壓裂測(cè)試施工壓力資料分析

1、水力壓裂過(guò)程的監(jiān)測(cè),施工監(jiān)測(cè) 壓力波動(dòng)監(jiān)測(cè) 水力裂縫參數(shù)監(jiān)測(cè),施工監(jiān)測(cè),注入排量監(jiān)測(cè) 渦輪流量計(jì) 計(jì)數(shù)泵 從壓裂液罐內(nèi)計(jì)量泵入液體的體積和泵人時(shí)間,施工監(jiān)測(cè),加砂量 加砂量的測(cè)量同樣是困難的工作，整 個(gè)施工過(guò)程中測(cè)量誤差很小也可能導(dǎo)致施 工結(jié)論本質(zhì)上的差別。加砂量可用幾種方 法進(jìn)行驗(yàn)證，所有的方法應(yīng)互相配合使用 以使誤差最小。,施工監(jiān)測(cè),支撐劑用量 監(jiān)測(cè)支撐劑用量的最可靠方法就是計(jì) 量支撐劑儲(chǔ)罐，在壓裂施工期間，應(yīng)按預(yù) 先設(shè)計(jì)的加砂程序表，確定各個(gè)不同施工 階段用完一罐支撐劑的時(shí)間，其差值會(huì)經(jīng) 常出現(xiàn)，可在不影響施工設(shè)計(jì)的情況下得 到校正。,壓力波動(dòng)監(jiān)測(cè),在壓裂施工期間，進(jìn)行估算時(shí)最關(guān)鍵 的問(wèn)

2、題之一是施工壓力的波動(dòng)。為了有效 地采取補(bǔ)救措施，必須正確地找出壓力變 化的原因。有四種引起壓力波動(dòng)的原因， 即力學(xué)問(wèn)題、膠體性能變化、支撐劑濃度 的改變和地層響應(yīng)。,壓力波動(dòng)監(jiān)測(cè),力學(xué)問(wèn)題引起的壓力波動(dòng) 引起施工壓力異常高的最通常的力學(xué)問(wèn)題是 壓裂流體通過(guò)射孔孔眼時(shí)受到限制，當(dāng)流體通過(guò) 孔眼時(shí)要產(chǎn)生壓力降落。當(dāng)某些孔眼不能流過(guò)流 體時(shí)，則其余的每個(gè)孔眼的流量就會(huì)增加，因而 造成更高的壓力降落，這會(huì)導(dǎo)致地面的施工壓力 比預(yù)料的要高，還可能會(huì)不得不改變施工程序。,壓力波動(dòng)監(jiān)測(cè),膠體性能變化引起的壓力波動(dòng) 當(dāng)壓力升高或降低時(shí)，很難確定是由于地層 的裂縫性能所引起的還是由于膠液的性能所引起， 關(guān)鍵因

3、素是發(fā)生壓力變化的時(shí)間（如下圖），如 果這段時(shí)間與液體通過(guò)油管或套管所需要的時(shí)間 相致，則它可能反映了施工液體性能的變化， 其它的壓力變化通常是和裂縫幾何和動(dòng)態(tài)特性的 改變有關(guān)。,壓力波動(dòng)監(jiān)測(cè),壓力波動(dòng)監(jiān)測(cè),支撐劑濃度的改變引起的壓力波動(dòng) 由于難以使支撐劑濃度保持穩(wěn)定，就會(huì)因?yàn)?靜水柱壓力的升高或降低而引起壓力波動(dòng)。聚合 物（膠液）濃度的變化也會(huì)引起壓力的變化。聚 合物混合不均勻，會(huì)在壓裂液儲(chǔ)罐內(nèi)形成不同濃 度的分層、這樣，有時(shí)會(huì)造成在一罐液體將要用 完時(shí)引起壓力升高，而在開(kāi)始使用另一滿(mǎn)罐液體 時(shí)引起壓力降低。均勻的混合將會(huì)減少這種影響。 倒換不同密度的支撐劑將同樣影響壓力變化。,壓力波動(dòng)監(jiān)測(cè)

