具体加药流程 （1）判断现场有无未使用的配置好的压裂液。若有则按照1方加入10升液体破稳降粘剂加入，计算加入药剂总量。若全部都是返排出来的液体则判断返排液是否破胶，如果破胶则执行第（4）步；如果未破胶则按照1方液添加5升液体破稳降粘剂。 （2）破稳降粘剂加药速度根据泵送速度即可（泵每抽1方液即加入1千克固体药剂或者10升液体药剂）。打循环半小时。 （3）用木棍挑挂判断是否破胶，若未破胶完全，需继续加入破稳降粘