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OGB-B-034·B 级报告·油气藏开发与提高采收率

一口井压裂要用多少水和砂

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BOG-B油气藏开发与提高采收率压裂与增产油气与新能源
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报告正文

压裂一口井,到底要灌进去多少水、拉进去多少砂?

聊压裂,十个人里有八个卡在同一个问题上:这活儿到底有多"费"? 一口非常规井压下来,拉水的车能排成什么阵仗,砂子是拉几十车还是几百车?这不是猎奇——井场怎么选址、水源怎么配、返排液往哪去,全挂在这笔账上。今天就把它摊开算:水和砂的量是怎么来的,以及为什么每口井都不一样。

先把口径说清楚

行业里讲"用了多少水",指的通常是压裂液量(也叫入地液量)——整口井泵进地层的液体总体积,主体是滑溜水,另配一部分胶液;讲"用了多少砂",指的是加砂量,即泵入支撑剂(石英砂、覆膜砂或陶粒)的总质量,它的活儿是在缝压开之后把缝撑住、别让它合上。两者的比值,叫砂液比

这里必须先钉一句话:这两个数不是定值,是随井而变的设计结果。 换个水平段长、换个段数、换套工艺,量能差出好几倍。下面给的都是公开文献里的典型区间和真实井例,不是"标准答案"

这笔账是乘出来的:单段用量 × 段数

水平井压裂不是一炮打完,而是分段压裂——沿水平段切成十几到几十段,一段一段泵。所以总量的算法朴素得可爱:单段用量 × 段数

以涪陵页岩气田公开的优化口径为例:五峰组单段液量 1600~1800 m³、砂量 50~60 m³;龙马溪组单段液量 1600~2000 m³、砂量 60~80 m³。光一段就要一两千方水。 再乘段数,量级立刻窜上去。

两口真实的井,感受一下:

  • 焦页1HF井(涪陵发现井,水平段长约 1008 m):压裂 15 段 / 36 簇,用液量 18716 m³、加砂量 1551 t,综合砂液比 9.3%、最高砂比 27%。
  • 宁209Xx井(深层页岩气,水平段长约 1610 m):全井主压裂用液 59943 m³、加砂 4890 t,平均单段液量 2067 m³、单段砂量 168.6 t。

翻译成人话:水是"万立方米"这个量级——一两万方到六万方都有;砂是"千吨"这个量级——一两千吨到近五千吨。 美国也在同一个数量级上:美国地质调查局(USGS)给出的单井压裂用水区间是约 150 万~1600 万加仑(约 0.6 万~6 万 m³);鹰滩(Eagle Ford)近年新井平均用水约 1300 万加仑(约 4.9 万 m³)、用砂约 1600 万磅(约 8000 t)。

规律清楚得很:水平段越长、段数越多、越走"滑溜水大液量"这条路线,用量越大。 所以问"一口井用多少水",标准回答只能是"看是哪口井"。

OGB-B-034 封面

几万方水,从哪儿弄?

这才是真正的工程难题——不是"有没有水",是"这水合不合规、够不够便宜、能不能按点到场"。水源大致三条路:清水(地表水、水库水)水质最省事,但要取水许可,也最容易跟当地民生用水撞车;微咸水、矿井水等非常规水源,国外有把煤矿酸性排水拿来配液的实践;处理后的返排液/采出水复用,如今是主流方向——二叠盆地压裂用水里回用采出水的占比已在五成上下。国内也在走这条路:涪陵页岩气田靠返排液重复利用做到了返排液零排放;苏里格气田把返排液精细处理后回配压裂液,施工参数和改造效果与用清水配液一致

打进去的水,还得"请"出来

压裂液不会全留在地下。页岩气井的返排率跨度极大:注入液中大约 10%~70% 会在井的整个生命周期里返回地表,形成返排液。焦页1HF井是个低返排的典型,总返排率仅 11.46%;涪陵单井压后返排液量约 500~1000 m³

麻烦在于返排液的水质:矿化度高、易结垢、带细菌,不能直排。行业标准《页岩气 储层改造 第3部分:压裂返排液回收和处理方法》给出了回用推荐水质门槛——总矿化度 ≤20000 mg/L、总硬度 ≤800 mg/L、悬浮物 ≤1000 mg/L,达标才能重新配液。"用多少水"和"处理多少返排液",其实是同一道题的两面。

和常规井差多少?

差得比想象中大。USGS 的全美统计里,2014 年水平油井压裂用水中位数约 15275 m³、水平气井约 19425 m³;而当时约 42% 的压裂井其实是直井或定向井,单井用水不到 2600 m³——差了近一个数量级。所以"压裂很费水"这句话,前提是非常规长水平井大规模体积压裂;常规井的小型压裂,完全不是这个体量。

至于水平段长、段数、簇间距、加砂强度、滑溜水黏度怎么配,才既压得开又不浪费一方水一吨砂,那是体积压裂工程里一整套独立学问——文末有份研究可以领。

说到底

一口非常规水平井的压裂用量,水在万立方米量级、砂在千吨量级,账是"单段用量 × 段数"乘出来的:段数越多、水平段越长、越依赖滑溜水大液量工艺,数字越大。但这两个数因井而异,从来不是定值。真正的工程功夫也不在"用多少",而在水源怎么配、返排液怎么回用、每一方液每一吨砂有没有换来该有的裂缝。看懂这笔账,也就看懂了压裂为什么是个"水—砂—缝"三头联动的系统工程。

想把非常规油气体积压裂这条线——从液量砂量设计、分段工艺到返排液管理系统看明白? 我们做了份《体积压裂与缝网改造:从理论到工厂化作业的全球对标研究》——公众号后台回复「压裂」,拿去看。

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