4、,地層響應(yīng)引起的壓力波動(dòng) 距離井筒有一定距離的地方，會(huì)發(fā)生 一些其它類(lèi)型的脫砂，這種壓力上升在開(kāi) 始時(shí)是逐漸的，然后，隨著裂縫充滿(mǎn)砂子， 上升急劇加快。地面施工壓力有明顯上升 趨勢(shì)。,水力裂縫參數(shù)監(jiān)測(cè),壓裂過(guò)程中對(duì)壓裂裂縫的幾何形態(tài)測(cè) 量是壓裂作業(yè)的一項(xiàng)重要工作，為了獲得 較為準(zhǔn)確的裂縫形態(tài)，人們采用不同的檢 測(cè)方法進(jìn)行廣泛的比較，同時(shí)使用幾種不 同的方法來(lái)提高解釋的準(zhǔn)確性。,水力裂縫參數(shù)監(jiān)測(cè),裂縫高度檢測(cè) 井溫測(cè)量方法 放射性同位素示蹤法 裂縫方位和寬度檢測(cè) 壓裂實(shí)時(shí)資料監(jiān)測(cè)技術(shù) 實(shí)時(shí)監(jiān)控與監(jiān)測(cè)技術(shù)是通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)定 壓裂液、支撐劑和施工參數(shù)，模擬水力裂縫幾何 形狀變化，隨時(shí)修改施工方案，

5、以獲得最優(yōu)的支 撐裂縫和最佳的經(jīng)濟(jì)效益。,水力裂縫參數(shù)的識(shí)別,閉合壓力的確定 礦場(chǎng)測(cè)試法 理論計(jì)算法 施工過(guò)程壓力分析 裂縫幾何模型 水力裂縫幾何尺寸的計(jì)算方法及選用原則 施工壓力與時(shí)間的變化關(guān)系 壓裂施工壓力的解釋 增大的壓力速率分析 由施工壓力曲線(xiàn)確定裂縫幾何參數(shù),閉合壓力的確定,礦場(chǎng)測(cè)試法 礦場(chǎng)確定閉合壓力最可靠的方法是在加砂壓 裂施工之前進(jìn)行階梯排量注入/返排試驗(yàn)，基本 原理如下圖所示。首先以階梯型變化的排量注入 足夠量的液體造成一條裂縫，緊接著以恒定的速 率返排，返排速率用一個(gè)調(diào)節(jié)閥、油嘴或速率調(diào) 節(jié)器來(lái)控制，如果返排速率控制合適，則得到的 壓力遞減曲線(xiàn)在閉合壓力處將出現(xiàn)一個(gè)從正到負(fù)

6、 的變化拐點(diǎn)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓力即為裂縫閉合壓力。,閉合壓力的確定,閉合壓力的確定,礦場(chǎng)確定閉合壓力的 另一種方法是通過(guò)小型壓 裂(或稱(chēng)壓裂測(cè)試)施工， 測(cè)試停泵后的壓力降曲線(xiàn)， 通過(guò)繪制壓力隨時(shí)間的平 方根曲線(xiàn)也可以確定閉合 壓力，如圖,閉合壓力的確定,由于小型壓裂形成的裂縫比階梯注入/ 返排法形成的裂縫長(zhǎng)且寬，因此得到的閉 合壓力精度不太可靠，但小型壓裂使用與 正式壓裂相同的排量和壓裂液，對(duì)后續(xù)的 大型壓裂施工具有很好的指導(dǎo)作用。,閉合壓力的確定,理論計(jì)算法 對(duì)閉合壓力的計(jì)算是基于地下的三向 主應(yīng)力分布和巖石力學(xué)參數(shù)，Hagoort導(dǎo)出 地層破裂壓力、延伸壓力和閉合壓力的計(jì) 算公式：,閉合壓力

7、的確定,破裂壓力 閉合壓力 延伸壓力,施工過(guò)程壓力分析,壓裂過(guò)程中井底壓力變化曲線(xiàn),施工過(guò)程壓力分析,裂縫幾何模型圖,施工過(guò)程壓力分析,水力裂縫幾何尺寸的計(jì)算方法及選用原則 基于垂直平面的平面應(yīng)變理論的Perkins與Kem以及后來(lái)Nordgren改進(jìn)的裂縫擴(kuò)展延伸模型，簡(jiǎn)稱(chēng)PKN模型； 以水平平面應(yīng)變條件為基礎(chǔ)的Christianovich和Geertsma以及后來(lái)Daneshy的模型，簡(jiǎn)稱(chēng)KGD模型； 以裂縫徑向延伸為基礎(chǔ)的Penny模型，簡(jiǎn)稱(chēng)Penny模型或徑向模型。,施工過(guò)程壓力分析,施工壓力與時(shí)間的變化關(guān)系 施工壓力與時(shí)間的變化關(guān) 系可以應(yīng)用裂縫內(nèi)流動(dòng)方程和 Snedden縫寬公式及

