[教育]壓裂測(cè)試施工壓力資料分析

1、水力壓裂過程的監(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

2、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)問題是

3、壓裂流體通過射孔孔眼時(shí)受到限制，當(dāng)流體通過孔眼時(shí)要產(chǎn)生壓力降落。當(dāng)某些孔眼不能流過流體時(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)間與液體通過油管或套管所需要的

4、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)殪o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，而在開始使用另一滿罐液體時(shí)引起

5、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),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)生一些其它類型的脫砂，這種壓力上升在開始時(shí)是逐漸的，然后，隨著裂縫充滿砂子，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)

6、使用幾種不同的方法來提高解釋的準(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，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 施工過程壓力分析 裂縫幾何模型 水力裂縫幾何尺寸的計(jì)算

7、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)器來控制，如果返排速率控制合適，則得到的壓力遞減曲線在閉合壓

8、力處將出現(xiàn)一個(gè)從正到負(fù)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小型壓裂(或稱壓裂測(cè)試)施工，測(cè)試停泵后的壓力降曲線，通過繪制壓力隨時(shí)間的平方根曲線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

9、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：,閉合壓力的確定,破裂壓力 閉合壓力 延伸壓力,施工過程壓力分析,壓裂過程中井底壓力變化曲線,施工過程壓力分析,裂縫幾何模型圖,施工過程壓力分析,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Nor

10、dgren改進(jìn)的裂縫擴(kuò)展延伸模型，簡(jiǎn)稱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Daneshy的模型，簡(jiǎn)稱KGD模型；以裂縫徑向延伸為基礎(chǔ)的Penny模型，簡(jiǎn)稱Penny模型或徑向模型。,施工過程壓力分析,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縫寬公式及連續(xù)性方程來確定，具體如下(以PKN模型為例)。,施工過程壓力分

11、析,基本方程 裂縫寬度 裂縫內(nèi)任一點(diǎn)的平均縫寬,施工過程壓力分析,裂縫內(nèi)流動(dòng)方程連續(xù)性方程,施工過程壓力分析,定解條件 初始條件：邊界條件：,（全縫長(zhǎng)）,（半縫長(zhǎng)）,施工過程壓力分析,壓力與時(shí)間的關(guān)系式,施工過程壓力分析,施工過程中井底凈壓力隨時(shí)間的變化為：,施工過程壓力分析,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

12、裂縫的延伸方式。,施工過程壓力分析,壓裂施工壓力的解釋,施工過程壓力分析,裂縫延伸方式斜率小的、負(fù)的雙對(duì)數(shù)段A－Ⅰ，A－Ⅱ 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－Ⅰ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－Ⅱ段流體入口從線源擴(kuò)展到整個(gè)裂縫段(如壓裂段全射開或裸眼完井)，這種無限制流體入口情況，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

13、變化由下降轉(zhuǎn)為平緩或上升。,施工過程壓力分析,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，

14、如圖中D點(diǎn)。,施工過程壓力分析,典型壓裂壓力分析 在眾多的施工壓力曲線中，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。,施工過程壓力分析,增大的壓力速率分析,施工過程壓力分析

15、,增大的壓力速率分析,施工過程壓力分析,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m＝2，對(duì)KGD模型m＝4。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。,施工過程壓力分析,由施工壓力曲線確定裂縫幾何參數(shù) 壓裂施工曲線反映了地下裂縫的延