8、連續(xù)性方 程來(lái)確定，具體如下(以PKN模 型為例)。,施工過(guò)程壓力分析,基本方程 裂縫寬度 裂縫內(nèi)任一點(diǎn)的平均縫寬,施工過(guò)程壓力分析,裂縫內(nèi)流動(dòng)方程 連續(xù)性方程,施工過(guò)程壓力分析,定解條件 初始條件： 邊界條件：,（全縫長(zhǎng)）,（半縫長(zhǎng)）,施工過(guò)程壓力分析,壓力與時(shí)間的關(guān)系式,施工過(guò)程壓力分析,施工過(guò)程中井底凈壓力隨時(shí)間的變化為：,施工過(guò)程壓力分析,從井底凈壓力與時(shí)間 的比例關(guān)系式可以看到， 如果把施工壓力與時(shí)間處 理為雙對(duì)數(shù)形式，將得到 如圖的結(jié)果，很顯然，利 用這種變化趨勢(shì)可以解釋 裂縫的延伸方式。,施工過(guò)程壓力分析,壓裂施工壓力的解釋,施工過(guò)程壓力分析,裂縫延伸方式 斜率小的、負(fù)的雙對(duì)數(shù)段

9、A，A 此時(shí)裂縫以KGD或徑向模型方式延伸，裂縫最有可能 形成圓形而不受任何限制，A段表示流體進(jìn)入地 層被限制在一個(gè)點(diǎn)源(射孔段長(zhǎng)度較短)；A段流 體入口從線(xiàn)源擴(kuò)展到整個(gè)裂縫段(如壓裂段全射開(kāi)或 裸眼完井)，這種無(wú)限制流體入口情況，裂縫延伸的 早期階段與KGD模型一致，當(dāng)裂縫延伸到阻擋層時(shí)， 垂向延伸受阻，壓力變化由下降轉(zhuǎn)為平緩或上升。,施工過(guò)程壓力分析,斜率小的、正的雙對(duì)數(shù)(B，C，D段) 當(dāng)上下阻擋層限制裂縫徑向發(fā)展時(shí)，裂縫長(zhǎng)度將大于 高度，導(dǎo)致井底壓力上升，這時(shí)類(lèi)似于PKN模型的裂 縫延伸形式(如情況C)。如果上下層的應(yīng)力大于壓裂 層，由于高應(yīng)力層的限制，施工壓力將繼續(xù)增加，直 到井底凈

10、壓力接近于壓裂層與較低遮擋層應(yīng)力差的一 半為止，若井底凈壓力繼續(xù)增加且超過(guò)時(shí)，很小的壓 力增加就會(huì)導(dǎo)致明顯的裂縫高度增加，最終井底凈壓 力接近一極限值，如圖中D點(diǎn)。,施工過(guò)程壓力分析,典型壓裂壓力分析 在眾多的施工壓力曲線(xiàn)中，雖然壓力變化的形式有所差別，但一般可歸納為四種典型情況，如圖。,施工過(guò)程壓力分析,對(duì)壓裂施工壓力的分析，需要了解壓 裂層段及相鄰層的地應(yīng)力大小分布，以及 改造層的物性參數(shù)等，在壓力曲線(xiàn)分析時(shí)， 一般對(duì)0斜率段的出現(xiàn)比較關(guān)注，因?yàn)樗f(shuō) 明裂縫的延伸速度將下降，隨后有可能出 現(xiàn)砂堵，所以應(yīng)采取相應(yīng)措施。,施工過(guò)程壓力分析,增大的壓力速率分析,施工過(guò)程壓力分析,增大的壓力速率分析,施工過(guò)程壓力分析,上式表明壓力增加的速率越大，流動(dòng)受限點(diǎn) 則越靠近井簡(jiǎn)。特別地，對(duì)于徑向模型，若流動(dòng) 限制發(fā)生在裂縫內(nèi)，該式會(huì)給出一很大的斜率， 而如果恒定高度裂縫的一翼在井眼處完全堵塞， 對(duì)PKN模型m2，對(duì)KGD模型m4。這樣，雙對(duì)數(shù) 斜率接近1表明在裂縫端部的延伸受到限制，而 斜率大于1表明流動(dòng)限制發(fā)生在裂縫內(nèi)部。,施工過(guò)程壓力分析,由施工壓力曲線(xiàn)確定裂縫幾何參數(shù) 壓裂施工曲線(xiàn)反映